Mặt khác, việc phân vùng tách mạng có thể áp dụng bằng nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và nguồn lực sở tại. Phân vùng tách mạng và theo dõi đồng hồ khu vực cùng với việc vận hành các van liên quan có thể giúp giảm thất thoát hiệu quả. Ở bất kì hệ thống nào mà mạng lưới không ở dạng vòng quá phức tạp, việc phân vùng tách mạng và theo dõi đồng hồ khu vực là biện pháp đơn giản và tiết kiệm. Việc đặt ống ở độ sâu thấp như Việt Nam cũng là một lợi ích khác cho việc lựa chọn giải pháp phân vùng tách mạng.
Việc phân vùng tách mạng lưới cấp nước tại một số đô thị đã bước đầu đạt được những thành công, đem lại hiệu quả cao trong sản xuất, kinh doanh cho các công ty và là cơ sở các công ty khác học tập, chia sẻ, chẳng hạn:
- Công ty TNHH MTV kinh doanh nước sạch Hải Phòng, từ năm 1993 công ty đã đầu tư cải tạo đồng bộ mạng lưới cấp nước cho một phường và chia nhỏ mạng lưới trong phường thành các khối nhỏ. Đến năm 1997, công ty xây dựng mô hình cải tạo mạng lưới cấp nước theo địa bàn phường. Mạng lưới cấp nước tại một phường được chia nhỏ thành các khối, mỗi khối có một đồng hồ tổng kiểm soát nước cấp vào cho khoảng 150-500 đầu nối. Mạng lưới cấp nước được quy hoạch và đầu tư theo 3 cấp: truyền tải, phân phối, và dịch vụ. Nhờ vậy, tỷ lệ nước không thanh toán tại công ty đã giảm rõ rệt từ gần 40% (trước năm 1997) xuống còn 14% (năm 2014). Áp lực nước đồng đều trên toàn bộ mạng lưới và duy trì đủ áp lực để cấp nước trực tiếp cho các công trình xây dựng cao 3-5 tầng.
- Công ty cấp nước Sài Gòn, quản lý, vận hành, khai thác hệ thống cấp nước TP.HCM, tiền thân là hệ thống cấp nước Sài Gòn, được xây dựng từ những năm 1880; có nhiệm vụ cung cấp nước sạch cho hơn 10 triệu dân, với tổng công suất trên 1.800.000m3/ngđ (năm 2015). Với một mạng lưới cấp nước rộng, đa nguồn, có phân vùng. Gần đây để tiếp tục nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống mạng lưới cấp nước tác giả Bùi Xuân Khoa và cộng sự cũng đã đề xuất một số giải pháp phân vùng tách mạng, sử dụng các tuyến ống truyền tải riêng biệt đến từng khu vực cấp nước. Trên thực tế, với hệ thống cấp nước phức tạp, nhưng với việc áp dụng giải pháp phân vùng tách mạng kết hợp với các giải pháp quản lý, kỹ thuật khác đã phần nào giảm được tỷ lệ thất thoát, thất thu cho hệ thống cấp nước thành phố Hồ Chí Minh, và hiện đang duy trì ở mức 32,8%.
- Công ty TNHH MTV kinh doanh nước sạch Hải Dương trong những năm qua đã khai thác tối ưu mọi nguồn lực, thực hiện nhiều dự án đầu tư phát triển cấp nước, nhiều giải pháp thực hiện chương trình chống thất thoát, thất thu nước sạch nhằm phát triển hoạt động cấp nước bền vững, an toàn. Trong đó, đối với hệ thống mạng lưới cấp nước; công ty đã đánh giá hiện trạng, nghiên cứu tái cấu trúc lại hệ thống mạng lưới cấp nước như: phân vùng tách mạng, tạo lập các block, bổ sung đồng hồ tổng, lắp đặt van thông minh điều tiết áp lực…Tỷ lệ thất thoát, thất thu trung bình của toàn công ty hiện nay khoảng 14%, nhiều block tỷ lệ này ở mức thấp hơn (6-8%). Thời gian cấp nước 24/24h với áp lực thành phố khoảng 1,4-1,6Bar, nông thôn từ 1,0-1,2 Bar
- Công ty TNHH MTV Cấp thoát nước và môi trường Bình Dương: Hiện tại Bình Dương có 200 vùng quản lý nước thất thoát lớn nhỏ tùy theo yêu cầu cũng như thực trạng mạng lưới. Tỷ lệ thất thoát năm 2012 là 8,4%.
- Công ty cổ phần cấp nước Bà Rịa – Vũng Tàu: với công suất cấp nước lên tới 180.000m3/ngày, cung cấp nước sạch cho TP Bà Rịa – Vũng Tàu, 4 thị trấn huyện và 9 xã với hơn 136.000 khách hàng. Duy trì áp lực đầu nguồn các khu vực tiêu thụ nước khoảng từ 2,5-3Bar. Điểm đầu nguồn áp lực cao tiến hành lắp van điều áp để điều hòa áp lực mạng lưới (khu vực Bà Rịa sau khi lắp van điều áp, thất thoát giảm từ 18-19% còn 11-12%), lắp bơm tăng áp cục bộ cho các khu vực bất lợi. Phân vùng tách mạng thành nhiều mạng lớn (DMA từ 5000-8000 khách hàng) và vùng nhỏ (DMA từ 500-1500 khách hàng) để theo dõi kiểm tra. Dùng mô hình quản lý Crataker cho các DMZ. Tỷ lệ thất thoát năm 2012 là 10,15%.
Trước quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ tại các đô thị, với sự đòi hỏi cao về dịch vụ cấp nước và các biến động khó lường của biến đổi khí hậu toàn cầu thì nguồn nước ngày càng trở thành tài nguyên quý giá, sản phẩm nước sạch phải được trân trọng, chính vì vậy mà Chính phủ đã đề ra định hướng giảm thất thoát nước tại các đô thị Việt Nam đến năm 2020 tất cả phải đạt 15%. Đồng thời phải nâng cao dịch vụ cấp nước, đảm bảo kế hoạch cấp nước an toàn (đầy đủ, liên tục lưu lượng, áp lực và chất lượng nước theo quy định), hệ thống cấp nước…Trong đó, việc phân vùng tách mạng hệ thống mạng lưới cấp nước là một trong số các giải pháp đem lại hiệu quả và là một xu thế tất yếu.
2. Một số cơ sở phân vùng mạng lưới cấp nước
- Phân vùng tách mạng theo địa hình khu vực
Phân vùng tách mạng theo sơ đồ địa hình của khu vực thường được áp dụng trong trường hợp khu vực có sự chênh lệch lớn về cao trình hoặc địa hình, có các khu vực có cao trình tương đương nhau hoặc khu đô thị tập trung sẽ được phân chia thành một khu vực riêng biệt. Sơ đồ này phù hợp với các đô thị ở miền núi vùng cao, vùng trung du, vùng có các khu đô thị phân tán và kéo dài.
- Phân vùng tách mạng theo địa giới hành chính
Phân vùng tách mạng theo sơ đồ địa giới hành chính thường áp dụng trong vùng có địa giới hành chính (Quận, xã, phường…) liên tiếp nhau. Sơ đồ này phù hợp với các đô thị lớn hoặc chuyên ngành cấp nước có bộ máy quản lý phân cấp theo địa phương.
- Phân vùng tách mạng theo giai đoạn quy hoạch
Sơ đồ phân vùng tách mạng theo giai đoạn quy hoạch thường dường áp dụng với các đô thị lớn, các đô thị phát triển theo các giai đoạn quy hoạch rõ ràng.
- Phân vùng tách mạng theo tính chất sử dụng đất tại các đô thị: Do đặc thù một số đô thị có các khu vực (vùng) có tính chất sử dụng đất khác nhau như đất công nghiệp, đất du lịch, đất ở… với tính chất và nhu cầu dùng nước khác nhau có thể được xem xét thiết kế các vùng cấp nước tương ứng.
- Phân vùng tách mạng theo số lượng khách hàng phục vụ: Sơ đồ này được áp dụng hiệu quả tại nhiều đô thị, do tisnhh chất sử dụng đất, mật độ xây dựng, chiều coa xây dựng, địa hình khu vực…không rõ ràng, đan xen.
3. Hiệu quả mạng lưới cấp nước phân vùng
3.1. Đề xuất sơ đồ mạng lưới
Để phân tích đánh giá hiệu quả sơ đồ mạng lưới cấp nước phân vùng về các thông số thủy lực qua đó tháy được một số hiệu quả của mạng lưới cấp nước phân vùng; tác giả đề xuất 2 sơ đồ mạng lưới cấp nước: sơ đồ 1 – sơ đồ mạng lưới cấp nước không phân vùng (1 cấp) và sơ đồ 2 – sơ đồ mạng lưới cấp nước phân vùng (2 cấp). Trong sơ đồ 2, mạng lưới cấp nước được phân thành 4 vùng. Mạng cấp I truyền dẫn và cấp nước tới mạng cấp II tại 4 điểm. Cả 2 sơ đồ đều phục vụ cho các đối tượng cấp nước như nhau và áp lực của điểm cấp nước vào mạng lưới (bể chứa áp lực) giống nhau. Các điều kiện về đường ống (độ nhám, giá trị tổn thất cục bộ…) bể chứa áp lực được giả thiết là như nhau cho cả 2 sơ đồ.
3.2. Đánh giá về hiệu quả kỹ thuật
- Kết quả tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước: Sử dụng phần mềm Epanet 2.0 tính toán, mô phỏng thủy lực cho cả 2 sơ đồ mạng lưới cấp nước, với giả thiết nước được cấp vào mạng từ bể chứa áp lực, với nguồn không đổi; lưu lượng lấy ra tại các nút từ 2-6l/s; lưu lượng cấp vào mạng là 90l/s’ mực nước trên bể là 30m… Kết quả tính toán thủy lực được điều chỉnh với vận tốc các đoạn ống nằm trong giới hạn vận tốc kinh tế.
- Các hiệu quả về kỹ thuật:
+ Đáp ứng được nhu cầu dùng nước về áp lực, lưu lượng.
+ Phân vùng tách mạng mạng lưới cấp nước, mỗi vùng đều được quản lý bởi đồng hồ đo lưu lượng. Việc cấp nước cho các khu vực được ổn định, dễ dàng điều tiết được áp lực cấp vào mỗi vùng, và các nút
+ Tỷ lệ thất thoát nước giảm. Quản lý và kiểm soát được lưu lượng nước cấp vào cho từng vùng, từng khu vực.
+ Thuận lợi trong quản lý đường ống và thiết bị trong từng vùng, kiểm tra và sửa chữa theo kế hoạch. Dễ dàng phát hiện rò rỉ, hoặc các công trình, thiết bị không đáp ứng được điều kiện khai thác bình thường theo từng vùng.
+ Nghiên cứu được chế độ làm việc của từng vùng trên mạng lưới, dự kiến các điểm phát triển
3.3. Đánh giá về hiệu quả kinh tế
- Hiệu quả về kinh tế trong xây dựng mạng lưới cấp nước:
Với phương án phân vùng tách mạng cho mạng lưới cấp nước các đô thị ta phải xây dựng thêm các tuyến ống song song làm tuyến ống truyền dẫn, đấu nối từ nguồn cấp (trạm bơm cấp 2, trạm bơm tăng áp) để cấp nước cho các điểm lấy nước vào mạng lưới phân phối cho mỗi vùng. Bố trí đồng hồ tổng tại điểm đấu nối vào từng vùng cấp nước để kiểm soát lưu lượng từng vùng, bố trí van giảm áp để giảm áp cho các vùng đầu mạng lưới nếu cần thiết. Do vậy, chi phí có thể phát sinh cho vật liệu ống mới, đồng hồ, van. Tuy nhiên, do có tuyến ống truyền dẫn cấp nước đến từng vùng, nên đường kính các ppng phân phối tại các vùng giảm (chủ yếu D100->200mm), nên tổng giá thành đường ống trên mạng phân vùng không lớn. Thậm chí khi nâng cấp, mở rộng nhiều vùng vẫn tận dụng các đường ống có đường kính nhỏ hiện có mà không cần thiết phải thay thế các đường ống có đường kính lớn hơn.
- Hiệu quả về giảm năng lượng điện tiêu thụ tại các trạm bơm nước sạch (TB cấp II, TB tăng áp)
Từ kết quả tính toán thủy lực 2 sơ đồ mạng lưới cấp nước đề xuất, cho thấy với cùng áp lực dư tại đầu mạng thì áp lực dư tại điểm bất lợi nhất trên sơ đồ mạng lưới cấp nước không phân vùng luôn thấp hơn 1-3m (3-10%) so với sơ đồ mạng lưới cấp nước phân vùng. Điều này đồng nghĩa với việc nếu sử dụng các máy bơm cấp nước vào mạng lưới cấp nước với yêu cầu áp lực dư tại điểm bất lợi nhất không đổi thì áp lực cần thiết của các máy bơm cấp vào mạng lưới phân vùng. Như vậy, chi phí điện năng cho máy bơm trong sơ đồ cấp nước phân vùng luôn giảm so với sơ đồ không phân vùng tương ứng.
- Hiệu quả trong giảm rò rỉ, thất thoát nước sạch trên mạng lưới
Việc rò rỉ, thất thoát nước trên mạng lưới cấp nước, một phần do các nguyên nhân về sự cố đường ống (chủ quan, khách quan), thì mức độ rò rỉ nước sạch tỷ lệ tương ứng với áp lực dư trên mạng. Với sơ đồ mạng lưới cấp nước phân vùng, áp lực dư tại các nút tương đối đồng đều, nên tỷ lệ thất thoát chắc chắn được giảm nhiều. Trên thực tế, tỷ lệ thất thoát tại các công ty cấp nước đã giảm đáng kể khi áp dụng sơ đồ mạng lưới cấp nước phân vùng như đã trình bày ở phần 1.
3.4. Đánh giá chung
Với nhiều giải pháp phân vùng tách mạng, nhận thấy rằng giảm cột áp trạm bơm cấp nước kết hợp với việc lắp van giảm áp tại đầu vùng khiến lượng nước rò rỉ giảm một lượng đáng kể. Nguyên nhân với những tuyến ống đầu mạng, áp lực nước lớn, rò rỉ, thất thoát nhiều, khi ta dùng van giảm áp giảm áp lực tại những vùng đầu mạng lượng nước rò rỉ giảm dẫn đến lưu lượng bơm giảm. Khi cả cột áp và lưu lượng giảm dẫn đến công suất bơm giảm và giảm được năng lượng điện tiêu thụ, tiết kiệm được năng lượng cũng như chi phí điện nhà máy phải chi trả.
Sau khi khái toán sơ bộ chi phí cải tạo mạng lưới ta thấy rằng, chỉ sau một năm ta có thể thu hồi được vốn ban đầu, trong khi đó năng lượng điện tiêu thụ và tỷ lệ thất thoát rò rỉ trên mạng lưới vẫn tiếp tục giảm. Như vậy, việc phân vùng tách mạng đem lại hiệu quả cao trong vấn đề tiết kiệm năng lượng cũng như giảm lượng nước sạch thất thoát.
Việc tính toán thủy lực, kiểm tra kinh tế nhằm khẳng định giải pháp phân vùng tách mạng là giải pháp khả thi có thể thực hiện được nhằm tạo cơ sở cho việc triển khai mô hình vào thực tế mạng lưới cấp nước đô thị. Ý nghĩa của việc cải tạo là khai thác tối đa nguồn lực hiện có, tiết kiệm được chi phí nhất có thể mà vẫn đem lại hiệu quả tốt nhất cho doanh nghiệp cấp nước, chi phí thu được từ việc tiết kiệm năng lượng, giảm lượng nước thất thoát sẽ là nguồn đầu tư hiệu quả và ổn định nhất để nâng cấp, mở rộng, cải tạo mạng lưới cũng như các trang thiết bị máy móc, đầu tư thiết bị công nghệ cao cho công tác vận hành và quản lý mạng lưới cấp nước.
4. Kết luận
Việc đề xuất mạng lưới cấp nước có phân vùng tách mạng nhằm đem lại hiệu quả cao trong công tác quản lý cũng như tiết kiệm năng lượng tiêu thụ dựa trên những nguồn lực của địa phương.
Giải pháp phân vùng tách mạng phù hợp với điều kiện của từng đô thị còn giúp điều hòa, ổn định áp lực trên mạng lưới, giảm lượng nước rò rỉ, thất thoát, đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Giải pháp phân vùng tách mạng góp phần làm tăng hiệu quả đầu tư xây dựng các đường ống cấp nước, đặc biệt cho các đô thị nâng cấp, mở rộng và các đô thị có nhiều giai đoạn quy hoạch phát triển không gian…đem lại hiệu quả cao để theo hướng phát triển bền vững.
(Nguồn: Tạp chí Khoa học Kiến trúc & Xây dựng, Số 36/2019)