(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Đề Xuất Sơ Đồ Cấp Nước Và Tính Toán Thủy Lực Mạng Lưới Cho Hệ Thống Cấp Nước Tập Trung Nông Thôn Của Xã Hương Sơn, Huyện Mỹ Đức, Tp. Hà Nội.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TẠ MINH QUYỀN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CẤP NƯỚC VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TẬP TRUNG NÔNG THÔN CỦA XÃ H[.]

TỔNG QUAN CẤP NƯỚC NÔNG THÔN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3

Giới thiệu chung về hệ thống cấp nước nông thôn

Theo tài liệu Chương trình mục tiêu Quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn giai đoạn 3 (2011 – 2015), đến năm 2010, có 48.752.457 người dân nông thôn được sử dụng nước hợp vệ sinh, tăng 8.630.000 người so với cuối năm trước.

Từ năm 2005, tỷ lệ dân cư nông thôn sử dụng nước hợp vệ sinh đã tăng từ 62% lên 80%, tuy nhiên vẫn thấp hơn 5% so với kế hoạch, với mức tăng trung bình 3,6% mỗi năm Đặc biệt, tỷ lệ dân nông thôn sử dụng nước sinh hoạt đạt tiêu chuẩn QCVN 02/2009:BYT trở lên chỉ đạt 40%, thấp hơn 10% so với mục tiêu đề ra.

Nhiều tiến bộ trong khoa học và công nghệ cấp nước đã được áp dụng phù hợp với điều kiện địa hình, khí tượng và thuỷ văn địa phương Trong cấp nước nhỏ lẻ, các công nghệ xử lý nước như dàn mưa và bể lọc cát đã được cải tiến để loại bỏ sắt và ô nhiễm Asen từ giếng khoan nước ngầm Trên toàn quốc, nhiều thiết bị đồng bộ với vật liệu phù hợp cũng đã được giới thiệu để nâng cao hiệu quả xử lý nước Đối với các công trình cấp nước tập trung, công nghệ lọc tự động không van, xử lý hóa học (bao gồm xử lý sắt, mangan, asen và độ cứng), cùng với hệ thống bơm biến tần và quản lý vận hành bằng tin học đã được áp dụng rộng rãi.

Hà Nội hiện đang sử dụng cả nước mặt và nước ngầm để đáp ứng nhu cầu cấp nước Trong đó, nước ngầm là nguồn chính được khai thác phục vụ cho nhu cầu nước sinh hoạt của đô thị và khu dân cư nông thôn trên địa bàn thành phố.

Theo thống kê của Trung tâm Nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn Hà Nội, từ năm 1990 đến hết năm 2017, TP Hà Nội đã đầu tư xây dựng 119 công trình cấp nước tập trung, sử dụng nhiều nguồn vốn khác nhau, bao gồm Chương trình mục tiêu quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, Chương trình 134, Chương trình 135, vốn vay từ Ngân hàng Thế giới và vốn tự đầu tư của doanh nghiệp.

Hà Nội hiện có 83 trạm cấp nước sạch nông thôn hoạt động ổn định, phục vụ khoảng 300.000 người dân Tổng công suất thiết kế của các trạm này là 57.083m³/ngày đêm, trong khi công suất hoạt động thực tế đạt 42.800m³/ngày đêm Hiệu suất trung bình của các trạm đạt khoảng 75% so với công suất thiết kế.

Tại Hà Nội, tỷ lệ dân số được cấp nước máy tính đạt 46%, chủ yếu tập trung ở các quận nội thành và một số huyện ngoại thành Trong khi đó, 54% dân số còn lại sử dụng nước từ giếng khoan, giếng đào, nước mưa và ao hồ Tiêu chuẩn cấp nước ở các quận nội thành và một số huyện ngoại thành hiện nay dao động khoảng 100-102 lít/người/ngày.

Bảng 1.1 Tổng hợp các trạm cấp nước nông thôn trên địa bàn thành phố Hà Nội

STT Địa điểm Tên công trình

Công suất thực tế (m 3 /ngđ)

Công suất thiết kế (m 3 /ngđ)

1 Xã Khánh Thượng TCN Thôn Hương Canh 200 350

2 Xã Khánh Thượng TCN Thôn Mít 150 150

3 Xã Vật Lại TCN Gia Khánh 200 250

4 Xã Ba Trại TCN Thôn 8 120 400

5 Xã Tản Lĩnh TCN Cua Chu 30 200

10 TCN Xóm lẻ Ao Vua 100 100

13 Xã Yên Bài TCN Thôn Quýt - 200

14 Xã Vân Hòa TCN Thôn Bặ n - 200

16 Xã Cổ Đô CTCN sạch liên xã Cổ Đô,

17 xã Hồng Phong TCN thôn Thượng -

18 Xã Tiên Phương TCN thôn Tiên Lữ và thôn

19 Xã Trần Phú TCNSH thôn Đồng Ké - 110

20 Xã Phú Nam An TCN Phú Nam An - -

21 Thị trấn Chúc Sơn Hệ thống cấp nước sạch TT

22 Thôn An Phú TCN thôn An Phú 50 100

23 Xã Tân Tiến TCN Tiến Tiên - -

24 Xã Tân Tiến TCN Phương Hạnh và Tân Hội 100 120

25 xã Hoàng Diệu TCN Hoàng Diệu - -

26 Xã Hợp Đồng TCN Thái Hòa 400 500

27 Xã Nam Phương Tiến TCN thôn Nhân Lý - -

28 Xã Trung Hòa CTCN sạch liên xã Trung Hòa,

STT Địa điểm Tên công trình Công suất h ế Công suất hiế kế

29 Xã Tân Hội TCN Tân Hội 1.550 1.800

30 TT Phùng TCN TT Phùng 2.700 1.750

31 Xã Tân Lập TCN Long Long 800 2.800

32 Xã Liên Hà TCN Đại Vỹ 150 300

33 Xã Xuân Nộn TCN Thôn Kim Tiến - -

34 Xã Kim Lan TCN Kim Lan 300 1.500

35 Xã Đình Xuyên TCN Đình Xuyên 7.200 7.200

36 Xã Phù Đổng TCN Phù Đổng - -

37 Xã Ninh Hiệp TCN Ninh Hiệp - -

38 Xã Bát Tràng TCN Bát Tràng 1.200 1.200

40 Hương Sơn Hệ thống CN SH thôn Yến Vỹ 250 700

41 TT Đại Nghĩa TCN Đại Nghĩa 1.800 2.000

42 Xã An Mỹ TCN thôn Đoan Lữ - -

44 TT Phú Xuyên TCN Đại Đồng 250 360

45 TT Phú Xuyên TCN TT Phú Xuyên 1.400 2.000

46 TT Phú Minh TCN TT Phú Minh 450 550

47 Xã Võng Xuyên TCN Thôn Bảo Lộc - 600

48 TT Phúc Thọ TCN TT Phúc Thọ 250 500

49 Xã Tam Hiệp TCN Tam Hiệp 400 600

51 Xã Hiệp Thuận CTCN sạch liên xã Hiệp Thuận,

52 TT Quốc Oai TCN TT Quốc Oai 1.200 1.200

53 Xã Đồng Quang TCN Yên Nội 200 200

54 Xã Phú Mãn TCN Thôn Đồng Vỡ - -

56 TT Sóc Sơn TCN Khu Lương Thực 20 100

57 Xã Bắc Sơn TCN Bắc Sơn 70 500

58 Xã Hồng Kỳ TCN Hòa Bình 50 200

59 Xã Nam Sơn TCN Đông Hạ 80 300

60 Xã Minh Trí TCN Trường CĐ CN Phúc Yên 100 100

61 Xã Tân Hưng TCN Cẩm Hà - 200

63 Xã Phùng Xá TCN Phùng Xá 500 2.000

64 Xã Hữu Bằng TCN Hữu Bằng 1.600 1.200

65 xã Cự Khê TCN Cự Khê 350 500

66 TT Kim Bài TCN TT Kim Bài 1.000 1.200

67 Xã Xuân Dương TCN Xuân Dương 100 800

68 Xã Tam Hưng CTCN sạch liên xã Tam Hưng,

69 xã Tam Hiệp TCN Huỳnh Cung I 500 -

70 xã Tam Hiệp TCN Yên Ngưu 800 -

71 xã Tam Hiệp TCN Huỳnh Cung II 400 1.200

72 xã Tam Hiệp TCN Tựu Liệt 600 -

73 xã Liên Ninh TCN Nhị Châu - -

74 xã Liên Ninh TCN Yên Phú - -

75 xã Liên Ninh TCN Thọ Am - -

76 xã Vạn phúc TCN thôn 3 - -

77 xã Vạn phúc TCN thôn 1-2 - -

78 xã Vạn phúc TCN thôn 4 150

79 xã Thanh Liệt TCN Đông Hiếu 250 -

81 xã Thanh Liệt TCN chợ Quang - -

82 xã Thanh Liệt TCN thôn Thượng 200 -

83 xã Tân Triều TCN Triều Khúc I 800 -

84 xã Tân Triều TCN Yên Xá 1.300 -

85 xã Tân Triều TCN Triều Khúc III - -

86 xã Tân Triều TCN Triều Khúc II - -

87 xã Duyên Hà TCN Văn Uyên - -

88 xã Duyên Hà TCN Xóm Mới - -

89 xã Yên Mỹ TCN Yên Mỹ 1.200 600

90 xã Ngọc Hồi TCN Yên Kiện 400 300

91 xã Ngọc Hồi TCN Lạc Thị 450 800

92 xã Ngọc Hồi TCN thôn Ngọc hồi 1.200 800

93 xã Đại Áng TCN thôn vĩnh Thịnh 500 600

94 xã Đại Áng TCN thôn Đại Áng 150 600

95 xã Đại Áng TCN thôn Vĩnh Trung 300 600

96 xã Ngũ Hiệp TCN thôn Lưu Phái 160 -

97 xã Ngũ Hiệp TCN Tương Chúc 200 -

98 xã Hữu Hòa TCN Hữu Từ 1.000 1.400

99 xã Hữu Hòa TCN thôn Phú diễn 600 700

100 xã Tả Thanh Oai TCN thôn Siêu quần 600 600

101 xã Tả Thanh Oai TCN Nhân Hòa 600 800

102 xã Tả Thanh Oai TCN Tả Thanh Oai 1.500 1.500

103 TT Văn Điển Nước Đô thị - -

104 Xã Đông Mỹ TCN xã Đông Mỹ - -

105 xã Thanh Liệt TCN Liên Cơ - -

106 Xã Vĩnh Quỳnh Trạm trung chuyễn Vĩnh Quỳnh - -

107 Xã Liên Phương CTCN sạch liên xã Liên - -

Phương, Hồng Vân, Thư Phú,

108 TT Thường Tín TCN TT Thường Tín 800 800

109 Xã Quảng Nguyên TCN Quảng Nguyên 280-330 800

110 xã Liên Bạt TCN Liên Bạt 750 1.500

111 Xã Phương Tú TCN Ngọc Động 90

112 Xã Quảng Phú Cầu TCN Đạo Tú 143 500

113 Xã Quảng Phú Cầu TCN Cầu Bầu 15 -

114 Xã Quảng Phú Cầu TCN Xà Cầu 120 500

115 Xã Quảng Phú Cầu TCN Phú Lương Thượng - -

116 Xã Quảng Phú Cầu TCN Phú Lương Hạ - -

117 TT Vân Đình TCN Vân Đình II 700 1.105

118 TT Vân Đình TCN Vân Đình I - -

119 Xã Thanh Lâm TCN Thanh Lâm 300 1.000

(Nguồn:Trung tâm nước sạch và VSMTNT Hà Nội)

Thực trạng khai thác và sử dụng nước sinh hoạt tại khu vực nghiên cứu

1.2.1 Hiện trạng khai thác và sử dụng nước

Tại xã Hương Sơn, hiện chỉ còn 68 giếng đào đang được sử dụng, trong khi số giếng khoan lên tới 2.537 cái Người dân chủ yếu sử dụng nước từ giếng khoan, được lọc qua cát và sau đó qua bình để phục vụ nhu cầu ăn uống Tuy nhiên, nước từ các giếng khoan này có mức độ nhiễm sắt cao, và quy trình lọc cát vẫn chưa đạt tiêu chuẩn, dẫn đến việc còn dư lượng sắt lớn trong nước.

Hiện tại, xã đã có nhà máy nước phục vụ cho khu du lịch Chùa Hương, nhưng nguồn nước này chỉ đủ đáp ứng nhu cầu du lịch và một phần thôn Yến Vỹ Phần còn lại của xã vẫn chưa có nguồn nước sạch.

Toàn xã có 260/370 giếng đào hợp vệ sinh 3.002/3.483 giếng khoan hợp vệ sinh, 3.263/3.469 lu, 100% hộ gia đình trong xã có bể chứa nước tại nhà

Hầu hết các hộ gia đình tại xã Hương Sơn đều sử dụng thiết bị lưu trữ nước, với mô hình phổ biến bao gồm bể chứa, trạm bơm và két nước Mô hình này cho phép người dân lưu trữ và sử dụng nước trong khoảng thời gian từ 2 đến 3 ngày, đảm bảo cung cấp nước liên tục ngay cả khi hệ thống cấp nước của xã gặp sự cố như mất nước hoặc hỏng đường ống.

Việc sửa chữa và cải thiện hệ thống nước là cần thiết, đặc biệt khi áp lực nước yếu Lưu trữ và xử lý nước tại hộ gia đình đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt.

Hình 1.1 Mặt bằng tổng thể cấp nước xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội

1.2.2 Các nguồn nước và mục đích sử dụng

Khoảng 40,5% hộ gia đình hiện đang sử dụng nước mưa, được thu thập từ mái nhà qua máng thu và chứa trong bể có dung tích từ 2 đến 5 m3 Nguồn nước này có thể sử dụng trong thời gian từ 15 đến 30 ngày và chủ yếu phục vụ cho nhu cầu ăn uống của người dân.

Nước giếng khơi là nguồn nước được khai thác trực tiếp cho các hoạt động tắm rửa và giặt giũ Một số hộ gia đình thực hiện xử lý nước qua bể lọc trước khi lưu trữ vào bể chứa để sử dụng.

Khoảng 22,9% hộ dân hiện đang sử dụng nước giếng khoan, trong đó phần lớn sử dụng nước này qua hệ thống lọc cát để phục vụ nhu cầu ăn uống Tuy nhiên, nhiều giếng khoan trong khu vực bị ô nhiễm sắt cao, và quy trình lọc cát chưa đạt tiêu chuẩn, dẫn đến việc vẫn còn tồn dư lượng sắt lớn trong nước.

Nguồn nước mặt chủ yếu của xã bao gồm sông Đáy và sông Mỹ Hà, bên cạnh đó còn có hồ Hương Tích với diện tích khoảng 250 ha và suối Yến.

Nguồn nước từ sông Đáy và sông Mỹ Hà rất ổn định, đáp ứng nhu cầu tưới tiêu quanh năm Sông Đáy, nằm ở ranh giới phía Đông của xã Hương Sơn với xã Hồng Quang huyện Ứng Hòa, có trữ lượng lớn, đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho các nhu cầu của khu vực hiện tại và tương lai Sông Đáy chảy qua xã Hương Sơn theo hướng Tây Bắc - Đông Nam.

Chế độ thuỷ văn của sông Đáy tại khu vực như sau :

- Mực nước cao nhất vào tháng 8: 5,5m

- Mực nước thấp nhất vào tháng 4: 1,8m

Sông Mỹ Hà, một con sông nhỏ bắt nguồn từ khu vực núi phía Tây Bắc xã, thường xuyên được bổ cập nước từ sông Đáy nhờ sự kết nối giữa hai con sông Chế độ thủy văn của sông Mỹ Hà hoàn toàn phụ thuộc vào thủy văn của sông Đáy.

Hồ Hương Tích và suối Yến là hai nguồn nước mặt có trữ lượng nhỏ, trong đó suối Yến chủ yếu phục vụ cho mục đích du lịch của xã Hiện tại, Hồ Hương Tích được sử dụng chủ yếu cho các hoạt động thủy lợi.

Bảng 1.2 Chất lượng nước sông Mỹ Hà

TT Thông số Đơn vị

2 Ôxy hoà tan (DO) mg/l ≥ 6 ≥ 5 3,1

3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 20 30 28

5 Amoni (NH + 4) (tính theo N) mg/l 0,1 0,2 3 0,14

8 Nitrit (NO - 2) (tính theo N) mg/l 0,01 0,02 3 0,02

9 Nitrat (NO - 3) (tính theo N) mg/l 2 5 50 1,21

Trên địa bàn xã Hương Sơn, nguồn nước ngầm mạch nông bị ảnh hưởng đáng kể bởi các sông hồ và ao trong khu vực Các giếng khơi có độ sâu trung bình từ 5 đến 10 mét thường có nước, nhưng trữ lượng không lớn Chất lượng nước ngầm còn bị tác động nặng nề bởi ô nhiễm bề mặt, hoạt động tưới tiêu và trồng trọt trong nông nghiệp, đặc biệt là do việc xử lý nước thải và chất thải rắn chưa được triển khai hiệu quả.

Xã Hương Sơn hiện đang khai thác nước ngầm từ tầng đá vôi phong hóa để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của người dân Mỗi giếng khoan có khả năng khai thác trữ lượng nước tương đối nhỏ, dao động từ 10m³/h đến 15m³/h.

Như vậy là nước ngầm trong khu vực không đủ trữ lượng làm nguồn cung cấp cho hệ thống cấp nước tập trung toàn xã.

1.2.3 Chất lượng nước và trữ lượng các nguồn cấp nước

Chất lượng nguồn nước hiện tại cho sinh hoạt và ăn uống của người dân, bao gồm nước giếng khoan, giếng đào và nước mưa, chưa đáp ứng yêu cầu Nước mưa tuy phần nào đáp ứng nhu cầu nhưng thường khan hiếm vào mùa khô, thiếu khoảng 4 tháng trong năm Các giếng khoan có mức nhiễm sắt cao và lọc cát chưa đạt tiêu chuẩn, dẫn đến dư lượng sắt lớn Theo khảo sát, nước giếng khoan có mùi tanh, vị nhạt, chỉ đủ dùng, trong khi nước giếng đào hơi đục, tanh và không vị, cũng chỉ đủ dùng Nước mưa không màu, không mùi, vị ngọt nhưng thiếu hụt trong 2-4 tháng mỗi năm.

Bảng 1.3 Kết quả phân tích chất lượng nước giếng khoan tại xã Hương Sơn

TT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị QCVN 09:2008/

29 Hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0,1 0,0123

30 Hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0 0,0261

Các mô hình cấp nước nông thôn

Hiện nay có hai loại hình mô hình cấp nước nông thôn chính, bao gồm: Hệ thống cấp nước tập trung và hệ thống cấp nước phân tán

1.3.1 Hệ thống cấp nước tập trung

1.3.1.1 Hệ thống cấp nước với nguồn nước là nước ngầm

Hệ thống cấp nước tập trung khai thác nguồn nước ngầm được áp dụng rộng rãi tại những khu vực có nguồn nước ngầm phong phú Nước được khai thác từ các giếng khoan lớn và sau khi qua xử lý đạt tiêu chuẩn, sẽ được phân phối qua mạng lưới ống dẫn đến các hộ dân Loại hình cấp nước này đặc biệt phù hợp với các khu vực đông dân cư, mang lại nhiều ưu điểm như khả năng áp dụng công nghệ xử lý nước hiện đại, đảm bảo chất lượng nước và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm do khai thác nước nhỏ lẻ tại hộ gia đình Quy mô của hệ thống cấp nước tập trung có thể thay đổi từ nhỏ đến lớn, tùy thuộc vào lưu lượng khai thác và mật độ dân cư trong khu vực.

Nước ngầm mạch sâu Bơm Bơm Sử dụng

Sử dụng nhau Sơ đồ hệ thống cấp nước tập trung sử dụng nguồn nước ngầm được thể hiện trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống cấp nước tập trung sử dụng nguồn nước ngầm

1.3.1.2 Hệ thống cấp nước với nguồn nước là nước mặt

Hệ thống cấp nước tập trung sử dụng nguồn nước mặt, với công suất được điều chỉnh theo lưu lượng nguồn nước và nhu cầu sử dụng, nhằm phục vụ cho các khu đông dân cư Sơ đồ hệ thống cấp nước từ nguồn nước mặt được minh họa trong Hình 1.3.

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cấp nước tập trung sử dụng nguồn nước mặt

1.3.1.3 Quy mô hệ thống cấp nước tập trung

Hệ thống cấp nước tập trung mang lại lợi ích lớn nhờ vào việc xử lý nước trước khi cung cấp, đảm bảo rằng các hộ sử dụng nước nhận đủ lưu lượng và đạt tiêu chuẩn chất lượng.

Công trình xử lý Mạng lưới phân phối

Công trình xử lý Đài nước, bể áp lực

Làm thoáng, lắng, lọc nhanh, bể áp lực

CT thu nước mặt Các CT xử lý nước mặt Mạng lưới phân phối

Hồ sơ lắng Mạng lưới phân phối

Bể lọc phá, lọc chậm

14 và công suất hệ thống cấp nước tập trung có hệ thống bơm dẫn nước được phân loại theo Bảng 1.4

Bảng 1.4 Quy mô và công suất hệ thống cấp nước tập trung có hệ thống bơm dẫn nước

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô lớn sử dụng nguồn nước mặt hoặc nước ngầm đã qua xử lý đạt tiêu chuẩn Nước được bơm bằng thiết bị áp lực với lưu lượng lớn (Q > 50 m³/h) để truyền dẫn và phân phối đến các hộ gia đình Hệ thống này được đề xuất áp dụng cho một xã hoặc liên xã, nhằm cung cấp nước cho các khu vực đông dân cư, đảm bảo nguồn nước sử dụng tại chỗ hiệu quả.

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô trung bình khai thác nguồn nước từ nước ngầm hoặc nước mặt Nước sau khi được xử lý sẽ đạt tiêu chuẩn chất lượng Hệ thống sử dụng bơm áp lực để cung cấp nước hiệu quả.

50 m 3 /h) bơm vào mạng phân phối nước

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô nhỏ sử dụng nguồn nước ngầm hoặc nước mặt, với nước được xử lý đạt tiêu chuẩn Nước được truyền dẫn qua hệ thống bơm với công suất lên đến 20 m³/h vào mạng lưới ống phân phối hoặc bơm lên bể áp lực, sau đó cung cấp nước tự chảy đến các hộ sử dụng Bán kính phục vụ của hệ thống này dao động từ 200m đến 1000m Loại hình này được đề xuất áp dụng tại các vùng có nguồn nước ngầm chất lượng tốt, chỉ cần xử lý đơn giản.

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô nhỏ sử dụng nguồn nước mặt là giải pháp hiệu quả cho các địa phương thiếu nguồn nước ngầm Những khu vực này thường có điều kiện kinh tế tốt, cho phép người dân chi trả mức giá cao để bù đắp chi phí quản lý và vận hành hệ thống, đồng thời đảm bảo chất lượng nước được xử lý.

Hệ thống cấp nước nhỏ (nối mạng) sử dụng nguồn nước ngầm có chất lượng tốt, dễ dàng xử lý và có kết nối với điện lưới Nước được truyền dẫn thông qua hệ thống bơm hiệu quả.

(Q < 10 m 3 /h), đường ống nhỏ (D20 đến D50) có bể áp lực hoặc đài điều hoà, bán kính phục vụ của loại hình này tới 150m đến 300 m

1.3.2 Hệ thống cấp nước phân tán

Giếng đào là nguồn nước ngầm từ tầng nông hoặc nước thấm từ thềm sông, có đường kính từ 0,8-1,5m và chiều sâu từ 4-15m Để đảm bảo vệ sinh, giếng cần cách xa nhà tiêu, chuồng gia súc hoặc nguồn ô nhiễm khác ít nhất 10m, có thành và nắp đậy, cùng với sân giếng được xây dốc và có rãnh thoát nước Nước giếng có thể được lấy lên bằng bơm tay, bơm điện hoặc gàu múc, tùy thuộc vào độ sâu mực nước và điều kiện kinh tế.

1.3.2.2 Giếng khoan đường kính nhỏ

Giếng thu nước ngầm có thể được khoan bằng tay hoặc máy, phục vụ cho việc khai thác nước từ tầng nông và tầng sâu Giếng khoan với đường kính nhỏ thường được sử dụng cho các khu vực dân cư thưa thớt hoặc cho khoảng 1-2 hộ gia đình Cấu trúc của giếng bao gồm các thành phần như ống lắng, ống lọc, ống vách, cổ giếng, bơm và nền giếng, đảm bảo hiệu quả trong việc thu nước.

Giếng khoan có cấu trúc tương tự như giếng khoan đường kính lớn, nhưng với đường kính nhỏ hơn, thường từ ống Φ48mm đến Φ60mm Độ sâu của giếng được xác định bởi độ sâu của tầng chứa nước.

Làm thoáng là quá trình kết hợp nước và không khí, giúp loại bỏ khí hòa tan trong nước và oxy hóa kim loại Oxy từ không khí sẽ oxy hóa các hợp chất sắt II và mangan, dẫn đến sự hình thành kết tủa.

Bể lọc chậm là giải pháp hiệu quả trong xử lý nước hộ gia đình, giúp lọc nước mặt, nước sau khi đã đánh phèn và lắng, cũng như nước từ giếng khoan và giếng đào Vật liệu lọc chủ yếu là cát có kích thước hạt từ 0,3-1,2mm, với chiều dày lớp cát lọc dao động từ 30 - 80cm, tùy thuộc vào chất lượng nước cần xử lý.

Trước khi đưa nước vào bể lọc, các nguồn nước mặt thường áp dụng biện pháp sử dụng phèn keo tụ Để đạt hiệu quả lọc tốt hơn, có thể sử dụng bể lọc với kích thước hạt lớn hơn, phổ biến trong khoảng 0,6-1,2mm.

1.3.2.5 Bể, lu chứa nước mưa

Hệ thống thu nước mưa là giải pháp hiệu quả cho các hộ gia đình ở những khu vực khó khăn hoặc không thể khai thác nước ngầm, nước mặt Cấu trúc của hệ thống này bao gồm mái hứng, máng thu nước, bể chứa và lu chứa nước mưa, giúp tối ưu hóa việc lưu trữ nguồn nước tự nhiên.

Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Xã Hương Sơn, thuộc huyện Mỹ Đức, cách trung tâm Hà Nội 50 km về phía Nam, có vị trí địa lý đa dạng Phía Đông giáp xã Tân Sơn huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam, phía Đông Bắc giáp xã Hồng Quang huyện Ứng Hòa, phía Tây Nam giáp xã Phú Lão huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình Phía Tây Bắc giáp xã An Tiến và phía Tây giáp xã An Phú, cả hai đều thuộc huyện Mỹ Đức Cuối cùng, phía Nam giáp xã Ba Sao huyện Kim Bảng tỉnh Hà Nam, trong khi phía Bắc giáp xã Hùng Tiến huyện Mỹ Đức.

Huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội, nằm trên bản đồ với vị trí chiến lược Khu vực này có quốc lộ 21B nối liền Hà Đông và tỉnh Hà Nam, đi qua thị trấn Đại Nghĩa (Tế Tiêu cũ) Ngoài ra, huyện còn được bao bọc bởi dòng sông Đáy (sông Thanh Hà), tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông đường thủy.

Hình 1.5 Vị trí xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội

Xã Hương Sơn có địa hình phức tạp, với phía Tây và phía Nam là núi đá Kast cao từ 200m đến 400m, trong khi các dãy núi phía Nam thấp hơn, chỉ từ 100m đến 213m so với mặt nước biển Khu vực này nổi bật với nhiều hang động thiên nhiên đẹp do quá trình xâm thực nước, mang giá trị du lịch và lịch sử Phía Bắc xã lại bằng phẳng, với độ cao trung bình từ 4m đến 6m, là nơi tập trung dân cư và hoạt động sản xuất nông nghiệp Hiện tại, khu vực giáp ranh giữa đồng bằng và núi đang gặp tình trạng úng trũng lớn.

Diện tích đất tự nhiên: 4.283,92 ha

Xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức có khí hậu nhiệt đới gió mùa, một năm chia thành bốn mùa khá rõ nét với các đặc trưng như sau:

Nhiệt độ bình quân hàng năm tại khu vực này đạt 24°C, với mức thấp nhất ghi nhận là 13°C vào tháng 01 và cao nhất vượt 35°C vào tháng 07 Mùa lạnh kéo dài từ tháng 11 năm trước đến tháng 03 năm sau, trong khi mùa nóng diễn ra từ tháng 04 đến tháng 10.

Lượng mưa trung bình hàng năm đạt khoảng 1.530 mm, nhưng phân bố không đều, chủ yếu tập trung từ tháng 04 đến tháng 10, chiếm 82,2% tổng lượng mưa Trong những tháng này, có thể xảy ra những trận mưa lớn với lượng mưa lên tới 300 mm Mùa khô kéo dài từ cuối tháng 10 đến tháng 03 năm sau, với tháng có lượng mưa thấp nhất chỉ khoảng 17,5 – 23,2 mm.

- Độ ẩm không khí trung bình năm khoảng 85%, giữa các tháng trong năm thay đổi từ 80 – 89%

Nguồn nước mặt cung cấp cho xã Hương Sơn chủ yếu được lấy từ sông Mỹ Hà, và thường xuyên được bổ sung từ nước sông Đáy chảy qua khu vực này Do đó, chế độ thủy văn của sông Mỹ Hà đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất của địa phương.

Hà hoàn toàn phụ thuộc vào thủy văn sông Đáy.

Trong năm, lượng mưa tại Ba Thá, xã Phúc Lâm, huyện Mỹ Đức bình quân khoảng: 1900mm

Năm 1978 ghi nhận lượng mưa cao nhất với 2592mm, trong đó các tháng mưa nhiều nhất là 5, 6, 7, và 8, tổng lượng mưa trong những tháng này gấp đôi so với các tháng khác Tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 8 năm 1997 với 803mm.

Năm mưa ít nhất: Năm 1988, với lượng mưa 1291mm Các tháng mưa ít nhất thường xuất hiện vào các tháng 1, 2 và 11, 12

Do vậy dòng chảy trong sông chịu ảnh hưởng chế độ thủy văn vùng sông không ảnh hưởng thủy triều (vùng ngọt) Một năm chia làm 2 mùa rõ rệt:

- Mùa cạn: Thường diễn ra từ tháng 11 năm trước đến tháng 5 năm sau

- Mùa lũ: Diễn ra từ tháng 6 đến hết tháng 10.

Mùa cạn xảy ra trong mùa khô với lượng mưa ít, dẫn đến mực nước sông thấp Nguồn nước chủ yếu đến từ dòng chảy ngầm và các suối trong khu vực Ở một số nơi, đặc biệt là thượng nguồn sông Đáy, người dân có thể lội qua sông do nước cạn.

Mùa lũ thường trùng với thời gian mưa nhiều, khiến mực nước trong sông biến đổi nhanh chóng do địa hình lòng sông hẹp và độ dốc lớn Khi có mưa lớn ở thượng lưu và khu vực xung quanh, nguy cơ xảy ra lũ quét gia tăng do dòng sông quanh co, uốn khúc Đỉnh lũ thường nhọn và thời gian tập trung nước diễn ra nhanh.

Nước sông Đáy không chỉ phục vụ tưới tiêu và sinh hoạt của người dân các huyện Mỹ Đức, Chương Mỹ, Ứng Hòa (Hà Nội) và Kim Bảng (Hà Nam), mà còn góp phần tạo nên vẻ đẹp thu hút du khách đến với chùa Hương.

1.4.1.5 Địa chất thủy văn Địa chất thủy văn khu vực kéo dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam từ Xuân Mai đến Hương Sơn Thành phần đất đá chủ yếu là các thành tạo carbonat thuộc hệ tầng Đồng Giao và là một phần của phức bồn địa chất thủy văn sông Đà Nước dưới đất được chứa và vận động trong các khe nứt, hang hốc karst được cấp từ nước mưa rơi trực tiếp trên diện lộ của đá vôi và có thể một phần được cấp từ xa (phía tây bắc) xuống Nước thoát ra các mạch nước, suối và các hồ dưới chân các núi đá vôi như hồ Quan Sơn, suối Yến Chất lượng nước ngầm không tốt nên không sử dụng nước ngầm cho sinh hoạt. Đặc điểm địa chất thủy văn:

- Cấu trúc địa chất thủy văn: Khu vực xã Hương Sơn chỉ có 1 tầng chứa nước khe nứt karts.

- Các đơn vị chứa nước: Tầng chứa nước khe nứt karts trong trầm tích Trias hệ tầng Đồng Giao

- Đặc điểm vận động: Nguồn cấp nước là nguồn nước mưa, nguồn thoát là mạch và suối, hồ

1.4.2 Điều kiện kinh tế xã hội

1.4.2.1 Dân số và lao động

Trong tổng số 5.525 hộ dân, có 10.768 lao động trong độ tuổi, chiếm 52,48% dân số Trong đó, lao động nông nghiệp chiếm 57,1% với 6.150 người, lao động tiểu thủ công nghiệp và ngành nghề có 861 người, tương đương 7,99%, trong khi lao động trong lĩnh vực du lịch và dịch vụ thương mại đạt 3.760 người, chiếm 34,91% tổng số lao động.

Lao động qua đào tạo: 1.890 người, chiếm 17,57%, số lao động chưa qua đào tạo: 8.876 người, chiếm 72,43%.

Xã Hương Sơn có tổng chiều dài đường giao thông đạt 80,98 km Trong đó, đường trục thôn và liên thôn dài 12,77 km, với mặt đường rộng từ 6 - 20m và nền đường từ 8 - 20m, trong đó 1,9 km đã được bê tông hóa, chiếm 14,88% Đường đất còn lại dài 10,5 km Đường ngõ xóm dài 21,93 km, mặt đường rộng từ 2 - 6m, nền đường từ 3 - 7m, trong đó 8,78 km đã được cứng hóa, đạt 40,04% Đường trục chính nội đồng dài 38,83 km, với mặt đường rộng 4,5m và nền đường 6m, trong đó 5 km đã được cứng hóa, đạt 12,9%.

Tổng diện tích tưới tiêu chủ động của xã là 704,87ha, với nguồn nước chủ yếu cho việc tưới lúa nước được lấy từ sông Đáy và hồ Hương Tích Hiện tại, xã có 5 trạm bơm tưới tiêu, tổng công suất đạt 28.500 m³/h.

Hệ thống kênh tưới do xã quản lý với tổng chiều dài là 26,65 km, đã được cứng hóa 4,851 km, đạt 18,02%.

Hệ thống kênh tiêu do xã quản lý có tổng chiều dài 15,96 km, trong đó 8,7 km đã được cứng hóa Tuy nhiên, 1,5 km trong số đó đã xuống cấp, còn lại 7,26 km vẫn chưa được cứng hóa.

Trạm biến áp: có 14 trạm với tổng công suất 4.480 KVA. Đường dây hạ thế: Toàn bộ hệ thống đường dây hạ thế 3 pha dài 84,88 km đã hoàn thiện

Số hộ sử dụng điện là 5.194 hộ, tỷ lệ hộ sử dụng điện thường xuyên an toàn từ các nguồn đạt 98%

1.4.2.5 Trường học a Trường mầm non

Có 1 trường mầm non với 4 điểm trường gồm: Điểm Hội Xá, Yến Vĩ, Đục Khê, Tiên Mai- Phú Yên với 1.547 học sinh và 54 cán bộ công nhân viên

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU

Xác định nhu cầu dùng nước của khu vực nghiên cứu

2.1.1 Các nhu cầu sử dụng nước

2.1.1.1 Nước sử dụng cho sinh hoạt

Là nước được người dân sử dụng vào mục đích ăn uống, tắm giặt, vệ sinh và các nhu cầu trong gia đình.

Nhu cầu nước sinh hoạt tại xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức sẽ gia tăng do quá trình đô thị hóa Các chỉ tiêu kỹ thuật sẽ được cải thiện dần dần, phù hợp với sự phát triển tiên tiến và hiện đại Điều này được thực hiện theo “Quy hoạch cấp nước Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến 2050” đã được phê duyệt.

Nước dùng cho các cơ quan, trường học và dịch vụ du lịch phụ thuộc vào sự phát triển kinh tế của khu vực, được tính theo tỷ lệ phần trăm của nước sinh hoạt.

2.1.1.3 Nước tưới đường, tưới cây

Nước dùng để tưới cây xanh trong các khu vực công cộng và dọc các con đường thường được lấy từ các ao hồ địa phương Việc này không chỉ giúp duy trì cảnh quan xanh tươi mà còn góp phần bảo vệ nguồn nước tự nhiên.

2.1.1.4 Nước thất thoát, rò rỉ Đây không phải là một loại hình tiêu thụ nhưng lại chiếm một tỷ trọng lớn trong tiêu thụ Lượng nước này phụ thuộc vào nhiều yếu tố (chủ quan và khách quan); Được tính toán bằng tỷ lệ % nhu cầu dùng nước trung bình ngày

2.1.1.5 Nước sử dụng cho trạm cấp nước

Nước sử dụng cho bản thân trạm cấp nước, bao gồm: nước xả cặn bể lắng, nước rửa lọc

2.1.2 Dự báo nhu cầu dùng nước

2.1.2.1 Tỷ lệ tăng dân số

Bảng 2.1 Tỷ lệ tăng dân số.

STT Khu vực Dự báo tỷ lệ tăng trưởng trung bình (%)

Bảng 2.2 Dự báo dân số

STT Khu vực Dự báo dân số (người)

Lượng khách vãng lai theo dự báo là:

2.1.2.3 Dự báo số hộ dân

Bảng 2.3 Dự báo số hộ dân

STT Khu vực Dự báo số hộ dân (hộ)

2.1.3 Xác định quy mô dùng nước của trạm bơm cấp nước

• Nhu cầu cấp nước sinh hoạt (Theo TCVN 33- 2006): tc ngd

Qmax SH : Lưu lượng nước tính toán cấp cho sinh hoạt (m 3 /ngđ) q tc : Tiêu chuẩn dùng nước cho 1 người trong 1 ngày đêm

N : Dân số tính toán (người)

26 k ngd : Hệ số dùng nước không điều hòa ngày đêm Theo mục 3.3

TCXDVN 33:2006 quy định kngđ = 1,25 – 1,5 Đối với xã Hương Sơn chọn kngđ = 1,3

Thay số ta được kết quả như sau:

Bảng 2.4 Kết quả tính toán nhu cầu dùng nước sinh hoạt

Mục đích sử dụng Đơn vị Năm

Tiêu chuẩn qtc (l/ng/ngđ) 80 100 120

• Nhu cầu cấp nước cho khách vãng lai:

Do có nhiều danh lam thắng cảnh, lượng khách vãng lai hàng năm tại địa phương rất lớn Theo số liệu, nhu cầu cấp nước cho khách vãng lai ước tính chiếm 10% tổng nhu cầu của họ.

Lượng khách vãng lai được tính toán dựa trên số lượng người, với tiêu chuẩn nước cấp cho mỗi khách vãng lai là 20 lít/người/ngày Tiêu chuẩn này được tham khảo từ số liệu tiêu thụ nước sinh hoạt của các địa phương có điều kiện tương tự.

Q VL : Lưu lượng nước cấp cho khách vãng lai (m 3 /ngđ)

Bảng 2.5 Kết quả tính toán nhu cấu cấp nước cho khách vãng lai

Tiêu chuẩn cấp nước khách vãng lai (q tc ) (l/ng/ngđ) 20 20 20

• Nhu cầu cấp nước cho dịch vụ:

27 Được lấy bằng 10% nhu cầu cấp nước sinh hoạt:

Q DV = 10% Q SH tb (m 3 /ngđ) Trong đó:

Q DV : Lưu lượng nước tính toán cấp cho dịch vụ (m 3 /ngđ) tb

QSH : Lưu lượng nước trung bình tính toán cấp cho sinh hoạt

(m 3 /ngđ) Bảng 2.6 Kết quả tính toán nhu cấu cấp nước dịch vụ

• Công suất nước cấp cho trường học:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam 4513:1988 “Cấp nước bên trong công trình” thì tiêu chuẩn dùng nước cho 1 học sinh – giáo viên trong trường học là: qth = 15-20 (l/người/ng.đ)

Ta chọn qth = 15 (l/người/ng.đ)

Theo số liệu các trường học tại xã Hương Sơn :

Trường mầm non tại Phú Yên bao gồm 4 điểm trường: Hội Xá, Yến Vĩ, Đục Khê và Tiên Mai, phục vụ cho 1.547 học sinh với đội ngũ 54 cán bộ công nhân viên.

- Trường tiểu học: Tổng số có 3 trường tiểu học là trường tiểu học A, tiểu học B và tiểu học C Tổng số cán bộ công nhân viên là 105 với 1.385 học sinh

- Trường trung học cơ sở: Trường đặt tại thôn Đục Khê với 1.119 học sinh và 79 cán bộ công nhân viên

 Số học sinh và nhân viên tại các trường là: 4.289 người

Lưu lượng nước giáo viên và học sinh dùng trong 1 ngày là:

Tại xã Hương Sơn có 4 trường học, lưu lượng tại các nút sử dụng cho mỗi trường học là: 0,3/4 = 0,075l/s

Lưu lượng tập trung tại các nút trường học là:

• Các hệ số tính toán

 Trường hợp cấp nước tại vòi:

Hệ số dùng nước không điều hòa giờ được xác định bằng công thức kgiờ max = αmax.βmax, trong đó αmax phản ánh mức độ tiện nghi của ngôi nhà và các điều kiện địa phương khác, với giá trị αmax được chọn là 1,4 trong khoảng từ 1,2 đến 1,5 Hệ số βmax đại diện cho số dân trong khu dân cư, được tra cứu từ bảng 3.2 TCVN 33:2006, cho giá trị βmax là 1,193 sau khi nội suy.

Bảng 2.7 Bảng 3.2 – TCVN 33:2006 xác định hệ số

Số dân (1000 người) 0.1 0.15 0.2 0.3 0.5 0.75 1 2 βmax 4.5 4 3.5 3 2.5 2.2 2 1.8 βmin 0.01 0.01 0.02 0.03 0.05 0.07 0.1 0.15

Số dân (1000 người) 4 6 10 20 50 100 300 >00 βmax 1.6 1.4 1.3 1.2 1.15 1.1 1.05 1 βmin 0.2 0.25 0.4 0.5 0.6 0.7 0.85 1

Vậy kgiờ max = αmax.βmax = 1,4.1,193 = 1,666 (ta chọn kgiờ max = 1,7 )

 Trường hợp cấp nước tại bể chứa của khách hàng

Luận văn này đề xuất phương pháp tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước ở khu vực nông thôn, tập trung vào mô hình cấp nước tại bể chứa của khách hàng Bể chứa giữ vai trò quan trọng trong việc điều hòa lưu lượng sử dụng nước, do đó, trong quá trình tính toán mạng lưới cấp nước, cần lựa chọn đường kính ống và lưu lượng máy bơm dựa trên lưu lượng trung bình, mà không tính đến hệ số sử dụng nước không điều hòa K giờ.

• Quy mô công suất trạm cấp nước

Từ các số liệu tính toán trên ta có:

Trong đó : a : hệ số kể đến sự phát triển của công nghiệp địa phương, a=1.05 – 1.1

 chọn a = 1,05 b : hệ số kể đến những nhu cầu chưa dự tính hết và lượng nước thất thoát, rò rỉ

Từ đó ta tính được lượng nước cấp vào mạng lưới giai đoạn 2017-2025:

Từ đó ta tính được lượng nước cấp vào mạng lưới giai đoạn 2025-2035:

2.1.4 Lập bảng thống kê lưu lượng ngày

2.1.4.1 Lập bảng thống kê lưu lượng ngày - Trường hợp cấp nước tại vòi

Bảng 2.8 Thống kê lưu lượng tiêu dùng cho toàn xã Hương Sơn theo từng giờ trong một ngày đêm giai đoạn 2017-2025 – Trường hợp cấp nước tại vòi

Nước sinh hoạt Khách vãng lai Dịch vụ Trường học Tổng cộng

Hình 2.1Biểu đồ dùng nước của xã Hương Sơn giai đoạn (2017- 2025) –Trường hợp cấp nước tại vòi

Bảng 2.9Thống kê lưu lượng tiêu dùng cho toàn xã Hương Sơn theo từng giờ trong một ngày đêm giai đoạn 2025-2035 –Trường hợp cấp nước tại vòi

Hình 2.2 Biểu đồ dùng nước của xã Hương Sơn giai đoạn (2025 - 2035)

2.1.4.2 Lập bảng thống kê lưu lượng ngày - Trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng

Bảng 2.10 trình bày thống kê lưu lượng tiêu dùng nước của toàn xã Hương Sơn theo từng giờ trong một ngày đêm, giai đoạn 2017-2025, với trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng.

Hình 2.3 Biểu đồ dùng nước của xã Hương Sơn giai đoạn (2017 - 2025) –Trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng

Nhận xét về việc cấp nước sinh hoạt và dịch vụ cho khách hàng là thông qua bể chứa, trong khi đó, khách vãng lai và trường học được cấp nước trực tiếp tại vòi Tổng thể, chế độ tiêu thụ nước được thể hiện trong bảng, với mức sử dụng nước lớn nhất chỉ đạt 4,51%, thấp hơn nhiều so với mức 7,23% của cấp nước tại vòi.

Bảng 2.11 trình bày thống kê lưu lượng tiêu dùng nước tại xã Hương Sơn theo từng giờ trong một ngày đêm trong giai đoạn 2025-2035, với trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng Thông tin này cung cấp cái nhìn tổng quan về nhu cầu sử dụng nước của cư dân, giúp các nhà quản lý lập kế hoạch cấp nước hiệu quả hơn trong tương lai.

Hình 2.4 Biểu đồ dùng nước của xã Hương Sơn giai đoạn (2025 - 2035) – Trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng

Các thông số đầu vào để tính toán thủy lực mạng lưới

Dân số toàn khu vực quy hoạch đến năm 2035 là 24.372 người

Theo “Định hướng quy hoạch phát triển đến năm 2035”, 100% người dân xã Hương Sơn được cấp nước sạch với tiêu chuẩn qtc = 120 l/người/ngày đêm

2.2.2 Xác định chế độ làm việc của trạm bơm

Trạm bơm dùng biến tần điểu chỉnh lưu lượng cấp vào mạng trong các giờ dùng nước

Máy bơm biến tần là thiết bị được lắp vào mạch điện tử của động cơ, cho phép điều chỉnh tần số mạch điện Sự thay đổi tần số này làm thay đổi số vòng quay trên trục động cơ, từ đó ảnh hưởng đến lưu lượng và cột áp của máy bơm ly tâm.

+ Nguyên lý làm việc máy bơm biến tần:

- Hệ thống biến tần áp dụng nguyên lý điều khiển vòng kín

Tín hiệu áp lực từ mạng lưới cấp nước được truyền đến bộ xử lý để so sánh với giá trị áp lực cài đặt theo yêu cầu Sai lệch giữa hai giá trị này sẽ được xử lý bởi một chương trình chuyên dụng, nhằm tạo ra tín hiệu điều khiển tối ưu cho bộ biến tần.

Bộ biến tần được lập trình để xử lý tín hiệu và cung cấp tần số phù hợp cho dòng điện vào động cơ Điều này cho phép điều chỉnh số vòng quay trên trục bơm, từ đó đáp ứng nhu cầu về lưu lượng và áp lực trong hệ thống đường ống.

+ Nguyên tắc điều chỉnh hệ thống như sau:

- Khi nhu cầu dùng nước thấp hơn hoặc bằng khả năng cung cấp của một bơm thì máy bơm nước có lắp biến tần hoạt động

Khi nhu cầu sử dụng nước vượt quá khả năng cung cấp của một máy bơm, nhưng vẫn nằm trong giới hạn của hai máy bơm, một máy bơm sẽ hoạt động tối đa với số vòng quay định mức, trong khi máy bơm biến tần sẽ điều chỉnh để cung cấp đủ lưu lượng theo yêu cầu.

- Khi yêu cầu lưu lượng tăng lên hơn nữa hoặc giảm đi thì việc điều chỉnh cũng diễn ra tương tự.

Hình 2.5 Sơ đồ lắp đặt máy biến tần + Chức năng của thiết bị biến tần:

- Tự động điều khiển số bơm và vòng quay bơm để cung cấp đủ Q theo yêu cầu.

- Tự động luân phiên thay đổi bơm công tác và bơm dự phòng.

- Có khả năng bảo vệ chống quá tải, ngắt mạch, mất pha, tăng áp

Sử dụng biến tần cho trạm bơm cấp 2 giúp loại bỏ nhu cầu xây dựng đài, từ đó giảm 20% chi phí xây dựng Bên cạnh đó, giải pháp này cũng góp phần tiết kiệm điện năng, giảm chi phí tiêu thụ điện từ 20-30%.

Dọ vậy, trong luận văn này chọn máy bơm biến tần để điều khiển chế độ bơm của trạm bơm cấp II.

Khi lựa chọn biến tần cho trạm bơm cấp II, cần đảm bảo rằng biểu đồ làm việc của trạm hoàn toàn phù hợp với chế độ tiêu thụ nước của xã Hương Sơn Điều này liên quan đến việc điều chỉnh các cấp bơm khác nhau, trong đó số lượng bơm hoạt động song song sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng cung cấp nước.

Dựa vào biểu đồ ta chọn các cấp bơm Với các hệ số hoạt động đồng thời của các bơm (α) như sau:

- Với khi 2 bơm làm việc đồng thời α = 0,9

- Với khi 3 bơm làm việc đồng thời α = 0,88

Từ biểu đồ dùng nước của xã giai đoạn I ta cóthể chọn các cấp bơm như sau :

Tại giờ dùng nước nhiều nhất, mạng lưới tiêu thụ 7,23%Qngđ Tại giờ dùng nước ít nhất, mạng lưới tiêu thụ 0,82%Qngđ

Dựa vào biểu đồ sử dụng nước và khả năng điều chỉnh của biến tần, số vòng quay của máy bơm không được giảm xuống dưới 50% Do đó, chúng ta có thể phân bố cấp bơm theo các khung giờ hợp lý.

• Trường hợp cấp nước tại vòi

Trong khoảng thời gian cao điểm sử dụng nước từ 5h sáng đến 23h đêm, cần sử dụng một máy bơm biến tần công suất lớn để cung cấp nước cho hệ thống, kèm theo một máy bơm dự phòng.

Trong khoảng thời gian từ 23h đêm đến 5h sáng, khi nhu cầu sử dụng nước thấp, cần sử dụng một máy bơm không biến tần có công suất nhỏ để cung cấp nước cho mạng lưới và một máy bơm dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục.

• Trường hợp cấp nước vào bể chứa khách hàng

Sử dụng 1 bơm biến tần sử dụng trong tất cả các giờ và 1 bơm dự phòng

Chọn biến tần để điều khiển chế độ bơm của trạm bơm cấp II

Vào giờ cao điểm, mạng lưới tiêu thụ nước đạt 7,23% tổng nhu cầu, trong khi vào giờ thấp điểm chỉ đạt 0,82% Do đó, máy bơm tại trạm bơm cấp II giai đoạn 2025-2035 sẽ tương tự như giai đoạn 2017-2025.

2.2.3 Bảng hệ số pattern cho khu vực tính toán

Bảng 2.12 Bảng hệ số pattern cho các khu vực tính toán

Hệ số pattern sinh hoạt

(Trường hợp cấp nước tại vòi)

Hệ số pattern s inh hoạt

(Trường hợp cấp nước tại bể chứa khách hàng)

Hệ số pattern trường học

Hệ số pattern dịch vụ

Hệ số pattern vãng lai

Hệ số pattern Vãng lai

Phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới

2.3.1 Phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới

Phương pháp tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước được thực hiện thông qua chương trình “Epanet”, ứng dụng phương pháp phân tích Hardy - Cross kết hợp với phương trình dòng chảy Hazen - William.

Việc tính toán thủy lực cho mạng cấp nước tại xã Hương Sơn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước đến năm 2025 và 2035, dựa trên nhu cầu thực tế, sẽ giúp giảm thiểu chi phí đầu tư xây dựng.

Các bước tính toán như sau:

- Bước 1: Đề xuất các phương án thiết kế mạng lưới cấp nước với áp lực tính toán đến bể chứa của khách hàng và áp lực tại vòi.

Bước 2 trong quy trình thiết kế hệ thống cấp nước là thực hiện tính toán thủy lực, kiểm tra vận tốc dòng chảy và xác định đường kính ống Điều này được thực hiện dựa trên áp lực cấp nước đến bể chứa của khách hàng và áp lực tại vòi, sử dụng phần mềm Epanet để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của hệ thống.

- Bước 3: Tính toán chi phí thực tế mà người dân phải bỏ ra với mỗi trường hợp

- Bước 4: Tính toán giá trị hàm mục tiêu của các phương án

C tổng = C XD + C QL + C DAN → Min Trong đó:

Chi phí đầu tư xây dựng mạng lưới đường ống phụ thuộc vào đường kính ống được chọn Mỗi phương án lựa chọn áp lực tại điểm bất lợi khác nhau trong mạng lưới sẽ dẫn đến sự biến đổi trong áp lực của máy bơm tại trạm bơm cấp II, từ đó ảnh hưởng đến kinh phí lắp đặt máy bơm.

- C QL : Tổng chi phí quản lý vận hành hàng năm.

C DAN là tổng chi phí mà người dân phải chi trả, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu và chi phí hàng năm Trong trường hợp áp lực cao, giá thành 1m³ nước cũng tăng, dẫn đến chi phí tiền nước hàng năm cao hơn.

2.3.2 Phần mềm tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước EPANET

Hiện nay, có nhiều phần mềm thiết kế mạng lưới cấp nước như Loop, Epanet và WaterCad Tuy nhiên, Epanet nổi bật với tính trực quan và phương pháp điều chỉnh đơn giản, chính xác, vì vậy tác giả đã chọn Epanet làm công cụ tính toán.

EPANET là phần mềm chuyên dụng để tính toán và mô phỏng mạng lưới cấp nước, cho phép phân tích thủy lực và chất lượng nước theo thời gian Phần mềm này mô phỏng các thành phần quan trọng của mạng lưới cấp nước, bao gồm ống dẫn, nút giao, máy bơm, van, bể chứa và đài nước EPANET có khả năng tính toán lưu lượng nước qua từng đoạn ống, áp suất tại các nút, chiều cao nước trong bể chứa và đài nước, cũng như nồng độ các chất trong hệ thống trong suốt quá trình mô phỏng nhiều thời đoạn.

Chạy trên nền tảng Windows, EPANET cung cấp một môi trường tích hợp để nhập dữ liệu mạng, thực hiện mô phỏng quá trình thủy lực và chất lượng nước, đồng thời cho phép người dùng quan sát kết quả qua nhiều phương thức khác nhau.

EPANET là một phần mềm được phát triển bởi Bộ phận Cấp nước và nguồn nước thuộc Viện Nghiên cứu quản lý rủi ro quốc gia của Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ, nhằm hỗ trợ trong việc mô phỏng và quản lý hệ thống cấp nước.

Ngoài việc mô hình hoá thủy lực, EPANET cho phép mô hình hoá chất lượng nước với các khả năng sau:

- Mô hình hoá sự chuyển động của chất không phản ứng trong mạng

Mô hình hóa chuyển động và sự biến đổi của các chất phản ứng trong mạng là quá trình quan trọng, cho phép theo dõi sự gia tăng của các sản phẩm khử trùng theo thời gian, đồng thời cũng đánh giá sự suy giảm của dư lượng Clo.

- Mô hình hoá thời gian lưu nước trong khắp mạng

- Theo dõi được phần trăm lưu lượng nước từ một nút cho trước đến các nút khác theo thời gian

- Mô hình hoá phản ứng cả trong dòng chảy lẫn trên thành ống

- Sử dụng động học bậc 'n' để mô hình hoá phản ứng trong dòng chảy

- Sử dụng động học bậc '0' hoặc bậc nhất để mô hình hoá phản ứng tại thành ống

Việc cản trở sự vận chuyển nước trong mô hình hóa phản ứng tại thành ống có thể dẫn đến sự gia tăng hoặc suy giảm nồng độ của các phản ứng đến một mức giới hạn nhất định.

- Sử dụng các hệ số mức phản ứng chung, tuy nhiên cũng có thể thay đổi riêng cho từng đoạn ống

- Cho phép hệ số phản ứng của thành ống liên hệ được với độ nhám của ống

- Cho phép nồng độ hoặc khối lượng vật chất biến đổi theo thời gian đưa vào một vị trí bất kỳ trong mạng.

- Mô hình hoá các bể chứa như là bể phản ứng với các kiểu trộn khác nhau

Với các đặc điểm như vậy, EPANET có thể xem xét được các vấn đề về chất lượng nước như:

- Sự pha trộn nước từ các nguồn khác nhau;

- Thời gian lưu nước trong hệ thống;

- Sự suy giảm dư lượng Clo;

- Sự gia tăng các sản phẩm khử trùng;

- Theo dõi sự lan truyền các chất ô nhiễm

EPANET là phần mềm nổi bật với khả năng mô phỏng các tính toán thủy lực một cách trực quan, tích hợp cả yếu tố thời gian và chất lượng nước, mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng trong việc quản lý hệ thống cấp nước.

Chương trình tính cho độ chính xác cao, kết quả dễ sử dụng và có thể linh kết với các phần mềm khác

Có thể tính toán được nhiều thông số và mô phỏng tất cả các chi tiết của mạng lưới.

Với chương trình này, người dùng có thể dễ dàng tính toán các thông số của mạng lưới vào bất kỳ giờ nào trong ngày mà không cần phải nhập lại dữ liệu.

EPANET nổi bật với khả năng tính toán mở rộng mạng lưới cấp nước, cho phép quản lý hiệu quả các mạng lưới có nhiều nguồn nước cấp đồng thời.

Chương trình này cũng dùng cho tính toán, sửa chữa, nâng cấp và quản lý vận hành mạng lưới cũng rất tốt.

Giao diện với chương trình EPANET trực quan dễ hiểu

EPANET có nhược điểm là đòi hỏi người chạy chương trình phải có trình độ và đòi hỏi nhiều số liệu

2.3.2.2 Mô phỏng mạng lưới bằng phần mềm EPANET

EPANET là phần mềm mô hình hóa hệ thống phân phối nước, thể hiện hệ thống này như một tập hợp các đường ống nối kết với các nút Các đường ống trong mô hình mô tả các thành phần như ống dẫn nước, máy bơm và van điều khiển.

TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI VÀ ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CẤP NƯỚC HỢP LÝ

Vạch tuyến mạng lưới cấp nước cho khu vực nghiên cứu

3.1.1 Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước

Mạng lưới cấp nước phải bao trùm tới tất cả các điểm dùng nước trong phạm vi xã Hương Sơn.

Các tuyến ống chính phải kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới (theo hướng phát triển của xã Hương Sơn)

Các tuyến ống chính cần được kết nối bằng các ống nối để tạo thành các vòng khép kín liên tục Hình dạng của các vòng này cũng nên kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới.

Các tuyến ống chính phải bố trí sao cho ít quanh cogấp khúc, có chiều dài ngắn nhất và nước chảy thuận tiện nhất

Các đường ống ít phải vượt qua các chướng ngại vật

Khi vạch tuyến mạng lưới cấp nước phải có sự liên hệ chặt chẽ với việc bố trí và xây dựng các công trình kỹ thuật ngầm khác

Kết hợp chặt chẽ giữa hiện tại và phát triển trong tương lai của khu vực.

3.1.2 Vạch tuyến mạng lưới cấp nước

Mạng lưới cấp nước tại xã Hương Sơn được thiết kế dựa trên quy hoạch giao thông đến năm 2035, đảm bảo phục vụ cho các khu vực dân cư hiện tại và mở rộng theo cấu trúc mạng lưới, đáp ứng nhu cầu phát triển của địa phương.

Nhìn vào mặt bằng quy hoạch của xã Hương Sơn ta nhận thấy:

- Mặt bằng của xã khá bằng phẳng, những vị trí dân cư trong xã không chênh nhau nhiều về độ cao

- Dân số phân bố tương đối đồng đều ở các thôn trong xã

Tận dụng tối đa hệ thống mạng lưới hiện có và mở rộng phát triển mạng lưới tới các khu vực mới nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước, đồng thời đảm bảo sự phát triển bền vững của mạng lưới trong tương lai.

Dựa trên nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước ở trên, tiến hành vạch tuyến mạng lưới cấp nước xã Hương Sơn như sau:

- Mạng truyền thống, kết hợp mạng vòng và mạng cụt

- Các tuyến ống chính chạy dọc xã Hương Sơn từ Tây sang Đông

- Sử dụng máy bơm biến tần nên không dùng đài

Việc kiểm soát lượng nước rò rỉ và thất thoát trở nên dễ dàng hơn, cho phép linh động trong việc phát triển mạng lưới cung cấp nước cho từng khu vực Điều này đảm bảo cung cấp đúng chất lượng và đủ số lượng nước cho đối tượng tiêu thụ.

Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước

Ta tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước của xã Hương Sơn đảm bảo phục vụ trong hai trường hợp sau:

- Tính toán mạng lưới cấp nước trong giờ dùng nước lớn nhất Đây là trường hợp tính toán cơ bản

- Tính toán kiểm tra mạng lưới cấp nước đảm bảo dập tắt các đám cháy trong giờ dùng nước nhiều nhất

Sử dụng phần mềm EPANET 2.0 với các thông số đầu vào bao gồm có :

- Chiều dài, sức kháng của tất cả các đoạn ống trong mạng lưới

- Vị trí và trị số lưu lượng lấy ra tại các điểm dùng nước cố định (tại các nút) trong mạng lưới

- Đặc tính (Q ~ H) của tất cả các điểm cấp nước.

- Cao trình tại tất cả các nút trong hệ thống

Ta cần tiến hành điều chỉnh sao cho :

- Tổn thất dọc đường trên mỗi tuyến ống không vượt quá 10m trong giờ dùng nước lớn nhất và không quá 15m khi có cháy trong giờ dùng nước lớn nhất

Áp lực nước tại xã Hương Sơn thường đạt mức thấp nhất trong giờ tiêu thụ nước cao điểm, ảnh hưởng đến cả áp lực cấp nước đến bể chứa và áp lực tại các vòi nước Điều này dẫn đến tình trạng thiếu nước cho người dân, đặc biệt trong những thời gian cao điểm sử dụng.

Vận tốc trong đường ống cần duy trì trong vùng kinh tế trung bình, với yêu cầu Vmin > 0,4 m/s, cho phép một số đường ống cuối mạng lưới có vận tốc thấp hơn Vận tốc tối đa không được vượt quá 1,8 m/s trong giờ sử dụng nước cao điểm và 2 m/s khi có cháy Tại các điểm cuối sử dụng nước, cần điều chỉnh để đảm bảo vận tốc các hướng vận chuyển đến điểm này tương đương hoặc chỉ chênh lệch không đáng kể.

- Áp lực của bơm không được phép vượt quá 60m.

3.2.1 Xác định chiều dài tính toán các đoạn ống

Mỗi đoạn ống nước phục vụ nhu cầu khác nhau của người dùng, yêu cầu khả năng phục vụ đa dạng Để xác định khả năng phục vụ của các đoạn ống, người ta sử dụng công thức tính chiều dài tính toán: ltt = l thực m (m).

- l tt : Chiều dài tính toán của các đoạn ống (m)

- l thực : Chiều dài thực của các đoạn ống (m)

- m: Hệ số phục vụ của đoạn ống

Khi đoạn ống phục vụ một phía m = 0.5

Khi đoạn ống phục vụ hai phía m = 1.

Khi đoạn ống qua sông hoặc không có đối tượng phục vụ m = 0

Hình 3.1 Mặt bằng vạch tuyến cấp nước xã Hương Sơn Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.1 Chiều dài tính toán các đoạn ống

STT Ống Điểm đầu Điểm cuối Chiều dài thực tế (m) sốHệ m

Tổng chiều dài thực tế của đường ống là 20,868 m, trong khi chiều dài tính toán là 16,458.5 m Đường ống được chọn để chuyển tải là ống HDPE sản xuất trong nước, với những ưu điểm và nhược điểm đáng chú ý.

Bề mặt ống trơn láng giúp giảm thiểu trở lực dòng chảy, ngăn chặn sự hình thành cặn bã, rong rêu và tạp khuẩn, từ đó bảo vệ nguồn nước khỏi ô nhiễm cục bộ và tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành.

- Có khả năng chống ăn mòn hóa học bề mặt trong và bề mặt ngoài của ống

- Tuổi thọ cao trên 50 năm

- Tính linh hoạt, mềm dẻo: Có thể uốn theo yêu cầu lắp đặt nhiều hơn hoặc cuộn lại với chiều dài lớn

- Phương pháp hàn nhiệt làm hệ thống đồng nhất hơn, dễ thi công, nhất là trong môi trường lắp đặt thiếu ổn định.

Tuy nhiên ống HDPE cũng có nhược điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

- Thi công kết nối lắp đặt cần thiết bị hàn chuyên dụng, nguồn điện, người vận hành được đào tạo

3.2.2 Xác định cao trình nút

Cao trình nút được xác định dựa vào bình đồ xã Hương Sơn:

Bảng 3.2 Bảng tính toán cao trình các nút

Tên nút Cao trình mặt đất tự nhiên (m) Cao trình nút (m)

3.2.3 Xác định lưu lượng dọc đường của các đoạn ống

3.2.3.1 Xác định lưu lượng dọc đường của các đoạn ống – Trường hợp cấp nước tại vòi a Trong giờ dùng nước trung bình ngày đêm(giai đoạn đến năm 2035)

Theo biểu đồ dùng nước thì giờ dùng nước nhiều nhất của xã Hương Sơn là 12 h ÷

- Q max = 7,23% Q ngđ = 7,23% x 5924/1,05 (m 3 /h) = 407,91 (m 3 /h) = 113,3 (l/s) Lưu lượng đơn vị dọc đường: c i dv tt max shi i dvdd q

+ i qdvdd :Lưu lượng dọc đường của khu vực i (l/s.m)

Qshi : Lưu lượng sinh hoạt trong giờ dùng nước lớn nhất của khu vực i có kể đến hệ số (a = 1,05) max

∑ : Tổng chiều dài tính toán của khu vực i (m).

+ c qdv : Lưu lượng dọc đường phân phối đều cho khu vực Được xác định theo công thức: tt dp c t dv L

Với: ∑Q t - Tổng lưu lượng nước tưới cây, rửa đường.

∑Q dp - Tổng lưu lượng nước dự phòng

∑Qdp = 428,19 – 356,83 = 71,36 (m 3 /h) = 19,82 (l/s) (là lượng nước kể đến các nhu cầu chưa dự tính hết được như lượng rò rỉ, thất thoát)

Vậy lưu lượng dọc đường là:

∑ max sh c dvdd dv tt

Từ đó ta tính đượctổng lưu lượng dọc đường lấy ra tại các nút trên mạng lưới:

Từ đó ta tính được lưu lượng dọc đường cho các đoạn ống theo công thức: q dđ(i-k) = q i dvdd l tt(i-k)

Kết quả tính toán được trình bày trong Phụ lục 1, bao gồm lưu lượng dọc đường của các đoạn ống đến năm 2035, và Phụ lục 2, là bảng tính lưu lượng cho các nút trong mạng lưới Ngoài ra, cần xem xét các trường hợp xảy ra cháy để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

Thông thường việc tính toán lựa chọn số đám cháy xảy ra đồng thời và lưu lượng cần để dập tắt các đám cháy cần theo TCVN 2622- 1995

Đến năm 2025, dân số xã Hương Sơn dự kiến đạt 22.730 người Trong khu dân cư, sẽ xảy ra 1 đám cháy đồng thời, với lưu lượng nước chữa cháy là 10 l/s cho mỗi đám cháy, áp dụng cho các công trình nhà ở 2 tầng trở xuống.

Đến năm 2035, dân số xã Hương Sơn dự kiến đạt 24.372 người Trong khu dân cư, có khả năng xảy ra 1 đám cháy đồng thời, với lưu lượng nước cần thiết cho mỗi đám cháy là 10 lít/giây, áp dụng cho các nhà 2 tầng trở xuống.

Do đặc thù của khu vực nông thôn với khoảng cách xa giữa các nhà ở, cháy thường xảy ra dưới dạng những đám cháy đơn lẻ Vì vậy, việc tính toán lưu lượng 10 l/s không thực sự cần thiết Tác giả đã quyết định lựa chọn lưu lượng cho mỗi đám cháy là 5 l/s.

Theo tính toán ở trên, ta tính toán số đám cháy xảy ra đồng thời là 1 đám, được bố trí tại các nút

Trạm bơm cấp II cung cấp toàn bộ lưu lượng nước tiêu dùng cho xã Hương Sơn Trong trường hợp xảy ra cháy, lưu lượng này bao gồm tổng lưu lượng từ các nút của khu dân cư lấy từ các điểm dùng nước tập trung và lưu lượng từ các điểm chữa cháy.

Tổng lưu lượng nước cấp vào mạng lưới khi có cháy trong giờ dùng nước lớn nhất là:

Theo tính toán, xã Hương Sơn có một đám cháy đồng thời, được đặt tại vị trí bất lợi nhất trong mạng lưới với lưu lượng 5 l/s, coi đây là lưu lượng lấy ra tập trung.

Trên sơ đồ tính toán cho trường hợp sử dụng nước tối đa, cần bổ sung các "lưu lượng tập trung mới" để dập tắt đám cháy Đối với các khu dân cư ven sông, việc sử dụng xe bơm chữa cháy lấy nước từ sông là cần thiết, theo quy định tại Điều 10.7 TCVN 2622:1995.

Việc tính toán thủy lực mạng lưới trong trường hợp cháy là cần thiết để đảm bảo lưu lượng và áp lực nước đáp ứng kịp thời tại các điểm có nguy cơ cháy cao Nguyên tắc thiết kế hệ thống cấp nước chữa cháy (HTCN) yêu cầu phải đảm bảo an toàn, với giả thiết rằng các đám cháy có thể xảy ra ở những vị trí bất lợi nhất, xa nhất so với trạm bơm, đặc biệt là tại các khu vực có công trình quan trọng và kho tàng Sơ đồ tính toán hệ thống mạng lưới khi có cháy sẽ thể hiện rõ ràng các yếu tố này.

3.2.3.2 Xác định lưu lượng dọc đường của các đoạn ống – Trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng a Trong giờ dùng nước trung bình ngày đêm (giai đoạn đến năm 2035)

Theo biểu đồ dùng nước thì giờ dùng nước nhiều nhất của xã Hương Sơn là:

- Q max = 4,51% Q ngđ = 4,51% x 5924/1,05 (m 3 /h) = 254,45 (m 3 /h) = 70,68 (l/s) Lưu lượng đơn vị dọc đường: c i dv tt max shi i dvdd q

- q i dvdd : Lưu lượng dọc đường của khu vực i (l/s.m)

- Q max shi :Lưu lượng sinh hoạt trong giờ dùng nước lớn nhất của khu vực i có kể đến hệ số (a = 1,05) max

∑ : Tổng chiều dài tính toán của khu vực i (m)

+ c qdv : Lưu lượng dọc đường phân phối đều cho khu vực Được xác định theo công thức: tt dp c t dv L

Với: ∑Qt - Tổng lưu lượng nước tưới cây, rửa đường

∑Q dp - Tổng lưu lượng nước dự phòng.

∑Q dp = 260,34 - 216,95 = 43,39 (m 3 /h) = 12,05 (l/s) (là lượng nước kể đến các nhu cầu chưa dự tính hết được như lượng rò rỉ, thất thoát)

Vậy lưu lượng dọc đường là:

∑ max sh c dvdd dv tt

Từ đó ta tính được tổng lưu lượng dọc đường lấy ra tại các nút trên mạng lưới:

Từ đó ta tính được lưu lượng dọc đường cho các đoạn ống theo công thức: q dđ(i -k) = q i dvdd l tt(i-k)

Kết quả tính toán được trình bày trong Phụ lục 3, bao gồm lưu lượng dọc đường của các đoạn ống đến năm 2035, và Phụ lục 4, là bảng tính lưu lượng cho các nút trong mạng lưới Ngoài ra, cũng cần xem xét trường hợp có cháy xảy ra.

Tương tự như trên, ta tính toán số đám cháy xảy ra đồng thời là 1 đám, được bố trí tại nút Nút 62 với q cc = 5 (l/s)

Tính toán giá thành xây dựng và quản lý

3.3.1 Tính toán chi phí xây dựng và quản lý mạng lưới

3.3.1.1 Tính toán chi phí xây dựng

Chi phí xây dựng hệ thống cấp nước bao gồm:

- Chi phí xây dựng công trình thu, trạm bơm cấp I

- Chi phí xây dựng mạng lưới đường ống truyền dẫn.

- Chi phí xây dựng trạm xử lý

- Chi phí xây dựng trạm bơm cấp II

Do chi phí xây dựng công trình thu, trạm bơm cấp I, mạng đường ống truyền dẫn và trạm bơm cấp II (không bao gồm chi phí thiết bị máy bơm) không có sự biến động lớn giữa các trường hợp, chúng ta chỉ cần tính toán các chi phí sau đây.

Bảng 3.15 Chi phí xây dựng mạng lưới đường ống truyền dẫn – Trường hợp cấp nước tại vòi

Chiều dài (m) Áp lực ống (PN) Đơn giá

Bảng 3.16 Chi phí xây dựng mạng lưới đường ống truyền dẫn – Trường hợp cấp nước vào bể chứa khách hàng

Chiều dài (m) Áp lực ống (PN) Đơn giá

Bảng 3.17 Chi phí mua máy bơm trạm bơm cấp II

Thông số kỹ thuật máy bơm Đơn giá (VNĐ) Thành tiền

(VNĐ) Loại máy bơm Số lượ ng

Công suất (KW) lượng Lưu (l/s) Áp lực bơm (m)

Trường hợp áp lực cấp nước tại vòi

(1 máy bơm hoạt động + 1 máy bơm dự phòng)

Máy bơm chữa cháy 1 EBARA 80x65FS

511,344,000 Trường hợp cấp nước tại bể chứa khách hàng

(1 máy bơm hoạt động + 1 máy bơm dự phòng)

Máy bơm chữa cháy 1 EBARA 80x65FS

Ghi chú: Giá máy bơm được xác định theo báo giá của đơn vị cung cấp (tháng 04/2017)

3.3.1.2 Tính toán chi phí quản lý mạng lưới

Chi phí quản lý của trạm bơm cấp II bao gồm nhiều yếu tố như chi phí điện năng tiêu thụ, chi phí dầu mỡ, chi phí hóa chất, chi phí lương, chi phí bảo hiểm xã hội, chi phí quản lý, chi phí sửa chữa, khấu hao tài sản cố định và các chi phí khác Tuy nhiên, do các chi phí như dầu mỡ, hóa chất, lương, bảo hiểm xã hội, quản lý, sửa chữa và khấu hao tài sản cố định hầu như không thay đổi, bài luận văn này sẽ chỉ tập trung vào việc so sánh chi phí điện năng tiêu thụ hàng năm của các trường hợp khác nhau.

Trong luận văn này, chúng tôi chỉ tập trung vào việc tính toán chi phí điện năng cho trạm bơm cấp II trong các trường hợp áp lực khác nhau; các chi phí khác không có sự thay đổi đáng kể trong các tình huống tính toán này.

Chi phí điện năng cho sản xuất trong 1 năm của trạm bơm cấp II được xác định theo công thức tổng quát sau:

- H: Cột áp của máy bơm (m)

- T: Thời gian công tác của máy bơm trong 1 ngày (h)

- η b : Hiệu suất của máy bơm (%)

Giá điện cho sản xuất gĐ được xác định là 1.621 đ/kWh, theo công bố của Tập đoàn Điện lực Việt Nam trong tháng Giá điện trung bình hàng ngày sử dụng cho sản xuất cũng là 1.621 đ/kWh.

Bảng 3.18 Bảng tổng hợp chi phí điện năng của trạm bơm cấp 2 trong các trường hợp tính toán

Loại máy bơm lượngLưu (l/s) Áp lực bơm (m)

T (thời gian làm việc của bơm) (h)máy

Chi phí điện năng trạm bơm cấp II trong 1 năm (VNĐ)

Trường hợp áp lực cấp nước tại vòi

Trường hợp áp lực cấp nước tại bể chứa khách hàng

3.3.2 Tính toán chi phí của người dân

Hiện nay, tại xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức và khu vực nông thôn ngoại thành Hà Nội, hầu hết các hộ gia đình đều xây dựng các thiết bị lưu trữ nước như bể chứa ngầm, bể chứa nửa ngầm nửa nổi, bể chứa nổi hoặc xitec chứa nước Mô hình cấp nước phổ biến bao gồm bể chứa kết hợp với trạm bơm và két nước, giúp lưu trữ và sử dụng nước hiệu quả cho sinh hoạt hàng ngày.

Trong khoảng thời gian 2 – 3 ngày, nếu hệ thống cấp nước của địa phương gặp sự cố như mất nước, cần sửa chữa đường ống, hoặc khi áp lực nước yếu, việc cung cấp nước sẽ bị ảnh hưởng.

Dựa trên khảo sát thực tế tại địa phương và số liệu thống kê từ các khu vực có điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tương đồng, tác giả đã trình bày sơ đồ cấp nước tiêu biểu cho các hộ dân.

Hình 3.6 Sơ đồ cấp nước hộ gia đình có nhà cấp 4

- Số hộ dân: 4286/6123 (chiếm tỷ lệ 70%)

Theo khảo sát thực tế và tham vấn từ các địa phương có điều kiện tương đồng, trong trường hợp cấp nước tại vòi, 75% hộ dân sử dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 1A, trong khi 25% còn lại theo sơ đồ 1B Đối với cấp nước tại bể chứa khách hàng, 100% hộ dân áp dụng mô hình theo sơ đồ 1A, và không có hộ nào sử dụng sơ đồ 1B.

Khi chọn máy bơm nước cho hộ gia đình, cần tính toán nhu cầu sử dụng trung bình cho các thiết bị như vòi hoa sen, máy giặt và hệ thống vệ sinh hoạt động đồng thời Tổng nhu cầu nước trong trường hợp này là khoảng 44 lít/phút.

- Nhà vệ sinh: 9 lít/phút

- Chuẩn vòi hoa sen: 10-15 lít/phút

- Vườn cây cảnh quanh nhà: 20 lít/phút

- Hệ thống nước lau rửa sàn, nền: 10 -15 lít/phút

- Trung bình ngôi nhà trung bình 5 đến 7 người ở cần 30-50 lít/phút, tác giả lựa chọn được máy bơm như sau: Loại máy bơm nước hộ gia đình: Q1@ l/phút,

Hình 3.7 Sơ đồ cấp nước hộ gia đình có nhà 2 tầng

- Trường hợp cấp nước tại vòi: Số hộ dân sử dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 2A chiếm tỷ lệ 80% và theo sơ đồ 2B chiếm tỷ lệ 20%

Tại bể chứa khách hàng, 100% số hộ dân áp dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 2A, trong khi đó không có hộ dân nào sử dụng mô hình theo sơ đồ 2B.

- Tương tự như trên, ta lựa chọn được máy bơm như sau: Loại máy bơm nước hộ gia đình: Q2E l/phút, H 2 m

Tại bể chứa khách hàng, 100% hộ dân sử dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 3A, trong khi đó mô hình theo sơ đồ 3B không được áp dụng.

- Tương tự như trên, ta lựa chọn được máy bơm như sau: Loại máy bơm nước hộ gia đình: Q3P l/phút, H 3 m

- Số hộdân: 245/6123 (chiếm tỷ lệ 4%)

Tại bể chứa khách hàng, 100% hộ dân sử dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 4A, trong khi đó, tỷ lệ sử dụng theo sơ đồ 4B là 0%.

- Tương tự như trên, ta lựa chọn được máy bơm như sau: Loại máy bơm nước hộ gia đình: Q4` l/phút, H 4 m

Chi phí xây dựng cho người dân bao gồm nhiều yếu tố quan trọng như chi phí đường ống sau đồng hồ, chi phí đồng hồ nước, chi phí mua máy bơm, tiền điện vận hành máy bơm, chi phí nhân công lắp đặt, chi phí xây dựng bể chứa và chi phí két nước mái Các yếu tố này cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm trong quá trình xây dựng.

88 chứa, két nước mái không thay đổi nhiều giữa các trường hợp, nên ta chỉ tính toán so sánh các chi phí sau:

- Chi phí đường ống sau đồng hồ;

- Chi phí tiền điện chạy máy bơm,

• Tổng hợp chi phí của người dân

Bảng 3.19 Bảng tổng hợp số hộ dân ứng với các trường hợp tính toán

Số hộ dân (hộ) Trường hợp tính toán

Trường hợp cấp nước tại vòi

Trường hợpcấp nước tại bể chứa khách hàng

Bảng 3.20 Bảng tổng hợp chi phí của người dân

Số hộ dân (Hộ dân)

Trường hợp cấp nước vào bể chứa khách hàng (H=2m)

Chi phí xây dựng ban đầu của người dân

Số hộ dân (Hộ dân)

Trường hợp cấp nước vào bể chứa khách hàng (H=2m)

Chi phí điện năng máy bơm của toàn bộ số hộ dân xã

3.3.3 Tổng hợp chi phí và so sánh kinh tế

Bảng 3.21 Bảng tổng hợp chi phí xây dựng và quản lý vận hành mạng lưới trong 1 năm

STT Nội dung Trường hợp cấp nước tại bể chứa khách hàng (H=2m)

Trường hợp cấp nước tại vòi (Hm)

1 Chi phí xây dựng mạng lưới(VNĐ) 5.238.642.300 7.938.973.450

1,2 Chi phí mua máy bơm TB II 281.496.000 511.344.000

2 Chi phí quản lý vận hành (VNĐ)

Hình 3.10Biểu đồ so sánhgiữa chi phíxây dựng mạng lưới cấp nước trường hợp cấp nước vàobể chứa khách hàng và cấp nước tại vòi

Biểu đồ so sánh chi phí quản lý vận hành mạng lưới cấp nước trong một năm giữa hai trường hợp: cấp nước vào bể chứa khách hàng và cấp nước tại vòi.

Biểu đồ so sánh chi phí xây dựng và tiền điện máy bơm của người dân tại xã Hương Sơn cho thấy chi phí xây dựng mạng lưới cấp nước tại bể chứa khách hàng giảm 34% so với cấp nước tại vòi Đồng thời, chi phí tiền điện cho trạm bơm cấp II cũng giảm 35% khi áp dụng phương án cấp nước tại bể chứa Tuy nhiên, tổng chi phí của người dân, bao gồm cả chi phí đầu tư ban đầu và tiền điện trong một năm, không có sự thay đổi đáng kể giữa hai phương án, chỉ lớn hơn 15% so với phương án cấp nước tại vòi.

Đề xuất sơ đồ cấp nước mạng lưới cấp nước hợp lý khu vực nông thôn ngoại thành Hà Nội

Tốc độ phát triển kinh tế đô thị nhanh chóng trên toàn quốc yêu cầu thực hiện nhiều dự án cấp nước để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước của người dân Chi phí xây dựng và quản lý mạng lưới cấp nước chiếm tỷ lệ lớn trong tổng đầu tư cho hệ thống này Luận văn đề xuất một phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới mới, nhằm giảm chi phí đầu tư và quản lý, đồng thời đảm bảo cung cấp nước liên tục cho khu vực nông thôn.

• Quan điểm tính toánthủy lực mạng lưới cấp nước:

Để tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước, cần dựa vào nhu cầu sử dụng nước cao nhất trong giờ cao điểm hàng ngày và trong ngày tiêu thụ nước lớn nhất trong năm.

- Q max ng : là lưu lượng lớn nhất ngày (tính cho ngày dùng nước nhiều nhất)

- Q tb ng : là lưu lượng tính cho ngày dùng nước trung bình trong năm (m3/ngày) tính theo tiêu chuẩn dùng nước (l/người.ngày) và số người dùng nước.

Hệ số dùng nước không điều hòa (K ngđ) dao động từ 1,25 đến 1,5, giúp xác định lưu lượng nước lớn nhất trong ngày Để có số liệu chính xác, cần thiết lập bảng tổng hợp lưu lượng nước theo từng giờ, dựa trên nghiên cứu chế độ dùng nước của các đối tượng Từ đó, có thể xác định chế độ tiêu thụ nước toàn khu vực và chọn giờ có lưu lượng lớn nhất để tính toán mạng lưới Giờ dùng nước lớn nhất thường cao hơn 1,4 đến 1,6 lần so với giờ dùng nước trung bình Trong thực tế, các đơn vị thiết kế thường tính toán quy mô công suất dựa trên tiêu chuẩn dùng nước của từng đối tượng, xác định lưu lượng trung bình và nhân với hệ số dùng nước không điều hòa giờ (K giờ).

Để xác định lưu lượng giờ dùng nước lớn nhất (m³/h) làm cơ sở dữ liệu cho tính toán thủy lực mạng lưới, cần xem xét các điều kiện cụ thể của từng địa phương Hệ thống cấp nước có thể phục vụ cho các nhà 2 hoặc 3 tầng, yêu cầu phải có đài nước hoặc máy bơm của trạm bơm cấp II được điều khiển bằng thiết bị biến tần Với nguyên tắc hoạt động này, khách hàng chỉ cần mở vòi là có nước mà không cần trang bị thêm thiết bị nào.

Hệ thống cấp nước hiện nay ở Việt Nam thường gặp vấn đề do đường ống xuống cấp, đặc biệt ở khu vực nông thôn với mạng lưới cấp nước không hoàn chỉnh, dẫn đến tỷ lệ thất thoát nước cao Để giảm thiểu tình trạng này, giải pháp hiệu quả là cung cấp nước vào bể chứa của hộ dân Người dân cần tự trang bị máy bơm để bơm nước từ bể chứa lên két nước mái, phục vụ cho các thiết bị sử dụng.

Khi áp lực trong mạng lưới lớn thì tỷ lệ thất thoát nước tăng, theo công thứ tính thủy lực qua lỗ và vòi:

- ω: diện tích tiết diện lỗ và vòi,

- H: áp lực trước lỗ, vòi (m cột nước)

Lưu lượng nước chảy qua một lỗ có diện tích không đổi tỷ lệ thuận với chiều cao H, điều này cho thấy rằng khi mạng lưới đường ống có nhiều lỗ rò rỉ, lưu lượng nước sẽ tăng lên.

Để giải quyết tình trạng 94 điểm rò rỉ, cần áp dụng giải pháp điều hành mạng lưới bằng cách giảm áp lực trên hệ thống, nhằm đảm bảo cung cấp đủ nước vào bể chứa của các hộ gia đình.

Trong việc lập các dự án cấp nước, quy mô công suất của trạm cấp nước thường được xác định dựa trên ngày sử dụng nước lớn nhất và tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước theo giờ sử dụng nước cao nhất Điều này dẫn đến việc sử dụng các hệ số Kng và K giờ Phương pháp tính toán thủy lực và chọn đường kính ống theo lưu lượng như vậy đảm bảo an toàn cho hệ thống cấp nước tại vòi, phù hợp với các hệ thống cấp nước hiện nay.

Khi mô hình cấp nước chuyển sang cung cấp nước trực tiếp đến bể chứa của các hộ gia đình, bể chứa trở thành công trình điều hòa lưu lượng, do đó không cần tính đến các hệ số sử dụng nước không điều hòa theo thời gian nữa Việc này dẫn đến giảm lưu lượng nước, từ đó làm giảm đường kính ống và giảm chi phí đầu tư cho hệ thống ống dẫn Cụ thể, tại xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức, thành phố Hà Nội, chi phí xây dựng và quản lý vận hành mạng lưới cấp nước đã giảm đến 35% khi áp dụng mô hình cấp nước tại bể chứa của khách hàng.

Với phương án tính toán đã nêu, khi lưu lượng giảm, tổn thất áp lực trong ống cũng giảm theo, dẫn đến áp lực yêu cầu tại các điểm bất lợi trong ống giảm Tuy nhiên, cần đảm bảo áp lực đủ để cung cấp nước vào bể chứa.

Theo chương trình mục tiêu quốc gia về cấp nước, mọi cư dân nông thôn đều phải được cung cấp nước sạch đạt tiêu chuẩn tối thiểu 60 lít/người/ngày Tuy nhiên, do nguồn kinh phí hạn hẹp, tỷ lệ nông thôn Hà Nội tiếp cận nước sạch chỉ đạt 35% Để khắc phục tình trạng này, việc áp dụng mô hình cấp nước tới bể chứa cho từng hộ gia đình là một giải pháp khả thi, giúp phục vụ nhiều người hơn với khoản đầu tư hợp lý Mô hình này phù hợp với điều kiện sinh hoạt nông thôn hiện tại và có thể được cải tạo, nâng cấp trong tương lai khi kinh tế phát triển.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nước sạch là nhu cầu thiết yếu cho đời sống người dân nông thôn và toàn quốc Tuy nhiên, nhiều khu vực vẫn chưa tiếp cận được nguồn nước sạch đạt tiêu chuẩn Quốc gia do điều kiện kinh tế khó khăn Để giải quyết vấn đề này, luận văn đã nghiên cứu và đề xuất mô hình cấp nước cho khu vực nông thôn, nhằm tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả đầu tư trong lĩnh vực cấp nước.

Qua nghiên cứu luận văn đã đạt được một số kết quả sau:

- Luận văn đã phân tích được các điều kiện thực tế cấp nước tại khu vực nông thôn và các yếu tố ảnh hưởng đến lĩnh vực cấp nước

Luận văn đã tiến hành đề xuất và tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước tại xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội, dựa trên các trường hợp áp lực nước khác nhau Qua đó, nghiên cứu so sánh chi phí đầu tư xây dựng và quản lý mạng lưới cấp nước, cũng như đánh giá tác động về chi phí đối với người dân.

Luận văn đã đề xuất một mô hình cấp nước cho xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội, đồng thời áp dụng cho toàn bộ khu vực nông thôn Việt Nam.

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở cho việc xác định áp lực tối ưu trong quá trình lập dự án và thiết kế hệ thống cấp nước nông thôn.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Đề Xuất Sơ Đồ Cấp Nước Và Tính Toán Thủy Lực Mạng Lưới Cho Hệ Thống Cấp Nước Tập Trung Nông Thôn Của Xã Hương Sơn, Huyện Mỹ Đức, Tp. Hà Nội Nhằm Giảm Kinh Phí Đầu Tư
Tác giả	Tạ Minh Quyền
Người hướng dẫn	PGS. TS Nguyễn Văn Tín
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	125
Dung lượng	2,63 MB