(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 Chương trình mục tiêu Quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn giai đoạn 3 (2011 – 2015), tính 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%, mặc dù vẫn thấp hơn 5% so với kế hoạch đề ra, với mức tăng trung bình 3,6% mỗi năm Trong số đó, chỉ có 40% dân nông thôn sử dụng nước sinh hoạt đạt tiêu chuẩn QCVN 02/2009:BYT, thấp hơn 10% so với mục tiêu.

Một số tiến bộ trong khoa học - công nghệ cấp nước đã được áp dụng phù hợp với điều kiện địa hình, khí tượng và thủy văn địa phương Trong lĩnh vực cấp nước nhỏ lẻ, 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 Nhiều thiết bị xử lý nước đồng bộ với vật liệu phù hợp đã được giới thiệu và áp dụng trên toàn quốc 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 tin học trong quản lý vận hành cũng đã được triển khai.

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

Từ năm 1990 đến hết năm 2017, Trung tâm Nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn Hà Nội đã đầu tư xây dựng 119 công trình cấp nước tập trung tại TP Hà Nội, sử dụng nhiều nguồn vốn khác nhau như 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, cung cấp nước cho khoảng 300.000 người dân Tổng công suất thiết kế của các trạm này là 57.083m³/ngày đêm, trong khi tổng công suất 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 vẫn sử dụng nước 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 sử dụng, trong khi số giếng khoan lên đến 2.537 cái Người dân chủ yếu sử dụng nước từ giếng khoan, được lọc cát và sau đó qua bình để phục vụ nhu cầu ăn uống Tuy nhiên, nước từ các giếng khoan này có hàm lượng sắt cao và quá trình lọc cát chưa đạt tiêu chuẩn, dẫn đến việc vẫn còn dư lượng sắt lớn trong nước.

Trên địa bàn xã hiện có nhà máy nước cung cấp nước sạch cho khu du lịch Chùa Hương, nhưng chỉ đáp ứng nhu cầu du lịch và một phần thôn Yến Vỹ, trong khi phần còn lại 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 ở 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 lưu trữ và sử dụng nước trong vòng 2 – 3 ngày, đảm bảo cung cấp nước trong trường hợp hệ thống cấp nước gặp sự cố như mất nước hoặc hỏng hóc đường ống.

Việc sửa chữa và cải thiện tình trạng áp lực nước yếu là rất cần thiết Lưu trữ và xử lý nước tại các 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 nước và lưu trữ trong bể chứa 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 mục đích ăn uống của các hộ dân.

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

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

Sông Đáy và sông Mỹ Hà là nguồn nước mặt chính của xã, bên cạnh đó, hồ Hương Tích với diện tích khoảng 250 ha và suối Yến cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thủy văn của khu vực.

Nguồn nước từ sông Đáy và sông Mỹ Hà 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 nhu cầu hiện tại và tương lai của khu vực 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 nhận nước bổ cập từ sông Đáy do có mối liên hệ thông suốt giữa hai dòng 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 tại xã, còn Hồ Hương Tích hiện đang được sử dụng cho 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, nước ngầm mạch nông bị ảnh hưởng mạnh mẽ 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 cũng chịu tác động lớn từ ô nhiễm bề mặt, cũng như từ hoạt động tưới tiêu và trồng trọt trong nông nghiệp Đặc biệt, việc xử lý nước thải và chất thải rắn tại xã vẫn chưa được triển khai, làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm nguồn nước.

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 địa phương Trữ lượng nước khai thác từ mỗi giếng khoan khá hạn chế, chỉ khoảng 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 mặc dù có thể đáp ứng một phần nhu cầu nhưng lại khan hiếm vào mùa khô, thường thiếu từ 2-4 tháng mỗi năm Nước giếng khoan bị nhiễm sắt cao và lọc cát không đạt tiêu chuẩn, khiến dư lượng sắt vẫn còn lớn Theo khảo sát, nước giếng khoan có mùi tanh, vị nhạt, chỉ tạm đủ dùng, trong khi nước giếng đào hơi đục, có mùi tanh và không vị, cũng chỉ đủ dùng Nước mưa thì không màu, không mùi, vị ngọt, nhưng cũng thiếu hụt trong khoảng thời gian tương tự.

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 sử dụng nguồn nước ngầm, phổ biến tại các khu vực khai thác nước ngầm qua giếng khoan lớn Nước được xử lý đạt tiêu chuẩn và cung cấp qua mạng lưới ống tới các hộ dân, phù hợp với vùng đông dân cư Ưu điểm của hệ thống này là ứng dụng công nghệ xử lý nước hiệu quả, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm do khai thác nhỏ lẻ Quy mô của hệ thống có thể thay đổi từ nhỏ đến lớn, tùy thuộc vào lưu lượng khai thác và mật độ dân cư.

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 khai thác nguồn nước mặt với công suất điều chỉnh theo lưu lượng và nhu cầu sử dụng, nhằm phục vụ cho các khu vực đông dân cư Sơ đồ của hệ thống cấp nước từ nguồn nước mặt được trình bày 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 cung cấp đủ lưu lượng và chất lượng nước cho các hộ gia đình.

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 khai thác nguồn nước từ mặt hoặc nước ngầm, với quy trình xử lý đạt tiêu chuẩn Nước được bơm áp lực (Q > 50 m³/h) vào mạng lưới truyền dẫn, phân phối đến các hộ dùng nước Hệ thống này được đề xuất để cung cấp nước cho một xã hoặc liên xã, sử dụng nguồn nước từ xa hoặc phục vụ các xã đông dân cư, nơi có dân cư tập trung sử dụng nguồn nước tại chỗ.

Hệ thống cấp nước tập trung quy mô trung bình khai thác nguồn nước ngầm hoặc nước mặt, đảm bảo nước được xử lý đạt tiêu chuẩn 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 đã qua xử lý đạt tiêu chuẩn Nước được truyền dẫn bằng hệ thống bơm với công suất lên đến 20 m³/h vào mạng đường ống phân phối hoặc bơm lên bể áp lực, từ đó cấp nước tự chảy đến các hộ tiêu thụ Bán kính phục vụ của hệ thống này dao động từ 200m đến 1000m, phù hợp cho 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 Các khu vực này thường có điều kiện kinh tế khá, cho phép người dân chi trả giá nước cao để bù đắp chi phí quản lý và vận hành hệ thống Đảm bảo chất lượng nước xử lý cũng là yếu tố quan trọng trong mô hình này.

Hệ thống cấp nước nhỏ (nối mạng) sử dụng nguồn nước ngầm với chất lượng tốt, dễ dàng xử lý và có nguồn điện lưới Nước được truyền dẫn 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 phương pháp thu nước ngầm từ tầng nông hoặc nước thấm từ 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 và các nguồn ô nhiễm khác ít nhất 10m, đồng thời phải có thành và nắp đậy Sân giếng nên được xây dốc với rãnh thoát nước để tránh ngập úng Nước giếng có thể được bơm 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, được khoan bằng tay hoặc máy, có thể chia thành giếng tầng nông và tầng sâu Giếng khoan với đường kính nhỏ thường phục vụ 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.

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

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

Bể lọc chậm là thiết bị quan trọng trong hệ thống xử lý nước hộ gia đình, chuyên dùng để lọc nước mặt, nước đã qua đánh phèn và lắng, cũng như nước từ giếng khoan và giếng đào Vật liệu lọc chủ yếu là cát với kích thước hạt từ 0,3-1,2mm, và độ dày lớp cát lọc dao động từ 30 đến 80cm, tùy thuộc vào chất lượng nước cần xử lý.

Trước khi vào bể lọc, cần lưu ý rằng đối với các nguồn nước mặt sử dụng phèn keo tụ, có thể áp dụng bể lọc với cỡ hạt lớn hơn, thường dao động từ 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, nơi không thể khai thác nước ngầm hoặc nước mặt Cấu trúc của hệ thống này bao gồm mái hứng nước, máng thu, bể chứa và lu để lưu trữ nước mưa.

Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Xã Hương Sơn thuộc huyện Mỹ Đức, cách trung tâm Hà Nội 50 km về phía Nam Khu vực này giáp với xã Tân Sơn huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam ở phía Đông, xã Hồng Quang huyện Ứng Hòa ở phía Đông Bắc, xã Phú Lão huyện Lạc Thủy tỉnh Hòa Bình ở phía Tây Nam, xã An Tiến huyện Mỹ Đức ở phía Tây Bắc, xã An Phú huyện Mỹ Đức ở phía Tây, xã Ba Sao huyện Kim Bảng tỉnh Hà Nam ở phía Nam, và xã Hùng Tiến huyện Mỹ Đức ở phía Bắc.

Huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội, có vị trí chiến lược với 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 kết nối bởi hệ thống đường sông, đặc biệt là sông Đáy (sông Thanh Hà).

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

Xã Hương Sơn có địa hình phức tạp với dãy núi đá Kast ở phía Tây và phía Nam, có độ cao từ 200m đến 400m so với mặt nước biển, trong khi các dãy núi phía Nam thấp hơn, từ 100m đến 213m Khu vực này nổi bật với nhiều hang động thiên nhiên đẹp, mang giá trị du lịch và lịch sử do quá trình xâm thực của nước 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 tiếp giáp giữa đồng bằng và vùng 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 ở khu vực này đạt 24°C, với mức nhiệt thấp nhất ghi nhận là 13°C vào tháng 01 và cao nhất trên 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 4 đến tháng 10, chiếm 82,2% tổng lượng mưa cả năm Trong những tháng này, có thể xảy ra ngày mưa lớn với lượng mưa lên tới 300 mm Mùa khô kéo dài từ cuối tháng 10 đến tháng 3 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 Do đó, chế độ thủy văn của sông Mỹ Hà đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn nước cho khu vực này.

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 tổng cộng 2592mm Các tháng có lượng mưa lớn nhất thường rơi vào tháng 5, 6, 7 và 8, với 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 diễn ra trong thời gian mùa khô với lượng mưa ít, khiến nước trong sông chủ yếu phụ thuộc vào dòng chảy ngầm và nước từ các suối trong khu vực Mực nước sông giảm thấp, đặc biệt ở thượng nguồn sông Đáy, nơi có thể lội qua được.

Mùa lũ thường xảy ra trong thời gian mưa nhiều, khi mực nước trong sông biến đổi nhanh do địa hình lòng sông hẹp và độ dốc lớn Mưa lớn tại thượng lưu và khu vực xung quanh làm tăng nguy cơ lũ quét, đặc biệt khi dòng sông quanh co và uốn khúc Đỉnh lũ thường nhọn và thời gian tập trung nước diễn ra nhanh chóng.

Nước sông Đáy cung cấp nguồn tưới tiêu và sinh hoạt cho người dân các huyện Mỹ Đức, Chương Mỹ, Ứng Hòa (Hà Nội) và Kim Bảng (Hà Nam) Bên cạnh đó, sông Đáy còn góp phần tạo nên vẻ đẹp thu hút du lịch tại 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 Cụ thể, lao động nông nghiệp chiếm 57,1% với 6.150 người, lao động tiểu thủ công nghiệp và các ngành nghề khác có 861 người, chiếm 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 là 80,98 km, bao gồm đường trục thôn và liên thôn dài 12,77 km, trong đó 1,9 km đã được bê tông hóa, đạt 14,88% Đường đất còn lại dài 10,5 km Đường ngõ xóm dài 21,93 km, với 8,78 km đã được cứng hóa, đạt 40,04% Đường trục chính nội đồng dài 38,83 km, 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 chính cho việc tưới lúa 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 dài 15,96 km, trong đó đã cứng hóa 8,7 km Tuy nhiên, có 1,5 km đã xuống cấp và 7,26 km còn lại 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 sử dụng nước sinh hoạt tại xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức sẽ gia tăng do quá trình đô thị hóa Để đáp ứng nhu cầu này, các chỉ tiêu kỹ thuật sẽ được nâng cao dần, phù hợp với tính tiên tiến và hiện đại Điều này sẽ 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 vùng, được xác định theo tỷ lệ phần trăm của nước sinh hoạt.

2.1.1.3 Nước tưới đường, tưới cây

Nước dùng để tưới cây xanh và tạo cảnh quan tại các khu vực công cộng, cũng như tưới đường, thường được lấy từ các ao hồ địa phương.

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

Lượng khách vãng lai được tính toán dựa trên số người, với tiêu chuẩn nước cấp cho mỗi khách 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 chọn là 1,4 trong khoảng 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, và sau khi nội suy, ta có βmax = 1,193.

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 đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa lưu lượng sử dụng, do đó, khi tính toán mạng lưới cấp nước, cần chọn đường kính ống và lưu lượng của máy bơm nước sạch 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 cung cấp thống kê lưu lượng tiêu dùng nước cho toàn xã Hương Sơn theo từng giờ trong một ngày đêm trong 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

Nước sinh hoạt và dịch vụ được cung cấp đến bể chứa cho khách hàng, trong khi khách vãng lai và trường học nhận nước trực tiếp tại vòi Tổng quan về chế độ tiêu thụ nước được thể hiện trong bảng, với mức tiêu thụ nước lớn nhất chỉ đạt 4,51%, thấp hơn nhiều so với mức 7,23% của nước cấp tại vòi.

Bảng 2.11 trình bày thống kê lưu lượng tiêu dùng nước cho toàn xã Hương Sơn theo từng giờ trong một ngày đêm, giai đoạn từ 2025 đến 2035, trong trường hợp cấp nước vào bể chứa của khách hàng Dữ liệu này giúp phân tích nhu cầu sử dụng nước và lập kế hoạch quản lý nguồn nước hiệu quả cho cộng đồng.

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 lắp vào mạch điện tử của động cơ, cho phép thay đổi tần số mạch điện Sự thay đổi này dẫn đến thay đổi số vòng quay trên trục động cơ, 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 về bộ xử lý, nơi nó được so sánh với giá trị áp lực đã được cài đặt Sự sai lệch giữa hai trị số 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 Nhờ đó, số vòng quay trên trục bơm có thể điều chỉnh linh hoạt, đáp ứng hiệu quả lưu lượng và áp lực cần thiết 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 không vượt quá khả năng 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 bổ sung 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 chi phí xây dựng lên đến 20% Bên cạnh đó, việc áp dụng công nghệ này còn giúp tiết kiệm chi phí tiêu thụ điện năng 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 bơm hoàn toàn phù hợp với chế độ tiêu thụ nước tại xã Hương Sơn Điều này liên quan đến việc điều chỉnh các cấp bơm với số lượng bơm hoạt động song song khác nhau, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng nhu cầu sử dụng 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

Biểu đồ sử dụng nước cho thấy rằng với khả năng điều khiển của biến tần, số vòng quay của máy bơm có thể giảm xuống nhưng không được nhỏ hơn 50% Dựa trên thông tin này, chúng ta có thể phân bố cấp bơm theo các khung giờ khác nhau.

• Trường hợp cấp nước tại vòi

Trong khoảng thời gian từ 5h sáng đến 23h đêm, cần sử dụng một máy bơm biến tần công suất lớn để cung cấp nước cho mạng lưới, kèm theo một máy bơm dự phòng để đảm bảo nguồn nước luôn ổn định.

Trong khoảng thời gian sử dụng nước ít từ 23h đêm đến 5h sáng, cần sử dụng một máy bơm không biến tần có công suất nhỏ để cung cấp nước cho mạng lưới, kèm theo một máy bơm dự phòng.

• 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

Trong giờ tiêu thụ nước cao nhất, mạng lưới tiêu thụ đạt 7,23% Qngđ, trong khi giờ tiêu thụ nước thấp nhất chỉ đạt 0,82% Qngđ Do đó, máy bơm tại trạm bơm cấp II trong 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”, áp dụng phương pháp phân tích Hardy - Cross cùng 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 là rất cần thiết Đặc biệt, việc này dựa trên nhu cầu thực tế để 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 quá 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 Việc này được thực hiện dựa trên áp lực cấp nước đến bể chứa của khách hàng cũng như áp lực tại vòi Để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả, phần mềm Epanet sẽ được áp dụng trong quá trình này.

- 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 sẽ ảnh hưởng đến áp lực của máy bơm tại trạm bơm cấp II, dẫn đến sự khác biệt trong kinh phí lắp đặt máy bơm Việc lựa chọn đường kính ống tối ưu là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu chi phí cho toàn bộ hệ thống.

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

C DAN đề cập đến tổng chi phí mà người dân cần 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 sẽ 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, trong đó nổi bật nhất là Epanet, Loop và WaterCad Tuy nhiên, Epanet được ưa chuộng hơn nhờ tính trực quan và phương pháp điều chỉnh đơn giản, chính xác Vì lý do này, tác giả quyết định chọn Epanet làm phần mềm tính toán chính.

EPANET là phần mềm chuyên dụng để tính toán và mô phỏng mạng lưới cấp nước, với khả năng phân tích thủy lực và chất lượng nước theo thời gian Chương trình mô phỏng các thành phần của mạng lưới cấp nước, bao gồm ống dẫn, nút, máy bơm, van, bể chứa và đài nước EPANET cung cấp thông tin về lưu lượng nước trong từng đoạn ống, áp suất tại các nút, chiều cao nước trong bể chứa và đài nước, cũng như nồng độ các chất trong mạng lưới trong suốt quá trình mô phỏng.

EPANET, chạy trên nền tảng Windows, cung cấp một môi trường thân thiện cho việc nhập dữ liệu mạng, mô phỏng quá trình thủy lực và chất lượng nước, đồng thời cho phép người dùng quan sát kết quả qua nhiều hình thức khác nhau.

EPANET là phần mềm được phát triển bởi Bộ phận Cấp nước và Nguồn nước của Viện Nghiên cứu quản lý rủi ro quốc gia thuộc Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ, nhằm hỗ trợ trong việc mô phỏng và phân tích 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 nghiên cứu sự gia tăng của các sản phẩm khử trùng và sự suy giảm của dư lượng Clo theo thời gian.

- 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 hoá phản ứng tại thành ống có thể dẫn đến sự gia tăng hoặc suy giảm nồng độ của các phản ứng, đạt đến một nồng độ 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 mang lại nhiều lợi ích vượt trội, cho phép mô phỏng chi tiết các tính toán thủy lực một cách trực quan Phần mềm này không chỉ xem xét yếu tố thời gian mà còn đảm bảo chất lượng nước, giúp người dùng dễ dàng quản lý và tối ưu hóa 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 khả năng tính toán các thông số của mạng lưới vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày mà không cần phải nhập lại dữ liệu.

EPANET là phần mềm ưu việt trong việc tính toán mở rộng mạng lưới cấp nước, cho phép quản lý hiệu quả 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 một công cụ mô hình hóa hệ thống phân phối nước, trong đó hệ thống được cấu trúc như một mạng lưới các đường ống kết nối với các nút Các đường ống này đại diện cho các thành phần như ống dẫn, máy bơm và van điều khiển, giúp quản lý và phân tích hiệu quả hệ thống cấp nước.

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 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 theo quy hoạch giao thông đến năm 2035, phù hợp với hiện trạng các khu dân cư và đảm bảo khả năng cung cấp nước cho sự 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 mạng lưới đến các khu vực mới là cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước Điều này không chỉ đảm bảo cung cấp nước hiệu quả mà còn hỗ trợ cho 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 rằng nước được cung cấp đúng chất lượng và đủ số lượng cho các 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 gặp khó khăn nhất trong giờ cao điểm sử dụng nước, với sự chênh lệch rõ rệt giữa áp lực cấp đến bể chứa và áp lực tại vòi.

Vận tốc trong đường ống cần duy trì trong vùng kinh tế trung bình, với yêu cầu Vmin > 0,4 m/s Vận tốc tối đa không vượt quá 1,8 m/s trong giờ tiêu thụ nước lớn nhất và 2 m/s khi có cháy Tại các điểm kết thúc sử dụng nước, cần điều chỉnh để đảm bảo vận tốc các hướng đến điểm này bằng nhau hoặc 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 có chức năng phân phối nước theo nhu cầu của các đối tượng sử dụng khác nhau, điều này yêu cầu khả năng phục vụ đa dạng Để đánh giá khả năng phục vụ của các đoạn ống, công thức tính chiều dài tính toán được áp dụng là: 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 chuyển tải được chọn là ống HDPE sản xuất trong nước, với nhiều ưu điểm và nhược điểm đáng lưu ý.

Bề mặt ống trơn láng giúp giảm thiểu trở lực dòng chảy, ngăn ngừa sự tích tụ cặn bẩn, 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 dự kiến đến năm 2035, và Phụ lục 2, chứa bảng tính lưu lượng cho các nút trong mạng lưới Ngoài ra, cũng cần xem xét trường hợp xảy ra cháy.

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, giả định có một đám cháy xảy ra đồng thời, với lưu lượng nước cần thiết cho mỗi đám cháy là 10 l/s, áp dụng cho các công trình nhà ở hai tầng trở xuống.

Đến năm 2035, dân số xã Hương Sơn dự kiến đạt 24.372 người Trong kịch bản cháy nổ, giả định có một đám cháy xảy ra đồng thời tại khu dân cư, với lưu lượng nước cần thiết cho mỗi đám cháy là 10 lít/giây, áp dụng cho các công trình nhà ở 2 tầng trở xuống.

Do đặc thù 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 sử dụng lưu lượng 5 l/s cho mỗi đám cháy trong tính toán.

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, bao gồm cả lưu lượng từ các khu dân cư và các điểm chữa cháy trong trường hợp xảy ra 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, xảy ra tại vị trí bất lợi nhất trong mạng lưới với lưu lượng 5 l/s, được xem như lưu lượng lấy ra tập trung.

Trong sơ đồ tính toán cho trường hợp sử dụng nước tối đa, cần bổ sung các "lưu lượng tập trung mới" để phục vụ việc dập tắt đám cháy Đối với các khu dân cư gần 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 có cháy là cần thiết để đảm bảo lưu lượng và áp lực nước đáp ứng yêu cầu chữa cháy tại các điểm nguy hiểm nhất trên mạng lưới Nguyên tắc thiết kế hệ thống cấp nước cần đảm bảo an toàn, vì vậy cần giả định rằng các đám cháy có thể xảy ra ở vị trí cao và xa nhất so với trạm bơm, đặc biệt là tại các khu vực có nhiều công trình quan trọng và kho tàng Sơ đồ tính toán hệ thống mạng lưới khi có cháy sẽ giúp minh họa rõ ràng cho việc 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, cùng với Phụ lục 4, chứa bảng tính lưu lượng cho các nút trong mạng lưới Ngoài ra, cũng cần xem xét trường hợp xảy ra cháy.

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) tương đối ổn định giữa các trường hợp, chúng ta chỉ cần tính toán các chi phí cụ thể 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 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 Trong luận văn này, 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 gần như không thay đổi, nên chỉ tập trung vào việc so sánh chi phí điện năng tiêu thụ hàng năm của các trạm bơm cấp II.

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 cụ thể; các chi phí khác không có sự thay đổi đáng kể trong các tình huống tính toán.

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 hiện nay là 1.621 đồng/kWh, theo công bố của Tập đoàn Điện lực Việt Nam trong tháng này Mức giá điện trung bình trong ngày dành cho sản xuất cũng được xác định là 1.621 đồng/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 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 hiện nay bao gồm bể chứa, trạm bơm và két nước, giúp lưu trữ và sử dụng nước hiệu quả.

Trong thời gian từ 2 đến 3 ngày, nếu xảy ra sự cố trong hệ thống cấp nước của địa phương như mất nước, cần sửa chữa đường ống hoặc khi áp lực nước yếu, người dân sẽ gặp khó khăn trong việc sử dụng nước sinh hoạt.

Qua khảo sát thực tế và tham khảo số liệu thống kê từ các địa phương có đặc điểm tự nhiên và điều kiện kinh tế xã hội tương tự, tác giả đã xây dựng sơ đồ cáp nước điển hình 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% sử dụng sơ đồ 1B Đối với cấp nước tại bể chứa khách hàng, 100% hộ dân áp dụng mô hình theo sơ đồ 1A, 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 với 1 vòi hoa sen, máy giặt và vệ sinh cùng lúc, tổng cộng 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% hộ dân sử dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 2A, trong khi đó, mô hình theo sơ đồ 2B không được áp dụng, với tỷ lệ 0%.

- 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 của khách hàng, 100% hộ dân sử dụng mô hình cấp nước theo sơ đồ 3A, trong khi đó, không có hộ dân nào áp dụng sơ đồ 3B.

- 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 không có hộ dân nào áp dụng mô hình theo sơ đồ 4B.

- 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 Trong các trường hợp tính toán, cần lưu ý đến các chi phí liên quan đến đồng hồ nước, nhân công và bể chứa để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong dự toán.

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

Biểu đồ so sánh chi phí xây dựng và tiền điện máy bơm nước 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 phương án 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 Mặc dù vậy, tổng chi phí của người dân, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu và tiền điện máy bơm trong một năm, không có sự thay đổi lớn so với phương án cấp nước tại vòi, chỉ cao hơn 15%.

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 đang tạo ra nhu cầu cấp thiết cho nhiều dự án cấp nước phục vụ người dân Kinh phí xây dựng và quản lý mạng lưới cấp nước chiếm tỷ lệ lớn trong tổng đầu tư hệ thống này Luận văn đề xuất phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới mới, giúp 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 trong giờ cao điểm trong ngày và trong ngày có nhu cầu cao 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) thường dao động từ 1,25 đến 1,5 Để xác định lưu lượng lớn nhất trong giờ, cần thiết lập bảng tổng hợp lưu lượng nước tiêu thụ theo từng giờ trong ngày, dựa trên nghiên cứu về chế độ sử dụng nước của các đối tượng khác nhau Từ đó, có thể tính toán chế độ tiêu thụ nước toàn khu vực và xác định giờ dùng nước lớn nhất, thường có thể gấp 1,4 đến 1,6 lần so với giờ dùng nước trung bình Trong thực tế, các đơn vị thiết kế thường dựa vào tiêu chuẩn dùng nước của từng đối tượng để tính toán quy mô công suất, xác định lưu lượng giờ dùng nước 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) phục vụ cho tính toán thủy lực của mạng lưới cấp nước, cần phải xem xét điều kiện cụ thể của từng địa phương Hệ thống cấp nước phải đảm bảo khả năng cung cấp nước cho các hộ gia đình từ 2 đến 3 tầng, với sự hỗ trợ của đài nước hoặc máy bơm từ 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.

Hiện nay, hầu hết các hệ thống cấp nước ở Việt Nam đều có thiết kế tương tự, nhưng sau một thời gian sử dụng, đường ống thường bị xuống cấp, đặc biệt tại khu vực nông thôn với mạng lưới cấp nước cụt, dẫn đến tỷ lệ thất thoát nước rất cao Nếu cấp nước trực tiếp tại vòi, tỷ lệ thất thoát sẽ càng gia tăng Do đó, giải pháp tối ưu là cấp nước vào bể chứa của khách hàng, yêu cầu hộ dân 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, tương tự như lỗ rò rỉ trên mạng Do đó, trong mạng lưới đường ống có nhiều điểm rò rỉ, lưu lượng nước sẽ bị ảnh hưởng đáng kể.

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

Khi mô hình cấp nước chuyển sang cung cấp nước đến bể chứa của hộ gia đình, bể chứa trở thành công trình điều hòa lưu lượng, do đó không cần tính đến các hệ số dùng nước không điều hòa theo giờ Việc tính toán thủy lực theo nguyên lý cấp nước tại vòi trở nên không phù hợp, dẫn đến lưu lượng giảm đáng kể và đường kính ống cũng giảm, từ đó giảm chi phí đầu tư cho lắp đặt 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 qua bể chứa khách hàng.

Với phương án tính toán này, lưu lượng giảm sẽ làm giảm tổn thất áp lực trong ống, đồng thời giảm áp lực yêu cầu tại các điểm bất lợi trong hệ thống 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, chính phủ yêu cầu tất cả cư dân nông thôn phải có nước sạch đạt tiêu chuẩn quốc gia với mức tối thiểu 60l/người/ngày Tuy nhiên, do nguồn kinh phí hạn hẹp, tỷ lệ người dân nông thôn Hà Nội tiếp cận nước sạch mới chỉ đạt 35% Để giải quyết vấn đề này, mô hình cấp nước tới bể chứa cho từng hộ gia đình được đề xuất, với khả năng phục vụ nhiều người hơn với khoản đầu tư hợp lý Mô hình này phù hợp với điều kiện sinh hoạt hiện tại ở nông thôn và có thể được nâng cấp để cấp nước trực tiếp tại vòi khi điều kiện kinh tế cải thiện.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nhu cầu nước sạch đang ngày càng trở nên cấp thiết đối với đời sống người dân nông thôn và trên 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 Luận văn này 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 thực hiện việc đề xuất và tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước tại xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức, TP Hà Nội, nhằm phân tích 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 chi phí mà người dân phải gánh chịu.

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

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn áp lực tối ưu trong giai đoạn lập dự án và thiết kế cơ sở cho các 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