Nghiên cứu ứng dụng gis và phần mềm thủy lực hỗ trợ công tác giảm thất thoát nước trên mạng đường ống cấp 1, cấp 2 tại tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRẦN VĂN DƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS VÀ PHẦN MỀM THỦY LỰC HỖ TRỢ CÔNG TÁC GIẢM THẤT THOÁT NƯỚC TRÊN MẠNG ĐƯỜNG ỐNG CẤP 1, CẤP TẠI TP.HỒ CHÍ MINH NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH: 60.85.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 12/2015 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Lê Phú Cán chấm nhận xét 1: TS Trần Thị Vân Cán chấm nhận xét 2: TS Lâm Đạo Nguyên Luận văn thạc sỹ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa ĐHQG Tp.HCM ngày 25 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ bao gồm: PGS TS Lê Văn Trung - Chủ tịch hội đồng TS Lương Văn Việt - Ủy viên TS Trần Thị Vân – Phản biện TS Lâm Đạo Nguyên – Phản biện TS Nguyễn Văn Minh Mẫn – Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc - oOo NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên : TRẦN VĂN DƯƠNG Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1991 Chuyên ngành : Quản lý Tài ngun Mơi trường Khóa : 2014 Giới tính: Nam Nơi sinh: Bắc Ninh MS: 60 85 01 01 TÊN ĐỀ TÀI : I NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS VÀ PHẦN MỀM THỦY LỰC HỖ TRỢ CÔNG TÁC GIẢM THẤT THOÁT NƯỚC TRÊN MẠNG ĐƯỜNG ỐNG CẤP 1, CẤP TẠI TP.HỒ CHÍ MINH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Nhiệm vụ - Đánh giá thực trạng quản lý cơng tác giảm thất nước Tp.Hồ Chí Minh - Nghiên cứu tích hợp mơ hình GIS phần mềm thủy lực để xây dựng mơ hình mô thông số vận hành hệ thống khoanh vùng khu vực rò rỉ mạng lưới cấp nước khu vực nghiên cứu - Đề xuất giải pháp nhằm giúp quản lý mạng lưới cách tối ưu giảm tỷ lệ thất thoát nước  Nội dung - Khảo sát, thu thập thông tin, số liệu, liệu GIS khu vực nghiên cứu - Phân tích thiết kế hệ thống để phục vụ cơng tác phát rò rỉ - Xây dựng chuẩn hóa sở liệu xử lý, tính tốn số liệu - Vận hành mơ hình, kiểm chứng kết hiệu chỉnh mơ hình - Đề xuất giải pháp giảm thất thoát nước III HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS Võ Lê Phú Ngày tháng 12 năm 2015 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG Ngày tháng 12 năm 2015 TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Ngày tháng 12 năm 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô Khoa Môi trƣờng Tài nguyên – Trƣờng ĐH Bách Khoa – ĐHQG TPHCM dạy dỗ truyền đạt cho em kiến thức quý báu Em xin cảm ơn thầy Võ Lê Phú, Thầy tận tình dẫn giúp dỡ em suốt trình thực luận văn nhƣ cung cấp phƣơng pháp luận tài liệu chuyên môn ngành Tài nguyên Môi trƣờng Mặc dù bận rộn nhƣng Thầy điểm tựa niềm động viên cho em vào lúc khó khăn suốt thời gian thực luận văn Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Xí nghiệp Truyền dẫn Nƣớc Tp.HCM cung cấp cho em liệu quan trọng số liệu cần thiết nhƣ thơng tin hữu ích để em hoàn thành đề tài Em xin cảm ơn anh chị Trung tâm DITAGIS nhiệt tình đóng góp ý kiến hƣớng dẫn em kiến thức thực hành nhằm phục vụ cho nghiên cứu suốt trình thực đề tài Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bố mẹ, bạn bè, ngƣời thân tạo cho em điều kiện học tập tốt suốt thời gian qua Em xin đƣợc chúc tất ngƣời sức khỏe thành cơng Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015 Học viên Trần Văn Dƣơng HVTH: Trần Văn Dƣơng GVHD: PGS TS Võ Lê Phú TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, với phát triển vƣợt bậc khoa học - công nghệ, chất lƣợng sống ngƣời ngày nâng cao Điều dẫn tới nhu cầu sử dụng nƣớc đòi hỏi chất lƣợng tăng theo Tuy nhiên nguồn nƣớc mà ngƣời dùng đƣợc có hạn, địi hỏi ngƣời phải quản lý sử dụng nguồn nƣớc cách thích hợp, đặc biệt phải kiểm soát đƣợc tỉ lệ thất thoát nƣớc mạng lƣới đƣờng ống để tránh gây nên lãng phí Ứng dụng GIS mơ hình thủy lực cơng tác giảm thất nƣớc trở thành xu hƣớng phát triển nƣớc giới Điều giúp tiết kiệm đƣợc thời gian, chi phí công sức lao động ngƣời Nội dung luận văn nghiên cứu việc tích hợp liệu GIS với mơ hình thủy lực WaterGEMS để mơ trạng thái vận hành khoanh vùng vị trí rị rỉ nƣớc mạng lƣới đƣờng ống cấp 1, cấp Tp.HCM Dữ liệu mạng lƣới đƣờng ống cấp nƣớc đề tài đƣợc chuyển đổi chuẩn hóa từ liệu AutoCAD bao gồm lớp liệu nhƣ: đƣờng ống, bể chứa, bơm, đồng hồ tổng Bên cạnh đó, thơng tin thuộc tính cần thiết cho việc phân tích mơ hình thủy lực đƣợc chuyển đổi nhƣ: đƣờng kính, vật liệu ống, chiều dài, năm lắp đặt,… Các thông số đầu vào mô hình đƣợc thu thập từ số liệu thực tế nhà máy nƣớc, đồng hồ tổng Datalogger mạng lƣới Các số liệu tọa độ GPS hệ thống đƣợc thu thập để kiểm chứng độ xác liệu khơng gian đề tài Số liệu đồng hồ tổng đƣợc tính tốn nhập vào mơ hình tƣơng ứng với nhu cầu sử dụng nƣớc khu vực công cụ LoadBuilder Số liệu cao trình mạng lƣới đƣợc xây dựng cách tự động công cụ Trex, trích xuất thơng số cao trình từ nguồn liệu mơ hình số độ cao (DEM) Kết mơ hình đƣợc kiểm chứng với số liệu 60 điểm Datalogger toàn mạng lƣới đƣờng ống Các số liệu đƣợc so sánh, đối chiếu thực tế với mô hình 24h đạt độ sai số dƣới 10% Sau mơ mạng lƣới tƣơng đối xác, đề tài thực phân tích dị tìm vị trí rị rỉ số vị trí có nguy rị rỉ cao mạng lƣới đƣờng ống cấp 1, cấp Luận văn phân tích phƣơng pháp giảm thất thoát nƣớc đƣợc áp dụng SAWACO, cách thức thực hiện, ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp đƣợc Cuối cùng, giải pháp phục vụ cho công tác giảm thất thoát nƣớc đƣợc đề xuất HVTH: Trần Văn Dƣơng GVHD: PGS TS Võ Lê Phú ABSTRACT Nowadays, thank for the boom of science and technology, quality of human life are also more advanced It also leads to many issues about demand and high quality of clean water However, clean water source is limited and water loss from distribution networks is a special problem Thus requiring a management strategy and using water resources in an appropriate way Application of GIS and the hydraulic model are approached in many countries in the world, to develop a water loss management strategy That help save time, cost and effort of human labor The research describes an integration of GIS data with WaterGEMS the the hydraulic model, to simulate operating conditions and localize leaks in water level 1, level pipe network of HCMC Data of water supply pipe network in this topic was converted and standardized from AutoCAD data, which include data layers such as pipes, tanks, pumps, master clock Besides, the important information for the analysis on the hydraulic model is also converted as diameter, pipe material, length, year of installation,… The input parameters of the model were obtained from the actual data of the water plant, the master clock and the Datalogger on the network The GPS coordinates data on the system were also collected to verify the accuracy of space data in this topic Master clock data was calculated and entered into the model that corresponds, to the demand using water in each area by the LoadBuilder tool Elevation data network was also built automatically by the Trex tool Parameters was accessed from the data source elevation digital elevation model (DEM) The results of the model was verified with 60 points Datalogger data on the pipe network The data were compared between reality with models in 24 and reached under 10% of error After simulating network is relatively accurate, this research has conducted an analysis of finding the leak points and show some points which have a high risk of leakage on the level 1, level pipe network This thesis analyzed the reduce water wastage methods which are being applied in SAWACO The way of implementation, advantages and disadvantages of each method are shown Finally, the solution serves for the water loss reduction was also proposed HVTH: Trần Văn Dƣơng GVHD: PGS TS Võ Lê Phú LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Ngồi trừ nội dung đƣợc trích dẫn, số liệu, kết đƣợc trình bày luận văn hồn tồn xác, trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu khác trƣớc Trần Văn Dƣơng HVTH: Trần Văn Dƣơng GVHD: PGS TS Võ Lê Phú MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 11 MỞ ĐẦU 12 1.1 Tính cấp thiết đề tài 12 1.2 Mục tiêu đề tài 14 1.3 Phạm vi đối tƣợng nghiên cứu 14 1.4 Nội dung nghiên cứu 14 1.5 Phƣơng pháp thực 15 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 16 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 18 1.1 Tổng quan nƣớc khơng doanh thu trạng thất nƣớc 18 1.1.1 Nƣớc không doanh thu 18 1.1.2 Nguyên nhân thất thoát nƣớc 22 1.1.3 Tình hình thất nƣớc giới 24 1.1.4 Tình hình thất nƣớc Việt Nam 26 1.1.5 Thực trạng thất thoát nƣớc Tp.HCM 27 1.2 Giới thiệu mơ hình thủy lực 29 1.2.1 Khái niệm 29 1.2.2 Các loại mơ hình thủy lực giới 30 1.3 Tình hình nghiên cứu 31 1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 31 1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nƣớc 33 1.4 Giới thiệu Tổng Cơng ty Cấp nƣớc Sài Gịn 36 1.4.1 Tóm tắt lịch sử hình thành 37 1.4.2 Hiện trạng cấu tổ chức 38 1.4.3 Mô tả hệ thống quản lý mạng lƣới cấp nƣớc Tp.HCM 40 HVTH: Trần Văn Dƣơng GVHD: PGS TS Võ Lê Phú 1.4.4 1.5 Hiện trạng vận hành hệ thống mạng lƣới cấp nƣớc Tp.HCM 42 Ứng dụng GIS quản lý hệ thống cấp nƣớc Tp.HCM 49 1.5.1 Hiện trạng hệ thống GIS SAWACO đơn vị thành viên 49 1.5.2 Hiện trạng liệu CAD 53 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn thất nƣớc 54 2.2 Giới thiệu phần mềm thủy lực WaterGEMs 56 2.3 Phƣơng pháp mơ hình phát rị rỉ 61 2.4 Phƣơng pháp thực 65 2.5 Tích hợp liệu GIS mơ hình thủy lực 73 2.5.1 Đƣa liệu GIS vào mơ hình thuỷ lực WaterGEMS 73 2.5.2 Trình tự thực mô áp lực, lƣu lƣợng 74 2.5.3 Thông số áp lực cho mạng lƣới 80 2.5.4 Hệ số sử dụng nƣớc khơng điều hịa 83 2.6 Vận hành mơ hình thủy lực, tính tốn mơ hệ thống cấp nƣớc phát rò rỉ 85 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 91 3.1 Kết phân tích mơ hình đánh giá sai số 91 3.1.1 Kết mô trạng thái vận hành mạng lƣới cấp nƣớc 91 3.1.2 Kết mô lƣu lƣợng 97 3.1.3 Đánh giá sai số mơ hình 99 3.2 Kết phân tích điểm rị rỉ Darwin Calibrator 101 3.3 Các thành phần sai số ảnh hƣởng tới việc chạy mô hình 109 CHƢƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THẤT THOÁT NƢỚC TRÊN HỆ THỐNG CẤP NƢỚC TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 110 4.1 Phân tích SWOT 110 4.2 Đề xuất giải pháp giảm thất thoát nƣớc 114 4.1.1 Phƣơng pháp thiết lập khu vực đồng hồ tổng (District Meter Area_DMA) 114 4.1.2 Thực giảm Thất nƣớc vơ hình 118 4.1.3 Sử dụng thiết bị dị tìm rò rỉ khoanh vùng 118 4.1.4 Sử dụng máy dị tìm rị rỉ tƣơng quan 120 4.1.5 Sử dụng máy dị tìm rị rỉ điện tử nghe âm trực tiếp 122 4.1.6 Các giải pháp quản lý 124 HVTH: Trần Văn Dƣơng GVHD: PGS TS Võ Lê Phú ... : 20 14 Giới tính: Nam Nơi sinh: Bắc Ninh MS: 60 85 01 01 TÊN ĐỀ TÀI : I NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS VÀ PHẦN MỀM THỦY LỰC HỖ TRỢ CƠNG TÁC GIẢM THẤT THỐT NƯỚC TRÊN MẠNG ĐƯỜNG ỐNG CẤP 1, CẤP TẠI TP. HỒ... hóa…), đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng GIS mơ hình thủy lực hỗ trợ cơng tác giảm thất thoát nƣớc mạng lƣới đƣờng ống cấp 1, cấp Tp. HCM” đƣợc thực nhằm giúp nhà quản lý, đặc biệt đơn vị cấp nƣớc dự báo,... CẤP TẠI TP. HỒ CHÍ MINH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Nhiệm vụ - Đánh giá thực trạng quản lý cơng tác giảm thất nước Tp. Hồ Chí Minh - Nghiên cứu tích hợp mơ hình GIS phần mềm thủy lực để xây dựng