a. Giới thiệu chung
Nƣớc thất thoát hay lƣợng nƣớc không đo đếm đƣợc – UFW (Unaccounted For Water): là đại lƣợng khác biệt giữa lƣợng nƣớc sản xuất (lƣợng nƣớc bơm vào mạng lƣới) và lƣợng nƣớc tiêu thụ (lƣợng nƣớc tiêu thụ tính đƣợc một cách hợp pháp, có thể bằng đồng hồ hay không dùng đồng hồ). Lƣợng nƣớc thất thoát cho phép với những mạng cũ trên 10 năm là 25% và 15% đối với các mạng lƣới mới (Philip Jeffcoate and Arumukhan Saravanapavan, 1987).
Bên cạnh đó, theo Rick Kamionko (2011), nƣớc thất thoát là lƣợng nƣớc bị mất đi (không thu đƣợc) khi qua đồng hồ tổng, hay nói cách khác là lƣợng nƣớc mất đi khi lấy lƣợng nƣớc đồng hồ tổng trừ sản lƣợng nƣớc doanh thu đƣợc trên hóa đơn và lƣợng nƣớc sử dụng công cộng hoặc không thu đƣợc tiền. Thể hiện theo công thức sau:
Nt.thoát = Nsx–(Nt.thu + Nsdk) (m3) Trong đó:
Nt.thoát : : Nƣớc thất thoát (%)
Nsx : Nƣớc sản xuất phát qua đồng hồ tổng
Nt.thu : Nƣớc thực thu đƣợc trên hóa đơn
Nsdk : Nƣớc xả đục, PCCC, cắt đấu…
Ta cần phân biệt rõ giữa hai yếu tố “thất thoát nƣớc”:
Thất thoát phi vật lý hay thất thu – NRW (Non Revenue Water): Là những thất
thoát về doanh thu mà hầu nhƣ khó lấy lại đƣợc nhƣng luôn luôn xảy ra. Nƣớc đƣợc tiêu thụ nhƣng không đƣợc đo đếm bằng đồng hồ hoặc đƣợc tính vào lƣợng nƣớc
tiêu thụ của các văn phòng Chính Phủ hoặc sử dụng công cộng (Philip Jeffcoate and Arumukhan Saravanapavan, 1987).
Hình 2.10 Thất thoát nƣớc phi vật lý
Thất thoát phi vật lý xảy ra ngay tại “nguồn thu tiền mặt” của Công ty Cấp nƣớc, thế nhƣng nhiều Công ty đã xem nhẹ việc thực hiện các hệ thống kế toán và lập hóa đơn tiền nƣớc đến mức họ không thể nào chỉ ra đƣợc việc xuất hiện của các thất thoát này. Theo Rick Kamionko (2011), thất thoát phi vật lý thƣờng do các nguyên nhân sau:
+ Không qua đồng hồ khách hàng: nghĩa là một đồng hồ chạy chậm hơn mức bình thƣờng và đo không chính xác và đầy đủ lƣợng nƣớc tiêu thụ.
+ Đồng hồ ngƣng chạy, hỏng và không đọc đƣợc.
+ Công ty phát hành hoá đơn không chính xác và thu tiền không đầy đủ. + Đấu nối đƣờng ống bất hợp pháp.
+ Đƣợc sử dụng miễn phí và hợp pháp trong các trƣờng hợp của các cơ quan Chính Phủ, quân đội, chữa cháy, tƣới cây công viên…
+ Đồng hồ nƣớc quá cũ (trên 7 năm).
+ Cấp của đồng hồ không đủ chính xác sau một thời gian (2 năm)
+ Niêm phong trên đồng hồ bị mất, vì thế cho phép khách hàng sửa các bộ phận khác bên trong đồng hồ.
Thất thoát vật lý (thất thoát thật sự):
Hình 2.11 Thất thoát nƣớc vật lý Phần này tập trung chính vào “nƣớc lãng phí” và “nƣớc rò rỉ”:
+ Nƣớc lãng phí: là lƣợng nƣớc lấy từ nguồn và cấp vào mạng phân phối nhƣng không sử dụng vào mục đích có ích. Chúng có thể sinh ra do sự lãng phí hoặc do các phụ kiện hỏng. Đối với hệ thống đƣợc trang bị đầy đủ đồng hồ đo nƣớc, thì loại hình thất thoát này không ảnh hƣởng tới tiền nƣớc thu đƣợc và nằm ngoài lƣợng nƣớc UFW. Tuy nhiên nếu không kiểm soát tốt sẽ ảnh hƣởng đến chi phí sản xuất (Philip Jeffcoate and Arumukhan Saravanapavan, 1987).
+ Nƣớc rò rỉ: là một yếu tố của nƣớc lãng phí mà lƣợng nƣớc này bị rò rỉ hay tổn thất do không quản lý, kiểm soát cẩn thận đƣờng ống chính, ống dịch vụ và các phụ kiện trên mạng phân phối. Nƣớc mất đi trên toàn bộ mạng lƣới, trên suốt chiều dài đƣờng đi của nƣớc sạch, nƣớc bị rò rỉ qua vô số các mối nối, qua các van khoá, thiết bị, các ống cũ nát vì sử dụng quá lâu, hỏng hoặc thủng vỡ do những tác động lâu dài hay tác động bất thƣờng (Philip Jeffcoate and Arumukhan Saravanapavan, 1987). Lƣu lƣợng nƣớc rò rỉ đƣợc tính nhƣ sau:
NNF = MNF - Qsd
Trong đó:
NNF (Net Night Flow): Lƣu lƣợng nƣớc rò rỉ.
MNF (Minimun Night Flow): Lƣu lƣợng nƣớc nhỏ nhất vào ban đêm. Qsd : Lƣu lƣợng do khách hàng dùng nƣớc ở thời điểm đó.
Trƣờng hợp các thành phố lớn đông dân cƣ:
Qsd = 0.013*N (m3/h)
Trƣờng hợp quận, thị xã. Thị trấn ít dân cƣ: Qsd = 0.006*N (m3/h)
Với N là số hộ khách hàng trong khu vực đó.
Hoặc theo kinh nghiệm thực tế chống thất thoát của BIWASE. Qsd = Qmin TB + QTB KD-DV
Với:
Qmin TB : Lƣu lƣợng sử dụng nƣớc trung bình tối thiểu trong một giờ.
QTB KD-DV : Lƣu lƣợng nƣớc sử dụng trung bình của khách hàng kinh doanh doanh – dịch vụ (m3/h)
Theo Charalambous, B., (2007), lƣu lƣợng nƣớc nhỏ nhất vào ban đêm là lƣu lƣợng nhỏ nhất qua đồng hồ nƣớc và đƣợc đo trong khoảng thời gian từ 23:00 – 4:00 hoặc 0:00AM – 3:00AM tùy thuộc vào điều kiện công tác hay mức độ chấp nhận số liệu của từng đơn vị nhằm phân tích nguyên nhân thất thoát, có thể đƣợc mô phỏng nhƣ biểu đồ sau:
Hình 2.12 Lƣu lƣợng nƣớc tiêu thụ theo thời gian
(Nguồn:Charalambous, B., 2007).
Qua khảo sát về sự thất thoát nƣớc (%) của so với tổng số lƣợng nƣớc cung cấp thì tại các nƣớc đang phát triển, tỷ lệ thất thoát nƣớc diễn ra rất cao (Farley, M., 2001). Đƣợc trình bày trong bảng bên dƣới:
Bảng 2.6 Tỷ lệ thất thoát nƣớc sạch tại các nhóm nƣớc
Các nhóm nƣớc Phần trăm nƣớc thất thoát (%)
Nhóm nƣớc phát triển 8 - 24
Nhóm nƣớc mới công nghiệp hóa 15 - 24
Nhóm nƣớc đang phát triển 25 - 45
(Nguồn: Farley, 2001)
Nói chung, thất thoát vật lý hay phi vật lý điều rất quan trọng, nếu không đo lƣờng phù hợp và chính xác lƣợng nƣớc thất thoát sẽ dẫn đến sự nhằm lẫn về các khoản
không phù hợp và phƣơng pháp tốt hơn để theo dõi sự thất thoát từ hệ thống phân phối.
Thấy đƣợc điều đó, AWWA và IWA đã bắt đầu và hoàn thiện phƣơng pháp cân bằng tiêu chuẩn để hỗ trợ các khía cạnh theo dõi nƣớc trong hệ thống phân phối của mình. Cân bằng tiêu chuẩn này là nền tảng của kiểm soát nƣớc và chiến lƣợc bảo tồn hiện đang đƣợc sử dụng thành công trên toàn thế giới (bảng 2.8). Nó thể hiện rõ vòng “tiêu – phí” của nƣớc sạch. Bảng 2.7 Sự cân bằng nƣớc Khối lƣợng nƣớc sạch Mức tiêu thụ thực tế
Hóa đơn tiêu thụ đƣợc lập Tiêu thụ qua đồng hồ đƣợc lập hóa đơn Doanh thu nƣớc Tiêu thụ không qua đồng hồ đƣợc lập hóa đơn Hóa đơn tiêu thụ
chƣa đƣợc lập Tiêu thụ qua đồng hồ chƣa lập hóa đơn Không có doanh thu nƣớc (NRW) Tiêu thụ không qua đồng hồ chƣa lập hóa đơn
Nƣớc thất thoát Thất thoát phi vật lý Tiêu thụ trái phép. Đồng hồ khách hàng chạy không chính xác. Ghi chép, cập nhật số liệu sai soát. Thất thoát vật lý Rò rỉ trong truyền tải và phân phối từ nguồn. Rò rỉ trong lƣu trữ và tràn nƣớc tại bể lƣu trữ. Rò rỉ trên dịch vụ
kết nối cho tới điểm của khách
hàng đo
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến rò rỉ:
Có rất nhiều yếu tố là nguyên nhân dẫn đến đến sự rò rỉ nƣớc. Theo Rick Kamionko (2011), có một số nguyên nhân chính nhƣ sau:
Bảng 2.8 Nguyên nhân dẫn đến rò rỉ nƣớc STT Các nguyên nhân Tỷ lệ % Ghi Chú 1 Do động đất 27 2 Vật liệu ống bị ăn mòn 19 3 Do chấn động giao thông, tải trọng nặng khác 11
4 Do áp lực vận hành của mạng lƣới quá cao 8 Cần phải lƣu ý
5 Do xây dựng các công trình khác ảnh hƣởng 8 6 Do chất lƣợng ống kém 6 7 Nhiệt độ mùa đông lạnh 6 8 Do ống bị khuyết tật, các thiết bị 5 9 Do chất lƣợng roan ống & phụ kiện kém 4 10 Tình trạng chất lƣợng nền đất 3
11 Do tay nghề công nhân kém 2 Cần phải lƣu ý
(Nguồn: Rick Kamionko, 2011)
Áp lực:
Là một trong những yếu tố quan trọng dẫn đến rò rỉ nƣớc. Theo Philip Jeffcoate and Arumukhan Saravanapavan (1987), mối quan hệ giữa áp lực và tỷ lệ rò rỉ không tuân theo căn bậc hai và thậm chí không phải là đƣờng thẳng tuyến tính. Nếu ta tăng áp lực lên 2 lần, lƣợng nƣớc rò rỉ sẽ tăng lên khoảng 2.5 đến 3 lần. Điều này ảnh hƣởng rất lớn đến lƣợng nƣớc mất đi.
Áp lực có thể ảnh hƣởng đến thất thoát từ hệ thống bằng nhiều cách, một số cách tiêu biểu đƣợc mô tả nhƣ sau:
+ Tốc độ rò rỉ:
Đối với hệ thống khi có ống rò rỉ hoặc bị bể, hoặc phụ tùng rò rỉ hoặc bị hỏng, việc thay đổi áp lực sẽ thay đổi tốc độ thất thoát nƣớc qua những lỗi trên. Tác động của áp lực lên điểm rò rỉ từ hệ thống ống phân phối lớn hơn nhiều so với con số dự đoán trên lý thuyết (Rick Kamionko, 2011).
Việc tăng áp lực trong hệ thống, một số trƣờng hợp chỉ khoảng và mét, cũng có thể dẫn đến nhiều vụ bể ống xảy ra trong thời gian ngắn tăng áp lực. Tƣơng tự nhƣ thế, việc giảm áp lực có thể làm giảm bể ống. Tuy nhiên, những ảnh hƣởng này dƣờng nhƣ chỉ xảy ra tức thời và tần suất bể ống dẫn dần trở lại nhƣ tần suất đã đƣợc ghi nhận trƣớc khi áp lực thay đổi. Thời gian để tần suất bể ống trở về tần suất ban đầu sẽ phụ thuộc vào tốc độ ăn mòn và tình trạng chịu lực của ống và có thể thay đổi trong vòng từ nhiều tháng đến nhiều năm (Rick Kamionko, 2011).
+ Vị trí ống rò rỉ:
Áp lực càng cao thì càng làm tăng tốc độ thất thoát nƣớc từ một điểm rò rỉ và việc này có thể làm cho vị trí rò rỉ xuất hiện sớm hơn. Tốc độ thất thoát lớn hơn này luôn làm cho việc xác định vị trí rò rỉ đƣợc dễ dàng hơn khi sử dụng phƣơng pháp nghe âm thanh, chỉ một số trƣờng hợp khó xác định đƣợc vị trí (Rick Kamionko, 2011).
+ Sự va áp:
Sự va áp, đôi khi có thể lớn hơn cƣờng độ chịu lực đƣợc thiết kế của tuyến ống, có thể xảy ra khi hệ thống bơm hoặc bơm tăng áp đƣợc khởi động/tắt, hoặc khi có một van đƣợc mở/đóng đột ngột. Tác động của va áp có thể làm cho ống chính hoặc ống đấu nối bị nứt, các bục chịu lực bị dịch chuyển hoặc làm mối nối bị vỡ ra khỏi chỗ nối. Cũng có một số bằng chứng cho thấy rằng va áp hay các thay đổi áp lực đột ngột có thể làm cho ống bị cong và dịch chuyển vào đá hay vào các vật cứng khác làm tăng cƣờng độ nội lực hoặc đôi khi làm cho bể ống (Rick Kamionko, 2011).
+ Chu kỳ áp lực:
Sức chịu đựng của ống bị giảm do chu kỳ áp lực thay đổi giữa mức cao và thấp trong phạm vi áp lực thiết kế, chẳng hạn nhƣ sức chịu đựng của ống bị giảm mỗi khi hệ bơm hoặc bơm tăng áp đƣợc mở/tắt hay bảo dƣỡng không đúng cách, hoặc các van giảm áp bị hỏng. Mặc dù tác động này ảnh hƣởng đến rò rỉ là không giống nhau, nhƣng đòi hỏi phải chú ý đặc biệt trong quá trình thiết kế ống nhựa bởi vì sức chịu lực của chúng dễ bị ảnh hƣởng hơn các loại ống khác (Rick Kamionko, 2011).
Chuyển động đất:
Các nguyên nhân của chuyển động đất là những thay đổi trong tỷ lệ độ ẩm (đặc biệt là đối với sét), các thay đổi về nhiệt độ và độ lún. Chuyển động đất có thể làm bể ống, mối nối di chuyển hoặc gây ra sức ép bên trong ống hoặc phụ tùng mà điều này có thể dẫn đến sự không chịu đựng đƣợc sức ép gây nứt hay bể ống. Có một số chứng cứ cho thấy các chuyển động của đất dù nhỏ cũng có thể gây ra cƣờng độ nội lực và do đó gây ra vết nứt trong loại ống gang xám (Rick Kamionko, 2011).
Giảm tuổi thọ của ống chính và ống phân phối:
Vấn đề nghiêm trọng nhất là việc ăn mòn các ống bằng kim loại. Nói chung, việc ăn mòn bên trong ống thƣờng xảy ra nghiêm trọng hơn đối với nƣớc mềm từ nguồn. Việc ăn mòn ống bên ngoài có thể do nhiều lý do, bao gồm gió, sự ăn mòn hợp kim, sự khác nhau về nồng độ các muối hòa tan và cả tác động của vi sinh vật. Tác hại của sự ăn mòn bên ngoài hay ăn mòn bên trong đều nhƣ nhau (Rick Kamionko, 2011).
Rò rỉ dƣới tiêu đề này có thể do bộ máy nhân viên công ty cấp nƣớc và khách hàng gây nên. Có thể có nhiều yếu tố làm nên rò rỉ nƣớc, song thiết kế cẩn thận, quy cách lắp đặt và đặc tính kỹ thuật của các phần trên mạng cũng nhƣ tiêu chuẩn cao trong giám sát xây dựng đƣợc đặt ra để hạn chế các lỗi. Chất lƣợng, tay nghề nhân công kém là một yếu tố đáng đƣợc lƣu ý hiện nay (Rick Kamionko, 2011).
Đặc tính của đất:
Một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến thời gian chảy của những mối rò rỉ là cấu tạo của địa tầng và loại đất mà chúng ta đặt ống. Ở một vài loại đất, rò rỉ bên dƣới có thể nhanh chóng thấm lên trên mặt đất và nhìn thấy rõ, nhƣng ngƣợc lại, một số rò rỉ tƣơng tự lại trong đất đá vôi, nƣớc ngấm vào đất và không thấm lên trên bề mặt hay thấm mà ta không nhìn thấy rõ (Rick Kamionko, 2011).
Tải trọng của lƣu thông:
Ảnh hƣởng của rung động và tải trong cao trên đƣờng do xe tải nặng và các phƣơng tiện lƣu thông đƣợc nhiều kỹ sƣ cho là yếu tố chính ảnh hƣởng đến sự sụp, bể đƣờng ống dƣới đất. Hiện nay vẫn chƣa có đầy đủ số liệu để xác định số lƣợng của ảnh hƣởng này và nó vẫn còn là vấn đề nghiên cứu thêm (Rick Kamionko, 2011).
Tuổi thọ của ống và phụ tùng:
Nhiều yếu tố đƣợc liệt kê trên đây tùy thuộc vào thời gian, nghĩa là tác hại của chúng ngày càng lớn dần theo thời gian. Vì lý do đó, tuổi thọ của ống đƣợc xem nhƣ là yếu tố đáng lƣu ý nhất ảnh hƣởng đến việc rò rỉ. Tuy nhiên, tuổi thọ không phải là yếu tố cần thiết. Tay nghề nhân công yếu, đệm cát và lấp đất không đúng yêu cầu kỹ thuật góp phần làm tình hình thêm xấu đi (Rick Kamionko, 2011).
Thời gian khắc phục sự cố:
Một vị trí bể ống hay rò rỉ qua phụ tùng nếu không đƣợc khắc phục kịp thời cũng là
nguyên nhân làm tăng tỷ lệ nƣớc mất đi. Theo đánh giá dự thảo “Kiểm soát lƣợng
nƣớc tổn thất trên mạng lƣơi phân phối” từ EPA (2009), thời gian để sửa chữa cho một rò rỉ đƣợc thể hiện qua sơ đồ khối hộp nhƣ sau:
Nhận thức Địa điểm Sửa chữa Rò rỉ
Hình 2.13 Thời gian sửa chữa một rò rỉ
(Nguồn: EPA, 2009).
Những hộp riêng trong hình vẽ đại diện cho khối lƣợng nƣớc bị mất tại mục đó. Theo EPA, nếu một lỗ rò rỉ lớn trong 10 ngày, đạt khoảng 1.000 gallos/ngày và một lỗ rò rỉ nhỏ hơn 10 gallos/ngày rò rỉ trong 1000 ngày (khoảng 2 năm và 9 tháng) thì có sự mất mát nhƣ nhau (1gallos = 3.785 lít - theo đơn vị chuyển đổi của Mỹ). Hoặc theo Charalambous, B. (2007) có thể biểu diễn nhƣ sau:
Hình 2.14 Ảnh hƣởng của thời gian lên lƣợng nƣớc mất đi từ rò rỉ
(Nguồn:Charalambous, B., 2007). c. Ước lượng rò rỉ
Một con số thể hiện mức độ rò rỉ của Công ty cấp nƣớc có thể đạt đƣợc yêu cầu cho các mục tiêu khác trừ việc quản lý rò rỉ, nhƣng chỉ có một cách thực tế để đạt đƣợc con số có thể chấp nhận đƣợc là ƣớc lƣợng mức tiêu thụ không qua đồng hồ (kể cả lƣợng tiêu thụ ban ngày hoặc ban đêm). Mức độ không chính xác cố hữu của ƣớc lƣợng nhƣ thế làm cho con số đạt đƣợc chỉ có tính tƣơng đối (Rick Kamionko, 2011).
Lƣợng nƣớc thất thoát, rò rỉ qua các thiết bị, phụ tùng hỏng, rò rỉ từ các điểm bể ống có thể đƣợc ƣớc tính nhƣ trong bảng 2.9 và bảng 2.10.
Khe hở Lít trên M3 trên mm Phút Giờ Ngày Tháng 0,5 0,33 20,0 0,48 14,40 1 0,97 58 1,39 41,60 1,5 1,82 110 2,64 79,00