ðại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
----------------oOo----------------

LÊ NGỌC QUỲNH ANH

NGHIÊN CỨU DỊ TÌM VỊ TRÍ RỊ RỈ TRÊN MẠNG LƯỚI CẤP
NƯỚC BẰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM KẾT HỢP VỚI MƠ
HÌNH THỦY LỰC

Chun ngành : KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC
Mã số ngành : 60580212

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017


Cơng trình được hồn thành tại: Trường ðại học Bách Khoa – ðHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Quang Trưởng
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lưu Xuân Lộc
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Nguyễn Hồng Quân
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại Trường ðại học Bách Khoa, ðHQG Tp. HCM
ngày 17/01/2016.
Thành phần Hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội ñồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ )
1. PGS. TS. Nguyễn Thống
2. TS. Lưu Xuân Lộc

3. PGS. TS. Nguyễn Hồng Quân
4. PGS. TS. Châu Nguyễn Xuân Quang
5. TS. Hồ Tuấn ðức
Xác nhận của Chủ tịch Hội ñồng ñánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn ñã ñược sửa chữa (nếu có)
CHỦ TỊCH HỘI ðỒNG

TRƯỞNG KHOA


ðẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ NGỌC QUỲNH ANH

Họ tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

MSHV:

7140087

04/08/1985

Nơi sinh:


Vĩnh Long

Kỹ thuật Tài nguyên nước

Mã số:

60580212

I. TÊN ðỀ TÀI:
Nghiên cứu dò tìm vị trí rị rỉ trên mạng lưới cấp nước bằng mơ hình thí nghiệm
kết hợp với mơ hình thủy lực
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Xây dựng phương pháp phát hiện rị rỉ bằng mơ hình thủy lực dựa trên các bài
báo nghiên cứu trong và ngoài nước.
Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết phục vụ cho mục đích nghiên cứu dị tìm rị rỉ
trên mạng lưới.
Thiết lập mạng lưới thí nghiệm với các dữ liệu ban đầu ( nguồn nước, bơm,
mạng lưới ống, van, thiết bị ño lưu lượng, thiết bị đo áp…)
Mơ phỏng lại mạng lưới thí nghiệm bằng phần mềm mô phỏng thủy lực
WaterGems, tiến hành cân chỉnh và sử dụng cơng cụ Darwin Calibrator để dị
tìm các vị trí rị rỉ giả định được chủ động tạo ra trên mạng lưới.
ðánh giá kết quả để tìm ra bộ thông số kỹ thuật tối ưu cho việc dị tìm rị rỉ
trên mạng lưới.
Từ kết quả đạt được có thể đưa ra một số kết luận, kiến nghị ñối với việc ứng
dụng phần mềm thủy lực trong việc dự báo khu vực khả năng xảy ra rò rỉ cao
bên ngoài thực tế.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

15/08/2016



IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

04/01/2017

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN QUANG TRƯỞNG
Tp. HCM, ngày . . . . tháng.. . . năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS. Nguyễn Quang Trưởng

PGS. TS. Nguyễn Thống

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


i

LỜI CÁM ƠN
ðể hoàn thành luận văn này, trước hết tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân
thành và sâu sắc ñến thầy TS Nguyễn Quang Trưởng ñã ñịnh hướng và hướng
dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cám ơn tất cả các quý thầy cơ Khoa Kỹ Thuật Xây
Dựng, đặc biệt là các thầy cô giảng dạy thuộc Bộ môn Tài Nguyên Nước, ðại
học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh. Tất cả những kiến thức, kinh nghiệm các thầy
cơ đã truyền đạt trong suốt q trình học cũng như những góp ý q báu của các
thầy cô về luận văn này sẽ mãi là hành trang quý giá cho tôi trong suốt quá trình

học tập, nghiên cứu và cơng tác sau này.
Xin chân thành cám ơn tất cả những người bạn lớp K2014 đã tận tình giúp
đỡ tơi trong suốt q trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn, các
bạn ñã ñóng góp những kinh nghiệm quý báu cũng như động lực để tơi có thể
hồn thành tốt luận văn này.
Cuối cùng, xin cám ơn những người thân trong gia đình, những người bạn
thân của tơi đã ln bên cạnh, quan tâm, động viên và giúp đỡ tơi vượt qua
những khó khăn, trở ngại để hồn thành luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 01 năm 2017


ii

TĨM TẮT

Mạng lưới cấp nước của Thành phố Hồ Chí Minh ñã ñược xây dựng và khai thác
trong khoảng thời gian dài. Một số tuyến ống ñược lắp ñặt trước năm 1975 trải qua
nhiều năm sử dụng ñã trở nên cũ mục, thậm chí xì bể gây thất thốt nước trong q
trình chuyển tải đến các hộ dân. Do đó vấn đề thất thốt nước là một vấn đề lớn của
các Công ty Cấp nước. Nhiều biện pháp về mặt quản lý và kỹ thuật ñã ñược sử dụng
ñể giảm tỷ lệ thất thốt nước có thể kể đến như: chia nhỏ mạng lưới ñể dễ quản lý,
thay thế dần các đoạn ống bị xì bể, sử dụng thiết bị để dị tìm rị rỉ.
Từ những vấn đề thực tiễn nêu trên, do đó mục tiêu của luận văn này là xây dựng
một giải pháp để định vị được rị rỉ bằng phần mềm mô phỏng thủy lực WaterGems
nhằm giảm lượng nước thất thốt mất đi trong q trình phân phối. Các nội dung
nghiên cứu chính của luận văn được tóm tắt như sau :
-

Xây dựng phương pháp phát hiện rị rỉ bằng mơ hình thủy lực dựa trên các bài
báo nghiên cứu trong và ngoài nước.


-

Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết phục vụ cho mục đích nghiên cứu dị tìm rị rỉ
trên mạng lưới.

-

Thiết lập mạng lưới thí nghiệm với các dữ liệu ban ñầu ( nguồn nước, bơm,
mạng lưới ống, van, thiết bị ño lưu lượng, thiết bị đo áp…)

-

Mơ phỏng lại mạng lưới thí nghiệm bằng phần mềm mô phỏng thủy lực
WaterGems, tiến hành cân chỉnh và sử dụng cơng cụ Darwin Calibrator để dị
tìm các vị trí rị rỉ giả định được chủ động tạo ra trên mạng lưới.

-

ðánh giá kết quả để tìm ra bộ thơng số kỹ thuật tối ưu cho việc dị tìm rị rỉ trên
mạng lưới.

-

Từ kết quả đạt được có thể ñưa ra một số kết luận, kiến nghị ñối với việc ứng
dụng phần mềm thủy lực trong việc dự báo khu vực khả năng xảy ra rò rỉ cao
bên ngoài thực tế.


iii


ABSTRACT

The water supply network in Ho Chi Minh City has been built and operated for a
long time. Many pipelines installed before 1975 and over the years become old and
decayed, even though cause leakage during transport to the households. Hence the
problem of water loss is a major problem of Water Supply Company. Many methods
of management and techniques have been used to reduce water leakage rate for
example: split the water nerwork, pipelines rehabilitation, use equipment to detect
leakage…
From the practical issue above, the target of this thesis is to develop a solution to
pinpoint leak detection by using hydraulic model software WaterGems to reduce water
loss during distribution. The main research contents of the thesis are summarized as
follows :
-

Build the method to detect leakage by using the hyraulic model based on
research articles.

-

Study the theoretical basis to serve leakage detection research purposes on the
network.

-

Establish a experimental network with the original data (reservoir, pump,
pipework, flow meter, pressure transmitter….).

-


Simulate the experimental network by WaterGems hydraulic simulation
software, conducting the calibration and using Darwin Calibrator to detect
assumed leakage positions is actively generated on the network.

-

Evaluate the results in order to find the optimal specifications for detecting
leaks on the network.

-

The results achieved can make some conclusions and recommendations for
hydraulic software applications to predict area with high leakage possibility .


iv

LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Ngoại trừ các nội
dung đã ñược trích dẫn, các số liệu và kết quả ñược trình bày trong luận văn này là
hồn tồn chính xác, trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào trước đây.
Tp. HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2017
Học viên

Lê Ngọc Quỳnh Anh


v


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
ABSTRACT
LỜI CAM ðOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH, BIỂU ðỒ
CHƯƠNG 1: MỞ ðẦU……………………………………………………………….1
1.1 ðặt vấn ñề…………………………………………………………………………..1
1.2 Tính cấp thiết của ñề tài…………………………………………………………….3
1.3 Mục ñích nghiên cứu……………………………………………………………….4
1.4 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………………...4
1.5 Nội dung thực hiện…………………………………………………………………5
1.6 Phạm vi nghiên cứu………………………………………………………………...5
1.7 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài………………………………….6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN……………………………………………………8
2.1 Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu………………………………………..8
2.2 Tổng quan các nghiên cứu trong nước…………………………………………….10
2.3 Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước……………………………………………11
2.4 Tổng quan về nước không doanh thu (NRW)…………….……………………….14
2.4.1 ðịnh nghĩa………………………………………………………………....14
2.4.2 Cách tính lượng nước khơng doanh thu………………………………..….16
2.5 Tổng quan về rò rỉ…………………………………………………………………17
2.5.1 Nguyên nhân rò rỉ………….……………………………………………...17


vi
2.5.2 Vị trị rò rỉ………………………………………………………………….18

2.5.3 Các loại rò rỉ……………………….………………………………………19
2.5.4 Lý thuyết rò rỉ……………………………………………………………..20
2.6 Giới thiệu phần mềm WaterGems………………………………………………...21
2.6.1 Giới thiệu………………………………………………….………………21
2.6.2 Lập mơ hình mơ phỏng với WaterGems………………………………….23
2.6.3 Khả năng mơ phỏng rị rỉ của phần mềm WaterGems……………………23
2.6.4 Những cơng cụ hỗ trợ của phần mềm WaterGEMs………………………24
2.6.5 Lợi ích của phần mềm WaterGEMS trong việc mơ phỏng hệ thống cấp
thốt nước……………………………………………………………………...25

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………………………26
3.1 Các phương trình tính tốn………………………………………………………..26
3.2 Thuật toán giải thuật di truyền…………………………………………………….31
3.2.1 Giới Thiệu giải thuật di truyền…………………………………………….31
3.2.2 Ứng dụng thuật toán di truyền trong bài tốn cân chỉnh mạng lưới………33

CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM……………………………………36
4.1 Thiết lập mơ hình thí nghiệm……………………………………………………...36
4.2 Các kịch bản cho bài tốn rị rỉ……………………………………………………44
4.3 Mơ phỏng mơ hình thí nghiệm bằng phần mềm WaterGems…………………….47
4.4 Quy trình thực hiện thí nghiệm……………………………………………………56
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………….57
5.1 Cân chỉnh mơ hình (kịch bản 1)…………………………………………………...57
5.2 Kết quả kịch bản dị tìm rị rỉ……………………………………………………...61
5.2.1 Kịch bản 2…………………………………………………………………62
5.2.2 Kịch bản 3…………………………………………………………………72
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………….76


vii

6.1 Kết luận……………………………………………………………………………76
6.2 Kiến nghị…………………………………………………………………………..77
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………..78
PHỤ LỤC…………………………………………………………………………….79
Phụ lục 1………………………………………………………………………………79
Phụ lục 2………………………………………………………………………………82
Phụ lục 3………………………………………………………………………………85
Phụ lục 4………………………………………………………………………………88


viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU:
Bảng 2.1: Bảng cân bằng nước của IWA……………………………………………..17
Bảng 2.2: Các thông số cần thiết trong công cụ Darwin Calibrator………………….24
Bảng 3.1 Hệ số tổn thất cục bộ qua van bướm…………………………...…..……….30
Bảng 3.2 Hệ số tổn thất cục bộ ñối với chi tiết mối nối…………………….…...……30
Bảng 4.1: Tổng chiều dài các loại ống………………………………………………..36
Bảng 4.2: ðường kính và chiều dài các đường ống lắp ñặt trên mạng lưới….…....….37
Bảng 4.3 : Giá trị áp lực tại các vị trí đo áp cho kịch bản 1………………………......44
Bảng 4.4 : Giá trị áp lực tại các vị trí đo áp cho kịch bản 2…………………………..45
Bảng 4.5 : Giá trị áp lực tại các vị trí đo áp cho kịch bản 3………………….……….47
Bảng 4.6: Các thông số của ống………………………………………………………48
Bảng 4.7: Giá trị hệ số nhám ñường ống tham khảo trước khi hiệu chỉnh……………50
Bảng 4.8: Giá trị hệ số nhám giả ñịnh cho các ñường ống……………………………50
Bảng 4.9 : Cao ñộ giả ñịnh tại các nút của mạng lưới………………………………...51
Bảng 4.10: Hệ số tổn thất cục bộ qua các ñoạn uốn cong [11]……………………….53
Bảng 4.11: Hệ số tổn thất cục bộ qua các ñoạn ống mở………………………………55
Bảng 4.12: Hệ số tổn thất cục bộ qua các ñoạn ống thu hẹp [12]…………………….55
Bảng 4.13: Hệ số tổn thất cục bộ qua các ñoạn ống thu hẹp trên mạng lưới…………55

Bảng 5.1: Giá trị áp lực thay ñổi sau cân chỉnh……………………………………….61
Bảng 5.2: Kết quả dị tìm rị rỉ với thông số Maximum Trials tương ứng……………64
Bảng 5.3: Kết quả cột áp thủy lực sau khi dị tìm rị rỉ với thơng số Maximum Trials
tương ứng……………………………………………………………………………...65
Bảng 5.4: Kết quả dị tìm rị rỉ với thơng số Leakage Detection Penalty Factor tương
ứng…………………………………………………………………………………….68


ix
Bảng 5.5: Kết quả cột áp thủy lực sau khi dị tìm rị rỉ với thơng số Leakage Detection
Penalty Factor tương ứng……………………………………………………………..68
Bảng 5.6: Bộ thơng số tối ưu dị tìm vị trí rị rỉ……………………………………….71
Bảng 5.7: Lưu lượng rị rỉ tại các vị trí chủ động tạo rị rỉ……………………………72
Bảng 5.8: Áp lực thực ño cho kịch bản 3……………………………………………..72
Bảng 5.9: Kết quả hệ số rị rỉ của các điểm rị rỉ của WaterGems cho kịch bản 2……75


x

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ðỒ
Hình 1.1: Tỉ lệ thất thốt nước (%) của các cơng ty cấp nước thuộc Tổng cơng ty Cấp
nước Sài Gịn…………………………………………………………………………...2
Hình 1.2: Diễn biến tỷ lệ nước thất thốt từ năm 2009 đến nay……………………….3
Hình 1.3: Hiện trạng khu vực nghiên cứu……………………………………………...6
Hình 2.1: Máy dị tìm van Fisher FPID 2100………………………………………….9
Hình 2.2: Máy dị tìm ống Fisher TW82……………………………………………….9
Hình 2.3: Giải pháp tích hợp GIS và SCADA………………………………………..12
Hình 2.4: Sơ ñồ thể hiện mối quan hệ giữa áp lực và lưu lượng rị rỉ………………..13
Hình 2.5: Hình dạng và kích thước các điểm rị rỉ……………………………………14
Hình 2.6: Các loại rị rỉ………………………………………………………………..19

Hình 2.7: Sơ đồ các bước mơ phỏng mơ hình bằng phần mềm WaterGems…………23
Hình 3.1 Tổn thất trong đoạn ống…………………………………………………….26
Hình 3.2: Sơ đồ thuật tốn tối ưu bằng GA…………………………………………...32
Hình 4.1: Tỷ lệ phần trăm tổng chiều dài từng loại đường kính ống…………………36
Hình 4.2: Vị trí các ống nước trên mạng lưới thí nghiệm…………………………….37
Hình 4.3: ðồng hồ tổng 1 (ðHT1) và Cảm biến đo áp 1 (CBðA1) tại điểm đầu vào
mạng lưới………………………………...……………………………………………39
Hình 4.4: ðồng hồ tổng 2 (ðHT2) và Cảm biến ño áp 2 (CBðA2) tại điểm cuối của
mạng lưới……………………………………………………………………………...39
Hình 4.5: Vị trí đặt ðHT1, CBðA1, ðHT2, CBðA2, CBðA3 trên mạng lưới……...40
Hình 4.6: Máy bơm nước cho hệ thống mạng lưới…………………………………...40
Hình 4.7: ðường cong đặc tính của bơm……………………………………………..41
Hình 4.8: Van đầu nguồn……………………………………………………………..41
Hình 4.9: Van cuối nguồn…………………………………………………………….41
Hình 4.10: Vị trí đặt van đầu nguồn và van cuối nguồn trên mạng lưới thí nghiệm…42
Hình 4.11: Các van 15mm kiểm sốt lưu lượng rị rỉ…………………………………42
Hình 4.12: Mơ hình thí nghiệm……………………………………………………….43
Hình 4.13: Giá trị áp lực tại các vị trí đo áp cho kịch bản 1…………………….…….44
Hình 4.14 : Vị trí nút rị rỉ giả định J-66…………………………………….………..45
Hình 4.15: Giá trị áp lực tại các vị trí đo áp cho kịch bản 2………………….……….46


xi
Hình 4.16 : Vị trí các nút giả định rị rỉ (J-66, J-35)…………………………….…….46
Hình 4.17: Giá trị áp lực tại các vị trí đo áp cho kịch bản 3…………………….…….47
Hình 4.18: ðường kính trong thực tế của các ống lắp đặt……………………….……48
Hình 4.19: Hệ số nhám trước khi cân chỉnh……………………………………….….51
Hình 4.20 : Cao ñộ giả ñịnh tại các nút………………………………………….……52
Hình 4.21 : Rẽ nhánh của các đường ống có áp………………………………………53
Hình 4.22: Hệ số tổn thất cục bộ khi dịng chảy chảy qua van (trích dẫn từ phần mềm

WaterGems)……………………………………………………………...……………54
Hình 5.1: Kết quả áp lực tại nút trong mơ hình thủy lực WaterGems………………...57
Hình 5.2: Vị trí nút J-16, nút J-63, nút J-93 trên mạng lưới mô phỏng thủy lực……...58
Hình 5.3: So sánh áp lực thực tế và áp lực mơ phỏng thủy lực……………………….58
Hình 5.4: Gán giá trị áp lực thực tế vào cơng cụ Darwin Calibrator………………….59
Hình 5.5: Kết quả hệ số nhám sau cân chỉnh…………………………………………60
Hình 5.6: Giá trị áp lực tại nút sau khi cân chỉnh hệ số nhám………………………..60
Hình 5.7: So sánh áp lực thực tế và áp lực sau khi hiệu chỉnh………………………..61
Hình 5.8: Chọn phân tích tại 1 thời điểm xác định cho các kịch bản rị rỉ……………62
Hình 5.9: ðiểm rị rỉ giả định cho kịch bản 2…………………………………………62
Hình 5.10: Gán giá trị áp lực thực tế cho kịch bản 2………………………………….63
Hình 5.11: Bảng thơng số cần thiết trong cơng cụ Option……………………………64
Hình 5.12: Các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 40000…………….65
Hình 5.13: Vị trí các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 40000………65
Hình 5.14: Giá trị cột áp thủy lực khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 40000……65
Hình 5.15: Các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 50000…………….67
Hình 5.16: Vị trí các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 50000………67
Hình 5.17: Giá trị cột áp thủy lực khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 50000……67
Hình 5.18: Các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 40000 và hệ số phạt
dị tìm rị rỉ là 70………………………………………………………………………70
Hình 5.19: Các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 50000 và hệ số phạt
dị tìm rị rỉ là 70…………………………...………………………………………….70
Hình 5.20: Các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 50000 và hệ số phạt
dị tìm rò rỉ là 80………………………………………………………………………71


xii
Hình 5.21: Vị trí các điểm rị rỉ khi chạy mơ hình với số lần giải lặp là 50000 và hệ số
phạt dị tìm rị rỉ là 70…………………………………………………………………72
Hình 5.22: ðiểm rị rỉ giả định cho kịch bản 3…………………………………….….73

Hình 5.23: Gán giá trị áp lực thực tế cho kịch bản 3………………………………….73
Hình 5.24: Kết quả số điểm rị rỉ cho kịch bản 3……………………………………...74
Hình 5.25: Vị trí các điểm rị rỉ trên mạng lưới cho kịch bản 3………………………74
Hình 5.26: Giá trị cột áp thủy lực cho kịch bản 3…………………………………….74


1

CHƯƠNG 1: MỞ ðẦU
1.1 ðặt vấn đề
Hiện nay bất kì hệ thống cấp nước nào cũng đều bị thất thốt một lượng nước
nhất định. Có rất nhiều ngun nhân dẫn đến thất thốt nước trong đó chủ yếu là do
ngun nhân kỹ thuật như: rò rỉ trên mạng lưới tuyến ống cấp nước, thi cơng khơng
đúng kỹ thuật, vỡ ống do ñào ñường, ăn cắp nước sạch … Trên thực tế cho thấy thất
thốt nước phần lớn là do rị rỉ trên đường ống vì đường ống cấp nước được chơn
ngầm dưới nền đất nên cơng tác tìm kiếm rị rỉ rất khó khăn. ðây là bài tốn vơ
cùng khó khăn ñối với tất cả các ñơn vị cấp nước và là một đề tài nóng bỏng trên
tồn thế giới cũng như tại Việt Nam.
Các cơng ty cấp nước đã và đang thực hiện một số cơng tác giảm thất thốt
nước như: kế hoạch phân vùng tách mạng để quản lý rò rỉ, thay thế các tuyến ống cũ
mục, lắp ñặt các ñồng hồ ñiện từ, sử dụng van ñiều áp ñể ñiều tiết áp lực mạng lưới,
sử dụng các thiết bị dị tìm rị rỉ, gắn datalogger…, kết hợp với công nghệ thông tin
như phần mềm SCADA quản lý từ xa áp lực, lưu lượng, chất lượng nước trên mạng
lưới, phần mềm GIS quản lý tài sản, cập nhật hiện trạng dữ liệu mạng lưới, phần
mềm quản lý khách hàng, phần mềm thủy lực để tính tốn mạng lưới và truyền
thơng nâng cao nhận thức cộng đồng. Tuy nhiên, công tác nâng cấp cải tạo mạng
lưới cấp nước gặp nhiều khó khăn do dân số đơng, đường xá chật hẹp, nguồn lực tài
chính hữu hạn…
Trước tình hình thất thốt nước của các ñơn vị cấp nước trong cả nước rất
cao từ 30-40%, ñặc biệt là tại các thành phố lớn gây tổn thất nặng nề cho nền kinh

tế ñất nước. Năm 2010 Thủ tướng chính phủ đã ban hành quyết định số 2147/QðTTg Phê duyệt Chương trình quốc gia chống thất thốt, thất thu nước sạch đến năm
2025 với mục tiêu huy ñộng và tập trung các nguồn lực cho hoạt động chống thất
thốt, thất thu nước sạch, giảm tỷ lệ thất thốt, thất thu nước sạch bình qn từ 30%
năm 2009 xuống dưới 15% vào năm 2025, mục tiêu cụ thể cho từng giai ñoạn như
sau:


2
-

ðến năm 2015: tỷ lệ thất thoát, thất thu nước sạch bình quân là 25%.

-

ðến năm 2020: tỷ lệ thất thốt, thất thu nước sạch bình qn là 18%.

-

ðến năm 2025: tỷ lệ thất thốt, thất thu nước sạch bình quân là 15%.
Nói riêng về TP.HCM, hiện tại dân số khoảng 9 triệu người, dự kiến ñến năm

2025 dân số sẽ là 10 triệu người thường trú và 2,5 triệu người vãng lai cho toàn bộ
24 quận, huyện. Hệ thống cấp nước TP.HCM được hình thành từ thời Pháp thuộc,
trải qua thời gian dài sử dụng, khơng đồng bộ về vật liệu và chủng loại cũng như
mạng lưới cấp nước trải ra trên một diện tích rộng. Mạng lưới truyền dẫn khoảng
4,500 km đường ống có DN ≥ 100mm, cung cấp 1.8 triệu m3 nước sạch cho cả
thành phố, và tỉ lệ thất thoát nước khoảng 38.42%, lượng nước sạch tương ứng thất
thốt 691,560 m3/ngày. Với giá nước bình qn 8000 đồng/m3, thì số tiền thất thốt
là 5.53 tỉ đồng/ngày, hơn 2,018 tỉ đồng/năm, gây lãng phí tài ngun nước [1].


Hình 1.1: Tỉ lệ thất thốt nước (%) của các công ty cấp nước thuộc Tổng
công ty Cấp nước Sài Gịn
Giảm thất thốt nước từ mạng lưới cấp nước sẽ giúp giảm chi phí quản lý và
vận hành mạng lưới cấp nước, từ đó có thể giảm giá bán nước sạch cung cấp cho
người dân.Ngồi ra, việc giảm thất thốt nước cịn góp phần cải thiện chất lượng
nước, nâng cao áp lực của mạng lưới cấp nước. Do đó, vấn ñề ñặt ra là phải có một


3
giải pháp để hạn chế lượng nước thất thốt một cách hiệu quả, tiết kiệm thời gian và
chi phí. Giải pháp này khơng những góp phần đem lại nguồn lại kinh tế cho cả
doanh nghiệp lẫn người dân, mà còn làm giảm gánh nặng gia tăng cơng suất cấp
nước đầu vào, giải quyết các vấn ñề về chất lượng nước, nâng cao áp lực của mạng
lưới cấp nước, giải quyết nhu cầu dùng nước của người dân.
Hiện nay chính quyền thành phố cũng như Tổng công ty cấp nước Sài Gịn
rất quan tâm và chú trọng đến cơng tác giảm thiểu được lượng nước thất thốt thất
thu và đặt ra mục tiêu hằng năm giảm thiểu lượng nước thất thoát từ 1-2% đến năm
2025 tỷ lệ thất thốt nước của thành phố giảm cịn 25% . Theo đó, Tổng Cơng ty
Cấp nước Sài Gịn đã tích cực ứng dụng nhiều cơng nghệ mới cũng như tham gia
các chương trình hợp tác, nghiên cứu quốc tế. ðến nay, tỷ lệ nước thất thốt thất thu
của thành phố Hồ Chí Minh cũng đã có những chuyển biến tích cực và đạt được
mục tiêu đề ra.

Diễn biến tỷ lệ nước thất thốt từ năm 2009 đến nay
45

41

Tỷ lệ thất thốt nước (%)


40

40

35
30

32

40.53

25

25

39.9

20

38.42

15

36.54

10

34.03

5


33.04

0
2009

2010

2011
kết quả

2012

2013

06 tháng
2014

2015

2025

KH/lộ trình

Hình 1.2: Diễn biến tỷ lệ nước thất thốt từ năm 2009 đến nay
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Thất thốt nước là một dự báo đe dọa tính mạng và đáng báo động của tương
lai. Vấn đề rị rỉ là một trong những nguyên nhân quan trọng nhất của thất thốt
nước trong hệ thống cấp nước. Do đó, nó đã và đang là vấn đề quan tâm của nhiều



4
nhà nghiên cứu để tìm kiếm các phương pháp hiệu quả nhất ñể giải quyết vấn ñề
này bằng nhiều kỹ thuật khác nhau. [2]
Rò rỉ trong hệ thống phân phối nước ñã trở thành một vấn ñề quan trọng và
cấp bách liên quan rất nhiều đến chi phí hằng năm. Sự khó khăn của vấn đề tiếp tục
xấu đi, đặc biệt là khi các vị trí rị rỉ nằm ẩn trong lịng đất.
ðề tài“Nghiên cứu dị tìm vị trí rị rỉ trên mạng lưới cấp nước bằng mơ
hình thí nghiệm kết hợp với mơ hình thủy lực” nhằm mục đích phát hiện vị trí rị
rỉ trong mơ hình thí nghiệm hệ thống cấp nước trong thời gian thực bằng việc tối ưu
hóa các thơng số kỹ thuật trong cơng cụ dị tìm vị trí rị rỉ (Darwin Calibrator) của
phần mềm mơ phỏng thủy lực WaterGems. Từ đó giúp tìm ra phương pháp tối ưu
giúp phát hiện rò rỉ trong mạng lưới cấp nước quy mơ lớn với độ chính xác cao và
chi phí thấp.
1.3 Mục đích nghiên cứu:
-

Thiết lập mơ hình thí nghiệm để dị tìm rị rỉ trong mạng lưới cấp nước

-

Dùng phần mềm WaterGems để mơ phỏng thủy lực mơ hình thí nghiệm. Sau
đó thực hiện cân chỉnh để đạt được kết quả tương đồng giữa mơ hình thí
nghiệm và mơ hình mơ phỏng.

-

Chủ động tạo các kịch bản rị rỉ với nhiều vị trí khác nhau trong mạng lưới.

-


Chạy mơ hình thủy lực WaterGems đã cân chỉnh với các vị trí rị rỉ giả định
để tổng kết được các thơng số tính tốn tối ưu trong mơ hình thủy lực.

1.4 Phương pháp nghiên cứu:
-

Phương pháp kế thừa: xem xét và ñánh giá các kết quả nghiên cứu trước đây.

-

Phương pháp xây dựng mơ hình: xây dựng 1 mơ hình thí nghiệm với đầy đủ
các dữ liệu đầu vào và các thiết bị ño áp, lưu lượng…

-

Phương pháp ứng dụng mơ hình tốn: sử dụng phần mềm WaterGems để mơ
phỏng và tính tốn thủy lực mạng lưới.


5
-

Phương pháp so sánh: so sánh kết quả vận hành mạng lưới thí nghiệm và
chạy phần mềm để dị tìm và phát hiện ra vị trí rị rỉ trên mạng lưới.

1.5 Nội dung thực hiện
-

Xây dựng phương pháp phát hiện rị rỉ bằng mơ hình thủy lực dựa trên các

bài báo nghiên cứu trong và ngoài nước.

-

Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết phục vụ cho mục đích nghiên cứu dị tìm rị rỉ
trên mạng lưới.

-

Thiết lập mạng lưới thí nghiệm với các dữ liệu ban ñầu ( nguồn nước, bơm,
mạng lưới ống, van, thiết bị ño lưu lượng, thiết bị đo áp…)

-

Mơ phỏng lại mạng lưới thí nghiệm bằng phần mềm mô phỏng thủy lực
WaterGems, tiến hành cân chỉnh và sử dụng cơng cụ Darwin Calibrator để
dị tìm các vị trí rị rỉ giả định được chủ động tạo ra trên mạng lưới.

-

ðánh giá kết quả để tìm ra bộ thơng số kỹ thuật tối ưu cho việc dị tìm rị rỉ
trên mạng lưới.

-

Từ kết quả đạt được có thể ñưa ra một số kết luận, kiến nghị ñối với việc ứng
dụng phần mềm thủy lực trong việc dự báo khu vực khả năng xảy ra rò rỉ cao
bên ngoài thực tế.

1.6 Phạm vi nghiên cứu:

Khu vực nghiên cứu nằm trong khn viên của khu vực phịng thí nghiệm bộ
môn Tài nguyên nước của trường ðại học Bách Khoa TPHCM với diện tích khoảng
150m2.
Mơ hình thí nghiệm là 1 mạng lưới cấp nước điển hình được thiết kế và lắp
đặt trong khn viên phịng thí nghiệm của bộ mơn Tài nguyên nước. Mạng lưới
cấp nước ñược lắp ñặt bằng các ống cấp nước HDPE với các đường kính từ 15mm
ñến 30mm, bơm cấp nước với lưu lượng 17l/s và cột áp 11m. Nước dùng cho thí
nghiệm là dịng nước tuần hồn, sau khi qua ống sẽ được dẫn về bể nước ngầm bằng
các kênh dẫn.


6

Hình 1.3: Hiện trạng khu vực nghiên cứu
1.7 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài:
Ý nghĩa khoa học:
Nghiên cứu này nhằm mục đích phát hiện rị rỉ và vị trí của nó trong mạng
lưới phân phối nước trong thời gian thực với độ chính xác cao và chi phí thấp.
Nghiên cứu sử dụng trên nền tảng cơ sở lý luận và thực nghiệm từ những nghiên
cứu trong và ngồi nước, đồng thời phát triển thêm để xây dựng mơ hình rị rỉ trên
nền tảng thuật tốn giải thuật di truyền của phần mềm WaterGems. Ngồi ra, trong
thí nghiệm này, tác giả cố gắng nghiên cứu những thay ñổi trong hành vi thủy lực
của mạng do sự thay đổi về vị trí rị rỉ, giúp ích cho việc chứng thực các phương
pháp ñược ñề xuất trong các nghiên cứu rộng lớn sau này.


7
Ý nghĩa thực tiễn:
Qua nghiên cứu này, tác giả muốn ñề xuất một phương pháp ñể khoanh vùng
các khu vực rị rỉ, từ đó nhanh chóng tìm ra vị trí rị rỉ, nhằm hạn chế việc tiêu tốn,

thời gian, cơng sức và chi phí cho việc dị tìm vị trí rị rỉ trong một mạng lưới lớn.
Việc nhanh chóng tìm ra vị trí rị rỉ trên mạng lưới sẽ hạn chế đáng kể lượng nước
thất thốt, đem lại hiệu quả kinh tế trong công tác vận hành mạng lưới cấp nước.


8
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu:
-

Phương pháp cơ học:

ðào trống ñường ống ñể xem có bể hay khơng. Phương pháp này rất tốn
kém, lại gây ảnh hưởng đến giao thơng cũng như các hoạt ñộng khác của người dân.
-

Phương pháp hóa học:

ðưa hóa chất vào trong ống và quan sát sự lan truyền màu trên mặt đất hoặc
sự giảm nồng độ hóa chất trong ống để xác định vị trí rị rỉ . Phương pháp này sẽ
khơng khả thi đối với mạng lưới cấp nước nằm dưới nền bê tơng nhựa đường, hoặc
những mạng lưới lớn, phức tạp với số lượng ñầu nối lớn sẽ rất khó kiểm sốt.
-

Phương pháp sử dụng sóng siêu âm:

Phương pháp này sử dụng con chạy, chạy trong ñường ống cấp nước có một
camera quay hình, ghi nhận dữ liệu trong ống. Con chạy sẽ truyền dữ liệu về bộ thu
đi trên mặt đất với nó. Phương pháp này rất khó quản lý và ít khả thi đối với những
mạng lưới chằng chịt, số lượng ñấu nối nhiều, ống cũ mục…

-

Phương pháp lan truyền âm:

Phương pháp này sử dụng thiết bị ghi nhận, thu thập, khuyếch đại, phân tích,
đánh giá những âm thanh rung ñộng ñặc trưng của nước bị rị rỉ qua những điểm bể.
-

Phương pháp mơ hình dị tìm rị rỉ:

ðầu tiên là phân vùng tách mạng ñể chia nhỏ mạng lưới ra ñể dễ quản lý.
Mỗi vùng sẽ đặt nhiều DMA để kiểm sốt lưu lượng trong khu vực. Sau đó xác định
tỉ lệ thất thốt nước của các vùng, vùng nào có tỉ lệ rị rỉ lớn thì ưu tiên dị tìm rị rỉ
trước. Dị tìm các ống ngầm, dị van bị lấp bằng các thiết bị như máy dò ống TW82
của Fisher, 810DX của vonroll, dò van FPID 2100 của Fisher.


9

Hình 2.1: Máy dị tìm van Fisher FPID 2100

Hình 2.2: Máy dị tìm ống Fisher TW82