Thiết kế cải tạo mạng lưới Cấp nước thành phố Sóc Trăng (*)

Mục tiêu của bài báo này là nghiên cứu cải tạo mạng lưới cấp nước thành phố Sóc Trăng để đáp ứng nhu cầu dùng nước đến năm 2030. Phương pháp nghiên cứu là khảo sát vẽ lại bản đồ hiện trạng mạng lưới cấp nước, thu thập các số liệu về dân số, điều kiện kinh tế xã hội,… của thành phố Sóc Trăng, áp dụng các tiêu chuẩn để xác định nhu cầu dùng nước đến năm 2030, áp dụng phần mềm Epanet để tính toán thủy lực cho mạng lưới. Kết quả tính toán cả hai phương án cải tạo thay thế 27,03% và 36,49% đều đảm bảo về mặt áp lực cấp nước cho thành phố Sóc Trăng đến năm 2030. Tuy nhiên, nếu muốn đảm bảo về mặt kỹ thuật tốt nhất cho mạng lưới, đồng thời đảm bảo quá trình sử dụng mạng lưới cấp nước lâu dài, cung cấp nước liên tục và an toàn thì chọn phương án cải tạo 36,49% để thiết kế cải tạo mạng lưới cấp nước cho thành phố Sóc Trăng là tốt nhất.

The objective of this article was to research and renovate of water supply network for Soc Trang city to meet water demand until 2030. The research method was to survey and map the current state of the water supply network, collects data on population, socio-economic conditions, etc. of Soc Trang city, applying standards to determine water demand to 2030, applying Epanet software to calculate hydraulics for the network. The calculation results of both alternative improvement plans 27.03% and 36.49% ensure water supply pressure for Soc Trang city until 2030. However, if you want to ensure good technical aspects, best for the network, while ensuring long-term use of the water supply network, continuous and safe water supply, choose the 36.49% renovation plan to design and improvement the water supply network for Soc Trang city is the best.

Nước là nhu cầu thiết yếu trong đời sống của con người và trong mọi hoạt động của xã hội. Vấn đề cung cấp nước sạch cho các đô thị phản ánh mức độ văn minh của mỗi đô thị trong từng thời đại. thành phố Sóc Trăng là thủ phủ của tỉnh Sóc Trăng, được quy hoạch đến năm 2020 với tổng diện tích tự nhiên là 7.616 ha, dân số là 203.056 người. Ngày 20/4/2022 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 496/QĐ-TTg công nhận thành phố Sóc Trăng là đô thị loại II trực thuộc tỉnh Sóc Trăng [1]. Trước sự phát triển mạnh mẽ các khu đô thị, khu dân cư và các khu công nghiệp, nhu cầu dùng nước sạch đã tăng lên nhanh chóng và nhiệm vụ cấp nước của Công ty cổ phần Cấp nước Sóc Trăng trở nên ngày càng cấp thiết. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu toàn cầu gây nên những tác động tiêu cực đến phát triển kinh tế - xã hội, đời sống và sức khỏe con người. Hạn hán làm suy kiệt nguồn nước, ô nhiễm các tầng nước ngầm, giảm khả năng tự làm sạch. Gia tăng nguy cơ mắc các bệnh do ô nhiễm nguồn nước,... Nước ngọt ngày càng trở nên khan hiếm, và đang là vấn đề nóng bỏng của các quốc gia trên thế giới.

Hệ thống cấp nước thành phố Sóc Trăng gồm 03 nhà máy cấp nước (Nguyễn Chí Thanh, Phú Lợi và Khu Công nghiệp An Nghiệp) với tổng công suất thiết kế 45.000 m³/ngđ, nguồn nước khai thác gồm nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt lấy từ kênh 30/4 của thành phố Sóc Trăng [2]. Phần lớn các giếng hiện trạng được đưa vào khai thác đã lâu, nên lưu lượng nước khai thác hiện nay đã bị giảm so với thiết kế hoặc đã bị hư hỏng nặng, mặt khác các nguồn nước đang khai thác đều bị nhiễm mặn nên hầu hết các giếng đều hoạt động hết công suất. Với công suất này, hệ thống cơ bản đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch hiện tại trên địa bàn thành phố Sóc Trăng. Tuy nhiên, trước áp lực dân số ngày càng tăng nhanh cùng với những tác động của biến đổi khí hậu, tình hình xâm nhập mặn diễn biến phức tạp, thành phố Sóc Trăng lại liên tục mở rộng các khu dân cư, đồng thời hệ thống cấp nước hiện hữu còn phải cung cấp nước phục vụ cho một số khu, cụm công nghiệp lân cận thành phố nên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu nước sạch của người dân thành phố, các nhà máy xử lý đã vận hành liên tục và chạy hết công suất, vào thời kỳ cao điểm, mùa hè có khi còn vận hành vượt công suất thiết kế.

Theo tính toán nhu cầu dùng nước đến năm 2030 của thành phố Sóc Trăng là 66.202 m³/ngđ, mà hiện trạng hệ thống cấp nước hiện tại có tổng công suất là 45.000 m³/ngđ (chỉ đáp ứng được 71,37% vào năm 2030). Do đó, để đảm bảo cấp nước cho nhân dân thành phố Sóc Trăng đến năm 2030 thì việc đầu tư cải tạo, nâng cấp hệ thống cấp nước hiện hữu của thành phố Sóc Trăng là thật sự cần thiết và cấp bách.

Trong đó:

 - a: Hệ số kế đến lượng nước dùng cho công nghiệp địa phương và tiểu thủ công nghiệp, các dịch vụ khác trong khu dân cư a = 1,05 ÷ 1,1 => chọn a = 1,1.

- b: Hệ số kế đến lượng nước rò rỉ, đối với hệ thống cấp nước mới b = 1,1 ÷ 1,15 => chọn b = 1,1.

- c: Hệ số kể đến lượng nước dùng cho bản thân các công trình trong trạm xử lý nước (rửa bể lắng, bể lọc…) lượng nước này theo TCVN 13606:2023 đối với đô thị loại II là 4% → Chọn c = 1,04.

Hệ thống cấp nước thành phố Sóc Trăng gồm 03 nhà máy cấp nước với tổng công suất thiết kế 45.000 m³/ngđ, nguồn nước khai thác gồm nguồn nước ngầm và nguồn nước mặt lấy từ kênh 30/4 của thành phố Sóc Trăng. Phần lớn các giếng hiện trạng được đưa vào khai thác đã lâu, nên lưu lượng nước khai thác hiện nay đã bị giảm so với thiết kế hoặc đã bị hư hỏng nặng, mặt khác các nguồn nước đang khai thác đều bị nhiễm mặn nên hầu hết các giếng đều hoạt động hết công suất.

Hiện tại hệ thống cấp nước của thành phố Sóc Trăng gồm 03 nhà máy cấp nước với tổng công suất là 45.000 m³/ngđ bao gồm cả nguồn nước mặt và nước ngầm. Tính đến năm 2030 với công suất 45.000 m³/ngđ không đủ đáp ứng nhu cầu dùng nước trong tương lai. Năm 2030 nhu cầu dùng nước của thành phố Sóc Trăng ước tính là 66.202 m³/ngđ.

Để đảm bảo nhu cầu dùng nước đến năm 2030, đề xuất xây dựng thêm 01 trạm xử lý nước mặt đặt tại nhà máy nước Nguyễn Chí Thanh với công suất 30.000 m³/ngđ. Trạm xử lý nước cấp mới khai thác nguồn nước mặt lấy từ kênh 30/4 của thành phố Sóc Trăng.

Dựa vào mạng lưới đường ống cấp nước hiện trạng và lưu lượng nước cấp dẫn năm 2030 của thành phố Sóc Trăng, nhóm tác giả sử dụng phần mềm mô phỏng thủy lực Epanet để tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước hiện trạng (Hình 4.1). Mục đích của việc này là nhằm đánh giá khả năng truyền tải nước đến năm 2030 của mạng, rồi từ đó đưa ra phương án cải tạo thích hợp và kịp thời. Mặc khác, đảm bảo đáp ứng nhu cầu dùng nước liên tục trong tương lai và các vấn đề an ninh, sản xuất liên quan đến nguồn nước.

Nhận xét: Với mạng lưới đường ống cấp nước hiện trạng của thành phố Sóc Trăng và lưu lượng nước tính toán đến năm 2030 thì khi tính toán thủy lực bằng phần mềm Epanet thì kết quả tính toán báo cáo là không thể chạy bởi vì áp suất âm (Hình 4.1). Điều này chứng tỏ với đường kính ống hiện trạng của mạng lưới cấp nước thành phố Sóc Trăng thì không đáp ứng được áp lực đẩy nước đến các hộ tiêu dùng, cụ thể tại các nút 20, 21, 23, 49, 50 (chiếm 9,259% tổng số các nút). Hay nói cách khác là mạng lưới cấp nước hiện hữu không thể đáp ứng nhu cầu dùng nước đến năm 2030 của thành phố Sóc Trăng.

Theo TCVN 13606:2023 quy định về áp lực tự do đối với các mạng lưới cũ, cho phép áp lực tại điểm bất lợi nhất là 10m, đủ đảm bảo cấp nước chữa cháy áp lực thấp. Thực tế mạng lưới hiện trạng chỉ đáp ứng được 75,925% theo yêu cầu của tiêu chuẩn.

Về vấn đề vận tốc, tại một số đoạn như 33-34 (0,05 m/s) và đoạn 20-50 (0,08 m/s) vận tốc rất nhỏ gần như bằng không. Hoặc tại đoạn 1-2 (6,14 m/s) và đoạn 2-3 (3,6 m/s) vận tốc lại quá lớn. Vận tốc của mạng lưới hiện trạng tính đến năm 2030 không thể nằm trong khoảng tối ưu của vận tốc, điều này dẫn đến sự không ổn định trong hệ thống lắp đặt thiết bị nước.

Ngoài ra, tổn thất áp lực của mạng lưới chỉ có 77,027% dưới 10m.

Xuất phát từ các lý do trên: Để đảm bảo cấp nước liên tục, an toàn cho thành phố Sóc Trăng đến năm 2030, nhóm tác giả đề xuất cải tạo, nâng cấp mạng lưới cấp nước hiện trạng theo 02 phương án sau:

Phương án 1:

Sử dụng lại khoảng 27,03% các tuyến ống cấp nước hiện hữu do các tuyến ống này được đầu tư thời gian gần đây (khoảng từ năm 2012 đến nay), đồng thời đường kính ống đáp ứng truyền tải (đường ống cấp I) lưu lượng nước đến năm 2030.

Đối với các tuyến ống cũ không đáp ứng được đường kính truyền tải lưu lượng nước thì sẽ sử dụng lại làm tuyến ống phân phối (đường ống cấp II). Đối với các tuyến ống cũ, thất thoát cao, tài sản đã hết giá trị khấu hao thì loại bỏ và thanh lý theo quy định.

Phương án 2:

Sử dụng lại khoảng 36,49% các tuyến ống cấp nước hiện hữu do các tuyến ống này được đầu tư thời gian gần đây (khoảng từ năm 2012 đến nay), đồng thời đường kính ống đáp ứng truyền tải (đường ống cấp I) lưu lượng nước đến năm 2030.

Đối với các tuyến ống cũ không đáp ứng được đường kính truyền tải lưu lượng nước thì sẽ sử dụng lại làm tuyến ống phân phối (đường ống cấp II). Đối với các tuyến ống cũ, thất thoát cao, tài sản đã hết giá trị khấu hao thì loại bỏ và thanh lý theo quy định.

Dựa trên mạng lưới hiện trạng của thành phố Sóc Trăng tiến hành cải tạo nâng cấp đường kính ống để đảm bảo đủ áp lực đẩy nước đến các đối tượng dùng nước. Đối với phương án 1 tiến hành cải tạo nâng cấp 27,03% ống có đường kính Ф110 mm đến Ф500 mm (Trình bày ở Bảng 4.1) so với mạng lưới cấp nước hiện trạng. Lưu ý các đoạn ống hiện trạng sau khi cải tạo sẽ chuyển thành đường ống phân phối (ống cấp II).

Dựa trên mạng lưới hiện trạng của thành phố Sóc Trăng tiến hành cải tạo nâng cấp đường kính ống để đảm bảo đủ áp lực đẩy nước đến các đối tượng dùng nước. Đối với phương án 2 tiến hành cải tạo nâng cấp 36,49% (Bảng 4.2) so với mạng lưới cấp nước hiện trạng. Lưu ý các đoạn ống hiện trạng sau khi cải tạo sẽ chuyển thành đường ống phân phối (ống cấp II).

b. Tính toán thủy lực cho giờ dùng nước lớn nhất + có cháy:

Phân tích, đánh giá và lựa chọn phương án cải tạo mạng lưới cấp nước thành phố Sóc Trăng đến năm 2030

Bảng 4.3. Phân tích, đánh giá ba phương án cải tạo

* Theo QCVN 06:2022/BXD Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về An toàn cháy cho nhà và công trình [4] tại mục 5.1.1.4 quy định áp suất tối thiểu trong đường ống nước chữa cháy áp suất thấp (nằm trên mặt đất) khi chữa cháy phải không nhỏ hơn 10m.

* Theo TCVN 13606:2023 [2] tại mục 5.4.2 quy định Áp lực tự do đối với đô thị loại 2 là 20m và đối với mạng lưới cũ cho phép áp lực tại điểm bất lợi nhất là 10m, đủ đảm bảo cấp nước chữa cháy áp lực thấp.

Theo Bảng 5.3, cả 2 phương án đều phù hợp. Tuy nhiên:

- Nếu xét về mặt kinh tế, phương án 1 sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư hơn so với phương án 2. Khi đầu tư cải tạo một mạng lưới cấp nước thì kinh phí đầu tư vào mạng lưới thường chiếm 50 – 70% kinh phí toàn hệ thống, vì thế chọn phương án 1 sẽ tối ưu về mặt kinh tế.

- Nếu xét về mặt kỹ thuật, phương án 1 còn hạn chế về vận tốc (phương án có cháy) tại đoạn 20-50 (v = 0,02 m/s). Vận tốc nhỏ nhất của phương án 3 là 0,18 m/s tại đoạn 7-10. Như vậy, phương án 2 là phương án lý tưởng nhất trong 2 phương án đã đề ra, thích hợp để tiến hành cải tạo nâng cấp mạng lưới đường ống cấp nước thành phố Sóc Trăng đến năm 2030.

Cả hai phương án cải tạo thay thế 27,03% và 36,49% đều đảm bảo về mặt áp lực cấp nước cho thành phố Sóc Trăng đến năm 2030. Nếu muốn đảm bảo về mặt kỹ thuật tốt nhất cho mạng lưới cấp nước, đồng thời đảm bảo quá trình sử dụng mạng lưới cấp nước lâu dài, cung cấp nước liên tục và an toàn thì chọn phương án 2 để thiết kế cải tạo mạng lưới cấp nước cho thành phố Sóc Trăng đến năm 2030.

[1]. Tổng hợp từ báo cáo của Phòng TNMT thành phố ST, 2023.

[2]. Công ty Cổ phần Cấp nước Sóc Trăng, 2023.

[3]. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 13606:2023 "Cấp nước-mạng lưới đường ống và công trình yêu cầu thiết kế", Hà Nội 2023.

[4]. QCVN 06:2022/BXD "Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về An toàn cháy cho nhà và công trình".

Tác giả: TS. Nguyễn Đạt Phương, Phạm Thị Hồng Vi

^{Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Trường Đại học Xây dựng Miền Tây, Việt Nam}

^{Nguyễn Đạt Phương, Email: nguyendatphuong@mtu.edu.vn}