Giải pháp tích hợp công nghệ GIS – SCADA – WaterGEMS góp phần giảm thất thoát nước không doanh thu và tối ưu hóa công tác quản lý mạng lưới cấp nước

Giải pháp tích hợp công nghệ GIS – SCADA – WaterGEMS góp phần giảm thất thoát nước không doanh thu và tối ưu hóa công tác quản lý mạng lưới cấp nước.

KS. Nguyễn Hoài Thi, KS. Nguyễn Văn Lộc
Công ty CP Kỹ Thuật Môi Trường Việt An

Theo báo cáo của Hội Cấp nước Việt Nam năm 2012 tỷ lệ thất thoát nước tính trung bình của các công ty cấp nước trên toàn quốc là 23,66%, tăng hơn so với năm 2009 là 0,98%. Với tổng số lượng nước sạch sản xuất trung bình của các công ty cấp nước trên toàn quốc cộng lại khoảng hơn 6.180.746 m3/ngày thì thất thoát nước không doanh thu tính trên toàn quốc là hơn 1.462.389 m3/ngày. Nếu tính theo đơn giá nước 4.400 đồng/1m3 nước thì số tiền “trôi” đi mỗi ngày hơn 64.345.116.000 đồng/ngày.
Do vậy, công tác giảm nước thất thoát, thất thu là một chủ đề lớn của hầu hết các công ty cấp nước tỉnh, thành phố hiện nay. Có thể kể ra một số công việc đã và đang được các công ty cấp nước thực hiện như: kế hoạch phân vùng tách mạng, cải tạo mạng lưới (thay thế các đường ống cũ, lắp đặt các đồng hồ điện từ, đồng hồ cơ, van điều áp, sử dụng các thiết bị dò tìm rò 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 toán mạng lưới) và truyền thông nâng cao nhận thức cộng đồng.
Thực trạng hiện nay là phần lớn các công ty cấp nước đều kế thừa mạng lưới có tính lịch sử, các dữ liệu đường ống không đầy đủ và có nguồn lực hữu hạn trong đầu tư nên không thể thực hiện cùng lúc tất cả các công việc ở trên để giảm thất thoát nước, đặc biệt là kế hoạch cải tạo toàn bộ mạng lưới đường ống mới trong thời điểm kinh tế khó khăn. Như vậy, mục tiêu hợp lý đặt ra là làm sao quản lý vận hành hiệu quả được toàn bộ mạng lưới cấp nước trên nền cơ sở dữ liệu, hạ tầng phần cứng, phần mềm hiện có và từng bước cải thiện mạng lưới một cách khoa học, có tính toán.
Giải pháp được giới thiệu ở đây không mới nhưng mang tính tổng thể, là việc ứng dụng công nghệ thông tin vào công tác quản lý mạng lưới bằng cách kết hợp cùng lúc 3 phần mềm hiện có (GIS, SCADA, quản lý khách hàng) với phần mềm thủy lực WaterGEMS, phần mềm chống va Hammer thành một khối thống nhất để giải quyết gốc rễ bài toán thất thoát nước bên cạnh việc đầu tư cải tạo, nâng cấp mạng lưới và các giải pháp khác ở trên. Chúng ta có niềm tin trong áp dụng giải pháp này vào thực tế ở Việt Nam vì đây cũng là bài toán tương tự mà các công ty cấp nước ở Châu Á gặp phải và đã giải quyết thành công.

Hình 1: Chu trình quản lý, vận hành MLCN

Trước hết, chúng ta tham khảo quy trình quản lý và vận hành chuẩn mạng lưới cấp nước có ứng dụng công nghệ thông tin theo vòng đời (life cycle) gồm 4 bước tuần hoàn như sau:
Bước 1: Bắt đầu từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu GIS (Geodatabase) của hệ thống thông tin địa lý: số hóa, chuẩn hóa, cập nhật dữ liệu địa lý cho các đối tượng thuộc mạng lưới cấp nước, tham chiếu trên bản đồ nền địa lý tương ứng của địa phương, dữ liệu GIS là một quá trình lâu dài, được cập nhật liên tục theo thời gian;
Bước 2: sử dụng phần mềm mô hình hóa, phân tích thủy lực vào công tác thiết kế, thử nghiệm, vận hành mạng lưới và lập kế hoạch, xây dựng phương án triển khai thực địa. Có thể thực hiện ngay với dữ liệu GIS có sẵn, không nhất thiết phải chờ đến khi dữ liệu GIS đầy đủ 100% vì sẽ tiết kiệm thời gian và làm đúng ngay từ đầu;
Bước 3: Thi công hiện trường sẽ dựa trên kết quả mô hình hóa và phân tích thủy lực ở bước 2 kết hợp với phương án và kế hoạch thi công nhằm hạn chế rủi ro và tối ưu phương án thi công trên tuyến mạng;
Bước 4: Sau khi thi công đã hoàn thành và nghiệm thu, các tài liệu, số liệu, họa đồ, sơ đồ, bản vẽ… sẽ được tổng hợp để lập hồ sơ hoàn công. Hồ sơ hoàn công và các số liệu, tài liệu liên quan sẽ được cập nhật lại vào trong cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý GIS và phân tích cho chu kỳ tiếp theo.

Hình 2: Mô hình giải pháp tích hợp GIS – SCADA - WaterGEMS

 Hướng tới Chương trình quốc gia chống thất thoát nước, thất thu nước sạch đến năm 2025, Công ty Cổ phần Kỹ thuật Môi trường Việt An (Viet An Enviro) đã nghiên cứu, xây dựng, triển khai và ứng dụng giải pháp công nghệ tích hợp GIS – SCADA – WaterGEMS góp phần giảm thất thoát nước không doanh thu. Quy trình công nghệ của Viet An Enviro tập trung vào hai bước 1 và 2 trong vòng đời quản lý và vận hành mạng lưới cấp nước, gồm có 03 module sau:

‐ Cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý GIS quản lý các đối tượng thuộc mạng lưới cấp nước. Mô hình cơ sở dữ liệu được thiết kế theo mô hình Geodatabase, có dữ liệu GIS nền địa lý tham chiếu và các lớp dữ liệu GIS chuyên ngành mạng lưới cấp nước, dữ liệu GIS chuyên ngành được phân tách thành 10 lớp sau: (1) Thủy đài, (2) Đồng hồ Khách hàng với nhu cầu dùng nước, (3) Đồng hồ tổng (tại các đầu vào của DMA/DMZ), (4) Trụ cứu hỏa, (5) Máy bơm, (6) Trạm bơm, (7) Điểm đấu nối (Tê, Co, Thập, Khuỷu), (8) Van, (9) Đường ống, (10) DataLogger của hệ thống SCADA. Cơ sở dữ liệu được tổ chức lưu trữ trên máy chủ (server) và quản trị bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server hoặc Oracle. Đây cũng chính cơ sở dữ liệu được sử dụng trong phần mềm quản lý tài sản mạng lưới cấp nước và đồng thời là giá trị đầu vào để cân chỉnh mô hình (Calibration) trên máy tính gần đúng với hiện trạng thực tế của mạng lưới cấp nước. Việc này có ý nghĩa rất lớn trong việc giả lập các kịch bản sẽ xảy ra của mạng lưới cấp nước.

‐ Hệ thống SCADA giám sát mạng lưới là các thiết bị Datalogger GSM/GPRS giám sát từ xa và phần mềm trên nền Web. Các Datalogger được lắp đặt tại đầu ra của các nhà máy cấp nước và tại các ví trí đầu vào của mỗi DMA hoặc DMZ trên các tuyến ống chính, thu thập các thông số: áp lực, lưu lượng và chất lượng nước (pH, Clor dư, Độ đục), truyền số liệu về máy chủ (Server) thông qua môi trường không dây GSM dùng dịch vụ GPRS/3G do các nhà mạng viễn thông trong nước (Vietel, Mobifone, Vinaphone) cung cấp theo phương thức FTP (File Transfer Protocol). Đây là giá trị đầu vào cho phần mềm WaterGEMS để tính toán khoanh vùng rò rỉ, thông qua công cụ ScadaConnect tự động kết nối dữ liệu với phần mềm SCADA.

‐ Phần mềm mô hình hóa và phân tích thủy lực WaterGEMS được sử dụng để thay thế các phần mềm mô hình hóa truyền thống như Epanet, WaterCAD bởi các lý do sau đây:
o Khai thác được cơ sở dữ liệu GIS (Geodatabase, ShapeFile, CAD, DNG) có sẵn được tổ chức lưu trữ dưới dạng data file, trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server hoặc Oracle;
o Module ScadaConnect kết nối trực tiếp với dữ liệu của phần mềm SCADA truyền về từ mạng lưới, cho phép thực hiện phân tích, khoanh vùng rò rỉ theo khu vực, sau đó mới cử nhân viên dò tìm rò rỉ ra hiện trường;
o Mô phỏng liên tục 24h các chỉ tiêu chất lượng nước, lưu lượng, vận tốc, áp lực và tổn thất áp lực trên mạng lưới cấp nước;
o Tính năng tối ưu hóa áp lực của bơm ra mạng, giảm chi phí tiền điện và an toàn của mạng lưới;
o Tính năng tự động thiết kế, tính toán đường kính ống giúp lựa chọn vật tư đường ống phù hợp với yêu cầu của mạng lưới;
o Cho phép chạy trên nền của các phần mềm AutoCAD, ArcGIS, Microstation dưới dạng thanh công cụ, phù hợp với các công ty đã và đang lập kế hoạch triển khai chương trình GIS, tận dụng được các kỹ năng của các bộ phận đã được đào tạo phần mềm trên. Hiện nay, chỉ duy nhất phần mềm WaterGEMS là có thể chạy trên nhiều môi trường phần mềm;
o Một khâu quan trọng nữa là áp dụng phần mềm phân tích chống va Hammer cho hệ thống đường kính ống lớn trên 300mm sẽ góp phần giảm triệt để sự cố vỡ đường ống do quá áp. 

Hình 6: Khoanh vùng rò rỉ và biểu đồ cân chỉnh MLCN

Với việc kết hợp công nghệ GIS, công nghệ SCADA và công nghệ phần mềm WaterGEMS sẽ tạo ra công cụ quản lý mạng lưới cấp nước đồng bộ trên một nền cơ sở dữ liệu GIS thống nhất nhằm tăng hiệu quả trong công tác quản lý và vận hành mạng lưới cấp nước. Ngoài ra, giải pháp này cũng đã thực hiện các công việc chuẩn hóa, tổ chức, tham chiếu địa lý các đối tượng thuộc mạng lưới cấp nước và lưu trữ vào cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS là Geodatabase. Đây là nguồn dữ liệu phục vụ cho việc phân tích và thống kế không gian và thuộc tính, liên kết và sử dụng được trong các hệ thống khác như hóa đơn khách hàng sử dụng nước hàng tháng, quản lý tài sản mạng lưới cấp nước.
Hệ thống kết hợp giữa bài toán phân tích dựa trên mô hình hóa của phần mềm  WaterGEMS và số liệu thực tế truyền về từ hệ thống SCADA trên mạng lưới cấp nước giúp cho việc đánh giá, giám sát các khu vực có nguy cơ rò rỉ cao, phát hiện và khoanh vùng rò rỉ, phục vụ cho công tác phòng và chống thất thoát nước hiệu quả hơn.

“Hệ thống không những phục vụ cho quản lý và vận hành mạng lưới cấp nước mà còn mô phỏng, tạo ra nhiều kịch bản trong thiết kế, bảo dưỡng mạng lưới hỗ trợ cho lãnh đạo trong việc lựa chọn phương án thi công theo tiêu chí tối ưu kinh tế hoặc kỹ thuật hoặc cả hai” - theo ông Nguyễn Đắc Khánh, Phó phòng Quản lý Mạng lưới, Công ty Cấp thoát nước Khánh Hòa.


 

Nguồn: administrator
Các bài viết khác:
 
Lượt truy cập: 716866  |  Đang trực tuyến: 6