BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
NGUYỄN PHAN VIỆT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ MẠNG LƯỚI
CẤP NƯỚC CHO THỊ TRẤN CHỜ
HUYỆN YÊN PHONG, TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Cấp thoát nước
Mã số: 60.58.70
LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN TUẤN ANH Hà Nội – 2014
LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Tuấn


Tên tác giả: Nguyễn Phan Việt
Học viên cao học CH20CTN
Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho
thị trấn Chờ, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh”
Tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu
được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà
nước để tính toán ra các kết quả, đánh giá và đưa ra một số đề xuất giải pháp.
Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào
trước đó.
Hà nội, ngày……tháng….năm 2014
Tác giả
Nguyễn Phan Việt
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu xác định D
ống 4
1.1.2. Tổng quan các nghiên cứu về bài toán thiết kế tối ưu 5
1.1.3. Phần mềm tính toán mạng lưới cấp nước EPANET 5
1.2.

3.1.4. Lưu lượng nước cho dịch vụ đô thị 47
3.1.5. Lưu lượng nước thất thoát 47
3.1.6. Lưu lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý 47
3.2.
CÔNG SUẤT TRẠM CẤP NƯỚC 47
3.2.1. Lưu lượng ngày tính toán trung bình trong năm của hệ thống cấp nước 48
3.2.2. Lưu lượng nước tính toán trong ngày dùng nước nhiều nhất và ít nhất
Q
ngày.max
và Q
ngày.min
49
3.2.3. Lưu lượng tính toán công trình thu nước, trạm bơm cấp I và trạm xử lý 49
3.2.4. Lưu lượng giờ tính toán mạng lưới (công suất trạm bơm cấp II) 49
3.3.
NHU CẦU DÙNG NƯỚC CHO CHỮA CHÁY 50
3.4.
XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRẠM BƠM CẤP II, LỰA
CHỌN SỐ MÁY BƠM, SỐ BẬC BƠM 50
3.5.
LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC VÀ TRẠM BƠM II 51
3.5.1. Các loại nguồn nước
51
3.5.2. Phương án đặt TBII 54
3.5.3. Kết luận 54
3.6.
ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI KHÁC NHAU 54
3.6.1. Xác định các khu vực dùng nước 54
3.6.2. Lựa chọn sơ đồ, nguyên tắc vạch tuyến 55
3.6.3. Xác định các trường hợp tính toán 56

1. Sự cần thiết của đề tài
Nước sạch là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của người
dân. Nó ảnh hưởng trực tiếp tới sinh hoạt hàng ngày của các gia đình, ảnh hưởng tới
sức khỏe của mọi người.
Các nhà khoa học trên thế giới đã cảnh báo thế kỷ 21 loài người sẽ phải đối
mặt với nhiều mối đe dọa thiên nhiên, đặc biệt là phải đối mặt với hiểm họa thiếu
nước và ô nhiễm nguồn nước.
Nước sạch và vệ sinh môi trường đô thị là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng
mà Đảng, Nhà nước, Chính phủ đã và đang đặc biệt quan tâm. Trong những năm
qua, vị trí, vai trò, ý nghĩa và các mục tiêu của công tác này đã liên tục được đề cập
đến trong nhiều văn bản của Đảng, Nhà nước và Chính phủ, cụ thể là Chiến lược
phát triển cấp nước đô thị Việt nam được thể hiện qua Định hướng phát triển cấp
nước đô thị Việt nam đến 2025 và tầm nhìn đến 2050 được Thủ tướng Chính phủ
phê duyệt tại quyết định số 1929/QĐ-TTg ngày 20 tháng 11 năm 2009.
Hiện nay, thị trấn Chờ, tỉnh Bắc Ninh chưa có hệ thống cấp nước tập trung.
Nguồn nước mà người dân thị trấn đang sử dụng được khai thác từ các giếng khoan,
giếng khơi phần lớn là không đảm bảo về mặt chất lượng. Trong tương lai, thị trấn
Chờ sẽ trở thành đô thị loại IV, một đô thị vệ tinh quan trọng của thành phố Bắc
Ninh. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân cần xây dựng hệ thống
mạng lưới cấp nước tập trung cho khu vực này.
Trong thực tế hiện nay, khi thiết kế các mạng lưới cấp nước, các kỹ sư
thường chọn đường kính ống cấp nước dựa trên lưu lượng thiết kế của đường ống
và vận tốc cho phép trong một phạm vi rộng ( thường từ 0,8 - 1,8 m/s) và thường đề
xuất chỉ 1-2 phương án thiết kế. Do vậy phương án thiết kế được chọn có thể dẫn
đến sự lãng phí trong đầu tư xây dựng và quản lý hệ thống.

2
Để giải quyết phần nào bất cập trên, đề tài “Nghiên cứu thiết kế hợp lý
mạng lưới cấp nước cho thị trấn Chờ, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” được
đề xuất nghiên cứu.

2.1. Các phương pháp thiết kế tối ưu
2.2. Phần mềm tính toán mạng lưới cấp nước Epanet
2.3. Lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu để thiết kế MLCN thị trấn Chờ
Chương III : Thiết kế hợp lý mạng lưới cấp nước cho thị trấn Chờ
3.1. Tính toán nhu cầu nước và lựa chon nguồn nước
3.2. Công suất trạm cấp nước
3.3. Nhu cầu dùng nước cho chữa cháy
3.4. Xác định chế độ làm việc của TBII, lựa chọn số máy bơm, số bậc bơm
3.5. Lựa chọn nguồn nước và TBII
3.6. Đề xuất các phương án thiết kế mạng lưới khác nhau
4
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu xác định D
ống
* Phương pháp xác định đường kính kinh tế theo nguyên lý chi phí quản lý nhỏ

9
η
η

Q – Lưu lượng của đường ống từng thời gian (m
3
/s)
h
tt
- Tổn thất cột nước trên 1 mét đường ống đẩy
K
Q
h
tt
2
=
(m)
T - Thời gian làm việc của ống đẩy trong năm (giờ)
γ - Trọng lượng đơn vị của nước (N/m
3
)
Thường để tính toán cho thuận lợi với các biểu đồ dùng nước kiểu bậc thang biểu
thức dưới dấu tích phân sẽ bằng:
∫
=
T
tb
TqdtQ
0
33

q
E
η
3
81
,9
=

Các cách tính toán theo chi phí quản lý nhỏ nhất tức là:
C
min
= (aE + bK)
min
muốn vậy, chúng ta lập với các đường kính khác nhau theo hai phương trình sau:
aE = f
1
(D)
bK = f
2
(D)
tính với nhiều giá trị của D ta sẽ có hai đường biểu diễn bằng phươg pháp cộng đồ
thị tìm được điểm có C
min

D cm
C
Cmin = (aE + bK)min
Dtk
G
QL

kế tối ưu trạm bơm tưới vùng cao qua chỉ tiêu tối ưu là tổng chi phí quy về năm đầu
nhỏ nhất.
Đề tài “
Nghiên cứu xác định đường kính ống tối ưu trong hệ thống cấp nước
bằng bơm”của Th.S Đỗ Chí Công. Sử dụng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối
ưu hoá, tác giả đã thiết lập được bài toán xác định đường kính tối ưu trông hệ thống
cấp thoát nước bằng bơm.
Trong luận văn này, phương pháp tối ưu hoá sẽ được áp dụng để xây dựng
bài toán xác định đường kính tối ưu trong hệ thống mạng lưới cấp nước.
1.1.3. Phần mềm tính toán mạng lưới cấp nước EPANET
Hiện nay có một số phần mềm thiết kế mạng lưới cấp nước như: Loop, Epanet,
WaterCad nhưng phần mềm Epanet có tính trực quan và phương pháp điều chỉnh
đơn giản chính xác. Nên tác giả lựa chọn Epanet là phần mềm để tính toán.
1.1.3.1. Khái niệm

7
EPANET là chương trình tính toán mạng lưới cấp nước, có khả năng mô
phỏng thủy lực và chất lượng nước có xét đến yếu tố thời gian. Mạng lưới cấp nước
được EPANET mô phỏng bao gồm các đoạn ống, các nút, các máy bơm, các van,
các bể chứa và đài nước. EPANET tính được lưu lượng trên mỗi đoạn ống, áp suất
tại các nút, chiều cao nước ở từng bể chứa, đài nước, nồng độ của các chất trên
mạng trong suốt thời gian mô phỏng nhiều thời đoạn.
Chạy trên nền Windows, EPANET tạo được một môi trường hoà hợp cho
việc vào dữ liệu của mạng, chạy mô hình mô phỏng quá trình thủy lực và chất
lượng nước, quan sát kết quả theo nhiều cách khác nhau.
EPANET được phát triển bởi Bộ phận Cấp nước và nguồn nước thuộc Viện
Nghiên cứu quản lý các rủi ro quốc gia của Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ.
a. Ứng dụng của EPANET
Ngoài việc mô hình hoá thủy lực, EPANET cho phép mô hình hoá chất
lượng nước với các khả năng sau:

Chương trình tính cho độ chính xác cao, kết quả dễ sử dụng và có thể linh
kết với các phần mềm khác.
Có thể tính toán được nhiều thông số và mô phỏng tất cả các chi tiết của
mạng lưới.
Khi dùng chương trình này ta có thể tính toán các thông số của mạng lưới
trong bất cứ giờ nào trong ngày mà không cần nhập lại số liệu.
Tính ưu việt nhất của EPANET là dùng để tính toán mở rộng mạng lưới cấp
nước hoặc mạng lưới có nhiều nguồn nước cấp đồng thời vào mạng lưới.
Chương trình này cũng dùng cho tính toán, sửa chữa, nâng cấp và quản lý
vận hành mạng lưới cũng rất tốt.
Giao diện với chương trình EPANET trực quan dễ hiểu
EPANET có nhược điểm là đòi hỏi người chạy chương trình phải có trình độ
và đòi hỏi nhiều số liệu.
1.1.3.2. Mô phỏng mạng lưới bằng phần mềm EPANET
EPANET mô hình hoá hệ thống phân phối như là một tập hợp các đường nối
được nối với các nút. Các đường nối miêu tả các ống, máy bơm, và van điều khiển.

9
Các nút miêu tả các mối nối, đài nước và bể chứa. Hình dưới đây minh hoạ các đối
tượng này được nối với nhau như thế nào để tạo thành một mạng lưới.
Các thành phần vật lý trong một hệ thống phân phối nước.
Các mối nối (Junctions)
Mối nối là những điểm trong mạng lưới nơi các đường nối được nối lại với
nhau và nơi nước đi vào hoặc đi ra khỏi mạng lưới. Các số liệu đầu vào cơ bản của
mối nối là:
- Độ cao trên một mức chuẩn nào đó (thường mức chuẩn là mực nước biển
trung bình);

nước là:
- Độ cao đáy (nơi độ sâu nước bằng không);
- Đường kính (hay hình dạng nếu không phải là hình trụ);
- Mặc nước ban đầu, mực nước thấp nhất và mực nước cao nhất;
- Chất lượng ban đầu.
Các đài nước đòi hỏi phải vận hành trong một phạm vi từ mức nước nhỏ nhất
tới mực nước lớn nhất của chúng. EPANET ngưng dòng chảy ra nếu nước trong đài
ở mực nhỏ nhất và ngưng dòng chảy vào nếu ở mức cao nhất. Các đài nước cũng
đóng vai trò như là các điểm nguồn chất lượng nước.
Đầu lấy nước (Emitters)
Đầu lấy nước là các thiết bị kết hợp với mối nối mà có thể mô hình hoá dòng
chảy qua một vòi hoặc lỗ xả ra không khí. Lưu lượng lấy ra từ đầu lấy nước biến
đổi như là một hàm số của áp suất tại nút:
q = C.p
γ

trong đó:

11
q - lưu lượng;
p - áp suất;
C - hệ số lưu lượng;
γ - số mũ của áp suất.
Đối với các đầu vòi và lỗ thì lấy γ =0,5 và nhà sản xuất thường cung cấp trị
số của hệ số lưu lượng (theo đơn vị l/s), biểu thị lưu lượng qua thiết bị ở áp suất có
trị số 1 đơn vị.
Đầu lấy nước được sử dụng để mô phỏng lưu lượng qua hệ thống vòi trong
mạng lưới tưới nước. Chúng cũng có thể sử dụng để mô phỏng lỗ hở trong ống nối
với nút (nếu hệ số lưu lượng và số mũ áp suất cho chỗ thủng hoặc chỗ nối có thể
đánh giá được) hoặc tính lưu lượng chữa cháy tại nút đó (lưu lượng có thể tại vài

Máy bơm là đường nối truyền năng lượng cho chất lỏng, qua đó nâng cột áp
thuỷ lực lên. Các thông số đầu vào cơ bản của máy bơm là: nút đầu và nút cuối,
đường đặc tính (tổ hợp của các lưu lượng và các cột nước mà máy bơm có thể cung
cấp). Thay cho đường đặc tính, máy bơm có thể được miêu tả như một thiết bị năng
lượng không đổi, một thiết bị cung cấp một năng lượng (mã lực hoặc kilowat) cho
dòng chảy cho tất cả các kết hợp giữa lưu lượng và cột nước.
Các thông số đầu ra cơ bản là lưu lượng và cột nước thu được. Dòng chảy
qua bơm chỉ có một hướng duy nhất và EPANET không cho phép một máy bơm
hoạt động ngoài phạm vi đường đặc tính của nó.
Máy bơm có tốc độ quay thay đổi được còn có thể được xem xét bằng cách
định rõ rằng tốc độ của nó thay đổi trong cùng một loại các điều kiện. Theo định
nghĩa đường đặc tính gốc của máy bơm mà ta cấp cho chương trình có tốc độ tương
đối bằng 1. Nếu tốc độ của máy bơm gấp đôi thì giá trị tương đối sẽ là 2, nếu chạy
với một nửa tốc độ thì giá trị tương đối của tốc độ sẽ là 0,5, v.v Việc thay đổi tốc
độ sẽ làm biến đổi đường đặc tính của máy bơm.
Như đối với các ống, máy bơm có thể được bật và tắt vào những thời gian
định trước hay theo một điều kiện nhất định tồn tại trong mạng lưới. Sự vận hành
máy bơm cũng có thể được mô tả bằng cách ấn định cho nó một mẫu hình thời gian
với những giá trị nhân tử là các tốc độ tương đối. EPANET cũng có thể tính được

13
năng lượng tiêu thụ và chi phí cho việc bơm nước. Mỗi máy bơm có thể được ấn
định một đường đặc tính hiệu suất và một chế độ giá điện. Nếu những thứ này
không được cung cấp thì một tập hợp các lựa chọn năng lượng sẽ được sử dụng.
Dòng chảy qua bơm là dòng chảy một chiều. Nếu điều kiện của hệ thống đòi
hỏi cột nước bơm cao hơn khả năng của máy thì EPANET đóng máy bơm lại. Nếu
lưu lượng yêu cầu lớn hơn lưu lượng của máy bơm thì EPANET ngoại suy đường
đặc tính của máy bơm đến lưu lượng yêu cầu, thậm chí điều này sinh ra một cột
nước âm. Trong cả hai trường hợp thì một thông điệp cảnh báo sẽ được đưa ra.


Sóc Sơn, Đông Anh và đi Thái Nguyên, đường 295 nối Hiệp Hoà - Từ Sơn đi Hà Nội,
đường 271 nối với Từ Sơn. Giao thông đường thuỷ có phà Đông Xuyên cách thị trấn
Chờ 3km, là bến sông có lưu lượng hàng hoá, buôn bán sầm uất. Trong tương lai sẽ có
dự án cầu Đông Xuyên góp phần tăng cường các mối giao lưu ngoại tỉnh.
Yên Phong là huyện có truyền thống cách mạng, có hệ thống di tích lịch sử
văn hoá đa dạng, nhiều lễ hội truyền thống phong phú, đặc sắc có khả năng khai
thác du lịch trong nước và quốc tế. Nhiều ngành nghề truyền thống đã và đang được
khôi phục và có đà phát triển mạnh mẽ. Ví dụ như: giấy Phong Khê, đúc nhôm Văn
Môn, rượu Đại Lâm, dâu tằm Dũng Liệt, Tam Giang, thép Đa Hội.
Ngày 09 tháng 01 năm 1998, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số
5/1998/NĐ-CP về việc thành lập Thị trấn Chờ. Hiện nay Thị trấn đang là đô thị loại
IV, là huyện lỵ huyện Yên Phong, là trung tâm hành chính - kinh tế - văn hoá - xã
hội của toàn huyện. Tuy nhiên trong tương lai, quy hoạch hệ thống đô thị tỉnh Bắc
Ninh, thị trấn Chờ được xác định có quy mô đô thị loại III, là một trong ba đô thị vệ
tinh quan trọng của thị trấn trung tâm Bắc Ninh.
1.2.1.2. Đặc điểm địa hình địa và diện tích
a. Đặc điểm địa hình
Tỉnh Bắc Ninh nói chung có địa hình tương đối bằng phẳng, dốc đều từ Tây
sang Đông và từ Bắc xuống Nam, được thể hiện qua các dòng chảy bề mặt đổ về
sông Đuống và sông Bắc Ninh.

15
Địa hình khu vực dự án là nơi có địa hình tương đối cao nhưng không đều,
xen kẽ nhiều ao, vùng trũng, nằm trên khu vực giao lộ của hai tuyến đường 295 và
286, phía Nam đường cao tốc Nội Bài - Hạ Long, có địa hình bằng phẳng, cao độ
trung bình +5,00 đến +6,00.
Khu vực các thôn Ngân Cầu, Nghiêm Xá, Phú Mẫn, Trung Bạn và Trác Bút
có địa hình bằng phẳng, mật độ xây dựng cao, ít đất trống. Nhìn chung khu vực đô
thị có điều kiện địa hình thuận lợi cho xây dựng, địa hình tương đối bằng phẳng, độ
chênh không lớn, hàng năm không bị ngập lụt.

- Độ ẩm cao tuyệt đối: 90-100% vào các tháng 2,3.
- Độ ẩm thấp tuyệt đối: 54% vào tháng 11 hàng năm.
d. Đặc điểm thuỷ văn
Cách thị trấn Chờ khoảng 4km có sông Cầu chảy qua, đây là con sông lớn
chạy qua địa giới hành chính hai huyện Yên Phong và Hiệp Hoà.
Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Tam đảo chảy qua Chợ Đồn - Bắc Kạn,
Thái Nguyên, chảy qua Bắc Ninh và đổ vào sông Bắc Ninh tại Phả Lại. Sông Cầu
dài 288 km, lòng sông rộng 70-150 m và sâu trung bình trong mùa cạn 2-7 m, lưu
lượng sông Cầu biến động lớn Qmax = 3490m
3
/s, Qmin = 4.3m
3
/s. Phía thượng lưu
sông Cầu chảy qua thị trấn Thái Nguyên. Do nước thải của nhà máy giấy Hoàng
Văn Thụ và khu gang thép Thái Nguyên và của nhiều cơ sở sản xuất khác và khu
dân cư phía thượng nguồn nên nước bị ô nhiễm nặng, vì vậy không thể lấy nước
sông Cầu làm nguồn cung cấp nước sinh hoạt được.
Hồ ao trong khu vực phố huyện ít, một vài hồ nhỏ dần dần bị san lấp, ngoài
ra còn có các hồ, thùng đấu cạnh các thôn và xen kẽ trong đất ruộng điều hoà bằng
hệ thống thuỷ nông.
e. Điều kiện địa chất
- Địa chất công trình.
Kết quả khảo sát địa chất khu vực dự án sẽ được trình bày trong khuôn khổ
của một báo cáo khác trình Chủ đầu tư. Các thông tin tóm tắt cơ bản địa chất khu
vực dự án được trình bày như sau:
Cấu tạo địa chất chủ yếu là đất sét pha có cường độ chịu nén khá, nói chung
khu vực trung tâm thị trấn Chờ có điều kiện địa chất thuận lợi cho việc xây dựng
công trình xử lý và các tuyến ống cấp nước.
Các thành tạo của hệ tầng này có mặt hầu hết khắp vùng nghiên cứu song
chúng không lộ ra mà bị phủ bởi các trầm tích hệ Thứ Tư.

Dân số toàn thị trấn: 13.200 người

18
Lao động: 7.023 người
Trong đó lao động phi nông nghiệp: 4.760 chiếm 66%.
Mật độ dân số: 1.563 người/Km2.
Số hộ gia đình: 2.885 hộ.
Bảng 1: Dự báo tăng tỷ lệ tăng dân số thị trấn Chờ (theo quy hoạch)
Dự báo dân số
Năm
2013
2020
2030
Qui mô dân số tính toán
13.200
16.000
20.500

1.2.2.3. Tình hình phát triển kinh tế xã hội.
Nhìn chung các hoạt động kinh tế của dân cư trong thị trấn hiện nay vẫn là
kinh doanh buôn bán nhỏ, sản xuất lương thực, chăn nuôi, thủ công mỹ nghệ
Những năm gần đây và trong tương lai huyện Yên Phong nói chung và thị
trấn Chờ nói riêng chủ trương phát triển và mở rộng các ngành nghề khác như công
nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, dịch vụ, du lịch và thực tế các chuyển dịch cơ cấu
kinh tế này đang bắt đầu khởi sắc với nhiều tín hiệu đáng mừng. Đời sống của
người dân địa phương đã có những thay đổi rõ rệt. Sức tiêu thụ và nhu cầu hưởng
thụ chất lượng cuộc sống của người dân biến chuyển từng ngày.
Trong khu vực đô thị, chưa hình thành các cơ sở tiểu thủ công nghiệp rõ rệt,
mặc dù Yên Phong có rất nhiều ngành nghề truyền thống, có đóng góp đáng kể
trong phát triển kinh tế của các địa phương trong huyện.