1

L I NÓI

U

1. Lý do ch n đ tài
Cung c p n

c là m t ngành thu c c s k thu t h t ng đô th , có

chi phí đ u t , s a ch a và nâng c p r t t n kém. Nó đóng vai trò quan tr ng
đ i v i phát tri n s n xu t và sinh ho t c a xã h i. Trong nh ng n m qua,
t c đ đô th hóa l n làm gia t ng dân s t i các khu đô th , cùng v i t c đ
phát tri n kinh t và công nghi p nhanh kéo theo nhu c u s d ng n
ngày càng t ng. Vì hi n t i kh n ng c p n

c c a chúng ta đang

th p, nên đòi h i khách quan c a nhu c u dùng n
l n cho ngành c p n
nhu c u này đ
l

c này đang t o áp l c r t

c nâng lên m t t m m i là s d ng đ n

c hi n t i

ng và ch t l

c s ch

(HTCCNS) đã c k , t l h h ng và rò r cao, vi c thay th , s a ch a di n
ra r t ch m ch p. H qu là, l

ng n

c s ch s n xu t ra th t thoát quá l n,

làm lãng phí đáng k ngu n tài nguyên quý giá, ng
ch u giá n

c cao, nhà n

i tiêu dùng ph i gánh

c thi u h t ngu n đ u t m r ng các HTCCNS

đ đáp ng nhu c u phát tri n kinh t , xã h i. V i nh ng lý do trên, đ tài
“Nghiên c u gi i pháp nâng cao hi u qu qu n lý cho h th ng cung c p
n

c s ch d a trên h th ng thông tin đ a lý- th nghi m t i Công ty N

s ch s 2 Hà N i” đ
t o Sau đ i h c- Tr

c

c ch n làm đ tài lu n án Ti n s Kinh t t i Vi n ào

4. i t ng, ph m vi và ph
4.1. i t ng nghiên c u
it

ng pháp nghiên c u

ng nghiên c u là m t s HTCCNS tiêu bi u

Vi t Nam.

4.2. Ph m vi nghiên c u
 V m t không gian: Bao g m ph n l n các CTCCNS Vi t Nam.
 V m t th i gian: Là các s li u đi u tra, các s li u th c p thu th p t
n m 2007 đ n 12/2015 t các ngu n khác nhau.
 V m t n i dung nghiên c u: M t s v n đ c a qu n lý k thu t m ng
cung c p n c; gi i pháp cho các v n đ t n t i; đ xu t phát tri n m t
GIS đ t đ ng hóa vi c nâng cao hi u qu qu n lý HTCCNS Vi t Nam.


3

4.3. Ph

ng pháp nghiên c u

đ t đ c m c tiêu đ ra, lu n án s d ng các ph ng pháp: Ti p
c n h th ng, phân tích đ nh tính, đ nh l ng, chu n hoá d li u không gian
và thu c tính, mô hình hóa, phân tích và thi t k HTTT.

5. K t c u lu n án

phát hi n và c nh báo ô nhi m n c trong HTCCNS.
 Lu n án đã gi i quy t tr n v n (t đ t bài toán, xây d ng mô hình và l a
ch n thu t toán gi i, xây d ng b công c tr giúp vi c t đ ng hóa gi i
quy t bài toán trên máy tính) hai bài toán có ý ngh a quan tr ng trong
ho t đ ng qu n lý HTCCNS: ó là bài toán thi t k thay th , m r ng
m ng cung c p n c s ch t i u; và bài toán c nh báo ô nhi m n c
trong HTCCNS.

6.2. Nh ng đóng góp m i rút ra t k t qu nghiên c u c a lu n án
 Nh ng k t qu nghiên c u, th nghi m c a lu n án là t li u tham kh o
và h ng d n c b n cho vi c phát tri n h th ng GIS đ qu n lý
HTCCNS s ch Vi t Nam m t cách bài b n. Nh ng b công c đ c xây
d ng có th s d ng ngay đ gi i các bài toán th c t .
 Lu n án không nh ng nêu ra và gi i quy t m t s bài toán c b n cho
ho t đ ng qu n lý các HTCCNS b ng cách ng d ng GIS trong đi u ki n
Vi t Nam, mà còn ch ra các bài toán khác nhau và h ng ng d ng công
ngh m i đ có th ti p t c tri n khai các nghiên c u và các ng d ng
GIS ngày m t toàn di n h n và hi u qu h n cho ngành cung c p n c
s ch.
 Quy trình xây d ng khung CSDL GIS cho qu n lý HTCCNS c ng có th
áp d ng đ xây d ng khung CSDL GIS qu n lý c a m t h th ng khác
c n s d ng các d li u không gian.

CH
NG 1- QU N LÝ H TH NG CUNG C P N
C
S CH D A TRÊN H TH NG THÔNG TIN A LÝ
Ch ng này đi sâu vào phân tích ho t đ ng qu n lý HTCCNS Vi t
Nam, gi i thi u nh ng đ c tr ng c a GIS và nhi m v , đ nh h ng c p n c


hoà và phân ph i n c.
Trong đó: 1.Công trình thu n c; Hình 1.1. Mô hình HTCCNS
2.Tr m b m c p 1; 3.Tr m x lý; 4.Các b ch a n c s ch; 5.Tr m b m
c p 2; 6.Các đài n c.7.
ng ng chuy n t i n c; 8. M ng phân ph i
n c.
1.1.2.2. Khái ni m n c s ch
N c s ch là n c h p v sinh, khi mang đi th nghi m đ t gi i h n
cho phép t t c các ch tiêu theo qui đ nh.
1.1.2.3. C p n c an toàn
C p n c an toàn là b o đ m: Duy trì áp l c, cung c p n đ nh, đ
l ng n c, b o đ m ch t l ng, có các gi i pháp đ i phó v i các s c b t
th ng có th x y ra, góp ph n b o v s c kh e c ng đ ng, gi m thi u các
b nh t t liên quan đ n n c, góp ph n gi m t l th t thoát, ti t ki m tài
nguyên n c và b o v môi tr ng.


6
1.1.2.4. Các nghi p v qu n lý h th ng c p n c s ch
Nghi p v qu n lý HTCCNS g m: Qu n lý tài s n m ng l i và l p
k ho ch thay th -b o trì; qu n lý v n hành; qu n lý rò r và s c ; qu n lý
thông tin hóa đ n và đ ng h và khách hàng; qu n lý thi t k thay th và m
r ng m ng l i; qu n lý ch t l ng n c.

1.1.3. Nhi m v và đ nh h
t m nhìn 2050
M




đ n nhi u t ch c khác nhau trong xã h i. Các t ch c đ u có vai trò và t m
quan tr ng khác nhau đ m b o an toàn c p n c.

1.1.5. Nh ng bài toán qu n lý đ t ra cho HTCCNS
1.1.5.1. Phân tích d li u ngành c p n c đô th
Có 17 ch tiêu đánh giá ho t đ ng HTCCNS. M t s ch tiêu quan
tr ng: t l bao ph d ch v , l ng n c c p bình quân trên đ u ng i ngày,
t l th t thoát, ch t l ng n c.

Nh n xét chung v ho t đ ng s n xu t các HTCCNS
 T l bao ph d ch v c a ta còn th p (80%), l ng n c c p trên đ u
ng i m i đ t 116lit/ng i-ngày (Hà N i). So v i th gi i và khu v c 2
ch tiêu này đang m c th p. Nhu c u c p n c hi n nay c a chúng ta là
r t l n, đang gây áp l c cho s phát tri n và qu n lý HTCCNS ngày càng
t ng.
 Nhu c u s d ng n c t o ra áp l c không nh ng cho ngành c p n c mà
còn cho ngành thoát n c.


7
 T ng c ng khai thác công su t nhà máy trong t ng lai là r t khó kh n
do m c n c ch a b h th p liên t c.
 T l th t thoát n c c a ta r t cao (26,86%). T n m 2007 đ n nay trung
bình m i n m ch gi m đ c 1% t l này. M c tiêu 2015->2020 gi m
th t thoát đ t 18%, t c là m i n m ph i gi m 1,4%. So v i m c đ c i
thi n th c t c a các n m g n đây, con s này là khá l n, n u không có
gi i pháp mang tính đ t phá, con s k ho ch đ t ra s ch là k v ng.
1.1.5.2. Phát tri n HTCCNS và các bài toán qu n lý đ t ra
a. Phát tri n m t HTCCNS


Có nhi u đ nh ngh a GIS khác nhau, đ nh ngh a GIS tiêu bi u: GIS là
m t t p h p các nguyên lý, ph ng pháp, công c và d li u quy chi u không
gian đ c s d ng đ c p nh t, l u tr , phân tích, l p mô hình, mô ph ng
các s ki n trên trái đ t, nh m s n sinh các thông tin thi t th c h tr cho
vi c ra quy t đ nh..

1.2.2. Các khái ni m liên quan
Các khái ni m s d ng g m:
a v t (features); b n đ trong vai trò
mô hình hóa th c t ; d ng đi m, d ng đ ng, d ng vùng; quan h trong
không gian (tô– pô); mô hình d li u (Raster, Vector).

1.2.3. GIS th công và GIS trên máy tính
GIS th công k t h p các d li u không gian và thu c tính trên các
d ng ph ng ti n truy n th ng nh b n đ gi y, l p gi y trong, v.v…và quan
sát b ng m t, x lý b ng tay và suy đoán.

1.2.4. L ch s

ng d ng GIS

GIS ra đ i vào nh ng n m đ u c a th p niên 1960, và trong nh ng
th p niên g n đây đã phát tri n m nh m nh s ti n b c a các l nh v c
công nghi p máy tính, đ h a máy tính, phân tích d li u không gian và qu n
tr d li u.


9

1.2.5. Các thành ph n c a GIS

1.3. Nh ng v n đ cho các CTCCNS khi xây d ng GIS
1.3.1. Công tác chu n b
Vi c xây d ng GIS ph i b t đ u t nh ng v n đ c n gi i quy t
nh GIS. T đó xác đ nh thông tin c n thi t, thu c tính t l nào, v.v…

1.3.2. V n đ trong tri n khai và phát tri n GIS
Tri n khai và phát tri n GIS c n quan tâm: Nhân s và đào t o nhân
s , b o d ng thi t b , thu th p và qu n lý các chu n s d ng, ngu n và t
ch c l u tr d li u, tài chính.


10

1.3.3. V n đ chi phí c a xây d ng GIS
Chi phí xây d ng GIS r t cao đ c bi t là chi phí liên quan đ n thi t b ,
xây d ng và phát tri n CSDL.

1.3.4. Các công ngh h tr GIS
Các công ngh n n h tr GIS g m: GIS Môi tr ng ESRI c a M và
công ngh c a hãng MapInfo, ngoài ra còn có OpenGIS.

1.4. Tri n khai m t bài toán ng d ng GIS
Tri n khai m t bài toán ng d ng, c n qua các b c: Xác đ nh m c
tiêu bài toán -> Xác đ nh ph m vi liên quan -> Mô hình hóa bài toán -> Tìm
cách gi i mô hình -> Xác đ nh các d li u c n cho mô hình -> L p ch ng
trình x lý và b sung DL vào CSDL-> Ti n hành th nghi m và hoàn thi n
ch ng trình -> Bi u di n k t qu đ a ra -> Vi t tài li u h ng d n s d ng
công c .

CH

2.1.2. Quy trình qu n lý và v n hành
a. Quy trình qu n lý: Là quy trình c n th c hi n đ đ m b o ho t đ ng c a
t t c các khâu trong dây chuy n đ c v n hành đ ng b , thông su t, khoa
h c cho s n xu t kinh doanh n đ nh và phát tri n.
b. Quy trình v n hành (trong đi u ki n bình th ng): Là các b c làm cho
HTCCNS ho t đ ng theo trình t trong đi u ki n t t c các thi t b , t t c các
khâu đ u làm vi c bình th ng.

2.1.3. Các r i ro và nguy h i
a. R i ro: Là nh ng h h ng ho c ng ng ho t đ ng không bình th ng
(ng u nhiên) c a các thi t b , công trình, v.v…
b. M i nguy h i: Là nh ng nguy c tr c ti p ho c gián ti p, hi n h u ho c
ti m n, đe d a đ n an toàn c a HTCCNS và ho t đ ng c p n c. Có các
m i nguy h i: P: - V t lý. - B: Vi sinh. - C: Hóa h c.
c. Bi n pháp ki m soát r i ro: Là cách th c, ph ng th c ti n hành nh m
phòng ng a, ng n ch n m i nguy h i, các s c và x lý.
e. Quy trình x lý s c : Là quy trình x lý áp d ng khi m t s c nào đó
x y ra trong HTCCNS.

2.2. Các qui trình qu n lý k thu t trong HTCCNS
đ m b o ho t đ ng t t, các CTCCNS đã xây d ng các qui trình
qu n lý k thu t cho m ng l i truy n d n, m ng l i phân ph i và m ng
l i d ch v . Hi n nay, các CTCCN ch y u th c hi n các qui trình k thu t
này b ng th công, do đó hi u qu ch a cao.


12

2.3. Th c tr ng qu n lý k thu t và nh ng v n đ c a các CTCCNS
2.3.1. R i ro trong ho t đ ng k thu t

th c hi n ch ng trình c p n c an toàn, các CTCCNS ph i xây d ng
các bi n pháp ki m soát và phòng ng a t ng ng v i m i lo i nguy h i.

2.4.
2.4.1.

ng d ng GIS trong ho t đ ng nghi p v c a CTCCN
it

ng và ph

ng pháp đi u tra

Ph ng v n k t h p g i phi u đi u tra đ c ti n hành đ n 68 CTCCNS
Vi t Nam. K t qu nh n đ c 59/68 ph n h i.


13

2.4.2. Các k t qu đi u tra
Có 47 công ty ch a ng d ng GIS (chi m 71%), 11 công ty đã ng
d ng GIS (chi m 16%) và 9 công ty t ch i tr l i.

2.4.3. Nh n xét v th c tr ng ng d ng GIS
 54/59 công ty đã bi t v GIS và đ u kh ng đ nh: ng d ng GIS vào qu n
lý, ch c ch n s nâng cao hi u qu qu n lý HTCCNS.
 Các công ty ng d ng GIS còn ch a bài b n, mang tính t phát, và chia
làm 02 nhóm: T nghiên c u xây d ng GIS và thuê m t công ty khác tri n
khai GIS theo gói ph n m m th ng m i hóa đã có. M i nhóm đ u có u
và nh c đi m riêng. Tuy nhiên, các CTCCNS đ u có mong mu n xây


các CTCCNS Vi t

M t s v n đ gây h n ch vi c tri n khai ng d ng GIS nh : u t
cho h th ng GIS còn cao, thi u nh ng h th ng GIS c a Vi t Nam, ch a có
m t quy trình tri n khai bài b n, v.v…

CH
NG 3 - MÔ HÌNH PHÁT TRI N GIS VÀ XÂY D NG
KHUNG CSDL GIS CHO QU N LÝ HTCCNS VI T NAM
Ch ng này đ xu t: Mô hình phát tri n m t h th ng GIS, mô hình
ki n trúc GIS qu n lý HTCCNS, m t khung CSDL GIS đ y đ đ qu n lý
t ng h p HTCCNS nh m nâng cao hi u qu qu n lý HTCCNS.

3.1. Mô hình phát tri n m t h th ng GIS
3.1.1. Tri n khai các ng d ng GIS
Vi c tri n khai m t GIS chính là s tri n khai đ ng th i các yêu c u
ng d ng đ c đ t ra cho nó.

3.1.2. Mô hình t ng quát phát tri n m t h th ng GIS
Phát tri n m t GIS, c n th c hi n theo 6 b
Trong đó, b c (2), bao g m c đ c t
d li u và đ c t x lý. Sau b c (4), đã
có m t CSDL GIS và các mô đun ch c
n ng cho vi c gi i các bài toán đ t ra.
gi i bài toán thi t l p thêm các d li u c
th c a riêng bài toán (5). Cu i cùng s
d ng các b công c đ gi i bài toán và
l y ra k t qu (6).



3.3. Xây d ng khung CSDL GIS qu n lý HTCCNS
3.3.1.

tv nđ

Theo mô hình phát tri n GIS (Hình 3.2), xây d ng CSDL là m t b
quan tr ng, trung tâm, t n nhi u th i gian, công s c, đòi hòi ph i đi tr
m t b c đ đ m b o s phát tri n đ ng b GIS.

3.3.2. Ph

c
c

ng pháp nghiên c u

3.3.2.1. Ph ng pháp lu n xây
d ng CSDL GIS (Hình 3.5)

3.3.2.2. Ph ng pháp tri n khai CSDL
Do đ c thù CSDL GIS có thêm các d li u không gian và m i quan h
tô pô nên có s khác bi t nh t đ nh so v i các CSDL khác.
3.3.2.3. Các b c tri n khai CSDL GIS cho HTCCNS
Các b c tri n khai CSDL GIS th c hi n theo hình 3.6.

3.3.3. Thi t k khung CSDL GIS cho qu n lý HTCCNS
3.3.3.1. Các nhóm d li u Th hi n hình 3.7
3.3.3.2. Thi t k c u trúc các l p d li u (hình 3.8)



ct i u

Vi c b o trì, thay th và phát tri n m ng đ ng ng m i di n ra th ng
xuyên. Các CTCCNS đang th c hi n nh ng công vi c này ph n l n b ng
cách th công. C n ph i s d ng s tr giúp c a công ngh GIS và t đ ng
hóa đ nâng cao hi u qu các ho t đông này.

4.2.2. Phát bi u bài toán
M ng l i c p n c c a m t khu v c đ c chia thành các ô c p n c.
Vi c l p k ho ch b o trì, m r ng đ ng ng trong m t ô c p n c là ph
bi n. Thi t k m ng con cho m t ô có th coi là m t đ th con hình cây c a


18
m t đ th l n h n. Trong đó, các đi m đ c c p n c và đi m ngu n c p là
các đ nh đ th đ c g n t a đ .
ng đi n i các đi m trên là các c nh c a
đ th . Chi phí đ l p đ t đ ng ng ng v i t ng c nh s g m: Chi phí
đ ng ng và thi t b , chi phí xây d ng, chi phí qu n lý,v.v…. Nhi m v là
thi t k m t m ng đ ng ng đ m b o các yêu c u k thu t v i t ng chi phí
là ít nh t, và có l i ích m ng l i nhi u nh t.

4.2.3. L p mô hình chung c a bài toán
a. Hàm m c tiêu c a bài toán
Hàm m c tiêu c a bài toán có d ng:
Trong đó: U là t p các c nh c a đ th ban đ u, i là m t c nh và c(i) là chi
phí cho c nh đó.
b. Các ràng bu c c a bài toán
M ng ng n c đ c thi t k ph i th a mãn các ràng bu c: M ng là

4.2.6. Thi t l p mô hình c th cho bài toán
L p b n đ các đi m c p n

c, các đi m dùng n

c c a vùng, và ch n

chúng làm t p các đ nh c a đ th . Sau đó, t o m t đ th liên thông b ng
cách thêm vào các c nh n i gi a hai đ nh đã cho.

m c t i đa, ta có m t đ

th đ y đ . V i đ th này, t o ràng bu c bài toán b ng cách hi n t ng đ th
n n ràng bu c giúp lo i d n các c nh vi ph m ràng bu c. Có th c n thêm
đ nh, c nh m i đ đ m b o m ng luôn là liên thông và bám theo đ

ng giao

thông. Cách thi t l p các ràng bu c b ng cách này là tr c quan, thao tác đ n
gi n, d

th c hi n, v.v…N u bi u di n các ràng bu c b ng bi u th c toán

h c là r t khó kh n, do các bi n là các đ i t
ràng bu c có th đ

ng không gian. H n n a, các

c bi u di n, nh ng l i không đ d li u đ th c hi n nó,


1917,73 (m). M ng đ xu t ng n h n
m ng hi n t i: 212,6 (m). N u tính theo
các thông s và đ n giá hi n nay thì ti t ki m đ c kho ng 2,7 t đ ng.
M ng tuy n ng đ xu t tuân theo đ y đ các chu n thi t k , th i gian ch y
v i 32 đi m là 3 phút. L i ích đem l i là r t l n.

4.3.
4.3.1.

ng d ng GIS cho bài toán c nh báo ô nhi m n

c

tv nđ

C p n c an toàn đã đ c p t nhi u n m nay, nh ng ch t l ng n c
v n ch a n đ nh. Do HTCCNS tr i dài theo không gian, xây d ng nh ng
kho ng th i gian khác nhau, s bi n đ i c a môi tr ng, v.v...lên h th ng, làm
cho nó có nh ng thay đ i mà hi n nay khó ki m soát. Do v y, n c sinh ho t
Vi t Nam nhi u n i ch a đ m b o đ c ch t l ng mong mu n.


21

4.3.2. Mô t bài toán
qu n lý ch t l

ng n

c, các CTCCNS th


4.3.4. Các b

c xây d ng gi i pháp

4.3.4.1. Xác đ nh các nhân t có nguy c
Nhân t
n

nh h

ng đ n ch t l

nh h

ng n

ng ch t l

ng n

c

c t các nhóm: Công trình c p

c; đ a hình và s d ng đ t; c s h t ng; môi tr

ng và các vùng ô

nhi m khác nhau,...


ng có các ngu n t : C s h t ng,

a hình và s

c. D a vào các thông tin v CLN

và các tiêu chí đ a ra đ xác đ nh nhân t gây nh h
Hình 4.8:

nh ng v trí khác

ng theo cây tiêu chí


22

4.3.4.3. Xây d ng CSDL
CSDL ph c v gi i quy t bài toán c nh báo ô nhi m g m nhóm d
li u: D li u n n, d li c p n c, d li u thoát n c, d li u kinh t xã h i, nhóm d li u ch t th i r n.


23
4.3.4.4. Giao di n công c tr giúp (Hình 4.9)

4.3.5. Th c hi n bài toán v i công c và k t qu
4.3.5.1. Các b c s d ng công c (Hình 4.10)
4.3.5.2. K t qu th nghi m ng d ng (Hình 4.13)
T i khu v c QC_06, nh
công c tìm ra nh ng v trí có kh

c a các CTCCNS Vi t Nam
5. Nghiên c u ng d ng GIS gi i quy t hai bài toán quan tr ng trong qu n
lý k thu t: Thi t k m ng cung c p n c t i u, l p b n đ c nh báo
ô nhi m n c.
Nh ng k t qu nghiên c u trên đây đóng góp c v m t lý lu n c ng
nh ph ng pháp c th cho vi c thúc đ y ng d ng GIS vào ngành c p n c
Vi t Nam. Lu n án góp ph n gi i quy t nh ng v n đ c p bách mà ngành
n c Vi t Nam đang ph i đ i m t, và là m t cách đ nâng cao hi u qu qu n
lý các HTCCNS. Lu n án đã đ xu t và làm rõ quy trình cùng các gi i pháp
ng d ng công ngh GIS vào ho t đ ng qu n lý HTCCNS. Các k t qu
nghiên c u c ng m ra h ng nghiên c u ti p theo trong l nh v c CNTT v
gi i pháp tích h p các công ngh khác, các h th ng khác (phân tích th y
l c, vi n thám, SCADA v.v…) vào h th ng GIS qu n lý t ng th HTCCNS,
làm cho vi c qu n lý toàn di n và hi u qu h n. Do ph m vi l n và tính ph c
t p c a các gi i pháp công ngh , còn có nh ng h n ch mà lu n án ch a đ
c p h t trong quá trình tri n khai th c t . Tác gi hy v ng s ti p t c có c
h i đ c tham gia tri n khai ng d ng đ ti p t c hoàn thi n hai mô đun đã
tri n khai t i Công ty c p n c s 2 Hà N i. Tác gi tin r ng, nh ng đ xu t
c a lu n án s th c s giúp các CTCCNS Vi t Nam có th đ y nhanh vi c
ng d ng GIS vào trong công tác qu n lý c a mình đ đ t đ c các m c tiêu
đã đ t ra, và đem l i nh ng l i ích kinh t và xã h i to l n và thi t th c.