Một khu dân cư mới đưa vào sử dụng, nhà máy nước báo sản lượng dư thừa, vậy mà các hộ ở tầng cao của dãy nhà cuối tuyến chỉ có nước vào lúc nửa đêm. Không thiếu nước ở nhà máy. Vấn đề nằm ở đường đi của nước: đường ống, áp lực, và giờ cao điểm khi mọi nhà cùng mở vòi.
Hạ tầng cấp nước thường được coi là việc của kỹ sư chuyên ngành, nhưng người làm quy hoạch cần hiểu đủ để đặt đúng vị trí công trình đầu mối, dành đúng hành lang ống và đặt câu hỏi đúng khi đọc thuyết minh.
Tính nhu cầu: con số trung bình không đủ
Bước đầu tiên là tổng nhu cầu ngày trung bình:
- Sinh hoạt: dân số × tiêu chuẩn dùng nước (lít/người/ngày). Tiêu chuẩn lấy theo quy chuẩn hiện hành, khác nhau theo loại đô thị và giai đoạn.
- Công trình công cộng, dịch vụ: thường tính bằng tỷ lệ phần trăm của nước sinh hoạt hoặc tính riêng theo công trình.
- Công nghiệp: theo diện tích khu công nghiệp hoặc từng nhà máy.
- Tưới cây, rửa đường.
- Thất thoát và nhu cầu nội bộ nhà máy: cộng thêm một tỷ lệ phần trăm.
Nhưng mạng ống không được thiết kế theo trung bình. Nhu cầu dao động theo ngày trong năm và theo giờ trong ngày. Giáo trình dùng hệ số không điều hoà:
- Hệ số ngày: tỷ số giữa ngày dùng nhiều nhất và ngày trung bình trong năm. Dùng để thiết kế công suất nhà máy.
- Hệ số giờ: tỷ số giữa giờ dùng nhiều nhất và giờ trung bình trong ngày dùng nhiều nhất. Dùng để thiết kế mạng ống. Khu nhỏ có hệ số giờ cao hơn khu lớn, vì ít người thì thói quen trùng giờ rõ hơn.
Ví dụ tính
Khu 20.000 dân. Giả định minh họa: tiêu chuẩn 150 lít/người/ngày cho sinh hoạt, cộng 20% cho công cộng dịch vụ, cộng 15% dự phòng thất thoát.
- Sinh hoạt: 20.000 × 150 = 3.000.000 lít = 3.000 m³/ngày.
- Cộng công cộng: 3.000 × 1,2 = 3.600 m³/ngày.
- Cộng thất thoát: 3.600 × 1,15 = 4.140 m³/ngày trung bình.
- Với hệ số ngày 1,3: ngày lớn nhất 5.380 m³.
- Giờ trung bình ngày lớn nhất: 5.380 ÷ 24 ≈ 224 m³/giờ. Với hệ số giờ 1,6: giờ cao điểm khoảng 360 m³/giờ, tức 100 lít/giây.
Mạng ống phải tải được 100 lít/giây trong giờ cao điểm, không phải 48 lít/giây của trung bình năm. Khác nhau gấp đôi.
Mạng vòng và mạng nhánh
| Mạng nhánh (cụt) | Mạng vòng | |
|---|---|---|
| Hình dạng | Như cành cây, mỗi điểm chỉ có một đường cấp | Các ống nối thành vòng khép kín |
| Chi phí | Thấp hơn | Cao hơn |
| Độ tin cậy | Sự cố ở một đoạn làm mất nước toàn bộ phía sau | Nước đến từ nhiều hướng, cô lập sự cố dễ |
| Chất lượng nước | Đầu cụt dễ đọng, nước “già” | Nước lưu thông tốt hơn |
| Dùng cho | Khu vực nhỏ, ngõ, giai đoạn đầu | Mạng chính đô thị |
Hình dạng mạng ống thường đi theo mạng đường. Mạng đường nhiều đường cụt khó làm mạng ống vòng, thêm một lý do để quan tâm độ kết nối của mạng đường từ giai đoạn quy hoạch.
Áp lực: không đủ thì yếu, thừa thì rò
Mạng cần duy trì một áp lực tối thiểu tại điểm bất lợi nhất để nước lên được tới vòi ở nhà thấp tầng. Nhà cao tầng thường có bể chứa và bơm riêng, không đòi mạng đô thị đưa nước lên tầng cao.
Nhưng áp lực cao cũng có giá. Lượng nước rò qua một vết nứt tăng theo áp lực, và với nhiều loại vết rò trên ống nhựa, quan hệ này gần như tỷ lệ thuận hoặc hơn. Hệ quả thực tế: giảm áp lực dư thừa vào ban đêm (khi nhu cầu thấp, áp lực mạng tự tăng lên) là một trong những cách giảm rò rỉ hiệu quả và rẻ nhất. Van giảm áp tại đầu vào các vùng là công cụ phổ biến.
Nước không doanh thu
Nước không doanh thu (NRW) là phần chênh giữa nước nhà máy phát vào mạng và nước bán được qua đồng hồ khách hàng. Nó gồm:
- Thất thoát vật lý: rò rỉ ống, vỡ ống, tràn bể.
- Thất thoát thương mại: đồng hồ đo thiếu, đấu nối trái phép, sai sót lập hoá đơn.
- Tiêu thụ hợp pháp không tính tiền: chữa cháy, súc rửa ống.
Mỗi phần có giải pháp khác: thất thoát vật lý cần dò tìm và sửa rò, quản lý áp lực, thay ống cũ; thất thoát thương mại cần thay đồng hồ, kiểm tra đấu nối.
Chia vùng đồng hồ tổng
Phương pháp quản lý thất thoát phổ biến là chia mạng thành các vùng tách biệt (DMA, district metered area), mỗi vùng vài nghìn đấu nối, có một hoặc vài điểm cấp nước vào đặt đồng hồ tổng. So sánh lượng nước vào vùng với tổng đồng hồ khách hàng trong vùng, và đặc biệt là lưu lượng đêm tối thiểu (khoảng 2–4 giờ sáng, khi gần như không ai dùng): nếu lưu lượng đêm cao bất thường, vùng đó có rò rỉ lớn, tập trung đội dò tìm vào đó.
Người quy hoạch cần để ý gì
- Vị trí đài nước, bể chứa, trạm bơm tăng áp: cần đất, ưu tiên chỗ cao, cần đường vào.
- Hành lang tuyến ống truyền dẫn lớn: không để công trình xây đè lên.
- Mạng đường cho phép tạo vòng.
- Phân kỳ: khu phát triển theo giai đoạn, mạng ống cũng vậy; tránh ống quá lớn cho giai đoạn đầu gây nước đọng.
- Nguồn nước: đặc biệt khi nguồn là nước mặt vùng có nguy cơ xâm nhập mặn.
Áp dụng: bài tập tính nhanh cho đồ án
Cho khu vực đồ án của bạn: lấy dân số dự kiến, tra tiêu chuẩn dùng nước trong quy chuẩn hiện hành, tính nhu cầu trung bình, ngày lớn nhất và giờ cao điểm theo trình tự ở trên. Đánh dấu điểm đấu nối với mạng hiện hữu, vẽ mạng chính dạng vòng theo các trục đường, xác định điểm bất lợi nhất (xa và cao nhất). Ghi rõ mọi giả định. Chỉ cần một trang tính và một bản vẽ sơ đồ, nhưng nó cho thấy bạn hiểu hạ tầng không phải là những đường màu vẽ theo đường phố cho đủ bộ.
Câu hỏi thường gặp
Tính nhu cầu nước cho khu dân cư thế nào?
Nhân dân số với tiêu chuẩn dùng nước trong quy chuẩn, cộng thêm nước cho công cộng dịch vụ, công nghiệp, tưới và dự phòng thất thoát, rồi nhân hệ số không điều hoà ngày và giờ để ra lưu lượng thiết kế.
Hệ số không điều hoà giờ là gì?
Là tỷ số giữa lưu lượng giờ dùng nhiều nhất và lưu lượng giờ trung bình trong ngày. Nó dùng để thiết kế mạng ống vì mạng phải đáp ứng giờ cao điểm chứ không phải trung bình.
Nước không doanh thu là gì?
Là phần chênh lệch giữa lượng nước phát vào mạng và lượng nước bán được qua đồng hồ, gồm rò rỉ vật lý, thất thoát thương mại như đồng hồ đo thiếu hay đấu nối trái phép, và tiêu thụ hợp pháp không tính tiền.
Vì sao giảm áp lực mạng giúp giảm rò rỉ?
Vì lượng nước rò qua vết nứt tăng theo áp lực. Ban đêm nhu cầu thấp làm áp lực mạng tăng lên, nên dùng van giảm áp để hạ áp lực dư thừa là cách giảm rò rỉ hiệu quả và rẻ.
Mạng vòng có ưu điểm gì so với mạng nhánh?
Mạng vòng cho nước đến từ nhiều hướng nên khi sự cố một đoạn vẫn cấp được nước, dễ cô lập để sửa chữa, và nước lưu thông tốt hơn, ít đọng ở đầu cụt.
