Nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống trạm bơm giếng nhà máy nước hạ đình hà nội (tt)

1

Bộ giáo dục v Đo tạo

Bộ Xây dựng

Trờng đại học kiến trúc H nội

L Văn Cờng

Nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống
trạm bơm giếng nh máy nớc hạ đình h nội

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

H Nội 2011


2

Bộ giáo dục v đo tạo

Bộ xây dựng

Trờng đại học kiến trúc h nội

Lã Văn Cờng

Nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống trạm bơm
giếng nh máy nớc hạ đình h nội

Chuyên ngành: Cấp thoát nớc đô thị mã số: 60.58.70

Luận văn thạc sỹ chuyên ngnh cấp thoát nớc

Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS. TS. Phan Vĩnh Cẩn

H Nội 2011


3

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết quả
trong luận văn là trung thực và cha từng ai công bố trong bất cứ công trình nào
khác
Hà nội, ngày tháng năm 2011
Tác giả luận văn

Lã Văn Cờng


4

Lời cảm ơn
Cùng với sự đổi mới và phát triển của đất nớc, nhu cầu sử dụng nớc
sạch và đảm bảo vệ sinh môi trờng trong sinh hoạt sản xuất ngày một lớn. Để
đáp ứng nhu cầu ngày một tăng cao đó Đảng và nhà nớc đã và đang quan tâm
đầu t vật chất, kỹ thuật, nhân lực, tài lực cho ngành cấp thoát nớc nhằm giải
quyết tốt các vấn đề nớc sạch và vệ sinh môi trờng nói chung và cung cấp đầy

đủ nớc sạch cho nhân dân nói riêng.
Đợc nhà trờng, khoa và giáo viên hớng dẫn đồng ý em nhận đợc đề
tài tốt nghiệp:
Nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống trạm bơm
giếng nhà máy nớc hạ đình hà nội
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn cấp thoát nớc
đã trang bị cho em những kiến thức để góp phần xây dựng đất nớc.
Đặc biệt em xin bày tổ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo, PGS.TS Phan
Vĩnh Cẩn ngời đẫ tận tình chỉ bảo và góp ý giúp đỡ nhiều trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Mặc dù đề tài tốt nghiệp đã đợc hoàn thành nhng không tránh khỏi
những thiếu sót. Em kính mong các thầy cô góp ý để luận văn đợc hoàn chỉnh
hơn.
Hà Nội , ngày

tháng

năm2011

Kỹ s

L Văn Cờng


5

Mục lục
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Danh mục bảng biểu

Danh mục hình vẽ, đồ thị
mở đầu

1

Chơng 1: Tổng quan nhà máy nớc hạ đình hà nội

3

1.1. Vài nét Khai thác nớc ngầm hà nội

3

1.1.1. Nguồn nớc ngầm của Hà Nội

4

1.1.2. Công trình thu nớc ngầm

7

1.1.3. Nhà máy xử lý nớc

9

1.1.4. Thực trạng công tác quản lý tài chính

12

1.2. Nhà máy nớc Hạ Đình Hà Nội

16

1.2.1. Bãi giếng

16

1.2.2. Cụm xử lý

22

1.2.3. Đánh giá

23

Chơng 2: công nghệ khai thác nớc ngầm và chọn tổ

25

hợp bơm
2.1. Công nghệ khai thác nớc ngầm

25

2.1.1. Phân loại theo vị trí tồn tại so với mặt đất

25

2.1.2. Phân loại nớc ngầm theo áp lực

26

2.1.3. Các thông số cơ bản của giếng khoan

28

2.1.4. Tính toán các trờng hợp giếng khoan hoạt động

32

2.2.Chọn tổ hợp bơm

47

2.2.1. Nguyên lý

47

2.2.2. Các yếu tố xác định đến giá điện

48

Chơng 3: nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống trạm

50


6

bơm giếng nhà máy cấp nớc hạ đình hà nội

3.1. Xác định các thông số tính toán trạm bơm giếng

50

3.1.1. Lu lợng bơm giếng.

50

3.1.2. Độ hạ thấp mực nớc trong các giếng khi các giếng phối hợp với nhau 52
cùng hoạt động
3.1.3. Tính toán cột áp (H) của từng máy bơm hoạt động trong nhóm giếng

53

phối hợp với nhau cùng hoạt động
3.2. Lập tổ hợp giếng khai thác

60

3.2.1. Xác định số tổ hợp giếng

60

3.2.2. Lập tổ hợp giếng

61

3.2.3. Xác định tổ hợp bơm giếng có lu lợng và độ hạ mực nớc thích hợp. 69
3.2.4. Chọn tổ hợp giếng u tiên khai thác

75

3.2.5. Chọn tổ hợp bơm khai thác

81

3.3. Chọn lịch vận hành các tổ giếng

85

3.3.1. Lịch vận hành các tổ hợp giếng đợc chọn

85

3.3.2. Tính toán chi phí điện cho tổ hợp giếng hoạt động trong tháng

89

3.3.3. Phân tích nguyên nhân chi phí điện năng tăng cao.

94

Kết luận và kiến nghị

96

1. Kết luận

98

2. Kiến nghị

99

Phụ lục
Phụ lục 1: Bảng tính lu lợng khai thác và độ hạ thấp mực nớc từng giếng
trong các tổ hợp tính toán
Phụ lục 2: Bảng tính thuỷ lực mạng lới đờng ống dẫn nớc thô từ trạm
bơm giếng đến dàn ma
Phụ lục 3: Bảng tổng hợp chi phí điện cho một ca làm việc của tổ hợp tính toán
Danh mục bảng biểu


7

Bảng 1.1. Đặc trng chất lợng nớc ngầm Hà Nội

5

Bảng 1.2. Công suất các nhà máy xử lý nớc của Hà Nội

11

Bảng 1.3. Tình hình sản xuất kinh doanh của công ty nớc sạch số 1 Hà
Nội
Bảng 1.4. Tình hình sản suất kinh doanh của công ty kinh doanh nớc
sạch số 2 Hà Nội

13
14

Bảng 1.5. Ước tính tình trạng thất thoát hiện nay trên toàn mạng lới

14

Bảng 1.6 Thông số các giếng tại nhà máy nớc Hạ Đình

19

Bảng 1.7. Công suất các bơm giếng nhà máy nớc Hạ Đình

20

Bảng 1.8. Các chỉ số lý hoá cơ bản

22

Bảng 2. Một số giá trị của hàm số Ei(-)

36

Bảng 3.1. Bảng tính lu lợng giếng

51

Bảng 3.2. Bảng tính độ hạ thấp mực nớc

53

Bảng 3.3. Cốt đặt trạm bơm giếng

54

Bảng 3.4: Chênh cao hình học từ dàn ma với vị trí trạm bơm giếng

55

Bảng 3.5. Tính thuỷ lực chô nhóm giếng 1
Bảng 3.6. Tổn thất trên mạng lới đờng ống dẫn nớc thô nhóm giếng 1

57

Bảng 3.7. Mực nớc tĩnh của từng bơm giếng

58

Bảng 3.8. Chênh cao từ vị trí đặt trạm bơm tới mực nớc động cho nhóm

59

giếng 1
Bảng 3.9. Cột áp của các máy bơm trong nhóm giếng 1

60

Bảng 3.10. Tổ hợp các giếng hoạt động

61

Bảng 3.11. Bảng tổ hợp giếng hoạt động đợc chọn

71

Bảng 3.12. Tổng chi phí điện của tổ hợp tính toán.

77

Bảng 3.13. TH55. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

81

Bảng 3.14. TH85. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

82

Bảng 3.15. TH106. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

82

Bảng 3.16. TH133. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

83


8

Bảng 3.17. TH182. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

83

Bảng 3.18. TH184. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

84

Bảng 3.19. TH202. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

84

Bảng 3.20. TH209. Lu lợng khai thác và độ hạ mực nớc và cột áp

85

Bảng 3.21. Lịch vận hành các tổ hợp giếng hoạt động

87

Bảng 3.22. TH55. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 36 giờ

90

Bảng 3.23. TH85. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 36 giờ

90

Bảng 3.24. TH106. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 36 giờ

91

Bảng 3.25. TH133 Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 180 giờ

91

Bảng 3.26. TH182. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 180 giờ

92

Bảng 3.27. TH184. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 180 giờ

92

Bảng 3.28. TH202. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 36 giờ

93

Bảng 3.29. TH209. Chi phí điện cho tổ hợp tổ giếng trong 36 giờ

93

Danh mục hình vẽ, đồ thị
Mặt Bằng Quản Lý Bãi Giếng Hạ Đình

16

Hình 1. Mặt cắt địa chất thuỷ văn hành lang khai thác Hạ Đình

18

Hình 2.1. Tầng chứa nớc không áp

26

Hình 2.2. Tầng chứa nớc bán áp

26

Hình 2.3. Tầng chứa nớc có áp

27

Hình 2.4. Các loại giếng khoan

27

Hình 2.5. Mối quan hệ Q, S

30

Hình 2.6. Mối quan hệ Q, S

31

Hình 2.7. Mối quan hệ Q, S

31

Hình 2.8. Sơ đồ tính toán giếng khoan hoàn chỉnh thu nớc có áp

32

Hình 2.9. Sơ đồ tính toán giếng khoan hoàn chỉnh thu nớc có áp chuyển

36

động không ổn định
Hình 2.10. Sơ đồ tính toán giếng khoan không hoàn chỉnh thu nớc có áp

37


9

Hình 2.11. Đồ thị xác định giá trị hàm số A

38

Hình 2.12. Sơ đồ tính toán giếng khoan hoàn chỉnh thu nớc không áp

40

Hình 2.13. Sơ đồ tính giếng khoan không hoàn chỉnh thu nớc không áp

43

Hình 2.14. Nhóm giếng hoàn chỉnh có áp bố trí bất kỳ

45

Hình 2.15. Giếng hoàn chỉnh bố trí một dãy song song với sông

46

Hình 3. Sơ đồ tính toán thuỷ lực cho nhóm giếng 1

56


10

mở đầu
Tính cấp thiết của đề ti
Hiện nay các nhà máy khai thác nớc ngầm để sản xuất nớc sạch phục vụ
nhân dân là một bộ phận quan trọng trong hệ thống cấp nớc ở nhiều tỉnh thành
trong cả nớc. Tuy nhiên hiện nay việc vận hành các trạm bơm giếng để đa
nớc thô về khu xử lý còn cha đợc chú ý nhiều. Các trạm bơm giếng thờng
chỉ đợc quan tâm sao cho cấp đủ lu lợng về trạm xử lý mà cha để ý đến tính
kinh tế và hợp lý trong hoạt động của chúng. Vì vậy cần có những nghiên cứu về
công nghệ khai thác các giếng khoan, nguyên lý chọn tổ hợp bơm, vận hành các
trạm bơm giếng khoan để đa ra đợc công nghệ khai thác bãi giếng một cách
hiệu quả và kinh tế phục vụ cho hệ thống cấp nớc.
Mục tiêu của đề ti
Khái quát nhà máy nớc Hạ Đình Hà Nội, công nghệ khai thác nớc ngầm
và nguyên lý chọn tổ hợp bơm.
Tính toán độ hạ thấp mực nớc và kinh tế của tổ hợp giếng bãi giếng Hạ
Đình Hà Nội
Đề xuất công nghệ khai thác bãi giếng một cách hợp lý và kinh tế phục vụ
hệ thống cấp nớc.
Đối tợng của đề ti
Lý thuyết về khai thác nớc ngầm và nguyên lý chọn tổ hợp bơm.
Nghiên cứu hoạt động của các tổ hợp giếng khoan, lên lịch bơm và tính
kinh tế của tổ hợp giếng khoan.

Nghiên cứu sự phối hợp hoạt động giữa bãi giếng và mạng lới đờng ống
dẫn nớc thô.


11

Phạm vi của đề ti
Khái quát nhà máy nớc Hạ Đình Hà Nội, lý thuyết về khai thác nớc
ngầm, nguyên lý chọn tổ hợp bơm, đề xuất công nghệ khai thác bãi giếng
một cách hợp lý và kinh tế.
Tính toán các tổ hợp giếng và hệ thống đờng ống nớc thô bãi giếng Hạ
Đình Hà Nội.
Phơng Pháp nghiên cứu
Thu thập, tổng hợp các tài liệu về.
+ Động thái nớc dới đất
+ Các loại giếng khoan khai thác nớc ngầm. Các yếu tố ảnh hởng của
các giếng khoan, chùm giếng khoan trong quá trình khai thác.
+ Hoạt động của hệ thống đờng ống nớc thô. Các yếu tố quyết định đến
giá thành sản phẩm.
Nghiên cứu mối liên hệ giữa bãi giếng và hệ thống đờng ống dẫn nớc
thô về:
+ Mặt thuỷ lực.
+ Kinh tế.
+ Tính toán hệ thống bơm giếng và đờng ống nớc thô nhà máy nớc Hạ
Đình Hà Nội
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng hởng đến giá tiền điện và quản lý trạm
bơm.


THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


101

Kết luận v kiến nghị
1.Kết luận
Nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống trạm bơm giếng chính là việc hệ
thống trạm bơm giếng khai thác phải đảm bảo đủ lu lợng yêu cầu của trạm xử
lý, vừa đảm bảo độ thấp mực nớc của từng giếng trong tổ hợp khai thác nhỏ và
áp lực bơm của từng giếng là nhỏ nhất.
Với tổng số 12 giếng trong đó 09 giếng làm việc đồng thời, 03 giếng dự
phòng và sử dụng luân phiên đã xác định theo một quy trình cụ thể nh sau:
a) Đã xác định các thông số tính toán chính trạm bơm giếng bao gồm các
thông số sau:
- Lu lợng hệ thống trạm bơm giếng.
- Lu lợng khai thác từng giếng trong nhóm giếng cùng hoạt động
- Độ hạ mực nớc của từng giếng trong nhóm giếng cùng hoạt động
- Cột áp máy bơm của từng giếng trong nhóm giếng cùng hoạt động
Những thông số này xác định trên cơ sở lựa chọn hợp lý các thông số lu
lợng, độ hạ thấp mực nớc và tổn thất áp lực từ trạm bơm giếng đến khu xử lý
thông qua các tính toán thuỷ lực của giếng và mạng lới đờng ống nớc thô.
b) Xây dựng tổ hợp giếng khai thác:

- Từ lu lợng và độ hạ mực nớc của từng tổ hợp giếng khai thác đã tính
toán ta lựa chọn ra những tổ hợp giếng khai thác đảm bảo lu lợng yêu cầu của
trạm xử lý, đồng thời tổ hợp đó có độ hạ mực nớc nhỏ. Từ đó xác định đợc chi
phí tiền điện của các tổ hợp bơm giếng này.
- Trên cơ sở lu lợng, độ hạ mực nớc, cột áp, chi phí điện năng, của từng
bơm giếng trong tổ hợp đợc xác định và đảm bảo mỗi máy bơm trong mỗi tổ


102

hợp đợc nghỉ ít nhất 6h/5 ngày làm việc liên tục, ta lựa chọn ra đợc những tổ
hợp hoạt động tối u nhất.
c) Lên lịch vận hành cho những tổ hợp giếng hoạt động tối u.
Việc bố trí các giếng khoan hoạt động đồng thời một cách hợp lý sẽ đem
lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Các tính toán chỉ ra rằng việc bố trí hợp lý các giếng
khoan vào các tổ hợp giếng để hoạt động cùng nhau đảm bảo:
+ Tổng lu lợng nớc thô không thay đổi không
+ Các điều kiện quản lý vận hành thuận lợi, dễ dàng
+ Có chi phí vận hành nhỏ nhất
+ Có thời gian bảo dỡng, duy tu sửa chữa máy bơm, duy tu sửa chữa
giếng khoan
Và tránh đợc công suất bơm vợt quá công suất giếng, giảm nguy cơ suy
thoái giếng, giảm độ hạ mực nớc tĩnh quá lớn, làm ổn định trạng thái cân bằng
tầng chứa nớc cho khu vực bãi giếng và làm cho hệ thống cấp nớc thô hoạt
động một cách kinh tế
Qua tính toán ở chơng 3 cho thấy việc bố trí hợp lý các giếng khoan vào
các tổ hợp giếng để hoạt động cùng nhau đã tiết kiệm đợc chi phí vận hành các
trạm bơm giếng với số tiền là 42.163.482,48 đồng/tháng tiền điện và
50.596.178,98 đồng tiền bảo dỡng sẽ thu về cho nhà máy nớc Hạ Đình khoản
thu 556,557,968.80 đồng/năm.

103

2. kiến nghị
Với hệ thống cung cấp nớc thô mà mạng lới đờng ống và các giếng
khoan đã có sẵn, thì cần lập mô hình và tính toán tối u cho các tổ giếng, kiểm
tra tính kinh tế của mạng lới đờng ống dẫn nớc thô có sẵn.
Các tính toán của đề tài sẽ đem lại nhiều lợi ích cho công tác quản lý vận
hành của hệ thống cấp nớc thô cho nhà máy nớc sử dụng nguồn nớc ngầm. Vì
vậy cần nghiên cứu rộng rãi cho các nhà máy nớc khác có điều kiện tơng tự.
Ngời làm đề tài cũng quan tâm tới việc đa công nghệ điều khiển tự động
kết hợp sử dụng với máy biến tần và đặt thiết bị đo mợc nớc giới hạn của mực
nớc động để phục vụ công tác khai thác nớc ngầm. Việc đa các máy biến tần
vào để điều chỉnh cột áp của các máy bơm giếng theo sự thay đổi của mực nớc
ngầm sẽ làm giảm chi phí điện năng của các trạm bơm giếng. Đây là một hớng
mở của đề tài đòi hỏi phải đợc nghiên cứu sâu hơn, nhiều thời gian hơn và việc
lập mô hình toán sẽ đợc nghiên cứu chi tiết cản thận hơn. Tôi hy vọng rằng
trong tơng lai không xa đề tài này sẽ đợc nghiên cứu một cách đồng bộ và sâu
sắc đem lại kết quả thực tiễn có thể áp dụng cho các công trình khai thác nớc
ngầm ở nớc ta.


104

Ti liệu tham khảo
1. Th.S Lê Dung, nhà xuất bản Xây Dựng (2004), Giáo trình công trình thu nớc
trạm bơm cấp thoát nớc.
2. PGS.TS Lê Hồng Đức, nhà xuất bản Xây Dựng (2004), Cơ sở địa chất công
trình và địa chất thuỷ văn công trình.

3. TS Phan Vĩnh Cẩn, Giáo trình lý thuyết tối u trong thiết kế xây dựng và vận
hành hệ thống cấp thoát nớc.
4. KS Nguyễn Đình Hải (2006), ứng dụng lý thuyết tối u trong việc lựa chọn địa
điểm nhà máy xử lý nớc mặt Sông Hồng.
5. KS Phùng Bảo Anh (2006), ứng dụng lý thuyết tối u trong việc lựa chọn khu
xử lý nớc Sông Đà.
6. KS Vũ Minh Đức (1998), Tối u hoá quy hoạch hệ thống cấp nớc đô thị.
7. TS Lê Long (1990), Chơng trình 26-C, Nghiên cứu ứng dụng tiến bộ khoa
học kỹ thuật cho cấp thoát nớc và xử lý phân rác tại các thành phố lớn ở Việt
Nam.
8. TS Nguyễn Ngọc Dung, Quản lý tổng hợp tài nguyên nớc ngầm vùng Hà Nội
đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nớc của đô thị.
9. Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam (27/12/2010), Khai thác
nớc ngầm Hà Nội-Báo động về tình trạng ô nhiễm và sụt lún mặt đất.
10. Công ty thiết kế cấp thoát nớc - Bộ Xây dựng (1993), ATLAS cấp nớc đô
thị Việt Nam, Hà Nội.
11. Công ty nớc và môi trờng Việt Nam- Bộ Xây dung (2005), Dự án xây dung
nhà máy nớc sử dụng nguồn nớc mặt Sông Hồng, Hà Nội.
12. Nguyễn Trọng Dơng, Phạm Ngọc Bảo (2005), Vận hành và bảo dỡng hệ
thống cấp nớc, nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
13. Hội cấp thoát nớc Việt Nam (2005), Tạp chí cấp thoát nớc 9/2005, Hà Nội,
14. Hoàng Huệ (1993), Giáo trình cấp thoát nớc, nhà xuất bản Xây dựng, Hà
Nội.


105

15. Bộ Xây dựng (1999), Định hớng phát triển cấp nớc đô thị đến năm 2020,
nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
16. Trịnh Xuan Lai (2004), Xử lý nớc Cấp nớc cho sinh hoạt và công nghiệp,

nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
17. Phạm Trọng Mạnh (2002), Quản lý đô thị, nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
18. Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, ứng Quốc Dũng, Nguyễn văn Tín
(1996), Cấp thoát nớc, nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
19. Tài liệu do nhà máy nớc Hạ Đình cấp 06/2010.
20. Tài liệu do Công ty kinh doanh nớc sạch số 2 cung cấp năm 2010.