Luận án: Nâng cao quản lý hệ thống nước sạch bằng GIS tại Công ty Nước sạch số 2 Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Tr-êng ®¹i häc kinh tÕ quèc d©n  CHU THÞ HåNG H¶I NGHI£N CøU GI¶I PH¸P N¢NG CAO HIÖU QU¶ QU¶N Lý HÖ ThèNG CUNG CÊP N¦íc s¹ch dùa trªn hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (gis) - thö nghiÖm t¹i c«ng ty n-íc s¹ch sè 2 hµ néi Hµ Néi - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Tr-êng ®¹i häc kinh tÕ quèc d©n  CHU THÞ HåNG H¶I NGHI£N CøU GI¶I PH¸P N¢NG CAO HIÖU QU¶ QU¶N Lý HÖ ThèNG CUNG CÊP N¦íc s¹ch dùa trªn hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (gis) - thö nghiÖm t¹i c«ng ty n-íc s¹ch sè 2 hµ néi Chuyªn ngµnh: HÖ thèng th«ng tin qu¶n lý M· sè: 62340405 Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: 1. TrÇn ThÞ Thu Hµ Hµ Néi - 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi đã đọc và hiểu về các hành vi vi phạm sự trung thực trong học thuật. Tôi cam kết bằng danh dự cá nhân rằng nghiên cứu này do tôi tự thực hiện và không vi phạm yêu cầu về sự trung thực trong học thuật. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh TS.

Trần Thị Thu Hà Chu Thị Hồng Hải ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể Lãnh đạo và các thầy, cô giáo Trường Đại học Kinh tế Quốc dân, nhất là các thầy cô Khoa Tin học Kinh tế và Viện Đào tạo Sau Đại học. Tác giả đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến PGS. Nguyễn Văn Vỵ và TS.Trần Thị Thu Hà đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành bản luận án này. Tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo, cán bộ nhân viên Phòng Kế hoạch - Kỹ thuật, Xí nghiệp Tư vấn Thiết kế của Công ty Nước sạch số 2 Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập nghiên cứu và thử nghiệm.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các chuyên gia, cán bộ, nhân viên đã tham gia trả lời phỏng vấn, trả lời phiếu điều tra, cung cấp thông tin bổ ích để tác giả hoàn thành bản luận án này. Tác giả gửi lời cảm ơn đến các cộng sự, đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã ủng hộ, tạo điều kiện, chia sẻ khó khăn và thường xuyên khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để tác giả hoàn thành bản luận án. Xin trân trọng cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC HÌNH VẼ.

viii DANH MỤC BIỂU BẢNG. 1 CHƯƠNG 1- QUẢN LÝ HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC SẠCH DỰA TRÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ. Quản lý hệ thống cung cấp nước sạch. Sơ lược lịch sử phát triển HTCCNS trên thế giới và ở Việt Nam.

Hệ thống cung cấp nước. Nhiệm vụ và định hướng cấp nước của Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn 2050. Các bên liên quan đến cấp nước sinh hoạt. Những bài toán quản lý đặt ra cho HTCCNS.

Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý. Định nghĩa GIS. Các khái niệm liên quan. GIS thủ công và GIS trên máy tính.

Lịch sử ứng dụng GIS. Các thành phần của GIS. Cơ sở dữ liệu GIS. Các chức năng của GIS.

Ưu điểm – những tồn tại của GIS. Xu thế ứng dụng GIS trên thế giới. Những vấn đề cho các CTCCNS khi xây dựng GIS. Công tác chuẩn bị.

Vấn đề trong triển khai và phát triển GIS. Vấn đề chi phí của xây dựng GIS. Các công nghệ hỗ trợ GIS. Triển khai một bài toán ứng dụng GIS.

Kết luận chương. 70 CHƯƠNG 2 - THỰC TRẠNG QUẢN LÝ KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG GIS TẠI CÁC CÔNG TY CUNG CẤP NƯỚC SẠCH VIỆT NAM. Một số khái niệm về hoạt động kỹ thuật của các CTCCNS. Bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa.

Quy trình quản lý và vận hành. Các rủi ro và nguy hại. Các qui trình quản lý kỹ thuật trong HTCCNS. Quản lý mạng lưới truyền dẫn.

Quản lý mạng lưới phân phối. Quản lý mạng lưới đường ống dịch vụ. Quy trình xác định và xử lý ô nhiễm trên mạng lưới cấp nước. Thực trạng quản lý kỹ thuật và những vấn đề của các CTCCNS.

Rủi ro trong hoạt động kỹ thuật. Phương pháp xác định rủi ro. Phân tích đánh giá rủi ro trong HTCCNS ở Việt Nam. Các biện pháp kiểm soát và phòng ngừa rủi ro.

Ứng dụng GIS trong hoạt động nghiệp vụ của các CTCCNS. Đối tượng và phương pháp điều tra. Các kết quả điều tra. Nhận xét về thực trạng ứng dụng GIS.

Một số khuyến nghị về ứng dụng GIS vào quản lý HTCCNS. Các vấn đề và các nội dung cần ứng dụng GIS. Một số vấn đề hạn chế việc triển khai GIS ở các CTCCNS Việt Nam. Kết luận chương.

90 CHƯƠNG 3 - MÔ HÌNH PHÁT TRIỂN GIS VÀ XÂY DỰNG KHUNG CSDL GIS CHO QUẢN LÝ HTCCNS Ở VIỆT NAM. Mô hình phát triển một hệ thống GIS. Triển khai các ứng dụng GIS. Mô hình tổng quát phát triển một hệ thống GIS.

Mô hình kiến trúc GIS cho quản lý HTCCNS Việt Nam. Mô hình kiến trúc hệ thống phần cứng. Kiến trúc hệ thống phần mềm và các tiêu chuẩn kỹ thuật. Một số yêu cầu cơ bản.

Một số yêu cầu về tầng dữ liệu. Xây dựng khung CSDL GIS quản lý HTCCNS. Phương pháp nghiên cứu. Thiết kế khung CSDL GIS cho quản lý HTCCNS.

Kết luận chương. 118 CHƯƠNG 4 - ỨNG DỤNG GIS CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ BẢO TRÌ - MỞ RỘNG MẠNG LƯỚI TỐI ƯU VÀ CẢNH BÁO Ô NHIỄM NƯỚC TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC SẠCH. Thiết kế thay thế, mở rộng mạng lưới cấp nước tối ưu. Phát biểu bài toán.

Lập mô hình chung của bài toán. Thuật toán cho bài toán đặt ra. Sử dụng cơ sở dữ liệu GIS. Thiết lập mô hình cụ thể cho bài toán.

Giới thiệu bộ công cụ giải bài toán. Sơ đồ tiến trình giải bài toán. Kết quả thử nghiệm giải bài toán với các dữ liệu thực. Ứng dụng GIS cho bài toán cảnh báo ô nhiễm nước.

Mô tả bài toán. Giải pháp cho bài toán đặt ra. Các bước xây dựng giải pháp. Thực hiện bài toán với công cụ được xây dựng và kết quả.

Kết luận chương. 144 vi TÀI LIỆU THAM KHẢO. 154 Phụ lục 1: Tài liệu pháp quy về cấp nước an toàn. 154 Phụ lục 2: Nhiệm vụ và định hướng cấp nước của Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn 2050 [31].

154 Phụ lục 3: Mức độ của các bên liên quan đến cấp nước sinh hoạt. 157 Phụ lục 4: Quản lý kỹ thuật các hệ thống mạng cấp nước. 160 Phụ lục 5: Các rủi ro có cấp độ nguy hại trên 11 trong HTCCNS ở Việt Nam. 162 Phụ lục 6: Các biện pháp kiểm soát rủi ro và phòng ngừa.

164 Phụ lục 7: Danh mục các chuẩn áp dụng. 169 Phụ lục 8: Khung CSDL quản lý HTCCNS. 177 Phụ lục 9 : Qui trình điều tra. 209 vii DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên đầy đủ Ý nghĩa (viết tắt) AWWA American Water Works Association Hiệp hội nước sạch Mỹ Bản vẽ kỹ thuật từ phần mềm CAD Computer-aided design AutoCad CNTT Công nghệ thông tin CSDL Cơ sở dữ liệu CSTT Cơ sở tri thức CTCCNS Công ty cung cấp nước sạch DBMS Database Management System Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ESRI Environmental Systems Research Institute Viện nghiên cứu môi trường Mỹ GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu HTCCNS Hệ thống cung cấp nước sạch HTTT Information System Hệ thống thông tin LAN Local Area netwwork Mạng cục bộ MTV Một thành viên PDA Personnal Digital Asistants Thiết bị trợ giúp số cá nhân Supervisory Control And Data Điều khiển giám sát và thu thập SCADA Acquisition dữ liệu SDE Spatial Database Engine Quản lý dữ liệu không gian SQL Structure Query Language Ngôn ngữ truy vấn TCN Trước công nguyên TNHH Trách nhiệm hữu hạn UTMZone Universal Trasverse Mercator Zone Phép chiếu bản đồ WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.

Các tiêu chí trong hệ thống cấp nước Việt Nam giai đoạn 2007-2014. Khung lý thuyết cho luận án. Mô hình hệ thống cấp nước đô thị [13]. Biểu đồ tỷ lệ sử dụng dịch vụ.

Biểu đồ tỷ lệ huy động công suất. Biểu đồ tỷ lệ thất thoát nước các năm. Biểu đồ số lần vỡ đường ống trung bình các năm. Tỷ lệ thất thoát nước qua các năm trong quá khứ và kế hoạch trong tương lai.

Tác động của việc giải quyết tốt các bài toán lên các chỉ tiêu hiệu quả. Các thành phần trong hệ thống GIS [63]. Mô phỏng địa vật (đường phố, lô đất, tòa nhà) trong không gian và dữ liệu thuộc tính [63]. Hình dạng địa vật trong không gian[63].

Trụ cứu hỏa (có quan hệ không gian với các công trình khác) [63]. Các mô hình dữ liệu raster và vector[63]. So sánh các mô hình dữ liệu raster và vector[63]. Bản đồ bệnh tả ở khu Soho, London do bác sĩ John Snow thực hiện [63].

Các thành phần của GIS [12]. Mô tả quản lý dữ liệu Geodatabase. Dữ liệu dạng lớp đối tượng. Quản lý dữ liệu Shapefile.

Bảng thuộc tính của các đối tượng. Mối quan hệ giữa dữ liệu đồ họa và dữ liệu thuộc tính không gian. Các bước của chức năng nhập dữ liệu [63]. Ví dụ sơ đồ tổ chức bảo dưỡng trên mạng truyền dẫn [28].

Sơ đồ tổ chức bảo dưỡng mạng lưới phân phối [28]. Qui trình thực hiện quản lý mạng lưới dịch vụ[28]. Sơ đồ tổ chức bảo dưỡng mạng lưới dịch vụ [28]. Sơ đồ qui trình tiếp nhận thông tin để xử lý ô nhiễm [28].

Sơ đồ qui trình xử lý ô nhiễm do rò rỉ [28]. Biểu đồ hiện trạng ứng dụng GIS của CTCCNS năm 2015. Biểu đồ so sánh lý do các công ty chưa ứng dụng GIS. Biểu đồ hiện trạng ứng dụng GIS của các CTCCNS.

Sơ đồ triển khai một ứng dụng GIS. Sơ đồ mô hình tổng quát phát triển GIS. Mô hình hệ thống phần cứng GIS cho các CTCCNS. Kiến trúc tổng thể GIS cho quản lý HTCCNS.

Sơ đồ phương pháp luận xây dựng CSDL GIS [47]. Phương pháp triển khai CSDL GIS cấp nước. Các nhóm dữ liệu GIS phục vụ quản lý HTCCNS.