Giải pháp giám sát vận hành hệ thống mạng lưới thoát nước

Mạng lưới thoát nước đô thị là hạ tầng cốt lõi đảm bảo hoạt động bình thường của thành phố, trạng thái vận hành của nó có mối liên hệ trực tiếp với an toàn môi trường nước, hiệu quả phòng chống ngập úng và chất lượng cuộc sống của người dân.

Cùng với việc triển khai các chính sách như “Hành động nâng cao trình độ cơ sở hạ tầng môi trường (2023-2025)”, kết hợp yêu cầu quản lý tích hợp “Nhà máy – Mạng lưới – Sông (Hồ)”, phương thức quản lý truyền thống dựa vào kiểm tra thủ công đã khó đáp ứng các rủi ro vận hành phức tạp và nhu cầu quản lý tinh gọn, chính xác.

Giải pháp giám sát vận hành mạng lưới thoát nước dựa trên các công nghệ tiên tiến như IoT, dữ liệu lớn, GIS và số hóa mô phỏng (Digital Twin) đang chuyển đổi quản lý từ xử lý thụ động sang cảnh báo chủ động, vừa đảm bảo an toàn vận hành mạng lưới, vừa đáp ứng yêu cầu phục vụ dân sinh, cung cấp nền tảng vững chắc cho quản lý thông minh toàn chu kỳ và toàn diện.

I. Nhắm trúng “điểm đau” ngành: Giải mã 10 nhu cầu cốt lõi của quản lý mạng lưới

Hiện nay, quản lý mạng lưới thoát nước đô thị đang đối mặt với thực trạng chính sách chưa triển khai đầy đủ, cảnh báo rủi ro chậm trễ, khó đánh giá hiệu quả cải tạo… 10 nhu cầu cốt lõi sau đây phản ánh chính xác các “điểm đau” của ngành:

1. Nhu cầu triển khai chính sách: Làm thế nào để đảm bảo kết nối chính xác với các quy định như “Quy định về thoát nước đô thị và xử lý nước thải” hay “Tiêu chuẩn thiết kế thoát nước ngoài trời”, chuyển đổi các chỉ tiêu cải tạo mạng lưới, phân lưu mưa – nước thải và xây dựng hạ tầng thông tin thành các biện pháp quản lý thực thi được?
2. Nhu cầu cảnh báo khẩn cấp: Mưa cực đoan, đường ống già cỗi có thể gây ra ngập úng, tràn cống, sạt lở, mang tính bất ngờ và nguy hại cao, làm thế nào để cảnh báo cấp phút, giúp cứu trợ kịp thời?
3. Nhu cầu đánh giá hiện trạng: Mạng lưới phần lớn ngầm sâu dưới đất, dữ liệu không rõ ràng, trạng thái vận hành chưa biết; làm sao nắm chắc vận hành thực tế và đánh giá năng lực chịu tải của hệ thống?
4. Nhu cầu chẩn đoán rủi ro: Các nguy cơ như tắc nghẽn, ăn mòn, kết nối sai hoặc trộn lẫn nước mưa – nước thải thường khó phát hiện, làm sao chủ động rà soát rủi ro tiềm ẩn, tránh từ vấn đề nhỏ phát triển thành sự cố lớn?
5. Nhu cầu quản lý dòng chảy hỗn hợp: Khi mưa, nước mưa trộn vào hệ thống nước thải dễ gây quá tải nhà máy xử lý, làm thế nào để tính toán chính xác tỷ lệ hỗn hợp, hỗ trợ cải tạo phân lưu mưa – nước thải?
6. Nhu cầu kiểm tra dòng chảy xâm nhập: Nước ngoài xâm nhập làm giảm hiệu quả thu gom nước thải, làm sao xác định khu vực bị xâm nhập nặng, tiến hành sửa chữa và quản lý có mục tiêu?
7. Nhu cầu giám sát hộ thoát nước: Doanh nghiệp công nghiệp, nhà hàng… có dao động lớn về lưu lượng và chất lượng nước xả thải, làm sao giám sát động, ngăn chặn hành vi xả thải trái phép?
8. Nhu cầu điều phối trạm bơm: Khi nhiều trạm bơm phối hợp, làm sao đảm bảo áp lực đồng đều trong mạng lưới, tránh hư hỏng đường ống hoặc ngập úng do điều phối sai?
9. Nhu cầu đánh giá hiệu quả cải tạo: Cải tạo mạng lưới tốn hàng chục triệu nhân dân tệ, làm sao xác minh hiệu quả cải tạo khoa học, thực hiện quản lý vòng khép kín “đầu tư hiệu quả – cải tạo có thành quả”?
10. Nhu cầu hỗ trợ mô hình hóa: Mô hình mạng lưới thoát nước là công cụ quyết định lập kế hoạch, làm sao cung cấp dữ liệu giám sát chính xác, liên tục, đảm bảo hiệu chỉnh mô hình và ứng dụng thực tế?

II. Thực trạng cốt lõi: 4 nút thắt của mô hình truyền thống

Quản lý mạng lưới thoát nước hiện nay vẫn bị giới hạn bởi những hạn chế cố hữu của mô hình truyền thống, khó đáp ứng yêu cầu quản lý thông minh và bảo đảm dân sinh:

1. Giám sát không liên tục: Kiểm tra thủ công chu kỳ dài, phạm vi hẹp, khó nắm bắt thay đổi trạng thái tức thời, dễ dẫn đến nhận định rủi ro sai hoặc bỏ sót, ảnh hưởng đến cuộc sống người dân.
2. Dữ liệu không chính xác: Quá phụ thuộc vào kinh nghiệm cá nhân hoặc chỉ số đơn lẻ, thiếu hỗ trợ dữ liệu đa chiều, khiến quyết định chưa khoa học, khó giải quyết chính xác vấn đề dân sinh.
3. Phản ứng không kịp thời: Khi sự cố xảy ra, cần nhân lực đến hiện trường xác minh, xử lý chậm dễ làm tình trạng lan rộng, tác động xấu đến môi trường sống.
4. Quản lý phân mảnh: Dữ liệu mạng lưới, trạm bơm, nhà máy xử lý nước thải tách rời, thiếu điều phối thống nhất, khó hình thành hiệu quả quản lý tổng thể.

Ngoài ra, ở một số khu vực, tài liệu cơ sở hạ tầng chưa đầy đủ, mức độ số hóa thấp, cải tạo mạng lưới cũ khó khăn, làm tăng thách thức quản lý và áp lực bảo đảm dân sinh.

Ba, Nguyên lý hoạt động giám sát thông minh: Dựa trên dữ liệu để quản lý toàn bộ quy trình

Giải pháp giám sát vận hành mạng lưới thoát nước đô thị lấy “nhận biết toàn vùng, tích hợp dữ liệu, phân tích thông minh, xử lý chính xác” làm cốt lõi, đồng thời cân bằng giữa đổi mới công nghệ và phục vụ dân sinh, xây dựng hệ thống quản lý thông minh toàn quy trình, giải quyết các khó khăn của quản lý truyền thống:

Nhận biết chính xác mọi lúc: Triển khai thiết bị giám sát thông minh tại các điểm then chốt của mạng lưới, khu vực dễ ngập úng, cửa ra vào trạm bơm, thu thập và báo cáo dữ liệu các chỉ số cốt lõi như mực nước, lưu lượng ở cấp độ phút; đồng thời giám sát các thông số chất lượng nước, bù đắp hoàn toàn những hạn chế về tính liên tục và toàn cảnh của giám sát thủ công, cung cấp dữ liệu thời gian thực làm cơ sở cho quyết định quản lý.

Phân tích truy nguyên chất lượng nước: Thông qua phân tích liên kết dữ liệu chất lượng nước từ nhiều điểm, xác định chính xác các dấu hiệu xả thải bất thường, nhanh chóng khoanh vùng nguồn ô nhiễm, cung cấp hướng dẫn chính xác cho công tác thực thi pháp luật môi trường và quản lý xả thải, ngăn chặn rủi ro ô nhiễm từ gốc.

Phân tích thông minh trực quan: Dựa trên hệ thống thông tin địa lý GIS và công nghệ số song sinh (digital twin) để xây dựng bản đồ “tổng thể các công trình thoát nước”, tích hợp dữ liệu thu thập đồng bộ từ nhiều điểm, xử lý phân tích bằng thuật toán big data, trực quan hóa trạng thái vận hành mạng lưới dưới dạng biểu đồ, bản đồ nhiệt… giúp tự động nhận diện vấn đề topo mạng lưới, trực quan hóa rủi ro vận hành, cung cấp cơ sở chính xác cho việc xử lý các vấn đề thoát nước liên quan đến dân sinh.

Xử lý rủi ro trước thời hạn: Cung cấp cho bộ phận bảo dưỡng mạng lưới các công cụ quản lý trực quan đa thiết bị như PC, mini app, đồng thời gửi cảnh báo rủi ro tràn, tắc nghẽn theo thời gian thực, hỗ trợ nhân sự quản lý lập kế hoạch xử lý chính xác, chuyển từ trạng thái “ứng phó thụ động” sang “phòng ngừa chủ động”.

Hỗ trợ hiệu chỉnh mô hình: Thiết bị phía trước liên tục cung cấp dữ liệu giám sát chất lượng cao, làm cơ sở hiệu chỉnh động cho mô hình mạng lưới thoát nước, nâng cao độ chính xác ứng dụng của mô hình trong cảnh báo sự cố, đánh giá hiện trạng, lập kế hoạch cải tạo, giúp các quyết định quản lý mạng lưới trở nên khoa học và có tầm nhìn chiến lược.

Bốn, Quy trình triển khai toàn chu kỳ: Từ triển khai cảm biến đến nâng cao hiệu quả

Giải pháp tuân theo quy trình triển khai toàn chu kỳ “lập kế hoạch khoa học – triển khai chính xác – tích hợp dữ liệu – ứng dụng thông minh – tối ưu liên tục”, vừa đảm bảo hiệu quả thi công, vừa quan tâm đến tác động đến dân sinh:

• Bước 1: Tiến hành khảo sát hiện trạng mạng lưới, tập trung rà soát các mạng lưới cũ, khu vực dân cư đông đúc, kết hợp yêu cầu chính sách và nhu cầu quản lý, lập kế hoạch khoa học bố trí các điểm giám sát.
• Bước 2: Triển khai thiết bị giám sát thông minh và thiết bị xử lý biên (edge computing), áp dụng phương pháp lắp đặt xâm lấn tối thiểu để giảm thiểu ảnh hưởng đến việc đi lại và môi trường sinh hoạt của người dân, thực hiện xử lý dữ liệu tại chỗ và truyền tải ổn định, thích ứng với các môi trường lắp đặt phức tạp như khu vực đô thị cũ.
• Bước 3: Xây dựng nền tảng giám sát tích hợp, tổng hợp dữ liệu đa nguồn từ mạng lưới, trạm bơm, các hộ xả thải, thiết lập tiêu chuẩn dữ liệu thống nhất, phá bỏ rào cản thông tin, nâng cao hiệu quả phối hợp giữa các khâu.
• Bước 4: Triển khai các chức năng cảnh báo thông minh, phân công công việc, điều phối quản lý, thực hiện quản lý khép kín toàn bộ quy trình xử lý rủi ro, rút ngắn chu kỳ xử lý các vấn đề thoát nước liên quan đến dân sinh.
• Bước 5: Dựa trên dữ liệu giám sát và kết quả vận hành, liên tục tối ưu vị trí các điểm giám sát và tham số mô hình, nâng cao hiệu quả quản lý động, cung cấp cơ sở dữ liệu hỗ trợ cải tạo mạng lưới cũ, các dự án dân sinh phòng chống ngập úng và bảo đảm thoát nước.

Năm, Thiết bị giám sát cốt lõi: Công nghệ nâng cao khả năng cảm nhận chính xác

Giải pháp được trang bị toàn bộ dòng thiết bị giám sát thông minh tự chủ, vừa đảm bảo độ chính xác giám sát, vừa thích ứng với nhu cầu dân sinh, đáp ứng các kịch bản giám sát đa dạng, đảm bảo dữ liệu thu thập chính xác và đáng tin cậy:

• Máy đo mực nước radar: Sử dụng công nghệ đo không tiếp xúc, không bị ảnh hưởng bởi chất lượng nước hay tạp chất, có thể giám sát chính xác độ cao mực nước trong mạng lưới, phòng ngừa hiệu quả rủi ro ngập úng, phù hợp với môi trường mạng lưới phức tạp.
• Máy đo lưu lượng đa chức năng siêu âm radar: Ghi nhận dữ liệu đa chiều như tốc độ dòng chảy, mực nước, lưu lượng theo thời gian thực, độ chính xác cảm nhận cao, cung cấp dữ liệu nền tảng cho phân tích tỷ lệ trộn nước mưa – nước thải và kiểm tra xâm nhập ngoại sinh.
• Thiết bị giám sát chất lượng nước đa thông số: Tích hợp cảm biến bù nhiệt độ, giám sát chính xác các chỉ số chất lượng nước như điện dẫn, phát hiện kịp thời các tín hiệu xả thải bất thường, hỗ trợ công tác truy nguồn ô nhiễm.
• Máy đo lưu lượng điện từ cho ống không đầy: Độ chính xác đo đạt ±1,5%, thích ứng với các điều kiện dòng chảy không đầy ống, giải quyết triệt để các vấn đề thiết bị truyền thống dễ tắc, chi phí bảo trì cao, đồng thời giá thành chỉ bằng 20%-25% so với sản phẩm quốc tế cùng loại, kết hợp độ chính xác và lợi thế kinh tế.
• Robot kiểm tra CCTV: Có thể xâm nhập vào các ống hẹp, môi trường độc hại, hoạt động liên tục, thông qua hình ảnh độ phân giải cao phản hồi trực tiếp các khuyết tật như bùn tích tụ, ăn mòn, hư hỏng bên trong ống, giảm thiểu rủi ro lao động thủ công và nâng cao độ chính xác kiểm tra nguy cơ tiềm ẩn.

Sáu, Hệ thống cốt lõi: Nền tảng giám sát tích hợp củng cố trung tâm quản lý

Nền tảng giám sát mạng lưới thoát nước là trung tâm điều hành của toàn bộ giải pháp, thực hiện tích hợp dữ liệu đa chiều và ứng dụng thông minh, xây dựng hệ thống quản lý tích hợp “nguồn – mạng – trạm – nhà máy – sông”:

• Nền tảng có các chức năng cốt lõi: thu thập và lưu trữ dữ liệu, hiển thị trực quan, cảnh báo thông minh, điều phối quản lý, đánh giá hiệu suất, hỗ trợ chia sẻ dữ liệu và phối hợp đa phòng ban, đặc biệt tăng cường năng lực phục vụ dân sinh.
• Thông qua tích hợp dữ liệu vận hành mạng lưới, điều khiển trạm bơm, giám sát hộ xả thải, nền tảng có thể tự động nhận diện 6 loại tình huống bất thường liên quan dân sinh, bao gồm rò rỉ mạng lưới cũ, ngập úng khu dân cư, và ưu tiên tạo phiếu xử lý.
• Đồng thời, nền tảng hỗ trợ quản lý ngưỡng cảnh báo động, điều phối giữa các nhà máy xử lý nước thải, giúp quản lý thực hiện điều chỉnh chính xác.
• Về đánh giá hiệu suất, nền tảng có thể dựa trên dữ liệu giám sát xây dựng hệ thống đánh giá định lượng, từ các chỉ số: hiệu quả thu gom nước thải, hiệu quả xử lý rủi ro, khả năng chịu tải mạng lưới, mức độ hài lòng dân sinh, giúp xác thực khoa học hiệu quả cải tạo mạng lưới, cung cấp cơ sở dữ liệu cho tối ưu hóa vốn đầu tư và lập kế hoạch các dự án dân sinh về nước.
• Nền tảng hỗ trợ truy cập linh hoạt đa thiết bị, giúp quản lý theo dõi trạng thái vận hành mạng lưới mọi lúc, mọi nơi, nâng cao hiệu quả xử lý các vấn đề thoát nước liên quan dân sinh.

Bảy, Các ví dụ ứng dụng điển hình: Công nghệ bảo vệ an toàn nguồn nước đô thị

Dự án cải tạo và giám sát mạng lưới thoát nước khu vực đô thị cũ:
Nhằm giải quyết các vấn đề dân sinh như mạng lưới cũ, thoát nước kém, dự án xây dựng nền tảng quản lý vận hành thoát nước toàn khu vực, lắp đặt hơn 1.000 điểm giám sát tại các khu dân cư, trường học, bệnh viện trong phạm vi 250 km², bao phủ 3.797,5 km mạng lưới thoát nước.
Nhờ cảm biến toàn vùng và phân tích thông minh, các rủi ro rò rỉ mạng lưới cũ, ngập úng nội khu được cảnh báo tự động, phiếu xử lý được ưu tiên phát hành, giúp rút ngắn đáng kể thời gian xử lý sự cố thoát nước dân sinh. Đây là trường hợp điển hình kết hợp cải tạo mạng lưới cũ và giám sát thông minh, chuyển đổi quản lý thoát nước từ “kiểm tra thủ công” sang “giám sát thông minh”.

Ứng dụng nền tảng nước thông minh tại các khu dân sinh đô thị:
Tích hợp 670 km mạng lưới mưa – nước thải trong khu đô thị, trọng tâm triển khai 160 bộ thiết bị giám sát, 134 máy đo mực nước và 8 trạm giám sát ngập úng trực tuyến tại các khu dân cư, phố thương mại. Hệ thống tạo thành giám sát toàn diện.
Trong nhiều trận mưa lớn năm 2024, nền tảng đã điều phối xử lý chính xác, ưu tiên đảm bảo thoát nước tại khu dân cư, trường học. Kết quả, sau nửa giờ mưa, tất cả các khu dân sinh trong đô thị được thoát nước hoàn toàn, không xảy ra ngập nghiêm trọng, nâng cao đáng kể khả năng phòng chống ngập úng đô thị và mức độ bảo đảm dân sinh.

Dự án cải tạo mạng lưới quanh sông phục vụ dân sinh:
Để xử lý vấn đề rò rỉ nước thải quanh sông mà cư dân phản ánh, dự án sử dụng robot kiểm tra CCTV để giám sát toàn bộ 8,2 km ống nước thải, xác định chính xác các khuyết tật như bùn tích tụ, hư hỏng, kết hợp với dữ liệu giám sát để lập phương án sửa chữa không đào hở.
Giải pháp này giảm thiểu ảnh hưởng thi công tới đời sống dân cư, ngăn chặn rò rỉ nước thải vào sông từ nguồn, vừa bảo đảm thông suốt mạng lưới và môi trường sinh thái sông, vừa giải quyết các vấn đề dân sinh xung quanh, tạo mẫu chuẩn có thể nhân rộng cho việc quản lý mạng lưới theo hướng sinh thái kết hợp bảo đảm dân sinh.

ừ việc thực thi chính sách đến cảnh báo rủi ro, từ đánh giá hiện trạng đến nâng cao hiệu quả, giải pháp giám sát vận hành mạng lưới thoát nước đô thị tận dụng sức mạnh công nghệ để giải quyết các điểm đau của ngành, đồng thời cân bằng giữa đổi mới công nghệ, hiệu quả thi công và dịch vụ dân sinh, xây dựng hệ thống quản lý thông minh toàn chu kỳ.

Thông qua cảm biến chính xác, phân tích thông minh và điều phối tích hợp, giải pháp không chỉ xây dựng hàng rào an toàn vững chắc cho cơ sở hạ tầng thoát nước ngầm đô thị, giải quyết hiệu quả các vấn đề dân sinh liên quan đến cải tạo mạng lưới cũ, phòng chống ngập úng, mà còn hỗ trợ nâng cao hiệu quả xử lý nước thải và bảo vệ môi trường nước, tạo nền tảng vững chắc cho nâng cao chất lượng cuộc sống cư dân và xây dựng đô thị đáng sống.