Bài viết Đánh giá hiệu quả kiểm soát nước mưa của các công trình thoát nước bền vững: Áp dụng cho khu vực Thượng Thanh, Gia Lâm, Hà Nội tập trung vào việc (1) đề xuất các công trình LID áp dụng cho khu vực Thượng Thanh, Hà Nội; (2) Đánh giá hiệu quả giảm dòng chảy nước mưa của giải pháp LID đề xuất.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KIỂM SOÁT NƯỚC MƯA CỦA CÁC CƠNG TRÌNH THỐT NƯỚC BỀN VỮNG: ÁP DỤNG CHO KHU VỰC THƯỢNG THANH, GIA LÂM, HÀ NỘI Đặng Minh Hải Trường Đại học Thủy lợi, email: hai_ctn@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Q trình thị hóa làm gia tăng diện tích bề mặt khơng thấm nước lưu vực thoát nước.Kết giảm thời gian tập trung dòng chảy tăng lưu lượng dòng chảy đỉnh vào hệ thống thoát nước, gây tải cho hệ thống nước Nhằm kiểm sốt dịng chảy nước mưa lưu vực diễn trình thị hóa, giải pháp nước bền vững (LID-Low Impact Development) sử dụng rộng rãi giới Nguyên lý LID giữ lại dòng chảy nước mưa thơng qua q trình trữ, thấm bốc lưu vực Hiệu kiểm sốt dịng chảy nước mưa cơng trình LID nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới mơ hình vật lý mơ hình số Các giải pháp LID giảm lưu lượng dịng chảy đỉnh vào hệ thống thoát nước từ 10% đến 50% Hiệu kiểm sốt dịng chảy nước mưa giải pháp LID mưa thời đoạn ngắn tốt so với mưa thời đoạn dài Ở Việt Nam, đánh giá hiệu giải pháp LID mái nhà xanh, ô chứa sinh học lát bề mặt vật liệu thấm nước tới việc giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa lưu vực Thị Nghè, thành phố Hồ Chí Minh thực Loc et al.[1] Các cơng trình giảm lưu lượng đỉnh từ 3% đến 20% Tuy nhiên, nghiên cứu tương tự lưu vực khác cịn hạn chế Thêm vào đó, đánh giá hiệu cơng trình LID trận mưa thiết kế khác chưa thực Bài báo tập trung vào việc (1) đề xuất cơng trình LID áp dụng cho khu vực Thượng Thanh, Hà Nội; (2) Đánh giá hiệu giảm dòng chảy nước mưa giải pháp LID đề xuất PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vùng nghiên cứu Vùng nghiên cứu thuộc lưu vực sơng Cầu Bây, Hà Nội Địa hình có hướng dốc từ Tây Bắc đến Đơng Nam Cao độ địa hình thay đổi từ +7.2m đến +3.2m Khí hậu khu vực nhiệt đới gió mùa Mùa khô tháng 11 đến tháng 4, mùa mưa tháng đến tháng 10, chiếm 80% lượng mưa năm Nước mưa nước thải khu vực đổ sông Cầu Bây, sau đổ vào sơng Bắc Hưng Hải cống Xn Thụy Sơng Cầu Bây có chiều dài 12.7km, chiều rộng biến đổi từ 10m đến 32m Quá trình thị hóa nhanh chóng làm gia tăng diện tích khơng thấm nước khu vực Thượng Thanh, gây ngập lụt thường xun 2.2 Mơ hình SWMM 5.1 Mơ hình SWMM 5.1 mơ hình thủy văn thủy lực bán phân bố [2] Lưu lượng dòng chảy tiểu lưu vực xác định theo mơ hình hồ chứa phi tuyến Dòng chảy hệ thống truyền dẫn diễn tốn theophương trình Saint - Venant chiều cho dịng chảy khơng ổn định biến đổi chậm 338 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 2.3 Mơ hình mưa thiết kế Căn vào đặc điểm địa hình lưu vực Thượng Thanh, thời đoạn mưa thiết kế chọn 3h Mơ hình mưa thiết kế tương ứng với chu kỳ lặp lại khác (2 năm, 10 năm 100 năm) xác định theo bước sau: (1) Tính cường độ mưa theo phương pháp cường độ giới hạn theo TCVN 7957:2008; (2) Tính độ sâu mưa tương ứng với thời đoạn mưa;(3)Tính khối mưa; (4) Sắp xếp khối mưa theo phương pháp khối xen kẽ Chow et al [3] với hệ số trước đỉnh lấy 0.5 2.4 Thiết lập mơ hình Mơ hình SWMM thiết lập cho tồn 5553 lưu vực sông Cầu Bây Sau hiệu chỉnh kiểm định mơ hình, khu vực phường Thượng Thanh lựa chọn để ứng dụng giải pháp LID (Hình 1) Các bước thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình mơ tả kỹ nghiên cứu Hải [4] Diện tích khu vực nghiên cứu 490.3 bao gồm 21 tiểu lưu vực học (BIOR), vật liệu phủ thấm nước (PMPV), hộp trồng (TRBX) trồng cho dịng chảy qua (FTPT).Các thơng số cơng trình LID lựa chọnđược tham khảo từ Hải (2019) Loại số lượng cơng trình LID tiểu lưu vực xác định thỏa mãn chi phí đầu tư xây dựng nhỏ hiệu giảm lưu lượng dòng chảy cao Tập hợp phương án LID tối ưu đồng thời thỏa mãn mục tiêu xác định Hải (2019) Trong báo này, sở phân tích điều kiện kinh tế xã hội khu vực, chọn phương án LID (trong tập hợp phương án tối ưu) có chi phí xây dựng 13.8 triệu USD Số lượng cơng trình LID phương án chọn gồm: 475 BIOR; 2682 FTPT; 13 PMPV; 213 TRBX KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình Đường trình lưu lượng cho trường hợp thoát nước truyền thống trường hợp ứng dụng LID với trận mưa thiết kế có chu kỳ lặp lại 10 năm Hình Sơ đồ mơ hệ thống nước lưu vực sơng Cầu Bây 2.5 Mơ LID Trên sở phân tích đặc điểm sử dụng đất, mức độ thị hóa, kế hoạch phát triển hạ tầng (giao thơng, hệ thống nước) phường Thượng Thanh, báo lựa chọn loại cơng trình LID gồm: chứa sinh Hình mơ tả diễn biến lưu lượng dịng chảy vị trí cống Lâm Thịnh, nơi dịng chảy từ lưu vực Thượng Thanh tập trung vào sông Cầu Bây cho trường hợp không áp dụng LID (truyền thống) áp dụng LID Nhận thấy, có giá trị nhỏ dạng đường trình lưu lượng áp dụng LID tương tự dạng đường trình lưu lượng mơ hình truyền thống Kết quảtương tự quan sát đường q trình dịng chảy trận mưa có chu kỳ lặp lại 10 năm 100 năm 339 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Bảng Kết mơ ứng với trận mưa có chu kỳ lặp lại khác P=2 năm TT Thông số Truyền thống LID P=10 năm Thay Truyền đổi thống LID P=100 năm Thay Truyền đổi thống LID Thay đổi 173 Lượng mưa (mm) 90 90 124 124 173 Tổng lượng dòng chảy (103 m3) 50.7 44.9 5.8 76.6 68.2 8.4 114.2 Lưu lượng đỉnh (l/s) 1901 1517 384 3196 2626 569 5643.3 4689.4 953.9 Thời gian tập trung dòng chảy (phút) 200 300 -100 240 250 10 210 220 10 Thời gian sinh dòng chảy (phút) 150 160 -10 150 160 -10 140 150 -10 Bảng so sánh đặc trưng đường trình lưu lượng trường hợp thoát nước truyền thống trường hợp áp dụng LID Lượng mưa 3h tương ứng với chu kỳ lặp lại năm, 10 năm 100 năm 90mm, 124mm 173mm Khi áp dụng mơ hình LID, tổng lượng dịng chảy giảm 11% so với nước truyền thống cho hai trận mưa có chu kỳ lặp lại năm 10 năm Hiệu giảm tổng lượng dòng chảy tăng lên 13% trận mưa có chu kỳ lặp lại 100 năm Khi chu kỳ lặp lại trận mưa tính tốn tăng lên hiệu kiểm sốt lưu lượng đỉnh giảm Cụ thể là, hiệu giảm lưu lượng đỉnh 20%, 18% 17% tương ứng với trận mưa tính tốn có chu kỳ lặp lại năm, 10 năm 100 năm Thời gian tập trung dòng chảy tăng lên đáng kể (100 phút) trận mưa có chu kỳ lặp lại năm tăng lên khơng nhiều trận mưa có chu kỳ lặp lại 10 năm 100 năm (10 phút) Thời gian sinh dòng chảy tăng 10 phút trận mưa tính tốn thay đổi Như vậy, chu kỳ mưa tăng lên hiệu giảm lưu lượng dòng chảy đỉnh giảm hiệu giảm tổng lượng dòng chảy lại tăng KẾT LUẬN Hiệu kiểm sốt dịng chảy nước mưa giải pháp LID ô chứa sinh học (BIOR), vật liệu phủ thấm nước (PMPV), hộp trồng (TRBX) ô trồng cho dòng 99.56 14.64 chảy qua (FTPT)được đánh giá việc sử dụng mơ hình SWMM 5.1 Kết cho thấy chu kỳ lặp lại trận mưa 3h thay đổi từ năm, 10 năm 100 năm đặc trưng đường trình lưu lượng dịng chảy nước mưa khu vực Thượng Thanh thay đổi Hiệu kiểm sốt dịng chảy đỉnh 20% (chu kỳ lặp lại năm), 18%(chu kỳ lặp lại 10 năm) 17% (chu kỳ lặp lại 100 năm), cao so với hiệu kiểm soát tổng lượng (10%-13%) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Loc H, Babel M, Weesakul S, Irvine K, Duyen P.2015 Exploratory Assessment of SUDS Feasibility in Nhieu Loc - Thi Nghe Basin, Ho Chi Minh City, Vietnam British Journal of Environment and Climate Change, 5(2):91-103 [2] Lewis A Rossman Storm Water Management Model User’s Manual, Version 5.0 2010.United States Environment Protection Agency EPA/600/R - (July): 285 [3] Chow VT, Maidment DR, Mays LW.1988 Applied Hydrology Mc Graw-Hill [4] Hải ĐM.2019 Bố trí lựa chọn tối ưu cơng trình nước bền vững cho lưu vực sơng Cầu Bây, Gia Lâm, Hà Nội Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, 65 340 ... thiết lập cho tồn 5553 lưu vực sông Cầu Bây Sau hiệu chỉnh kiểm định mơ hình, khu vực phường Thượng Thanh lựa chọn để ứng dụng giải pháp LID (Hình 1) Các bước thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định... lưu vực Thượng Thanh tập trung vào sông Cầu Bây cho trường hợp không áp dụng LID (truyền thống) áp dụng LID Nhận thấy, có giá trị nhỏ dạng đường trình lưu lượng áp dụng LID tương tự dạng đường trình. .. dịng chảy nước mưa khu vực Thượng Thanh thay đổi Hiệu kiểm sốt dịng chảy đỉnh 20% (chu kỳ lặp lại năm), 18%(chu kỳ lặp lại 10 năm) 17% (chu kỳ lặp lại 100 năm), cao so với hiệu kiểm soát tổng