CHUYÊN ĐỀ THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

Các loại hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước HTTN là một tập hợp gồm các công cụ, đường ống và những công trình trên mạng lưới thực 3 chức năng chính: thu gom, vận chuyển và xử lý nư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HẠ NỘI

KHOA SAU ĐẠI HỌC

CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC

THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

Giáo viên: GS TSKH Trần Hữu Uyển Học viên: Bùi Nhật Minh

Lớp: Cao học Cấp Thoát Nước 2008

Hà Nội, 2009

CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC

ĐỀ BÀI:

Câu 1:

Các loại hệ thống thoát nước, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng?

Câu 2:

Giếng thu nước mưa cho hệ thống thoát nước chung?

Tính toán, kiểm tra, bố trí giếng thu nước mưa ứng với P=5 năm cho đoạn cống dài L = 200m; độ dốc dọc của đường i = 0,005; diện tích lưu vực F = 2,5ha.

Câu 3:

Xác định thông số cường độ mưa cho thành phố Nam Định

Với công thức tính: i=

A t+b [mm/h]; [l/s.ha]

CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC

Câu 1:

Các loại hệ thống thoát nước, ưu nhược điểm

và phạm vi áp dụng?

1 Các loại hệ thống thoát nước

Hệ thống thoát nước (HTTN) là một tập hợp

gồm các công cụ, đường ống và những công

trình trên mạng lưới thực 3 chức năng chính:

thu gom, vận chuyển và xử lý nước thải trước

khi xả ra nguồn

Tuỳ theo nguồn gốc, nước thải được phân

thành 3 loại chính:

- Nước thải sinh hoạt

- Nước thải sản xuất

- Nước mưa nhiễm bẩn

Căn cứ vào việc vận chuyển nước thải sinh

hoạt chung hay riêng mà chia ra các loại hệ

thống thoát nước sau:

- HTTN chung

- HTTN riêng

- HTTN nửa riêng

- HTTN hỗn hợp

a Hệ thống thoát nước chung

HTTN chung là loại hệ thống mà tất cả các

loại nước thải được dẫn chung trong cùng 1

hệ thống đưa đến công trình xử lý rồi xả ra

nguồn

Để giảm bớt lượng nước mưa đưa đến trạm

bơm và công trình xử lý, các giếng tràn tách

nước mưa được xây dựng ở đầu các đoạn

cống góp, cống chính nhằm tách phần lớn

lượng nước mưa của những trận mưa to kéo

dài và đổ ra nguồn tiếp nhận

(1)

(2)

TXL

(3)

(1)

(2) (1)

(2)

(5)

(6)

(9)

Hình 1.1 Sơ đồ HTTN chung

(1) cống nhánh; (2)(3) cống góp chính; (4) cống xả; (5) cống xả nước thải; (6) trạm bơm; (7) trạm xử lý; (8) giếng tràn tách nước mưa; (9) nguồn nhận.

b Hệ thống thoát nước riêng

HTTN riêng là hệ thống có 2 hay nhiều mạng lưới riêng biệt dùng để:

Vận chuyển nước thải bẩn (nước thải SH, SX, ) đưa về trạm xử lý

Vận chuyển nước thải quy ước sạch (nước mưa, một phần nước thải SX quy ước sạch) có thể xả trực tiếp

(*) Nếu nước thải sản xuất có chứa các chất độc hại, không thể dẫn chung với nước thải SH thì phải có mạng lưới thu gom riêng.

Trường hợp mỗi lại nước thải được vận chuyển trong hệ thống thoát nước riêng gọi là HTTN riêng hoàn toàn

Khi chỉ có hệ thống cống ngầm để vận chuyển nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất bẩn, còn nước thải sản xuất quy ước sạch và nước mưa cho vận chuyển theo mương hay rãnh lộ thiên đổ trực tiếp vào nguồn tiếp nhận thì được gọi là HTTN riêng không hoàn toàn

TXL (3)

(6) (4)

Sông

(2)

XNCN

(1) (2)

Hình 1.2 Sơ đồ HTTN riêng

(1) MLTN thải bẩn; (2) MLTN mưa; (3) cống góp; (4)

trạm bơm; (5) trạm xử lý; (6) cống xả.

c Hệ thống thoát nước nửa riêng

HTTN nửa riêng là hệ thống trong đó ở

những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới

độc lập có xây dựng giếng tràn tách nước

mưa

(1)

TXL (3)

(6) (4)

Sông

(2)

XNCN

(1) (2) (1) (2)

Hình 1.3 Sơ đồ HTTN nửa riêng

(1) MLTN thải bẩn; (2) MLTN mưa; (3) cống góp; (4)

trạm bơm; (5) trạm xử lý; (6) cống xả nước thải; (7)

giếng tràn tách nước mưa.

Trong thời gian đầu của trận mưa, lưu lượng

nước mưa ít, nước mưa cuốn theo cặn bẩn,

toàn bộ lượng nước mưa này được tách và

dẫn trong HTTN chung về TXL; Khi thời gian

mữa kéo dài, lượng nước mưa lớn, chất lượng

tương đối sạch, nước mưa sẽ tràn qua giếng

để đưa thẳng ra nguồn tiếp nhận

2 Ưu nhược điểm của các HTTN

a Hệ thống thoát nước chung

Ưu điểm:

- Tốt nhất về điều kiện vệ sinh vì tất cả các loại nước thải đều được xử lý, kể cả nước mưa nếu không được tách

- Chiều dài mạng lưới giảm 30-40% so vưới HTTN riêng, chi phí quản lý giảm 15-20% đối với những khu xây dựng nhà cao tầng, những khu đô thị gần nguồn nước lớn

- Chỉ tồn tại 1 HTTN nằm trong đô thị

Nhược điểm:

- Do lượng nước chảy tới trạm bơm và TXL không điều hoà nên việc quản lý vận hành hệ thống gặp nhiều khó khăn, phức tạp

- Đường kính ống lớn, mùa khô làm việc không hiệu quả, có thể gây lắng đọng, việc

sử dụng vốn đầu tư không hiệu quả

- Vốn xây dựng bỏ ra ban đầu lớn

b Hệ thống thoát nước riêng

Ưu điểm:

- Chỉ phải bơm và vận chuyển lượng nước bé nên đường kính ống nhỏ hơn

- Chế độ thuỷ lực ổn định, hiệu quả sử dụng cao

- Vốn xây dựng có thể chia thành nhiều đợt, phù hợp với nước đang phát triển

Nhược điểm:

- Tồn tại đồng thời 2 hay nhiều mạng lưới thoát nước trong đô thị

- Tổng chiều dài mạng lưới lớn

- Đảm bảo điều kiện vệ sinh kém hơn so với

HTTN chung

c Hệ thống thoát nước nửa riêng

Ưu điểm:

- Khắc phục được nhược điểm của 2 loại

HTTN chung và HTTN riêng, thu được toàn

bộ nước thải sinh hoạt và nước mưa đợt đầu

bị nhiễm bẩn để đưa về TXL

Nhược điểm:

- Vốn đầu tư xây dựng ban đầu tương đối

cao

- Phải xây dựng thêm các giếng tràn tách

nước mưa tại những điểm giao nhau của 2 hệ

thống mà sự làm việc của giếng tràn thường

không đạt hiệu quả mong muốn

3 Phạm vi áp dụng

a Hệ thống thoát nước chung

- Không thích hợp cho những khu nhà thấp

tầng, phân tán

- Thích hợp với khu đô thị, khu vực xây dựng

nhà cao tầng, có bể tự hoại trong công trình

Và thường xây dựng ở giai đoạn đầu của

HTTN riêng

- Khu đô thị gần với nguồn nước có khả năng

tiếp nhận lớn

- Điều kiện địa hình thuận lợi cho việc thoát

nước, hạn chế được số lượng trạm bơm và

công suất bơm

- Cường độ mưa q20<80 (lít/s.ha)

b Hệ thống thoát nước riêng

- HTTN riêng nên áp dụng cho những đô thị

lớn, có mức độ tiện nghi cao hoặc cho các cí

nghiệp công nghiệp

- Nguồn nước mặt có khả năng tiếp nhận

toàn bộ lượng nước mưa

- Cường độ mưa q20>80 (lít/s.ha)

- HTTN riêng không hoàn toàn phù hợp với những đô thị và cùng ngoại ô có sự chênh lệch mức tiện nghi không cao, và xây dựng trong giai đoạn đầu của HTTN

c Hệ thống thoát nước nửa riêng

- Khu đô thị có số dân > 50.000 người

- Lưu lượng của nguồn tiếp nhận bị hạn chế,

ít có dòng chảy

- Nguồn nước mặt dùng cho mục đích thể thao, giải trí

- Có yêu cầu bảo vệ nguồn nước mặt đối với lượng chất thải do nguồn nước thải mang vào

4 Kết luận

Mỗi loại HTTN chung - riêng - nửa riêng đều

có những ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng hiệu quả Khi thiết kế, cải tạo HTTN cần nghiên cứu kỹ điều kiện cụ thể của địa phương, trên cơ sở so sánh chỉ tiêu kinh tế

-kỹ thuật - vệ sinh mà chọn ra sơ đồ HTTN thích hợp, có thể sử dụng kết hợp các loại HTTN cho từng vùng

Quy hoạch sơ đồ thoát nước tổng thể phải tính đến khả năng phát triển kinh tế trong tương lai nhằm đạt được những giải pháp tổ hợp và hiệu quả Đồng thời cần tính đến việc

sử dụng lại các công trình hiện có trong tương lai

Câu 2:

Giếng thu nước mưa trong hệ thống thoát nước chung?

1 Nhiệm vụ

Giếng thu nước mưa có nhiệm vụ thu gom toàn bộ lượng nước mưa chảy trên mặt đường, hè phố một cách nhanh nhất rồi đưa vào mạng lưới thoát nước để xả ra nguồn tiếp nhận

Trong HTTN chung, nước thải vận chuyển từ đầu mạng lưới tới TXL chủ yếu bằng phương

pháp tự chảy, thời gian nước thải lưu trong

mạng lưới lâu, có thể tới 2-3 ngày Các hợp

chất hữu cơ có trong nước thải bị phân huỷ

và gây mùi hôi, vì vậy đối với HTTN chung thì

giếng thu nước mưa còn phải đảm bảo ngăn

được hiện tượng mùi thoát ra đường phố ở

miệng giếng

2 Vị trí

Giếng thu thu nước mưa được đặt ở các vị trí

sau:

- Các ngã đường phố

- Dọc theo đường phố

Việc đặt các giếng thu nước mưa ở các ngã

đường nhằm hạn chế lượng nước mưa chảy

qua các ngã đường là ít nhất, trong điều kiện

tốt nhất là không có nước mưa chảy xuyên

qua ngã đường

(1)

Hình 2.1 Vị trí giếng thu nước mưa

(1) Giếng thu ở ngã đường; (2) Giếng thu dọc đường;

(3) MLTN chung.

Ở hình trên là ví dụ bố trí giếng thu nước

mưa của 1 ngã tư đường phố

Phụ thuộc độ dốc ngang mặt đường thì có

thể bố trí giếng thu nước mưa ở hai hay một

phía

Tuỳ theo độ dốc dọc của đường phố mà tính

được khoảng cách L1, L2 đảm bảo thu được

toàn bộ lượng nước mưa ở đầu lưu vực thoát

nước, hay đầu các ô phố

Khoảng cách L1* và L2* là khoảng cách giữa

các giếng bố trí dọc theo đường phố Thường

thì trong khoảng 30-80m

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90

L (m)

i

Hình 2.2 Đường cong liên hệ giữa L và i

3 Cấu tạo

Giếng thu nước mưa chia thành 2 dạng:

- Thu nước vỉa hè

- Thu nước lòng đường

(1) (2) (3)

Hình 2.3 Sơ đồ vị trí giếng thu nước mưa

(1) Giếng thu nước mưa; (2) Cống nối; (3) Cống thoát

nước trong HTTN chung.

Trong những đô thị cũ HTTN thường là HTTN chung, giếng thu nước mưa có cấu tạo cửa thu dạng khe, sử dụng kết cấu dạng hàm ếch

để ngăn mùi

(2) (3) (1)

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo miệng thu hàm ếch

(1) Bó vỉa; (2) Khe thu; (3) Kết cấu hàm ếch.

Tuy nhiên lớp nước trong miệng hàm ếch chỉ ngăn được mùi trong khoảng thời gian ngắn (7-10 ngày) – trong mùa khô hầu như không

có nước bổ sung khiến mùi trong HTTN

chung thoát ra gây ô nhiễm nặng nề, đồng

thời phải nạo vét thường xuyên khiến cho

việc quản lý gặp thêm nhiều khó khăn, kém

hiệu quả

Để đảm bảo được mùi không thoát ra thì lớp

nước ngăn mùi tối thiểu trong giếng phải đạt

được chiều cao ít nhất 30cm Đến nay đã có

nhiều nghiên cứu nhằm cải tạo giếng thu

nước mưa sao cho đạt hiệu quả thu nước

cũng như ngăn mùi tốt nhất Một trong

những nghiên cứu có kết quả được đánh giá

cao và đã được áp dụng rộng rãi tại Bà Rịa –

Vũng Tàu là của kỹ sư Hoàng Đức Thảo, cấu

tạo của hệ thống gồm 3 phần: hố thu nước

mặt đường có lưới chắn bằng gang, hệ thống

ngăn mùi gồm cửa phai chặn nước và ống

nối Khi có mưa, nước mưa sẽ vào hố thu

đầu, sau đó chảy sang hố thu kế tiếp bằng 2

ống nhựa Khi mực nước ở đây dâng lên đến

600mm thì nước chảy sang hố thu hiện hữu

trên đường, đến lúc hết mưa, mực nước

trong hố thu có tác dụng ngăn mùi, giảm

xuống còn 400mm Lượng nước này sẽ giữ lại

trong hố ga và bốc hơi sau 7 tháng (đủ thời

gian ngăn mùi trong suốt mùa khô)

(1) (2)

(3)

Hình 2.5 Giếng thu cải tiến

(1) Ngăn thu 1; (2) Ngăn thu 2; (3) HTTN cũ;

h1≥300mm-lắng cặn; h2≥400mm;

4 Tính toán

Cấu tạo lưới thu nước mưa thể hiện trên hình

2.6

Tính toán lưới thu theo các công thức sau:

- Tổn thất qua lưới thu H:

H=H0+ v2

2 g (m)

Trong đó:

 H0 : chiều cao lớp nước chảy tới (m)

 v : vận tốc nước chảy tới (m/s)

 g : gia tốc trọng trường (m/s2)

B

S0

Hình 2.6 Lưới thu nước mưa

- Tổng diện tích khe thu nước A:

A=∑S0 (m2) với S0 là diện tích của một khe thu

- Chu vi lưới chắn C:

C=2(B+ L) (m)

- Lưu lượng nước qua lưới Q:

 Nếu

H≤1,33 A

C thì:

 Nếu

H≤1,33 A

C thì:

Q=2 A. √ H (m3/s)

Ví dụ:

Tính toán, kiểm tra, bố trí giếng thu nước mưa ứng với P=5 năm cho đoạn cống dài L = 200m; độ dốc dọc của đường i = 0,005; diện tích lưu vực F = 2,5ha

Giải:

Trước hết tính toán khả năng thu nước của một giếng thu nước mưa sử dụng lưới thu 600x400:

Giả sử tính toán giếng thu nước mưa với

chiều cao lớp nước chảy tới H0 = 0,05m, vận

tốc v = 0,7 m/s Khi đó:

 Tổn thất qua lưới:

H=H0+ v2

2 g =0 ,05+

0,72

2.9,81 =0,075

(m)

 Tổng diện tích các khe thu:

A=∑S0=30 0 , 02 0 , 16=0 , 096 (m2)

30 : số các khe thu nước

0,02 : chiều rộng khe thu (m)

0,16 : chiều dài khe thu (m)

 Chu vi lưới thu:

C = 2(L+B) = 2(0,6 + 0,4) = 2 (m)

Vì:

H=0 ,096>1, 33 A

C =1,33

0,096

2 =0 , 063 Nên lưu lượng nước vào giếng:

Q0=1,5 C H1,5=1,5 2 0,0961,5

Q0=0 , 09 (m3/s) = 90 (l/s)

Như vậy khi thiết kế mạng lưới thì tính toán

phải bố trí các giếng thu sao cho đảm bảo thu

được lượng nước mưa tại mỗi giếng là Q0 

100 (l/s)

Với chu kỳ P = 5 năm, giả sử tính với khu vực

Hà Nội, có các thông số khí hậu như sau:

+ b = 11,61

+ C = 0,2458

+ q20 = 289,9

+ n = 0,7951

Ta có:

 Cường độ mưa:

q= (20+b )

n

q20.(1+C log P )

( t +b )n

Chọn t = 20 phút là thời gian mưa tính đến

mặt cắt tính toán Khí đó:

q= ( 20+11, 61)

( 20+11,61 )0, 7951

 Diện tích lưu vực mà tuyến cống phục vụ:

Fm = Fđường + Flv

= (200.10.10-4) + (2,5)

= 2,7 (ha)

 Hệ số dòng chảy  chọn bằng 0,7

 Lưu lượng tính toán tuyến cống:

Q = q..F = 340.0,7.2,7 = 642 (l/s) Theo trên thì lưu lượng nước thu được tại mỗi giếng là Q0  100 (l/s) Như vậy số lượng giếng thu cần thiết để thu được toàn bộ lượng nước mưa là:

N= Q

Q0=

642

90 =7 (*) Theo đồ thị trên hình 2.2 ta thấy: với độ dốc dọc của đường i = 0,005 thì bố trí các giếng thu nước mưa cách nhau một khoảng L0 = 50

m, và khi đó với chiều dài đường phố là L = 200m thì số lượng giếng thu là:

N= L

L0+1=

200

50 + 1=5 (**)

Từ (*) và (**) ta có nhận xét:

- Số lượng giếng thu theo tiêu chuẩn hay khoảng cách giữa các giếng là chưa đủ đáp ứng yêu cầu thực tế

- Để tránh được hiện tượng ngập lụt thì phải thực hiện cải tạo mạng lưới hiện đang tồn tại, mở rộng lưới thu nước, tăng khả năng thu nước tại các giếng thu

- Các thiết kế mới cần thay đổi hợp lý trong cách tính toán, so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, sử dụng tiêu chuẩn làm cơ sở lựa chọn sơ bộ

Câu 3:

Xác định thông số cường độ mưa cho thành

phố Nam Định với công thức tính:

q= A t+b (l/s.ha)

Trong công thức trên thì:

A = A1 + B.log(P) Trong đó:

+ A1, B, b là các hệ số

+ t : thời gian mưa (phút)

+ P : chu kỳ mưa (năm)

+ q : cường độ mưa tính toán

Bảng 3.1 Cường độ mưa theo thời gian của tỉnh

Nam Định

Chu

kỳ

P

năm

Giá trị q (l/s.ha) phụ thuộc theo thời gian t (ph)

0,5 290 230 200 175 130 112 82 65

2 380 340 290 255 195 160 125 110

3 402 350 310 265 210 185 140 120

5 415 355 315 275 215 190 145 125

B1) Xác định hệ số A, b:

Các thông số A và b tính theo công thức:



b=∑h i.∑i i−K ∑(i i h i)

K ∑i i2−(∑i i)2

 A=∑h i+b ∑i i

K



q = 166,7i

Trong đó:

+ hi : chiều dầy lớp nước (mm)

+ ii : cường độ mưa (mm/ph)

+ K = 8 (số điểm tính)

Ứng với P = 0,25 ta có bảng tính sau:



b= 200, 9.6 ,185−8.134 ,149

8 5,988−6,1852 =17 ,5659



A= 200 ,9+17 ,5659 6 ,165

Tương tự ta tính được các hệ số A, b theo P

= 0,5–1–2–3–5 và lập thành bảng 3.2

Bảng 3.2 Các giá trị A – b – P tương ứng

B2) Xác định hệ số A1 và B:

Từ công thức A = A1 + B.log(P) ta có:



B= K∑A i log P i−∑log P i∑A i

K∑log2P i−(∑log P i)2



A1=∑A i−B∑log P i

K

 K = 6 (số điểm tính)

Từ bảng 3.3 ta tính được các hệ số A1 và B

như sau:



B= K∑A i log P i−∑log P i∑A i

K∑log2P i−(∑log P i)2

B= 6.116 ,184−0 ,574 468 , 008

6.1,260−0 ,574 ^2 B=59,260

 A1=∑A i−B∑log P i

K

A1= 468 , 008−59 ,260∗0 , 574

6

A1=72 ,332

 b=∑b i

K =

168 , 855

6 =28 ,142

Kết luận:

Công thức tính toán cường độ mưa tại tỉnh Nam Định viết được dưới dạng sau:

q= A t+b

q= A1+B log(P )

t+b

q= 72 ,332+59 ,260.log(P )

t +28 ,142

Hà Nội, tháng 3 năm 2024

Bảng 3.3 Bảng tổng hợp hệ số P – b – A