(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Cơ Sở Khoa Học Và Đề Xuất Giải Pháp Cải Tạo Nâng Cấp Hệ Thống Thoát Nước Cho Khu Trung Tâm Thành Phố Thái Nguyên.pdf

LỜI CẢM ƠN Để thực hoàn thành luận văn này, nhận quan tâm giúp đỡ tận tình, đóng góp q báu nhiều cá nhân tập thể Trước tiên, xin trân trọng gửi lời cảm ơn Ban giám hiệu, Bộ môn Cấp thoát nước – Khoa Kỹ thuật Tài nguyên Nước trường Đại học Thủy lợi Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Đặc biệt tơi bày tỏ biết ơn sâu sắc đến Phó Giáo sư - TS Nguyễn Tuấn Anh tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ suốt trình thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn quan: Sở Tài nguyên Môi trường Thái Nguyên, viện Quy hoạch Thái Nguyên, Ban Quản lý dự án thoát nước xử lý nước thải thành phố Thái Nguyên… tạo điều kiện thuận lợi cung cấp số liệu, tài liệu giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp, quan tâm động viên, giúp đỡ tơi q trình thực nghiên cứu đề tài Mặc dù có nhiều nỗ lực, song trình độ thời gian có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, Tơi kính mong nhận góp ý bảo thầy giáo bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tòng Thu Hương LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu, thơng tin trích dẫn luận văn trung thực ghi rõ nguồn gốc Kết nghiên cứu luận văn chưa sử dụng công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tòng Thu Hương MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan nghiên cứu thực giới 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu thực Việt Nam 1.2 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.2.1 Điều kiện tự nhiên 1.2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 1.2.3.Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội vùng 12 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC KHU TRUNG TÂM THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN .14 2.1 Hiện trạng hệ thống thoát nước 14 2.2.Tình hình úng ngập khu trung tâm 14 2.2.1 Các điểm ngập úng khu trung tâm 14 2.2.2 Nguyên nhân gây ngập úng 17 2.3 Lựa chọn công cụ mô hệ thống (đề xuất chọn mơ hình SWMM) .19 2.4 Ứng dụng phần mềm SWMM để đánh giá khả làm việc hệ thống 24 2.4.1 Xây dựng mơ hình mưa thiết kế 24 2.4.2 Xác định mực nước Sông Cầu ứng với tần suất thiết kế 27 2.4.3 Mô trạng hệ thống SWMM 30 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CHO KHU TRUNG TÂM THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN 45 3.1 Đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống thoát nước cho khu trung tâm thành phố Thái Nguyên 45 3.2 Tính tốn thiết kế cống .46 3.2.1 Tính tốn lưu lượng nước mưa 46 3.2.2 Tính tốn thủy lực thoát nước mưa theo phương pháp cường độ giới hạn 48 3.2.3 Kết tính tốn theo phương pháp cường độ giới hạn 49 3.3 Tính tốn bơm tiêu nước .50 3.4 Mơ mưa- dịng chảy để kiểm tra hệ thống 52 3.5 Đề xuất phương pháp quản lý vận hành 55 3.4.1 Giải pháp thoát nước bền vững (SUDS) 55 3.4.2 Dự báo úng ngập 58 3.4.3 Xây dựng kế hoạch thoát nước 58 3.4.4 Quan trắc quản lý thông tin liệu 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản vẽ trạng hệ thống thoát nước khu trung tâm Thành phố Thái Nguyên Hình 2.1: Vị trí ngập cổng bệnh viện đa khoa trung ương Thái Nguyên 15 Hình 2.2: Vị trí ngập đường Hồng Văn Thụ 16 Hình 2.3: Vị trí ngập cổng trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên .16 Hình 2.5: Mơ hình mưa thiết kế với trận mưa 24h max, tần suất 10% .27 Hình 2.6: Đường mực nước Sông Cầu ứng với giá trị tần suất 29 Hình 2.7: Khai báo thông số mặc định SWMM 32 Hình 2.8: Các thơng số SWMM 32 Hình 2.9: Mơ lưu vực nước phần mềm SWMM 33 Hình 2.10: Đường quan hệ Q-t tuyến cống C108(Từ nút J12-C.Xa1) 33 Hình 2.11: Đường quan hệ Q- t tuyến cống C111(Từ nút J3-C.Xa2) 34 Hình 2.12: Đường quan hệ Q- t tuyến cống C111(Từ nút J98-C.Xa3) .34 Hình 2.13: Đường quan hệ Q- t tuyến cống C111(Từ nút J102-C.Xa4) .34 Hình 2.14: Đường quan hệ Q- t tuyến cống C112(Từ nút J105-C.Xa5) .35 Hình 2.15: Đường quan hệ Q- t tuyến cống C108(Từ nút HDH1-C.Xa6) 35 Hình 2.16: Đường quan hệ lưu lượng lưu vực ứng với trận mưa 24h max 35 Hình 2.17: Bản đồ vị trí điểm ngập ứng với trận mưa 24h max 36 Hình 2.18: Trắc dọc tuyến cống C57-C62-C102 đường Minh Cầu 40 Hình 2.19: Trắc dọc tuyến cống C58-C100 đường Minh Cầu 41 Hình 2.20: Trắc dọc tuyến cống C55-C100 đường Minh Cầu 41 Hình 2.21: Trắc dọc tuyến cống C75-C104 đường Hoàng Văn Thụ 41 Hình 2.22: Trắc dọc tuyến cống C92-C107 đường Hồng Văn Thụ 42 Hình 2.23: Trắc dọc tuyến cống C80-C105 đường Lương Ngọc Quyến (LNQ) 42 Hình 2.24: Trắc dọc tuyến cống C81-C105 đường LNQ 43 Hình 2.25: Trắc dọc tuyến cống C83-C105 đường LNQ 43 Hình 3.1: Cảnh quan khu vực hồ Xương Rồng .45 Hình 3.2: Cửa xả nước từ hồ Xương Rồng Sông Cầu 46 Hình 3.3: Sơ họa chương trình tính tốn thủy lực 49 Hình 3.7: Giải pháp trồng rau hộ gia đình đường Chu Văn Anh (p Hoàng Văn Thụ) góp phần lưu trữ nước mưa 56 Hình 3.8: Hiện trạng vỉa hè đường Hoàng Văn Thụ 57 Hình 3.9: Vỉa hè kết hợp lớp bề mặt thấm .57 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số đặc điểm sông Cầu sông Công Bảng 1.2: Đặc trưng đỉnh lũ lớn số vị trí sơng Cầu Bảng 1.3: Hiện trạng dân số trung bình hàng năm (2003-2010) TP T Nguyên: Bảng 1.4: Hiện trạng dân số - đất đai thành phố Thái Nguyên 10 Bảng 1.5: Hiện trạng sử dụng đất 11 Bảng 2.1: Thống kê tuyến cống trạng 22 Bảng 2.2: Cường độ mưa tính tốn với chu kỳ lặp lại 10 năm 26 Bảng 2.3: Lượng mưa tính tốn với chu kỳ lặp lại 10 năm 26 Bảng 2.4: Lượng mưa(mm) khoảng thời gian ∆t (h) .26 Bảng 2.5: Bảng tổng hợp số liệu mực nước trung bình, cao thấp hàng năm (cm), trạm Gia Bảy, thời kỳ 1969-2011 27 Bảng 2.6: Bảng tổng hợp giá trị mực nước Sông Cầu ứng với tần suất thiết kế 29 Bảng 2.7: Thống kê diện tích tiểu khu 31 Bảng.2.8: Thống kê nút ngập ứng với trận mưa 24 h max 37 Bảng 2.9: Thống kê thời gian ngập tuyến cống với trận mưa 24h max .39 Bảng 3.2: Thống kê tuyến cống ngập theo phương pháp cường độ giới hạn 50 Lưu lượng bơm (Q b ) xác định theo phương pháp thử dần: .50 Bảng 3.3: Tổng hợp chiều dài tuyến cống làm lại theo phương pháp cường độ giới hạn 51 Bảng.3.4: Thống kê nút, đoạn công tải ứng với trận mưa 24 h max .52 MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hệ thống thoát nước thành phố Thái Nguyên xây dựng từ nhiều năm trước cải tạo lại từ năm 2003, hệ thống thoát nước chung tự chảy sơng Cầu, đảm nhiệm nước thải, nước mưa cho tổng diện tích tự nhiên 18.970,48 (ha) với số dân 330.707 (người) Tuy nhiên, sau 10 năm cải tạo lại nhiều đoạn cống bị xuống cấp bị bồi lắng, bên cạnh q trình quản lý vận hành khơng tốt, tuyến cống không vệ sinh làm thu hẹp tiết diện nước, dẫn đến khơng thể đáp ứng yêu cầu thoát nước tương lai Mặt khác, năm gần trình phát triển kinh tế - xã hội, tốc độ thị hố nhanh, nhiều dự án lớn triển khai triển khai Nhiều khu đô thị, khu dân cư hình thành nhanh chóng kéo theo thay đổi nhu cầu thoát nước khu vực Các khu thị, khu dân cư hình thành làm thu hẹp đất sản xuất nông nghiệp, san lấp nhiều ao hồ, đồng ruộng, làm giảm khả trữ nước, chôn nước dẫn đến làm tăng hệ số tiêu nước Ngồi ra, biến đổi khí hậu, tình hình thời tiết ngày diễn biến phức tạp làm cho cường độ mưa lượng mưa tăng lên gây khó khăn cho hệ thống nước Vì vậy, việc nghiên cứu mô phỏng, đánh giá hệ thống nhằm tạo sở khoa học để đề xuất giải pháp cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước khu trung tâm thành phố Thái Ngun với mục đích xóa bỏ tình trạng úng ngập thường xuyên khu trung tâm cần thiết có ý nghĩa thực tiễn II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu đánh giá trạng, tìm nguyên nhân gây úng ngập khu trung tâm thành phố Thái Nguyên đồng thời đánh giá khả làm việc hệ thống thoát nước, từ đề xuất giải pháp hợp lý để cải tạo nâng cấp hệ thống thoát nước nhằm đáp ứng yêu cầu nước thị tương lai III PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Hệ thống thoát nước khu trung tâm thành phố Thái Nguyên IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận: - Tiếp cận thực tế: Đi khảo sát, nghiên cứu, thu thập số liệu hệ thống thoát nước - Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể đến chi tiết, đầy đủ hệ thống - Tiếp cận phương pháp nghiên cứu nước thị giới Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa - Phương pháp kế thừa - Phương pháp phân tích, thống kê: Để tính tốn xác định mơ hình mưa thiết kế - Phương pháp mơ hình tốn: Ứng dụng mơ hình SWMM Mỹ để mơ hệ thống tiêu thoát nước kiểm tra phương án cải tạo thiết kế CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan nghiên cứu thực giới Vấn đề ngập lụt thị khơng có thị Việt Nam nói riêng mà “vấn nạn” nhiều đô thị giới, đô thị nước phát triển- nơi có q trình thị hóa q nhanh thiếu giải pháp quy hoạch quản lý cơng trình hạ tầng thích ứng Ngập lụt thị gây nên tác động không nhỏ đến sinh hoạt người dân: ảnh hưởng đến phát triển kinh tế, nhiễm mơi trường sống… Vì có nhiều nghiên cứu giải pháp để phịng tránh úng ngập Ở Malaysia có nghiên cứu với mơ hình để áp dụng SWMM cho quản lý nước đô thị (Application of SWMM for Urban Stormwater Management: A Case Study with Modelling - Lai S.H., Ghani A Ab., Zakaria N.A., Leow C.S., Chang C.K., Yusof M.F River Engineering and Urban Drainage Research Centre (REDAC), University Sains Malaysia, Engineering Campus, 14300, Nibong Tebal, Penang, Malaysia) Nghiên cứu: Úng ngập đô thị thập kỷ gần bốn thành phố lớn Ấn Độ (Urban flooding in recent decades in four mega cities of India U.S De**, G P Singh* and D M Rase***Visiting faculty Department of Environment Science/ V.S.I Pune, India and Former Additional Director General of Meteorology (Research), Pune *India Meteorological Department, Pune – 411005 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu thực Việt Nam Công tác chống ngập thành phố lớn vấn đề quan tâm mục tiêu thích ứng với biến đổi khí hậu quốc gia Tuy nhiên, thực trạng ngập lụt nhiều nơi địa bàn thành phố lớn chứng tỏ cơng tác chống ngập cịn nhiều bất cập Có nhiều nguyên nhân khác gây ngập