Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy do mưa và đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – tỉnh Bình Dương

Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy do mưa và đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – tỉnh Bình Dương Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy do mưa và đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – tỉnh Bình Dương Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy do mưa và đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – tỉnh Bình Dương Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy do mưa và đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – tỉnh Bình Dương

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan: Đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Ứng dụng mơ hình thủy văn mơ dịng chảy mưa đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – Tỉnh Bình Dương” cá nhân em Nội dung đồ án không chép nội dung từ đồ án khác sản phẩm đồ án thân xây dựng nên TP HCM, ngày 21 tháng 12 năm 2018 Sinh viên thực Lê Thúy Phượng i LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Thủy văn với đề tài “Ứng dụng mơ hình thủy văn mơ dòng chảy mưa đề xuất giải pháp giảm ngập cho lưu vực Lái Thiêu – Tỉnh Bình Dương” hoàn thành với giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy TS.Trương Văn Hiếu để đồ án hoàn thành với thời gian quy định Thời gian làm đồ án tốt nghiệp giúp em hệ thống lại kiến thức học để áp dụng hồn thành đồ án Vì điều kiện thời gian thực đồ án hạn chế nên em chưa giải nhiều vấn đề cần đề cập Mặt khác thân chưa có kinh nghiệm, trình độ kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Vì em mong nhận bảo tận tình đóng góp ý kiến thầy cô giúp cho đồ án em cải thiện hoàn chỉnh Cuối với lịng biết ơn sâu sắc mình, em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Trương Văn Hiếu thầy khoa Khí Tượng - Thủy Văn, mơn Thủy Văn trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường TP HCM đặc biệt Giáo viên Chủ nhiệm thầy Cấn Thu Văn tạo điều kiện, tận tâm giảng dạy tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án cách tốt Em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 21 tháng 12 năm 2018 Sinh viên thực Lê Thúy Phượng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC LÁI THIÊU TỈNH BÌNH DƯƠNG 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình 1.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng .6 1.1.4 Các đặc trưng khí tượng 1.1.5 Các đặc trưng thủy văn 1.2 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ- XÃ HỘI 10 1.2.1 Dân số 10 1.2.2 Tình hình sử dụng đất dự án đô thị 10 1.2.3 Cơ cấu kinh tế Tốc độ tăng trưởng 11 1.3 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ VÀ LỚP PHỦ MẶT ĐỆM .12 1.3.1 Sự phân bố kênh rạch, sông suối lưu vực .12 1.3.2 Lớp phủ mặt đệm 13 1.3.3 Hệ thống cơng trình thủy lợi lưu vực 14 1.4 KHÁI QUÁT HIỆN TRẠNG TÌNH HÌNH NGẬP 15 1.4.1 Nguyên nhân gây ngập úng 15 1.4.2 Hiện trạng tình hình ngập lưu vực 16 iii CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY DO MƯA 18 2.1 CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN TÁC ĐỘNG ĐẾN DỊNG CHẢY ĐƠ THỊ 18 2.1.1 Tác động khí hậu (chủ yếu yếu tố mưa) 18 2.1.2 Tác động q trình thị hóa .18 2.2 MỘT SỐ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY THƠNG DỤNG .19 2.2.1 Mơ hình tính tốn lượng mưa hiệu 19 2.2.2 Mơ hình dịng chảy bề mặt 20 2.2.3 Mô dịng chảy hệ đường dẫn nước thị .25 2.3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH ĐỂ MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY DO MƯA 26 2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH EPA SWMM (EPA’s STORM WATER MANAGEMENT MODEL) 28 2.4.1 Khái quát SWMM 28 2.4.2 Cấu trúc mơ hình 29 2.4.3 Các thành phần SWMM .30 2.4.4 Cơ sở tốn học dịng chảy mơ hình SWMM .31 2.4.5 Các ứng dụng điển hình SWMM 33 2.4.6 Khả mơ mơ hình EPA SWMM 34 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWMM MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY DO MƯA CHO LƯU VỰC NGHIÊN CỨU .36 3.1 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU ĐIỀU KIỆN BIÊN 36 3.2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM MƯA .36 3.3 TÍNH TỐN MƯA PHỤC VỤ QUY HOẠCH, THIẾT KẾ THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ .38 3.3.1 Các sở tính tốn .38 3.3.2 Các kết tính tốn mưa cường độ cao trạm Tân Sơn Hòa .39 3.3.3 Tương quan mưa ngày trạm Tân Sơn Hòa với trạm Thuận An 42 iv 3.3.4 Mô hình mưa thiết kế theo tần suất trạm Thuận An 47 3.3.5 Lựa chọn tần suất mưa thiết kế 48 3.4 PHÂN CHIA TIỂU LƯU VỰC 49 3.4.1 Cơ sở khoa học .49 3.4.2 Kết phân vùng tiểu lưu vực 50 3.5 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MƠ HÌNH 51 3.6 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ TÍNH 51 3.7 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRẬN MƯA THIẾT KẾ VỚI THỜI KỲ LẶP LẠI NĂM 53 3.8 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRẬN MƯA THIẾT KẾ VỚI THỜI KỲ LẶP LẠI 10 NĂM 59 3.9 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ HÌNH .65 3.9.1 Đánh giá kết mơ dịng chảy 65 3.9.2 Đánh giá tình hình ngập qua mơ .65 CHƯƠNG GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU NGẬP ÚNG CHO LƯU VỰC NGHIÊN CỨU .67 4.1 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU NGẬP ÚNG .67 4.1.1 Mở rộng kích thước đường ống nhằm giảm thiểu điểm ngập 67 4.1.2 Giải pháp cơng trình - phi cơng trình 72 4.2 NHẬN XÉT VỀ GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT .73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 PHỤ LỤC PL.1 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa CN Công nghiệp EPA SWMM EPA’s Storm Water Management Model Kp Khu phố PT Phương trình PP Phương pháp QL Quốc lộ Tp Thành phố TX Thị xã TSH Tân Sơn Hòa 10 TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Danh sách cơng trình thủy lợi địa bàn lưu vực .15 Bảng 2.1: Hệ số dòng chảy cho loại trạng sử dụng đất khác 21 Bảng 2.2: Hệ số dòng chảy cho loại bề mặt khác .22 Bảng 3.1: Lượng mưa bình quân tháng trạm khu vực Tp.HCM Tỉnh Bình Dương - Thời kỳ 1990-2008 38 Bảng 3.2: Số ngày có lượng mưa cấp tháng năm Trạm Tân Sơn Hòa .39 Bảng 3.3: Phương trình Cường độ-Thời gian-Tần suất (IDF) –Trạm Tân Sơn Hịa 41 Bảng 3.4: Mơ hình mưa thiết kế trạm Tân Sơn Hòa (thời kỳ 1952-2007) .42 Bảng 3.5: Phương trình tương quan lượng mưa thời đoạn lớn mưa ngày lớn Trạm Tân Sơn Hòa 43 Bảng 3.6: Lượng mưa ngày lớn trạm Tân Sơn Hòa trạm Thuận An 44 Bảng 3.7: Kết tính tốn tần suất lượng mưa ngày lớn trạm Thuận An 45 Bảng 3.8: Lượng mưa theo thời đoạn ứng chu kỳ Trạm Thuận An (mm) .47 Bảng 3.9: Phương trình IDF Trạm Thuận An (mm/h) 47 Bảng 3.10: Phân tiểu vùng lưu vực khu vực nghiên cứu 50 Bảng 3.11: Vị trí nút tính tốn khu vực nghiên cứu 52 Bảng 3.12: Chiều dài đường ống lưu vực nghiên cứu 52 Bảng 3.13: Thống kê mô nút bị ngập lưu vực .54 Bảng 3.14: Thống kê mô nút bị ngập lưu vực .60 Bảng 3.15: Thống kê kết mô nút ngập qua thời kỳ lặp lại 65 Bảng 3.16: Kết lưu lượng cửa xả .65 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bản đồ vị trí địa lý lưu vực Lái Thiêu- tỉnh Bình Dương .5 Hình 1.2: Bản đồ địa hình lưu vực Lái Thiêu- tỉnh Bình Dương Hình 1.3: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực nghiên cứu Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới sông Hình 1.5: Hệ thống rạch Lái Thiêu 13 Hình 1.6: Sự thay đổi mặt đệm lưu vực Lái Thiêu 14 Hình 1.7: Ngập nước nhiều miệng cống QL 13 17 Hình 1.8: Ngập cục có mưa lớn lưu vực Lái Thiêu 17 Hình 2.1: Sơ đồ diễn tốn dịng chảy bề mặt (PP sóng động học) 22 Hình 2.2: Ý nghĩa khoa học mơ hình đường đơn vị -UHM (Unit Hydrograph Model) .24 Hình 2.3: Sơ đồ lưu vực tính theo phương pháp nguyên 25 Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc mơ hình SWMM .29 Hình 2.5: Các thành phần hệ thống mô SWMM 30 Hình 3.1: Xác suất mưa khoảng thời gian ngày .40 Hình 3.2: Đường IDF- Trạm Tân Sơn Hịa 41 Hình 3.3: Mơ hình mưa thiết kế trạm Tân Sơn Hịa 42 Hình 3.4: Tương quan lượng mưa thời đoạn lớn lượng mưa ngày lớn theo tần suất – Trạm Tân Sơn Hòa (1990 – 2007) 44 Hình 3.5: Phương trình tương quan lượng mưa ngày lớn trạm Thuận An với trạm Tân Sơn Hòa (1990-2007) 46 Hình 3.6: Đường IDF – Trạm Thuận An .47 Hình 3.7: Mơ hình mưa thiết kế trạm Thuận An 48 Hình 3.8: Phân vùng tính tốn nước khu vực Lái Thiêu – Bình 50 Hình 3.9: Sơ đồ tính tốn nước lưu vực Lái Thiêu 51 Hình 3.10: Chạy mơ hình mơ trận mưa thiết kế với thời kỳ lặp lại năm 53 Hình 3.11: Kết nút ngập mô trận mưa thiết kế với thời kỳ lặp lại N=5 53 Hình 3.12: Vị trí nút ngập mơ trận mưa thiết kế có thời kỳ lặp lại N=5 54 Hình 3.13: Mực nước cao đường ống từ nút J1 đến CUAXA .55 viii Hình 3.14: Đường trình lưu lượng nút J1 J14 .55 Hình 3.15: Mực nước cao đường ống từ nút J2 đến CUAXA .55 Hình 3.16: Đường trình lưu lượng nút J2 J5 56 Hình 3.17: Mực nước cao đường ống từ nút J3 đến CUAXA .56 Hình 3.18: Đường trình lưu lượng nút J4 J13 .56 Hình 3.19: Mực nước cao đường ống từ nút J8 đến CUAXA .57 Hình 3.20: Đường trình lưu lượng nút J8 J15 .57 Hình 3.21: Mực nước cao đường ống từ nút J16 đến CUAXA 57 Hình 3.22: Đường trình lưu lượng nút J24 J23 .58 Hình 3.23: Đường trình lưu lượng nút CUAXA .58 Hình 3.24: Đường trình lưu lượng nút ngập J21, J26 cửa xả CUAXA 58 Hình 3.25: Chạy mơ hình mơ trận mưa thiết kế với thời kỳ lặp lại 10 năm 59 Hình 3.26: Kết nút ngập mô trận mưa thiết kế với thời kỳ lặp lại N=10 .59 Hình 3.27: Vị trí nút ngập mơ trận mưa thiết kế với thời kỳ lặp lại N=10 .60 Hình 3.28: Mực nước cao đường ống từ nút J1 đến CUAXA .61 Hình 3.29: Đường trình lưu lượng nút J1 vad J20 .61 Hình 3.30: Mực nước cao đường ống từ nút J2 đến CUAXA .61 Hình 3.31: Đường trình lưu lượng nút J5 J25 .62 Hình 3.32: Mực nước cao đường ống từ nút J3 đến CUAXA .62 Hình 3.33: Đường trình lưu lượng nút J6 J17 .62 Hình 3.34: Mực nước cao đường ống từ nút J8 đến CUAXA .63 Hình 3.35: Đường trình lưu lượng nút J9 J23 .63 Hình 3.36: Mực nước cao đường ống từ nút J16 đến CUAXA 63 Hình 3.37: Đường trình lưu lượng nút J16 J23 .64 Hình 3.38: Đường trình lưu lượng nút CUAXA .64 Hình 3.39: Đường trình lưu lượng nút ngập J22, J21, J26 cửa xả CUAXA.64 Hình 4.1: Chạy mơ hình sau mở rộng kích thước đường ống cho nút ngập với trận mưa thiết kế có thời kỳ lặp lại năm .67 Hình 4.2: Kết giảm điểm ngập sau mở rộng kích thước đường ống cho nút ngập với trận mưa thiết kế có thời kỳ lặp lại năm 68 ix Hình 4.3: Sự thay đổi mực nước đường ống từ nút J8 đến CUAXA 68 Hình 4.4: Sự thay đổi đường trình lưu lượng nút J21, J26 cửa xả CUAXA 69 Hình 4.5: Chạy mơ hình sau mở rộng kích thước đường ống cho nút ngập với trận mưa thiết kế có thời kỳ lặp lại 10 năm 69 Hình 4.6: Kết giảm điểm ngập sau mở rộng kích thước đường ống cho nút ngập với trận mưa thiết kế có thời kỳ lặp lại 10 năm 70 Hình 4.7: Sự thay đổi mực nước đường ống từ nút J1 đến CUAXA 70 Hình 4.8: Sự thay đổi mực nước đường ống từ nút J2 đến CUAXA 71 Hình 4.9: Sự thay đổi mực nước đường ống từ nút J3 đến CUAXA 71 Hình 4.10: Sự thay đổi mực nước đường ống từ nút J8 đến CUAXA .71 Hình 4.11: Sự thay đổi mực nước đường ống từ nút J16 đến CUAXA .72 Hình 4.12: Sự thay đổi đường trình lưu lượng nút J22, J21, J26 cửa xả CUAXA 72 x