Luận văn thạc sĩ Cấp thoát nước: Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước bền vững thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

Tại các khu vực dang đối mặt với tinh trang hạ ting kém phát triển, môi trường bị 6 nhiễm do nước thải, tỉnh hình ngập úng điễn thường xuyên, gây ảnh hưởng đến hoạt động của đồ thị tì ng

1 Sự cần thiết của để tài

II Mục tiêu nghiên cứu

IIL, Nội dung nghiên cứu,

IV Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

V Cách ti cặn và phương pháp nghiên cứu

CHUONG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU HE THONG THOÁT NƯỚC:

Đô THỊ

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thoát nước đồ thị

1.1.1 Khái niệm vé hệ thống thoát nước đồ thị

1.1.2 Vai td của hệ thống thoát nước đối với sự phát tiễn của đ thị

1.1.3 Yêu cầu đặt ra cho hệ thống thoát nước đô thi,

1.2 Các nguyên tắc về mạng lưới thoát nước dé thị

1.2.1 Nguyên tắc vạch tuyển mang lưới

1.22 Nguyên tắc đặt đường ống thoát nước

1.23 Lara chọn vật liệu đường dng, mỗi ni

1.2.4 Độ sâu chôn công và độ đốc đường ông.

1.3 Đô thị hóa và vấn để thoát nước đô thị

1.3.1 Khái niệm thủy văn đô thị

1.3.2.6 thị và qu tình đô thị hóa

1.3.3 Lưu vực đồ thị với vin đề tiêu thoát nước

L34 Khái niệm về dong chiy đ thị

1.4 Các nghiên cứu về giải pháp cho hệ thống thoát nước đô thị

1.4.1 Nghiên cứu về thoát nước đô thị trên thể giới

1.5 KET LUẬN CHƯƠNG 1 "

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THONG THOÁTNƯỚC MƯA ĐÔ THỊ

3.1, Mưa và mưa thiết kế

2.41 Đặc trừng của mưa thiết kế

2.1.2 Các bước thực hiện khi thiết kế hệ thông thoát nước mưa

2.1.3 Quan hệ giữa độ sâu mưa - thời gian mưa tần suất

2.14 Quan hệ cường độ mưa - thời gian mưa - tin suất

2.1.5 Xác định m6 hình mưa thiết kế

2.2 Mô hình tính toán, mô phỏng hệ thống thoát nước.

2.2.1 Giới thiệu mô hình SWMM:

2.2.2 Các khả năng của mô hình SWMM

2.2.3 Các ứng dụng của mô hình.

2.2.4 Dữ liệu đầu vào

2.2.5 Phương pháp tinh toán

2.3, Phương pháp tinh toán thoát nước mưa theo cường độ giới hạn,

2.31 Xác định lưu lượng mưa tính toán

2.32 Chu kỳ trin cổng

2.3.3 Xác định cường độ mưa tính toán

3.34 Xác định thời gian mưa tính toán

30

30

30

31 32

3.1, Tang quan về khu ve nghị

3.1.1 Điều kiện tự nhiên

cứu

3.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội

32 Thực trạng thoát nước của thành phổ Đông Hà

3.2.1 Thoát nước mưa

3.2.2 Nước thải sinh hoạt

3.2.3 Banh giá hiện trạng thoát nước của khu vực.

3.3 Đánh giá hiện trạng hệ thống kỹ thuật hating thành ph đông hà

3.3.1 Cơ sở hạ ting nói chung.

3.3.2 Thoát nước mặt và tình hình ngập dng

3.3.2 Thoát nước thai và vệ sinh môi trường,

3.4, Định hướng quy hoạch kết

34.1 Kết cấu hạ ting nói chung

3.4.2 Thoát nước mặt

3.4.3 Thoát nước thải

3.5, Tính toán yêu cầu thoát nước của khu vực thời đ hiện tại

3.5.1 Khu vực tính toán thoát nước.

3.5.2 Xây dựng đường tin suất mưa

3.53 Xây dựng mô hình mưa thiết kế

3.5.4 Mô phóng hệ thống thoát nước bằng mô hình SWMM.

3.6, Đánh giá khả năng làm việc của mạng lưới thoát nước hiện tại.

3 Các y tổ ảnh hưởng đến quả tình thoát nước của khu vực

wha tầng thành phố Đông Hà đến năm 2025

33

33 37 38 38 38 39 39 39 40 41 4t

41

AL 42

2 44 46

50

37

“

3/72 Yéu tổ chủ quan 653.8 KET LUẬN CHƯƠNG 3 66CHUONG 4 TINH TOÁN VÀ DE XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TẠO,NÂNG CAP HE THONG THOÁT NƯỚC THÀNH PHO ĐÔNG HA, TINH

QUANG TREensnnnnininnanninnnnninnnannsnnns)

4.1 Tinh toán hệ hổng thoát nước bằng phương pháp cường độ giới hạn 67 4,11 Xác định các thông số tính toán 6 4.1.2 Tính toán thủy lự theo phương pháp cường độ iới han, “6

4.1.3 Kết quả tinh toán theo phương pháp cường độ giới hạn 6

4.2 Tính toán và mô phỏng theo mô hình SWMM B

43, Lựa chọn phương án ci tạo, ning cấp hệ thing thoát nước +9

4.4, Giải pháp quy hoạch hệ thống thoát nước bén vững 83

4.5 Giải pháp tổ chức, quan lý vận hành và nâng cấp hệ thống thoát mde 86

4.5.1 Giải pháp tổ chức, 86 4.5.2 Giải pháp quản lý vận hành hệ thống thoát nước 87

4.6, KET LUẬN CHUONG 4 87KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHY LỤC

Hình 2.1: Mỗi quan hệ IDF 15

Hình 2.2: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp khối xen kế n

Hình 2.3: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp tam giác " Hình 2.4: Quan niệm về dòng chảy mặt 2

Hình 2.5: Mô hình nước ngằm hai vùng 2aHình 3.1: Vị trí thành phố Đông Hà trên bản đồ tinh Quảng Trị MuHình 32: Vi tr khu vục nghiên cứu trên bản đồ thành phổ Đông Hà 43

Hình 3.3: Bản đỗ khu vực nghiên cứu thoát nước 44

Hình 34: Dung tin suất lượng mưa 1 ngày max ~ trạm Đông Hà 47Hình 3.5: Đường tin suất lượng mưa 3 ngày max ~ trạm Đông Hà 48

Hình 3.6: Mô hình mưa thiết kế với trận mưa 72h max 30

Hình 3:7: Giao diện khai báo các thông số mặc định và các tay chọn 54

Hình 3.8: Giao điện khai báo các thông số co bản trong SWMM 55

Hình 3.9: So đồ mô phòng hệ thống thoát nước khu vực trong mô hình SWMM 56 Hình 3.10: Dường quan hệ về lưu lượng của lưu vục ứng với rận mưa 72h max 57

Hình 3.11: Bản đồ vị trí các nút ngập ứng với uận mưa 72h max sHình 3.12: Mô phông diễn biển dòng chủy tuyển I từ nút AT đến nút CXI 6IHình 3.13: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyển 2 te nút B2 đến núc B9 ol

Hình 3,14: Mô phông diễn biến dòng chiy tuyển 6 từ nút DS đến nút CX? 2

Hình 3.15: Mô phỏng diễn biển dòng chảy tuyển 11 từ nút E5 đến nút E7 đ2

Hình 3.16: Mô phỏng biến dong chảy tuyển 8-11 từ nút E4 đến nút PS 6ã

Hình 3.17: Mô phóng diễn biến dong chủy tuyển 9-11 từ nút E6 đến nút E8 đãHình 4.]: Đường quan hệ lưu lượng với trận mưa 72h max kiểm định hệ thồng 75

Hình 4.2: Mô phỏng diễn biển dang chảy tuyển tử nút AI đến nút CXI 16

Hình 44: Mô phòng điễn biển dang chảy tuyển 6 từ nút D3 đến nút CX2

Hình 4 5: Mô phỏng diễn bin đồng chảy tuyến 1 từ nút F5 đến nút E7

Hình 4.6: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyển 8-11 từ nút E4 đến nút FS

Hình 47: Mô phỏng diễn biến dong chảy tuyển 9-11 tử nút B6 đến nút F8

n

28 78 29

Bang 4.8: So sánh tổng chiều dài cống cần thay theo phương pháp cường độ giới

Giá trị tham số của đường DDF

‘Thing kẽ lượng mưa 1 ngày max và 3 ngày max — trem Đông Hà

‘Tin suất lượng mưa | ngày max ~ trạm Đông Hà

‘Tn suất lượng mua 3 ngày max — trạm Đông Hà

‘Quan hệ lượng mưa ~ thời gian theo tần suất mưa 10%

Bang thống kê điện tích các tiểu khu

Bảng thống ke tw cổng hiện trang.

Bang kết qua các nút ngập

Bảng thống kê thồi gian ngập diy các đoạn cổng,

CCác thông số khí hậu cho tinh Quảng Trị

Hệ số dong chảy

“Thống kê tuyển cống ngập theo phương pháp cường độ giới hạn

“

44 45 45 49 32 33 39

© 6 68 70

“Tổng hợp chiều dai các tuyển cổng làm lại theo phương pháp cường đội

Bảng thống kê tuyển cổng ngập vi đỀ xuất ải tạo nâng cắp

“Tổng hợp chiễu dài các tuyển cổng làm lạ theo mô hình SWMM

So ánh kết quả của phương php cường độ giới hạn và SWMM

hạn và SWMM.

n a 75 so

82

1 SỰ CAN THIET CUA DE TÀI

Thoát nước và xử lý nước thải, vệ sinh môi trường là những nội dung quan

trọng trong quy hoạch, xây dựng va quản lý đô thị Tại các khu vực dang đối mặt

với tinh trang hạ ting kém phát triển, môi trường bị 6 nhiễm do nước thải, tỉnh hình ngập úng điễn thường xuyên, gây ảnh hưởng đến hoạt động của đồ thị tì người

ta bi cảng thấy thm quan trọng của lĩnh vực này

"Những hệ thống thoát nước trong đô thị nước ta hiện nay dang thể hiện nhivấn đề bit cp gây lang phi về kinh tế, khó khăn về công tác quản lý vận hành, cũng

ống

chung chưa hoàn thiện, mạng lưới thu din nước mưa và nước

như ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái: một số biểu hiện cụ thể như: hệ tÌ

hạ ting kỹ thuật

thải sinh hoạt chưa phát huy hết tác dụng, nhiều khu vực đường ống không có nước

chảy qua, cũng có khả nhiều nơi bị ngập ứng khi xây ra mưa lớn, tỷ lệ rô rỉ nước và

thắm vào đắt còn khá cao gây mùi hôi thi, ảnh hưởng my quan đô thi, một số công

trình được xây dựng nhưng không thể đi vào hoạt động, nhiễu khu vực hệ thống thu

om nước đã xuống cắp không còn khả ning hoạt động, nh trang nước thải không

‘qua xử lý đổ trực tiếp ra sông hồ còn rất phổ biến Ngoài ra, do tình hình diễn biển

phức tạp của thời tết hiện nay, lượng mưa bão dé bộ vào đất iễn nước ta ngày cảng

bu cũng gây ảnh hưởng rit lớn đến khả năng thu gom và tiêu thoát nước của đô

thị đặc biệlà các đồ thi đang có hệ thông thoát nước chưa hon thiện

Đối với các khu đô thi, các điểm dân cư mới, chất lượng hệ thống hạ ting kỹ

thuật, trong đó có thoát nước mưa, nước thải ing có đa phần quyết định tính vănmình đô thị, góp phần tạo hip dẫn đổi với khách hàng, cũng như quyết định đến sự

phát triển bền ving vỀ môi trường của đô thị về lâu dài Vì vậy cần phải đưa ra các

giải pháp cụ thể, phải cổ các giải pháp đồng bộ về các vẫn để hạ ting kỹ thuật và

mang tinh khả th cao để khắc phục được những nhược diém còn tn tại nêu trên, đồ

là các giải pháp về chuẩn bị kỹ thuật, quy hoạch hạ ting kỹ thuật, tính toán cải tạo.

hiệu quả nhất Các giải pháp phải được xây dựng trên cơ sở dự báo ngắn và đãi han

về phát triển đô thị, phù hop với điều kiện kinh tế xã hội của địa phương trong hiện

tại và tương lai.

Đông Hà là thành phố trực thuộc tỉnh Quảng Thị, với hệ thống cơ sở hạ ting

phát triển chưa hoàn toàn đồng bộ và bộ may quản lý cỏn non trẻ, hiện cũng đanggặp phải những vấn đề khó khăn như các đô thị khác trong nước, đặc biệt là hệthống thoát nước của thành phố dang tổn tại nhiều tiêu cực gây ảnh hưởng không

nhỏ đến đời sống người dân cũng như mỹ quan môi trường của đô thị, Vậy nên cin

xem xét, nghiên cứu tính toán thiết kế cải tạo hệ thống thoát nước của khu vục để

đảm bảo khả năng thoát nước, không gây 6 nhiễm môi trường, gp phin phát triển

đô thi một cách bền ving

Chính vì vậy, để tài nghiên cứu “Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thong

thoát nước bén ving think phổ Đông Hà, tinh Quảng Tri” là tắt cần thiết và mang

tính thực tiễn hiện nay

II MỤC TIÊU NGHIÊN COU

~_ Nghiên cứu các bài toán và đưa ra giải pháp nâng cao hiệu quả cho hệ thẳng

thoát nước thành phổ, đảm bảo chức năng thoát nước của hệ thông

~ _ ĐỀ xuất giải pháp thoát nước mang tinh bin vững cho thẳnh phổ.

TH NỘI DUNG NGHIÊN COU

+ Thu thập ta

thành phố.

vl đảnh giá khả năng làm việc của hệ hổng thoát nước của

~ Phin ích, nh toán các bài toán về bệ thống thoát nước dya trên cơ sở khoa

học và thực tiễn, nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống ha ting kỹ thuậtcủa thành phố,

IV ĐÔI TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHIÊN CỨU

~ Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thoát nước của thành phố Đông Hà.

~ Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống thoát nước chính, các công trình quan trọng.

trong hệ thống thoát nước thành phố Đông Hà

V CÁCH TIẾP CAN VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU

~ Theo quan điểm hệ thống.

- Theo quan điểm thực tiễn va tổng hợp đa mục tiêu.

~ Theo quan điểm bên vững,

+ Phương pháp nghiên cứu:

~ Phương pháp thu thập số liệu.

~ Phương pháp điều tra, khảo sắt thực địa

- Phương pháp kế thừa các đỀ ti và nghiên cứu về giái pháp thoát nước cho

các đô thị Việt Nam.

~ Phương pháp tinh toán tối ta hôa hệ thống thoát nước đồ thi

~ Phương pháp thống kẻ và xử lý dữ liệu,

~ Phương pháp mô hình toán (sử dụng phần mềm SWMM)

VI KÉ F QUA DỰ KIÉ ĐẠT ĐƯỢC

+ Đánh giá hiệu quả tiêu thoát nước hiện tại của hệ thông thoát nước thành phố

Đông Ha.

+ Kiến nghị về các giải pháp nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống thoát

mở rộng hệ thống thoát nước về saunước thình phố Đông Hà Tạo tên để cho

TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU HE THONG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

LLG THIỆU CHUNG VE HE THONG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

LLL Khái nig về hệ thẳng thoát nước đô thị

Hệ thống thoát nước đô thị là tổ hợp những công trnh, thiết bị và các giải pháp,

kỹ thuật dé thực hiện nhiệm vụ thoát nước cho đô thị

“Các hệ thống thoát nước đô thị

+ Hệ thống thoát nước chung: Là hệ thống mà tắt cả các loại nước thải (sinhhoạt, sin xuất, nước mưa) được xa chung vào một mang lưới và dẫn đến công nh

+ Hệ thống thoát nước riêng: là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới đường.

ng riêng để dẫn từng loại nước thải khác nhau đến công tình làm sạch Theo cầu

tạo hệ thông thoát nước riêng có thể phân thành các loại sau: Hệ thông riêng hoàn

toàn; Hệ thống riêng không hoàn toàn; Hệ thống tiếng một nữa

+ Hệ thống thoát nước hỗn hợp: La tổng hợp của các hệ thống rên Hệ thống

này thưởng gặp ở các thành phổ lớn, đã cõ hệ thống thoát nước chung nay cần ea

tạo và mở rộng thì phải xây thêm các công trình phục vụ cho mang lưới thoát nước.

1.1.2, Vai tra của hệ thẳng thoát nước đổi với sự phát triển của đô thị

Một đô thị hiện đại là đô thị phái có hệ thống cơ sở hạ ting đáp img được như

cầu phát triển của đô thị đó, và hệ thống thoát nước đóng một vai trỏ rit quan trongtrong toin bộ hệ thông cơ sở hạ ting kỹ thuật đó, Đối với những đô thị cổ địa hình

phức tạ, khả nding tiêu thoát nước tự chảy kém thi vai trỏ của nó lại cảng được diy lên cao hơn.

Với tốc độ đô thị hóa ngày cảng cao trên nền của hệ thống ha ting xây dựng.

Không đồng bộ, còn nhi n đến khả năng đáp ứng nhủ cầu

đảm bảo yêu cầu thoát nước.

1.1.3 Yêu cầu đặt ra cho hệ thống thoát mước đô thị

Hệ thống thoát nước của dô thị phải đảm bảo được khả năng phục vụ iêu thoát

nước nhanh chống trong mọi điều kiện thời dế, không để cho bắt cử khu vục nàocủa đô thi bị ngập ứng, cũng như không làm ảnh hưởng xấu đến mỗi trường và cảnh

‘quan của đô thị

Ngoài ra, hệ thẳng phải dim bảo yêu cầu về kinh tế, không gây lãng phí dầu tưcũng như yêu cẩu về công tác quản lý vận hành

1.2 CAC NGUYÊN TAC VE MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

12.1 Nguyên tắc vach tuyén mạng lưới

+ Nguyên tie tr chảy, Dựa theo đị hình, tường hợp cần thiết mới xây tram bơm:

+ Vạch tuyển theo đường ngắn nhất mà diện hphục vụ lớn nhất

+Giảm thí các công trình giao tiếp (với đường xá, sông hỗ, công trình ngắm )

+ Bố tri cống doe theo đường phổ, trong via hè hay dọc theo mép đường hoặc.

có thể bổ trí chung trong đường him kỹ thuật Khoảng cách bổ trí với các công trình

phải dâm bảo an toàn theo quy định.

+ Đường ống góp chính phải dé về công trình lim sạch và cửa xả nước vào nguồn.1.2.2 Nguyên tắc đặt đường Ống thoát mước

+ Các đoạn éng nằm ngoài phố bao bọc xung quanh tit cả các mặt, phần lưu lượng do diện tích nghiêng về phía nào thì đoạn ống nằm ở phía đó.

+ Các ông cổng đặt & phần thấp nhất của 6 phổ,

+ Các ông cổng đặt xuyên qua các 6 phổ, kéo dai và xuyên qua 6 phố khác.

bơm chuyển tiếp.

1.2.3 Lựa chọn vật liệu đường Ống, mỗi nối

+ Các loại vật liệu dũng xây dựng mạng lưới thoát nước: chắc, không 1

nước, bền để chống ăn mon và sự mii mòn, trom để giảm sức cản thủy lục và giá

thành rẻ,

+ Các loại vật liệu như: Ông sảnh, ống bE tông - b tổng cốt thép, Ống

phibrôximăng, ống gang, thép.

1.3.4 Độ sâu chôn công và độ đốc đường Ống

+ Độ sâu chôn cổng phụ thuộc vào phương pháp thi công, vio vật liệu

điều kiện địa chất, đại chất thủy văn và các điều kiện kinh tế kỹ thuật khác.

++ Độ đốc đường ông chọn trên cơ sở đảm bảo độ déc ti thiểu, ngoài ra còn

phụ thuộc đường kính ống Nên bổ t cổng dọc theo độ đốc đường để han ch chiều

sâu đào cống

13 ĐÔ THỊ HÓA VÀ VAN DE THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

1.3.1 Khái niện thủy vẫn đô thị

“Thủy văn đô thị là một bộ phận của thủy văn học chuyên nghiên cứu những

«guy luật vận động của nước trên các lưu vực đô thị (cả về số lượng và chất lượng).

“Trong van dé thoát nước, thủy văn đô thị chủ yếu nghiên cứu các quy luật hình

kế và điều hành các

thành dong chảy tir mưa phục vụ cho tính toán quy hoạch thi

hệ thống tiêu thoát nước trên các lưu vục đô thị, Đ có thể xây dựng được hệ thống

thoát nước đảm bảo yêu cầu tì thủy văn đô thị đồng một va ồ rất quan trọng

1.3.2 Đô thị và quá trình dé thị hóa.

“Trong vài thể kỷ gin diy, sin xuất xã hội nói chung, sin xuất công nghiệp nói

tiêng được cuộc cánh mạng khoa học kỹ thuật tiếp sức đã làm cho quá tinh đồ thị

hoá phát tiễn với tốc độ chưa từng có

càng thêm sâu sắc

Qua tình đô thị hoá sẽ làm tăng trưởng kính tế, văn hoá xã hội, khoa học của

một vùng miễn, nhưng cũng để lại những tổn tại không tốt có thể ảnh hướng trực

tiếp tới môi trường sống của vùng đó Vì vậy, cần phải xem xét nghiên cứu toàn bộ

fe Khía cạnh và có hệ thẳng, đặc biệt là các yếu tổ về thủy văn, môi trường trước

khi thực hiện đô thị hoá

1.3.3 Lien vực đô thị với vẫn đề iêu thoát nước

Lưu vục đô thị là nơi chịu sự tác động rất mạnh mé của cơn người Những hoạt

động có mục đích của con người đĩ ầm thay đổi stu sắc chế độ đồng chấy trên các lưu vực đô thị

nhanh, ti

Do yêu cầu tiêu thoát nước đối với đồ thị khá cao: thời gian t

trong mọi điều kiện, ở mọi nơi trong thành phố; đảm bảo vệ sinh môi trường, quản

lý hệ thông hop lý Vi vậy lượng nước cần tiê, lượng chất cần xử lý đời hỏi phải

xác định chuẫn ác đối với mọi vùng trên lưu vực Vì ý do đó, phương pháp sử

cdụng trong các bai toán ti nước đô thị phải dựa trên quan điểm hệ thống, toàn thể

1.3.4 Khái niệm về dòng cháy đô thị

"Nước mưa rơi xuống lưu vục, một phần chây trên mặt đắt (dong chảy mat),một phần ngắm xuống dit rồi tập trung thành mach nước ngằm (đồng chảy ngằm)chảy vào sông, sau đó chảy qua mặt cắt cửa ra của lưu gọi là dong chảy sông,

ngồi

“Theo nguồn gốc của dòng chảy, người ta chia ra dong chảy mặt và dòng chảy ngằm Dong chảy mặt hình thành tré lưu vực sinh ra do mưa hoặc tuyết tan

và tập trùng về tuyển cửa ra Dong chây ngằm do nước dưới đất cung cấp

Với thoát nước dé thi, chủ yêu chỉ nghiên cứu về đồng cháy mặt

LAL Nghiên cứu về thoát mước đô thị trên thể gi

Din số thé giới sống trong các thành phố lớn ngày cà g tăng nhanh Đáp ứng.

nhu cầu do, diện tích dit đô thị cũng ngày cảng gia tăng, trong khi đỏ cơ sở hạ tang

cấp thoát nước cho đỗ thị không đáp ứng kip thời Hiện nay trên thể giới nhiều

thành phố lớn vẫn dang bị ng ngập và lũ lụt đe dọa.

Cá chuyên gia vỀ quy hoạch và thoát nước đô thị trên thể giới đã từ hơn 30năm nhận ra rằng cách tốt nhất đẻ đương đầu với ngập lụt trong đô thị không phải là.xây thêm trạm bơm, dip thêm dê hay lip đặt thêm cối mà chúng ta cần thêm

không gian cho nước Đó là giải pháp bên vững hơn khỉ không làm biển đổi dangchảy đột ngột như xây đập, đắp đê hay tôn nên công trình Gia tăng không gian cho

mặt nước và cây xanh tự nhiên không chỉ làm giảm nguy cơ ngập lụt mà còn tạo cảnh quan cho đô thị.

Gin đây Ngân hàng thé giới đã nghiên cứu và đưa ra cuốn cắm nang "Hướng

dẫn quản lý tổng hợp rủi ro ngập lụt đô thị trong thé ky 21” Theo cẳm nang này,

iải pháp hiệu quả nhất để quản lý nguy cơ Ii lụt là áp dụng phương pháp tp cậntổng hợp, trong dé kết hợp cả bai biện pháp cấu trúc và phi cẩu trúc, bao gdm xâydmg hệ thống kênh thoát nước và dẫn lũ; kết hợp "đô thị xanh” như đắt ngập nước

và vũng đệm môi trường: xây dựng hệ thống cảnh bio lũ Tut; quy hoạch sử dụng đắt

để chống ngập lụt

Đại học Quốc gia Singapore (NUS) với ý tưởng nghiên cứu: áp dụng các bÈ

mặt thim thấu cho những con đường nhỏ va via hè nhằm ngăn chặn ừnh tang lũ ạt

‘ye bộ tại đô thị bằng cách làm chậm lại dng nước đổ vào cổng rãnh sau mưa lớn

Những bề mặt thẩm thấu có một lớp bêtông rỗ và một lớp ôi Khoảng 30-40%

khoảng tống giữa lớp bê tông ch nước, sau đỗ nước sẽsôi này được dùng để

chảy qua một lớp vái thẩm thấu trước khi được xả qua những đường nhỏ đổ vào

cổng Toàn bộ quá trình này có thể giúp trữ số nước mưa đồ xuống trong vài giờ.

Nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa ẩm wot với lượng mưa trungbình 1000 - 2000 mm/nam Lượng mưa tập trung hi hết vào các thắng mùa mưavới cường độ ma lớn và có sự biển động mạng theo không gian nguyên nhân gây

ra là do bao, áp thấp nhiệt đới, dong

Cũng như các đô thị khác trên thé giới, các dé thị ở Việt Nam phát triển mạnh, dan số tăng nhanh; đặc biệt là sau ngày đất nước thống nhất Nhu cầu về nhà ở của

các thành phố đã trở thành vin đề lớn của xã hội Sự cơi nới, mở rộng tự phát, lẫnchiếm đất đi, các hệ thông dẫn nước có nhiều đoạn bị thu hẹp, hồ ao bi san lắpBên cạnh đó, hệ thông tiêu thoát nude đã được xây dụng từ lâu, nhiều đoạn khôngcòn giá trị, sử dụng, quản lý vận hành yếu, thiếu kinh phí tu bổ làm cho hiện

tượng ting ngập thường xuyên xây ra khi mùa mưa đến.

Với nhiều thành tựu của công cuộc đổi mới, mạng lưới các đô thị của Việt Nam đang ngày cảng được phát triển mở rộng và thực sự trở thành động lực chính thúc diy phát triển kinh tế Diện mạo đô thị có nhiều thay đổi theo hướng văn minh,

đã tạo dựng được những không gian đô thị mới, từng bước đáp ứng nhu

môi trường sống và làm việc có chất lượng Cũng như các đô thị khác trên

sur phát triển đô thị tại Việt Nam cũng đang bộc lộ nhiều hạn chế và yếu

kém về hating kỹ thuật à ô nhiễm môi tường

Nhiều công trình hạ tầng kỹ thuật nói chung đang ở tình trạng xuống cắp, việc

đầu tư xây dựng mới còn chậm và chưa đáp ứng nhu cầu Hệ thống thoát nước của

các đô thị tại Việt Nam thường chung cho tắt cả các loại nước thải, nước mưa, hệ

thống này hẳu hết được xây dựng qua nhiều thoi kỳ khác nhau, chất lượng quy

hoạch còn chưa cao, chưa hoàn chỉnh, thiếu đồng bộ trong đồ có nhiều tuyến cổng

xuống of kha năng tiêu thoát nước thấp Nước thải hi như chưa được xử lýxãthẳng vào nguồn tiếp nhận

Trong những năm gin đây đặc biệt là các đô thị lớn như Hà Nội thành phổ Hồ

Chỉ Minh, Đã 1g, Cần Thơ người dân luôn phải đối mặt với tình trạng ứng,

ngập khi gặp những trận mua lớn, hoặc nước thuỷ triều dng,

Ngập Ging đô thị không chỉ do nguyên nhân đô thị hóa mà sự ảnh hưởng của

biến đổi khí hậu Các thi

các thành phố lớn và khu công nghiệp lớn đều tập trung ở vũng đồng

tai như hạn hin, bão, lũ lụt xây ra thường xuyên Da số

ing tring

thấp, khu vực ven biển Đây là những khu vực rất dé bj tổn thương do biến đổi khí

âu (BDKH) gây ra Sep nhiều thách thứcmang inh toàn cầu về kinh tế, môi trường, năng lượng và dic biệt là tác động của

BDKH gây ra

át triển đô thị cũng đang đối mặt vớ

Ở Việt nam, đến nay đã có một số nghiên cứu về tác động của BDKH hoặc

quá trình 6 thị hóa đến tiêu thoát nước như:

- Nghiên cứu “BDKH châu A: Nghiên cứu cho Việt Nam" do Viện Quy hoạch

“Thủy lợi chủ tì thye hiện năm 1994 đã có đánh giá bước đầu tác động của BĐKII

tới nguồn nước, các vùng ven biển ở Việt Nam và để xuất các biện phíp thích ứng,giảm thể tác hại cho các ngành kinh tế khác nhan

= Tài liệu“Thoát nước dé thị bên vững” của PGS TS Nguyễn Việt Anh,

trường Đại học Xây dựng Tác giả đưa ra các phương thức tiếp cận và mô hình

ức thoát nước cho các đôi

thoát nước cho các đô thị Việt Nam Từ đó đề xuất tỏ cl

thị Việt Nam và đưa ra mộ số mô hình quản lý nước đô thị

* Giải pháp thoát nước bén vững đã được áp dụng tại Việt Nam,

Cích tấp cận của thoát nước mưa bén vũng là thoát châm, không phải thoát nhanh, trinh lượng mưa tập trung lớn tại một diém của hệ thông thoát nước trong,

thời gian ngắn, 12 sẽ khó thé đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém màtết điện c nước vẫn trần cổng, gây ngập đường, lụt nhà Vì vậy, phải tổ chức thoát nước mưa,

Kết hợp các biện pháp khác nhau một cách đồng bộ, sao cho dòng chảy được tập

trung chậm khi vào hệ thống thoát nước mà không gây ngập Sử dụng hồ đi

trên diện tích thu gom và truyền dẫn nước mưa để lưu giữ nước mưa là một cách

làm phổ bin Bên cạnh đó, sử dụng bản thân diện ích bề mặt của thành phố, tăngcường cho việc nước thắm tự nhiên xuống đất qua các thảm cỏ xanh, đồng thỏi tạocảnh quan và điều hòa tiểu khí hậu,

cứu về giải pháp nâng cao chất lượng phục vụ của hệ thống thoát nước của các đô.

thị đang phát triển hiện nay Với một số công trình nghiền cứu như:

+ Luận án tiến sĩ kỹ thuật “Xúc định phương pháp tính toán thoát nước mưa

đồ tị trong di kiện Việt Nam” của Trin Hữu Uyễn, Trường Dai học Xây dụng

- Luận án tiến st kỹ thuật “Nghiên cứu mô hình mưa tối an cho vùng bao gằm

cả đồ thị và nông nghiệp của Bắc bộ Việt Nam” của Nguyễn Tuân Anh, Trường Đại

học Thủy Lợi

~ Luận văn the si “Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc tiêu nước cho những vũng dang diễn ra quả trình đồ tị hoá" của ThŠ, Đặng Minh Hải, người hướng

dẫn khoa học PGS.TS Dương Thanh Lượng Luận vin đã nghiễn cứu cơ sở khoa

học tin toán hệ ỗ tiêu cho các vùng đang diễn ra qu tình đồ thị hóa, sử dụng mô hình SWMM mô phỏng ảnh hưởng của qu trình đô thị hóa tới hệ số iều đô thị

15, KET LUẬN CHƯƠNG 1

Trước sự biển đổi ngày cing khó lường của khi hậu, sự phát triển mạnh me

của đồ thị hóa, cùng với bệ thống thoát nước được xây dựng không đồng bộ của đô

thị khiến cho vie tiga thoát nước trở nên khô khăn hơn it nhiễu Gii quyết vẫn

để thoát nước cho đô thị li một trong những yêu cằu cắp bách hiện nay đổi với tt

cả các thành phổ lớn, vừa và nhỏ, Cần phải áp dụng các phương pháp tính toán phù.hợp để tim ra giải pháp nhằm nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống thoát nước,đảm bảo cho đô thị không bị các vin đề v8 ngập lụt ảnh hưởng đến quá trình pháttiển cũng như không làm ảnh hưởng đễn đời sống xã hội của người din và bền

vũng cho môi trường Các phương pháp tính toán sẽ được giới hiệu trong chương 2 của luận văn này.

CƠ SỞ LÝ THUYÉT TÍNH TOÁN HE THONG

THOAT NƯỚC MƯA ĐÔ THỊ

Để có thé tính toán được hệ thống thoát nước mưa cho đô thị, tắc giả dựa vào các cơsởlýthuyẾt như sau

+ Số liệu thu thập, xây dựng mô hình mưa thiết kế cho khu vực

+ Tính tosin hệ thống thoát nước theo phương pháp mô phỏng hệ thing bing mô hình SWMM.

+ Tính toán hệ thống thoát nước bằng phương pháp cường độ giới hạn.

2.1 MƯA VÀ MƯA [ KẾ

Một trận mưa rào tại một vị tri được đặc trưng bởi:

+ Thời gian mưa (phút, ngày, gid)

+ Tổng lượng mưa (mm)

+ Phân bố mưa theo thời gian.

Dùng thiết bị đo mưa tự ghi để đo quá trình một trận mưa thực

-2L-I Đặc trưng của mu thiết kế

+ Chu kỷ tp lại thiết kế (ẫn suất mưa)

+ Thời gian mưa (phút ngày, giỏ)

+ Độ sầu mưa (lượng mưa, mm)

++ Biểu đỗ qué trình mưa hay phân bổ theo thời gian của mưa

Mưa thiết kế có thé tính toán dựa trên cơ sở các số liệu do đạc về mưa trong

nhiều năm tại một địa điểm.

+ Bước 1: Xác định lưu lượng thiết kế cống theo công thức cường độ giới han,

từ đó sơ bộ chọn đường kính, độ dốc, cao trình đặt công,

+ Bước 2: Mô phỏng quá trình mưa và dòng chảy để kiểm tra hệ thông (sử

‘dung trận mưa thiết kế làm thông số đầu vào và sử dụng một mô hình tinh ton mưa

~ đồng chảy) Nếu hg thống không đạt yêu cầu hi đi chin li đường kính, độ

dốc, cao tinh đấy ống, àlặp li cho đến khi đạt yê cần

2.1.3 Quan hệ giữa độ sâu mua - thời gian mưa - tần suất

Quan hệ giữa độ sâu mưa - thời gian mưa - tần suất (Depth - Duration ~

Frequency) đượ viết tất là DDF

+ Quan hệ PDF thông thường được biểu diễn dưới dang đồ thị, trong đó thời

gian mura được đặt trên trục hoành, độ sâu mưa đặt trê trục tung và các đường cong

tương ứng với tn suất (tồi kỳ xuất hiện lạ)

-+ Để xây dựng quan hệ DDF, ta thực hiện các bước sau

- Đối với mỗi thai gian mưa, ta tiến hành phân ích tin suất để tính các độ sâu

mưa thiết kế ứng với các chủ kỳ lập li khác nhan.

= Sử dụng phương pháp phân ich hdi quy sẽ xây dựng được quan hệ độ sâu

mưa và thời gian mưa ứng với từng tin suất (chu ky lập la).

Bằng phương pháp hồi quy, có thẻ xây dựng quan hệ DDF dưới dang công

thức sau

H=ffd, T) (Độ sâu mưa = hàm số của thời gian mưa và chu kỷ lặp lại)

Dựa trên số liệu đo mưa, tác giá Nguyễn Tuần Anh (2009) đã nghiên cứu xâydựng quan hệ DDF cho 06 vùng ở đồng bằng Bắc Bộ như sau:

Hu()=(bjLaT + edt)

déiveidsa TY

Hy(1)=(b,LaT +e;)d917<5)

đối với d> a TP

2.1.4 Quan hệ cường độ mua - thời gian mua - tin sudt

Bang 2.1: Giá trj tham số của đường DDF

Quan hệ cường độ mưa - thời gian mưa - tn suất (Intensity - Duration ~ Frequency)được viết tắt là IDE

Các độ sâu mưa thiết kế được chuyển thành cường độ mưa theo công thức sau

Quan hệ IDF có dang như hình sau:

id= Ale" (mm/h)

inh 2.1: Mỗi quan hệ IDF

21.5 Xác định mo hình mica thié

Mô hình mưa thiết kế (MHMTK) là qué trình mưa phân bố theo thời gian Một số

phương pháp xác định MHMTK diễn hình như sau:

ca Xác định mô hình mua thiết kể dựa trên trận mưa điển hình

Phuong pháp này dựa trên quan điểm mưa các thời khoảng dai có chứa mưa

thời khoảng ngắn,

“Chọn mô hình mưa dién hình theo các yêu cầu sau

+ Trận mưa lớn đã xây ra gây ngập Ging lớn trong thực tế, đại biểu cho một

nguyên nhân gây mưa úng nhất định trong khu vực.

+ Có thời gian mưa hiệu quả bằng hoặc xắp xi thời gian mưa tính toán,

lượng mưa toàn trận bằng hoặc xấp xỉ lượng mưa trong thời Khoảngkhống chế ứng với tin suất thiết kế

Thu phóng mô hình mưa điển hình thành mô hình mưa tiêu thiết kế bằng cách

nhân các giá tr tung độ của mô hình mưa điển hình với hệ số thu phóng K, xác định

theo công thức sau:

Trong dd: Xp:Lượng mưa thếtkế vi tin suc P

‘Xdh: Lượng mưa của trận mưa diễn hình

b, Phương pháp khối xen kế

Phương pháp này được đề xuất bởi Chow (1988)

+Mô

quan hệ DDF.

h mưa thiết kế được xác định từ một đường cong quan hệ IDF hoặc

+ Mô hình mưa này được đặc trưng bởi độ sâu mua xuất hiện trong n khoảng

thời gian kế tiếp nhau trên tông thời gian mưa: Tả = n*At

Các bước xây dựng mô hình mưa thiết kế

+ San khi lựa chọn chu kì xuất hiện lại tận mưa thiết k, ta đọc cường độ mưa

1 cho mỗi thời gian mua At, 2Át, 3ÁC ừ một đường IDF tương ứng với chu kỳ xuất

hiện lại đã chọn và tính độ sâu mưa tích lũy (h) bing cách nhân cường độ mưa với thời gian mưa (h = 50,

++ Lay hiệu số giữa hai giá tr iên tip của độ sâu mưa lũy ích, ta sẽ tin được

độ sâu mưa thiết kế ứng với mỗi At và được gọi là các khối: (h(n* At)-h((n-1) Ad).+ Các khối được sắp xếp với cường độ mưa lớn nhất được xếp ở gia hoặc ở

thời gian xuất hiện đình, các khối cồn lại được sắp xếp theo thứ tự giảm dẫn và cđược chia đều ở bên phái và bên trái của khi trung tâm.

ou

0 Z +z>+Đế TẾ “Âu A6 a0 500 2h AN Z5 a TỦ

Thờ gia (bí)

Hình 22: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp khỏi xen kế

Phương pháp mô hình mua tam giác

Phương pháp này được để xuất bởi Yen và Chow (1980)

Với mô hình mưa tam giác có cạnh đấy là thời gian mưa Tủ, chiễn cao h là

cường độ mưa Khi biết độ sâu mưa P và thời gian mưa Tử ta xác định được cường,

độ mưa là chiều cao h

Cường độ mưa ¡

Hình 2.3: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp tam giác

Hệ số rước đình r, là tỉ của thời gian xuất hiện đỉnh mưa (ta) so với tổng thời gian mưa (Td).

Gis tr thích hợp của r được xác định bằng cách tính toán tỷ số của thời gian

xuất hiện định so với ổng thời gian mưa của nhiều trận mưa thục đo với thời gian

mưa khác nhau và l

đó,

giá trị trung bình theo trọng số thời gian mưa của các tỷ số

2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN, MÔ PHONG HE THONG THOÁT NƯỚC

ely nay vige phát triển ngành công nghệ thông tin với sự trợ giúp cin máy tính điện từ tì việc tính toán tiêu thoát nước tở lên đơn giản hơn với những mô

hình toán hiện đại mô phóng hệ thống thoát nước đô thị Mô hình không những có

thể ác định được lưu lượng đỉnh ma còn xác định được tổng lưu lượng dong chảy

Trong những năm gin diy, các dự án tiêu thoát nước của các thành phố lớn

như Hà Nội và thành phố Hồ C

áp đụng trong nghiên cứu tính toán tiêu thoát nước.

inh, Hải Phòng mô hình toán hiện dai đã được

Mộ số mô hình tính toán tiêu thoát nước mưa đô thị như: mô hình MOUSE,

mô hình HYDROWORKS, m6 hình SWMM.

Các mô hình đều có khả năng kiểm tra hoặc thiết kể hệ thống tiêu thoát nước

Tuy nhiên các mô hình lại có những nhược diém (mô hình MOUSE - Modelling of Urban Sewers)

+ Phần mềm tương thích với GIS

+ Yêu cầu cơ sử dữ iệu cao, chính xác

+ Không mô phỏng được tuyển cổng ghép đôi, chạy song song

-+ Có bản quyền, mua mắt rit nhiễu tin.

Trong khi mô hình SWMM lại yêu c

có khả ning mô phỏng tuyển cổng ghép đôi Là phin mém miễn phí và được sử

liệu đầu vào đơn gián, dễ thu thập,

“dụng nhiều nước.

mô phòng mưa ~ ding chảy cho các khu đô thị cả vé chất và lượng, và tính toán quá

trình đồng chảy trên các đường dẫn

Mo hình có thé mô phông với một trận mưa đơn lẻ hoặc nhiều trận mưa liên tiếp trong thời gian đài.

SWMM ra đời từ năm 1971, cho đến nay đã trải qua nhiều lần nâng cấp Mô

hình SWMM được sử dung rộng rãi trên thé giới cho các công tác quy hoạch, phân.

tích và thiết kế các hệ thống thoát nước mưa, hệ thông thoát nước chung, hệ thông,

thoát nước thai và những, lệ thống tiêu khác trong vùng đô thị cũng như những vùng không phải đô thị.

2.2.2 Các khả năng của mô hình SWMM

SWMM tính toán được nhiễu quá tình thủy lục khác nhau tạo thành dòng

chy, bao gằm

~ Lượng mưa biến đổi theo thi gian

= Bốc hơi tén mặt nước th;

= Sự ch tụ và lan yết

Sự cản nước mưa ti các chỗ địa hình lõm có khả năng chia nước;

- Ngắm của nước mưa xuống các lớp đắt chưa bao hỏa:

+ Nar thắm từ nước mặt chảy vào nước ngằm;

= Sự trao đổi giữa đồng chảy nước ngẫm và hệ thống tiêu:

- Chuyển động tuyến của dong chảy trên mặt dit và ở các hổ chứa phi tuyển; SWMM cũng có những tính năng mềm dẻo của một mô hình thủy lực dùng để

diễn toán ding chủy, nhật lu trong công, kênh, hd ram xử lý nước, ác công tình

phân nước của hệ thống tiêu thoát

~ Mô phông các mang lưới thot nước với những quy mô không giới hạn;

- Sử dụng nhiễu loi cổng có hình dang và kích thước khác nhau và các kênh

se nhiên;

~ Mô phỏng các dong chiy qua các công tình đặc biệt hư: công trình sử lý tram bom,

- Có thể xế đến việc nhập lưu hay dòng chảy tr bên ngoài vào cổng như dòng

chảy mặt, sát mặt, ngắm, nước thải sinh hoạt và nhiều dang khác của dòng,

Các img dụng điển hình của SWMM

~ Thiết kế và xác định quy mô kích thước những công trình của hệ thống thoát

= Thiết kế và bố trí :ác thành phần của hệ thống tiêu để kiểm soát lũ

- Bố trí các công tình trữ nước (điều hỏa nước) và các thiết bị để kiểm soát lũ

và bảo vệ chất lượng nước

~ Xây dựng bản đồ ngập lụt của hệ thống sông hoặc kênh tự nhị

- Vach ra các phương án làm giảm hiện tượng chảy trần của mạng lưới thoát

nước hỗn hợp.

Dinh gi ie động của đồng chy vào và dng thắm của bệ thống thoát nước tái

+ Tạo ra các hiệu ứng BMPs để làm giảm ti chất 6 nhiễm khi trời mưa

2.2.4, Dữ liệu đầu vào

Các dữ liệu cin thiết cho mô hình mưa dng chảy SWMM mô phỏng hệ thống

thoát nước bao gồm:

- Các dữ liệu về hệ thống thoát nước hiện trang, các công trình hiện có tr

khu vue nghiên cứu, các hỗ điều hòa

= Các dữ liệu về dia hình, dia chất, cao độ san nỀn, cao độ hiện trang của các

Mô tả ngắn gọn các phương pháp mi SWMM sử dụng để mô hình số lượng và chất

lượng đồng chảy nước mưa thông qua các quá tinh vt ý sau:

được minh họa trên hình 24 Mỗi bŠ mặt Eieparolo Stowe

tiểu lưu vực được coi như là một "hỗ

chứ phi tuyển, Dòng chảy vào đến từ

lượng nước rơi (mưa, tuyết và đồng chảy

từ các tiểu lưu vực nào đó ở phía thượng

lưu được khai báo Các dòng chây ra bao

adm: ngắm, bốc hơi, dòng chảy mặt Dung Hình24: Quan nigm về đồng chảy

tích của "hỗ chứa" này là mức trữ nước mặt

chỗ lõm tối đa, đó là mức trữ bề mặt lớn

nhất được tạo ra như sự tạo thành hỗ, sự

làm ướt bề mặt và sự cản nước Lưu lượng dong chảy mặt Q trên một đơn vị điện

tích xây ra chỉ khi độ sâu nước trong "hỗ chứa" vượt quá mức trữ nước chỗ lõm tối

a dj, mà Mong trường hợp đố dong chảy ra được tạo thành theo công thức Manning, Độ siu nước d trên tiễu lưu vực duge cập nhật lên tục theo thời gian t

«qua phép giải số cho phương trình cân bằng nước rên ti lưu vực

b Thâm

“Thắm (Infiltration) là quả trình nước mưa xuyên qua bé mặt vào trong đới đất

chưa bão hòa ở các diện tích thắm dược của tu lưu vực SWMM đưa ra ba lựa

chọn để mô hình sự thắm:

+ Phương pháp Horton

Đây là phương pháp dựa trên các quan trắc thực nghiệm, cho rằng mức độ

thắm giảm đi theo số mũ từ một tốc độ ban đầu lớn nhítớ độ nhỏ nhất nào.

đồ trong suốt quá tình diễn biến của trận mưa Các thông số đầu vào chin thiét chophương pháp này bao gồm các hệ số thẳm lớn nhất và nhỏ nhất, hệ số uy giám biểuthị tốc độ thắm giảm di theo thời gian, và thời gian cần thiết để đất từ lúc bão hòa

hoàn toàn đến lúc khô hoàn toàn.

+ Phương pháp Green-Ampt

Phương pháp này ding để mô hình sự thắm với giả thiết rằng tổn tại một mặtlust rõ ring trong cột đất ngăn cách ting đắt có một độ am ban đầu nào đồ ở bềndưới khỏi dat bão hòa ở bên trên Các thông số đầu vào cần thiết là độ thiếu ẩm ban.đầu của hg số ngắm của đất và độ cao hút nước tại mặt ướt

+ Phương pháp số đường cong (Curve Number Method)

Cách tiếp cận nảy được tiếp thu từ phương pháp số đường cong NRCS (SCS) đẻtính toán dòng chảy Phương pháp nay cho rằng, có thé tim được tổng dung lượngthấm của dat từ đường cong số cho dưới dạng bảng Trong suốt trận mưa dung

lượng này bị suy yếu din theo một ham số của lượng mưa và dung lượng còn lại

“Các thông số đầu vào cho phương pháp này là đường cong số, hệ số thấm của đắt

(ding để tính thời gian chia ra nhỏ nhất cho trận mưa) và thời gian cần cho đất bãohòa hoàn toàn đến khô hoàn toàn

© Nước ngằm

Hình 2.5 là một minh hoạ khái niệm về một mô hinh nude ngầm hai vùng mà

SWMM sử dụng Ving đất phía trên chưa bão hoà với độ âm là 0 Ving đắt phía dưới đã bão ho’ hoàn toàn vì vậy độ âm của nó được cổ định tại độ rỗng 9 Các đồng nước thể hiện trong hình vẽ được biểu điễn theo th tích trên một đơn vị diện

tích trong một đơn vị thời gian, bao gồm:

Hình 2.5: Mô hình nước ngằm hai vùng

“Trong dé:

4 - Lượng nước từ bên trên mặt đất thắm xuống đất,

fay - Lượng thoát bốc hơi nước từ lớp đất phía tính theo tỷ lệ cố định của

fy - Lượng nước thắm từ lớp đất phía dưới vào nước ngầm ting sâu, phụ thuộc

vào chiều sâu dụ của lớp đất phía dưới;

fg Lượng nước ngầm ở bên chảy vào hệ thông êu, phụ thuộc vào chiều sâu

lớp đất thấp hơn dụ và chiễu sâu của kênh hoặc nút nhận nước

Sau khi tính toán các dòng chảy trong thời đoạn đang xét, dùng phương

từđó

sân bằng khối lượng viết ch sự thay đổ th tích nước trữ trong mai lớp đ

tính được chiều sâu mực nước ngằm mới và độ dm của lớp đất chưa bão hoà chothời đoạn tiếp theo

4 Tuyết tan

Quá trình tuyết tan trong SWMM là một phần của quá trình mô hình đồng

chảy, Nó cập nhật động thi của các đám tuyết quan hệ với từng tiêu lưu vục bằngcách tinh toán sự ích lũy tuyết, sự phân phối ại tuyết theo sự xã bé mặt và các hoạtđộng dạn tuyết, và sự tan yết thông khoảng thời gian làm ấm tuyết Bắt cử lượngtuyết tan nào di khỏi dim tuyết nào đều được coi là nguồn nước bổ sung trên tiêu

lưu vực

‘Tai mỗi bước thời gian dong chảy SWMM thực biện các tính toán sau day:

1 Nhiệt độ không khí và các hệ số tan tuyết cập nhật theo ngày lịch

3 Bắt cứ lượng nước rơi nào rơi xuống là tuyết đều được thêm vio đảm tuyết

3 Bắt cứ lượng vượt quá giới hạn độ s lu tuyết trên điện tích có thể xúc được

của đảm tuyết đều được phân phối lại theo các thông số dọn tuyết tạo cho

đám tuyết

4 Mức độ bao phủ bé mặt của tuyết trên điện tích không thắm và thắm của đảmtuyết bị giảm di theo các đường cong xả mặt (Areal Depletion Curves) gần

cho diện tích dang xét

5 Lượng tuyết rong đảm tuyết tan thành chit ling được tính theo

4 Công thức tính ngân quỹ để làm ấm tuyết trong giai đoạn có mưa, noi

tốc độ tan tuyết tăng theo sự tăng nhiệt độ, tốc độ gió, và cường độ

b Công thức tính nhiệt độ theo ngày cho các giai đoạn không có mưa,

nơi tốc độ tan tuyết bằng tích số của hệ số tuyết tan vả độ chênh lệch

&

giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ tan cơ sở của đám tuy

6 Nếu không có sự tan tuyết nào xây ra thì nhiệt độ của dim tuyết được hiệu

chỉnh dựa vào tích số của độ chênh lệch giữa nhiệt độ không khí hiện tại và

“quá khứ và một hệ số tuyết tan hi chính, Nếu sự an yết ay ra tì nhiệ

độ của dim tuyết tăng lên theo lượng nhiệt tương đương của tuyết tan chođến nhiệt độ tan cơ sở Bắt cứ một lượng chat lỏng tan ra còn lại sau này đều

có thể tạo thành dong chảy từ đầm tuyết

7 Lượng tan tuyết sau đó bị giảm di theo dung lượng giữ nước tự do còn lại

trong dim tuyết Lượng tuyết tan còn lại được coi như là nguồn vào cũa

lượng nước bổ sung nhập vào tiểu lưu vực.

e Đồng chảy tuyén

“Trong SWMM, dòng chảy tuyến bên trong đường dẫn bị chỉ phối bai các

phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng cho dòng chảy biến đổi dần, không én định (tức là các phương trình Saint Venant) Người sử dụng SWMM có

thể chọn một trong các lựa chọn sau đây vỀ mức độ tỉnh vi phức tạp dùng để giải

các phương trình đó

= Dang chiy đều (Steady Flow Routing);

~ Dong chảy tuyển sóng động học (Kinematic Wave Routing);

= Đồng chay tuyển sông động lực học (Dynamic Wave Routing)

+ Đồng chảy tuyến din đặnh (Steady Flow Routing)

Dong chảy én định biểu did dang chảy một cách đơn gián nhất tới mức có

(thậm chí không có tuyến) bằng cách giả định ring trong mỗi bước thời gian tính

toán dòng chảy lả đều và ổn định Như vậy một cách đơn giản là chuyển đổi biểu đồ.lưu lượng tại đầu thượng lưu tối đầu hạ lưu của đường din, mà không có sự chậm

tới hay sự đôi dang Công thức tính dòng chảy thông thường được sử dụng dé xác.

đình quan hệ lưu lượng theo diện tích (hoặc theo độ sâu).

Kiểu đồng chảy này không thé tính cho sự tích nước trong kênh hiệu ứng

nước vật, tổn thất vào/ra, ự đảo chiễu đồng chảy, hoặc dòng chảy có áp Kiễu này

chỉ có thé đùng với mạng lưới vận chuyển nước dang nhánh, noi mi mỗi nút chỉ có

một đường nỗi ra đơn lẻ (trừ khi nút là một công trình phân dong trong trường hợp.

này cin cổ hai đường nối đồng chiy ra) Kigu dong chảy tuyến này không nhạy đối

với bước thời gian được dùng và thực ra chỉ thích hợp với các phân tích sơ bộ sử

én tục thời gian đài.

dụng các mô phỏng

+ Đồng chảy tuyén sóng động học (Kinematic Wave Routing)

Diễn toán dòng chảy sóng động học giải phương trình liên tục cùng với dạngđơn giản nhất của phương tình động lượng trong mỗi đường ống hoặc kênh

Phương trình sau đi hỏi rằng độ dốc của mặt nước bằng độ dốc của đường dẫn

Lưu lượng lớn nhất có thé vận chuyển qua một đường dẫn là giá tr lưu lượng

bình thường của dòng chảy đầy Bắt cứ một lu lượng nào đó vượt quá tị số này đi

vào nút vào thì sẽ bị mắt khỏi hệ thống vữa có th tạo thành "vũng ngập” rên đình

của nút vào và sẽ được đưa trở lại vào đường dẫn khi đường dẫn lại có khả năng

nhận lượng nước đỏ.

Dong chảy tuyển sing động học cho phép lưu lượng và diện tích biển đổi cả về

Khong gian và thời gian trong đường dẫn Điều này có thể dẫn đến biểu đồ lưu

lượng đồng chảy ra bị châm di và giảm di khi ding chảy di theo tuyển dọc kênh.

“Tuy nhiên dạng này của dong chảy tuyển cũng không thể tính được cho các hiệu ứng nước vật, tổn thất vào / ra, sự đảo chiều dòng chảy, hoặc dòng chảy có áp, và

đạtđược sự ôn định số với các bước thời gian lớn vừa phải, trong Khoảng 5 đến 10phút Nếu các hiệu ứng kể trên là không bị đòi hỏi quá mức thi đây có thé coi là một

phương pháp chính xác và có hiệu quả, đặc biệt cho việc mô phỏng thời gian đài.

nó cũng chỉ ding cho mang lưới bổ trí theo dang nhánh Thông thường, có t

+ Dang cháy tuyển sông động lực học (Dynamic Wave Routing)

Dòng chảy tuyển sóng động lực học giải hệ phương trình dòng chảy Sain

'Yenant một chiều hoàn chính, và vì vậy cho kết quả chính xác về mặt lý thuyết Hệ phương trình này bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng cho

các đường dẫn và phương trình liên tu ti các nút

Véi hình thức diễn toán này, nó có thể mô tả đồng chảy có ấp khi một đường dẫn kín trở nên đầy, như vậy lưu lượng có thể vượt quá gi tị lưu lượng chiy đầy

bình thường Ứng ngập xảy ra khi chiều sâu nước ở một nút lớn hơn chigu sâu chophép lớn nhất, và khi đổ lưu lượng dng chảy vượt quá hoc là bị mắt khỏi hệ thông

hoặc có thể hình thành một ving ngập ở trên đỉnh của nút và quay trở lại hệ thông khi có thể

Diễn toán sóng động lực học có thể tính toán sự trữ nước của kênh, nước vật,

tổn thất ở cửa vào / cửa ra, dòng chảy có độ đốc ngược và dòng chảy có áp Bởi vì

nó kết đôi việc giải cả mực nước tại nút và cả lưu lượng trong đường dẫn với nhau,

nên nó có thé áp dụng cho bắt cứ mạng lưới nào, thậm chí cả mạng chứa c công

trình phân đồng thành nhiều dòng phía hạ lưu và các vòng mạng Đây là phương

pháp được lựa chọn để mô phòng hệ thống chịu ảnh hưởng đảng kể của nước vật do việc chặn dong chảy phía hạ lưu va có sự điều chỉnh dong chảy thông qua các tràn các cổng Một vin dé chung cin quan tâm là để sự tính toán dạt được mức độ

chính xác cần thiết tì cần phải sử đụng các bước thời gian tính toán nhỏ hơn nhiu,

ở mức khoảng chững 1 phút hoặc nhỏ hơn (SWMM sẽ tự động giảm bước tồi gian

lớn nhất do người sử dụng khai báo khi cin đạt được sự ôn định số)

Mỗi trong các phương pháp này déu ding công thức Manning dé lập quan hệlưu lượng theo độ sâu và độ đốc (hoặc độ nhám) đáy Trường hợp ngoại lệ là đốivới dạng Ống ton c

Wiliams

pti đó có thể thay th bằng việc sử dụng công thức

Hazen-Ff Sur tạo thành vũng ngập trên be mặt

“Thông thường trong diễn toán dòng chảy khi đồng chảy vào một nút vượt quá Khả năng của hệ thống vận chuyển nước ở phía hạ lưu của nó, phần th tích vượt

quá và bị mắt đi Có một lựa chọn để làm cho dung tích vượt quả này được trữ lại bên trên nút đưới dang một "ving ngập”, và dung tích

đó sẽ lại được đưa trở vào hệ thống khi khả năng của hệ thống cho phép,

Khi diễn toán dòng chảy đều và đồng chay sóng động học thì nước của vũng

ngập được trữ chỉ đơn giản là thể tích nước vượt quá Đối với ding chảy sóng động lực học chịu ảnh hưởng bởi các độ sâu nước duy tì tại các nút, thể tích nước vượt

ui được gi định tạo thành vũng ngập ch bê mặt không đốin trên nút với

Điện ch bề mặt này là một thông số đầu vào cung cấp cho một nút

Nhà một tủy chọn, người sử đụng có thé muỗn biểu diễn hệ thing chi trầntrên bề mặt một cách rõ ràng Trong hệ thống kênh hở diéu này có thé bao gồm sự

chay tràn tên đường tại các cầu hoặc các điểm giao cắt với ông ngằm cũng như với

các diện tích trữ nước của vùng đồng rồng thêm vào, Trong các hệ thống đườngdẫn kín, dong chảy trần trên bề mặt có thể được chuyển xuống các đường phố bêndưới, các thung lũng, hoặc các tuyến khác trên mặt đất đến cửa nhận nước mưa.hoặc kênh hở có thể tiếp theo Dòng chảy trăn cũng cổ thể được lưu git trong cấc

chỗ trăng trên bé như là các bãi đỗ xe, sân đua hoặc các diện tích khác.

&: Dong chảy chất lượng nước

Ngoài việc mô phỏng thủy lực, SWMM còn có khả năng biểu diễn chất lượng

nước trong phạm vì một đường ông hoặc kênh với gid thiết rằng đường ống hoặc

kênh được xem như là bể phản ứng khuấy trộn liên tục

Dong chảy tuyển chất lượng nước (Water Quality Routing) trong các

đường nỗi cho rằng, đường dẫn xử lý như một bễ phản ứng khuấy trộn liên ewe

(continuously stirred tank reactor - CSTR), mặc dù giả định bé phản ứng theo kiểu.

đồng “diy” có thể là thực tế hơn Sai s

đường din cùng bậc với bướ

sẽ nhỏ đi nếu thời gian di chuyển quathời gian đồng chiy Nẵng độ cin một chi

trong đường dẫn tại thời điểm cuối của bước thời gian được tìm ra qua

phương trình bảo toàn khỏi lượng, sử đụng các giá tr trung bình cho các con số có

thé thay đội theo bước thồi gian như lưu lượng và th tích của đường dẫn

Mé hình chất lượng nước trong các nút công tình tờ nước cũng tân theocùng một cách tiếp cận như đối với các đường dẫn Dối với các loại khác của nút

không có thể chất lượng nước tổn tại trong nút chỉ đơn giản là sự pha trộn nồng,

449 của tắt cả dong chảy di vio nút

(Qua phân ích sơ bộ về phương pháp tinh toán, mô hình tinh toán tiêu thoái

nước, với thời gian nghiên cứu, viết luận văn có hạn nên tác giả lựa chọn mô hình SWMM để tính toán thoát nước cho khu vực, phù hợp với ti liệu thu thập được.

2.3, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA THEO CƯỜNG ĐỘGIỚI HẠN

Kỹ thuật tí h toán tiêu thoát nước với các lưu vục đô thị có khoảng giữa thé

kỹ XIX Nhin chung các phương pháp tinh toán tiêu thoát nước cho các đô thị ở nước ta phần lớn mới ở mức sử dụng các công thức kinh nghiệm, công thức căn

nguyên dong chảy dé xác định lưu lượng lớn nhất cần tiêu và kích thước các đường.

sống tiêu

6 nước ta từ năm 1960 đến nay áp dụng rộng rãi phương pháp cường độ giới

hạn Hiện nay tiêu chuẩn Việt Nam cũng đưa phương pháp cường độ giới hạn vào

tính toán tiêu thoát nước mưa cho 46 thị

2.3.1 Xác định lưu lượng mưu tính toán

Công thức tính toán lưu lượng thoát nước mưa:

Q=q.CF us)

Chủ kỳ trần cống là thời gian (ính bằng năm) Hp ại tận mưa vượt qué cường

độ mưa ính toán (vượt quá sức chuyển ti của cổng thoát nước)

2.3.3 Xác định cường độ mica tinh toán

Theo TCVN 7957:2008, cường độ mưa tính toán được xác định theo công thức

= AGeCeP) asa)(t+by

Trong đó:

a= Cường độmma(WSha)

{= Thời gian đồng chảy mưa đến điểm tính toán (phú)

P= Chu ky lặp bi trận mưa tinh toán (năm)

‘A.C, b,n Hing số khí hậu phụ thuộc vào điều kiện mưa của địa phương,

2.3.4 Xác định thời gian mura tính toán

“Thời gian mưa tính toán được xác định theo Điều 4.2.7 TCVN 7957:2008

b+U+b (phú)

Trong đó:

t= Thời gian đồng chay mưa đến điểm tính toán (phút)

{y= Thos gian nước mưa chảy trên bề mat đến rãnh đường (phi)

t Thời gian nước chủy tong rãnh đường đến giếng thu (phút)

+ Th gion nước chảy trong cống đến tiết điện ính toán (phú!)

V¿- Van tốc chy ong mỗi đoạn cống tương đương, mis

r- — Hệsốphụ thuộc vio dja binh

.Š Xác định hệ số dong cháy

Hệ số dang chảy C xác định bằng mô hình tính toán quá tình thẩm Trong

trường hợp không có điều kiện xác định thì C phụ thuộc vào tính chất mặt phủ của

lưu vực và chu ky lặp lại trận mưa tinh toán.

Tuy akin, phương pháp cường độ iới hạ có những nhược điểm là

= Khối lượng tính toán nhiễu;

~ Không xét đến sự thay đổi của của yếu tổ thay lực, thủy văn theo thời gian,chỉ xác định được lưu lượng đỉnh (lưu lượng tối đa);

- Không mô phỏng được quá trinh chất lượng nước;

mạng lưới thoát nước, có dt nhiều phương pháp tính toán và các phin mềm hỗ tg,

tuy nhiên với mỗi đồ thị hay vùng min lại có những tính chất đặc trưng riêng Vi

vây, để lựa chọn được phương pháp phủ hợp với từng địa phương, cần dựa vào các

yếu tố về địa hình, khí hậu, địa chốc thủy văn Ngoài ra còn kể đến các yêu tổkhách quan và chủ quan như mục đích nghiên cứu, cách thức nghiên cứu, điều kiện

thu thập số liệu, độ chính xác của số liệu, khả năng ứng dụng các phương pháp tính

toán hay các mô fh mô phỏng vào khu vực cần nghiên cứu Như vậy, trước khi

nghiên cứu cin phải xem xét và đưa ra những lựa chọn về phương thức tính toán

phi hợp nhất Và dé im được như vậy, phải thục hiện công ác chun bị cức tà

Hiệu cần thế và quan trong nhất à đảnh giá được khả năng lim việc hiện tại của hệthống, đây chính là nội dung tác giả sẽ đề cập trong chương 3 của luận văn này,