Luận văn thạc sĩ Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa đến công suất thiết kế của trạm bơm Đông Mỹ

Vì vậy hệ thống tiêu phải làm việc vượt khả năng thiết kế, Mặt khác nước thải từ các khu công nghiệp,các làng nghề không qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt mức cho phép xa vào các kênh lâm ô

LỜI CẢM ƠN

Luận văn ”Nghiên cứu ảnh hưởng cua quá trình đô thị hóa dén công suất

thiết kế của trạm bơm Đông Mỹ” được hoàn thành tại Trường Đại học Thuy lợi.

Sau một thời gian miệt mài nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình của thay giáo GS TS Dương Thanh Lượng, cùng giúp đỡ của nhiễu cá nhân và co

quan ban ngành Luận án của tôi đã hoàn thành Từ đáy lòng mình, tác giả

chân thành cám ơn Giáo sư - Tiến sĩ Dương Thanh Lượng người hướng dan

khoa học đã giúp tôi hoàn thành luận án.

Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên,

giúp đố và gui gam ở tôi.

Cảm ơn Phòng đào tạo, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Trường Đại học Thuỷ lợi Ha Nội, Viện Thuy Công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam cùng bè

bạn, đồng nghiệp đã chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi

học tập và hoàn thành Luận án này.

Hà Nội, ngày 08 tháng 3 năm 2011

TÁC GIÁ

Đào Văn Ánh

MỤC LỤC

LỎI CẢM ON 1

MỤC Luc 2 MỤC LUC HiNH VE 4 MUC LUC BANG BIEU 5

MO ĐẦU 1

CHUONG I TONG QUAN VE VAN DE THOÁT NƯỚC CHO VUNG NONG

NGHIEP DANG DIEN RA QUA TRINH BO THI HOA 9

1.1 Khái quát về tình hình đô thị hoá ở Hà Nội 9

1.1.1, Tong quan về tỉnh hình đô thị hoá 9 1.1.2 Hà Nội đô thị hóa "

1.2 Tỉnh hình chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất chuyên ding cho đồ thi 13

1.2.1 Thực trang chuyển đổi mục dich sử dụng đắt nông nghiệp ở nước ta L3 1.2.2 Tình hình chuyển đổi đất nông nghiệp sang dit đô thị ở Hà Nội 14

1.3 Những ảnh hướng của đô thị hoá tới hệ thông tiêu 4

1.3.1, Ảnh hưởng việc cứng hoá các mat tiêu nước tự nhiên 14 1.3.2 Ảnh hưởng từ nguồn thải dé thị 16

1.3.3 Anh hưởng từ các quy hoạch không đồng bộ các khu đô thị khác nau 17

1.4 Van đề tiêu thoát nước cho các vùng đô thị 1

'CHƯƠNG 2 MỘT SỐ MÔ HÌNH TIÊU NƯỚC MAT 19

2.1 Mô hình Horton 20 2.1.1 Cơ sở thiết lập mô hình, phương trình cơ bản và cách giải 20 2.1.2 Nhận xét về mô hình 2 2.2 Mô hình thủy lực 2

2.2.1 Phân tịch hệ phương trình vi phân cơ sở 22

2.2.2 Ap dụng hệ phương trình vi phân cơ sở và cách giải bài toán 25 2.3.3 Nhận xét về mô hình Hộ 2.3 Mô hình Transfert 28 2.3.1 Cơ sở thiết lập mô hình và phương trình cơ ban 28 2.3.2 Cách giải bài toán 28

2.3.3 Nhận xét về mô hình 312.33.1, Ưu điểm 31

2.3.3.2 Nhược diem 31 2.4 Mô hình hỗ chứa mặt ruộng 31 24.1 Cơ sở của mô hình 31

2.4.1.1 Cấu trúc của cánh đồng lúa 32

2.4.1.2 Dang đường qua trình mưa 33

2.4.2 Lập bài toán và các giả thiết

2.4.3 Cách giải bài toán

2.4.4 Các điều kiện không chế

39

41 41

42

42 4

CHUONG 3 UNG DỤNG MÔ HÌNH SWMM VA CÔNG NGHỆ GIS TRỌNG.

QUY HOẠCH VÀ QUAN LÝ HỆ THONG THOÁT NƯỚC DE DÁNH GIA

ANH HƯỚNG CUA ĐÔ THỊ HOA TỚI CÔNG S

ĐÔNG MỸ.

3.1 Chon và mô ta đối tượng áp dụng nghiên cứu

3.1.1, Điều kiện tự nhiên hệ thống.

3.1L, Địa lý địa hình và địa mạo

3.1.12 Địa chất công trình, địa chất, địa chất thuy vấn

3.1.13, Khí tượng

3.1.14, Thuỷ văn, sông ngôi

3.1.3 Tình hình dn sinh, kinh tế, xã hội

3.13.1, Dân cự

3.13.2 Tình hình sử dựng đất

3.1.33 Tinh hình sản xuất nông nghiệp

3.1.3.4, Hướng phát triển đồ thị

3⁄2 Mô ta đối tượng nghiên cứu - Hệ thông tiêu Đông Mỹ

3.2.1 Tram bơm tiêu Đông Mỹ (ed).

3.2.2 Các tuyển kênh

3.233, Các công trình trên kênh

3.3 Tình hình tiêu nước của hệ thống tiêu Đông Mỹ,

3.4, Dũng mô hình SWMM và công nghệ GIS để mô phông hệ thống

3.4.1, Lập sơ đồ biểu điễn hệ thống tiêu

3.4.2 Tạo thuộc tính cho các phan tử

4.3.3, Mô tả sự lâm việc của bệ thống

43.4, Chạy chương trình và lấy kết quả

-43,5, Phân ch kết quả tính toán

4.3.5.1 Kiểm định mô hình theo tai liệu hực tế

43.5.2 Nguyên nhân tỉnh trạng ứng ngập và phan tích kết quả tính toán

3.5 Phương án quản lý vận hành hệ thống ứng với quy hoạch đô thị hiện trạng

AT THIẾT KE TRAM BOM

44 44

44

44 44 4 50 34 5 55 36 sĩ 58 58 59 sọ 61 62 62

63

72 73 80 80

88

90

3.6 Phương án quy hoạch hệ thống thoát nước ứng với quy hoạch đô thị

3.7.2 Cải tạo mỡ rộng đầu mỗi 94

3.733, Kiên cỗ hóa hệ thông đường dã 95

3.8 Ảnh hưởng của qua trình đô thị hoá đến công suất thiết kế của tram bom

Đông Mỹ 9%

3.8.1 Quan hệ giữa phan trăm dat đô thị với diện tích hỗ điều hòa 983.8.2 Quan hệ giữa phần trim dat đô thị với dung tích hồ điều hỏa 1003.8.3 Quan hệ giữa phần trăm diện tích hồ điều hoà với tổng diện tích lưu

Tình 3-1: Sơ d hệ thông tiêu đã được lập bằng SWMM 6

Hình 3-2: Nhập sổ liệu vào nút 63

Tình 3-3: Nhập sé liệu vào kênh hình thang 64 Hình 3 64

Hình 3-5: Nhập sổ liệu vào tiểu lưu lực 66

Hình 3-6: Tạo thuộc tính cho mô hình mưa 68

Minh 3-7: Nhập số liệu cho mô bình mưa 68

"Hình 3-8: Tạo thuộc tính cho cổng (Orifice) T0

Hinh 3-9; Tạo thuộc tính cho máy bom (Pump) TI

Hình 3-10: Nhập số iệu khí tượng 1>

Hình 3-11: Lựa chọn các thông s cho tinh toán, 14

Hình 3-12: Quá trình chạy chương trình T4

Hình 3-13: Kết quả thé hiện trong sơ để tinh toán bằng số và mau 16

"Hình 3-14: Các hình thức lấy kết quả là đường mặt nước n

"Hình 3-15 Đường quả trình mye nước tại b hit tram bơm T8

Hình 3-16 Đường quá trình mye nước hỗ Đông Mỹ 19

Hình 3-17 Đường quá trình mục nước hồ Vet 19

Hình 3-18 Đường quá trình mực nước hồ Đông Trạch 19

Hình 3-19 Quá trình lưu lượng trạm bơm Đông Mỹ mới 80

Hình 3-20: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ đắt đô thị với diện tích hữu ich hd điều hoal00

Hình 3-21: Đồ thị quan hệ giữa tý lệ đất đô thị với dung tích hữu ích hỗ điều hỏaI01

MỤC LUC BANG BIEU

Biểu đồ 1.1: Tỷ lệ dân số đô thị Việt Nam _ 1970:2010 9 Bảng 1.1; Dân số đô thị và mức độ đô thị hóa của Việt Nam (1950 - 1995) 10

Biểu đồ 1.2: Dân số đồ thị và mức độ đô thị hóa của Việt Nam từ 1950 và dự kiến

én năm 2050 "

Bang 1-2: Ảnh hưởng các loại ting phủ tới hệ số dòng chảy 16

Bang 3.1 Nhiệt độ trung bình thắng tại Hà Nội và Hà Đông (°C) 45

Bang 3.2 D6 Âm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Dông (%) 45 Bang 3.3 Lượng mưa năm tại một số trạm trên hệ thống, 45

“Bảng 3.4 Kết qua tính toán lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngây max ứng với tn suất P=

Bang 3.5 Phân phối trận mưa 3 ngây max (P-10%) 46

Bang 3.6 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Láng (mm) 4 Bang 3.7 Lượng mưa 72 giờ tai trạm Hà Đông (mm) 48 Bang 3.8, Lượng mưa 3 ngày của trận mua đặc biệt lớn năm 2008 (mm) 49 Bang 3.9 Lượng bốc hơi trung bình tháng tai Hà Nội và Hà Đông (mm) 49

Bang 3.10 Mực nước thấp nhất sông Hồng tại Ha Nội (em) s

Bang 3.11 Các mực nước sông Hồng tại trạm Hà Nội ứng với các thn suất tính

toán (liệt số liệu 1970-2008) %

Bang 3.12 Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở ứng với các tn suất tinh toán 52

Bảng 3.13 Các mục nước Sông Hang tại Đông Mỹ ứng với các tần suất tính toán52

Bang 3.14 Mực nước báo động mùa lũ tại một số vị trí trên sông Hồng 53

Bảng 3.15 Mục nước lớn nit trên sông Nhug qua một số năm điễn hình 3

Bing 3.16 Mục nước báo động tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng 53 Bang 3.17 Mực nước tiêu trên sông Nhuệ, sông Day 54 Bảng 3.18 Tinh hình dân cư vũng nghiên cứu so với các khu vite khác năm 200855

Bang 3.19 Diện tích đất nông nghiệp của huyện Thanh Tri so với các khu vực

khác 56 Bang 3.20 Diện tích, năng suất một số cây trồng chủ yêu của các địa phương,

thuộc Ha Nội s7 Bảng 3.21 Hiện trang các công trình trên kênh thuộc lưu vực dự án 61

‘Bang 3-22: Giá tr kết quả tinh toán tại các nút và kênh 15

Bang 3-23: Giá trị kết quả tính toán tại các tiêu lưu vực 75

Bảng 3-24: Mô hình tiêu thực do 80 Bảng 3-25: Kết qua tinh toán các trường hợp ở phương án hiện trang 82 Bing 3-26: Két quả tinh toán các trường hợp phương dn năm 2015 82

Bang 3-27: Kết quả tỉnh toán các trường hợp phường án năm 2020 83

Bang 3-28: Kết quả tinh lưu lượng ứng và độ sâu ngập ứng tai nút A32 s4

Bang 3-29: Tổng hop kết quả ngập ứng ứng với các phương án mô phỏng 6

Bang 3-30: Kết quả chuyển đổi mục dich sử dụng đất từ nay tới năm 2020 99

Bang 3-31: Thống kê điện tích các hỗ điều hoa qua các phương an mô phỏng 99

Bang 3-32: Thống ké diện tích mặt thoáng và mực nước trữ tối đa các hỗ điều

hòa qua các phương án mô phóng lôi

Bang 3-33: Thống kê dung tích hữu ích các hồ điều hòa qua các phương án mô

phỏng 101

Bảng 3-34: Ty lệ phần trim điện tích hỗ điều hod so với tổng điện tích lưu vue qua các phương ân mô phòng 102

MỞ DẦU

1 Tinh cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

'Việt Nam đang trong thời kỳ đây mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá;

đặc biệt tai thành phố Ha Nội quá trình đô thị hoá càng diễn ra với tốc độ cao.Qué trình đô thị hoá là quá trình thay thế những vùng sản xuất nông nghiệp,

dan cư nông thôn trước kia bởi những khu đô thị, khu công nghiệp, trung thương mại, trung tâm giải tri, các công trình công cộng Quá trình đô thị

hoá tạo những bước phát triển đột phá về kinh tế xã hội nhưng cũng gây ra

những tác động tiêu cực đổi với việc thoát nước và vệ sinh môi trường

Lưu vực tiêu của trạm bơm Đông Mỹ hiện nay thoát nước cho vùng Dong Nam Hà Nội khoảng chừng 2000 ha Trước đây các hệ thống tiêu thuỷ lợi được thiết kế để đảm bảo tiêu thoát nước cho nông nghiệp, thổ cư đường xá,

ao hồ Nhưng khi quá trình đô thị hoá diễn ra thì đặc trưng sinh dòng chảy,thay đổi do sự gia tăng của các bé mặt không thắm nước làm giảm nhỏ lượngthấm như mai nha, mặt đường, quảng trường, sân bai 6 tô Đồng thời hệthống thoát nước trong các khu đô thị được xây dựng mới nên làm tăng vậntốc dòng chảy và tăng lưu lượng đỉnh lũ Vì vậy hệ thống tiêu phải làm việc

vượt khả năng thiết kế, Mặt khác nước thải từ các khu công nghiệp,các làng nghề không qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt mức cho phép xa vào các kênh

lâm ô nhiễm nguồn nước tưới (vì nước ở các kênh tiêu thường được giữ lại để

tưới vào mùa khô),

Những van dé trên chính là lí do ra đời dé tài "Nghiên cứu ảnh hướng

của quá trình dé thị hóa đến công suất thiết kế của trạm bơm Đông Mỹ”

2, Mục tiêu nghiên cứu.

Nghiên cứu cơ sở khoa học để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống

tiêu hiện tại từ đó đưa ra các phương án quy hoạch, quản lý vận hành hệ

thống thoát nước tương ứng với quy hoạch đô thị hiện tại, quy hoạch đô thị

năm 2015 và quy hoạch đồ thị năm 2020.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống thuỷ lợi tiêu thoát nước cho lưu vựctrạm bơm Đông Mỹ, vùng đang diễn ra quá trình đô thị hoá mạnh mẽ

Pham vi nghiên cứu là nghiên cứu các kịch bản quy hoạch, quản lý vật

é nước tương ứng với các giai đoạn quy hoạch đô thị khá

4 Nội dung nghiên cứu

~ Nghiên cứu tổng quan về quá trình đô thị hoá đang diễn ra ở các vùngngoại thành Hà Nội Đánh giá ảnh hưởng của quá trình đô thị hoá các vùng

sản xuất nông nghiệp đến hệ thống tiêu thoát nước

- Nghiên cứu các phương pháp tính toán tiêu nước cho các vùng nông nghiệp và đô thị phía Tây Nam thành phố Hà Nội hiện nay.

~ Nghiên cứu biện pháp thoát nước cho những vùng hỗn hợp nông nghiệp

và đô thị

= Nghiên cứu diễn biển chất lượng nước tại vị tí lấy nước tưới trên kênhtiêu

5 Phương pháp nghiên cứu

~ Thu thập và phân tích các số liệu liên quan đến vấn để nghiên cứu, như:

các phương pháp tính toán tiêu nước cho các khu vực, điều kiện tự nhiên, xã

hội của các đối tượng nghiên cứu,

~ Ứng dụng GIS trong quy hoạch và quản lý hệ thống thoát nước

= Sử dụng các phần mềm tiên tiền trong việc giải các bai toán phân tíchthuỷ lực, thuỷ văn, chất lượng nước

~ Sử dụng các lý thuyết của các môn khoa học vẻ: toán, thuỷ lực, thuỷ:nông, máy bơm va trạm bơm, cấp thoát nước, trong các phần nghiên cứu

liên quan.

CHƯƠNG 1.

TONG QUAN VE VAN DE THOÁT NƯỚC CHO VUNG

NONG NGHIỆP DANG DIEN RA QUÁ TRÌNH DO THỊ HOA.

Khai quát về tình hình đô thị hoá ở Hà Nội

1.1.1 Tổng quan về tình hình đô thị hoá

Tir khi đất nước đi vào công cuộc công nghiệp hoa , hiện đại hóa, các đô thị của Việt Nam bừng day sau một cơn ngủ dai chậm phát triễ n Từng 46 thị

có những phát triển phát triển ban đầu vào những năm 90 của thế kỷ XX thìđến đầu thé kỷ XXI con đường phát triển ấy được khẳng định mạnh mẽ,

không những chỉ bằng các chính sách của Nhà nước mã còn vi sức tác động của nó lên mọi mặt của xã hội

Biểu đồ 1 ÿ lệ dim số đồ thị Việt Nam 1970.2010

Đường biểu diễn về tỷ lệ dân s

vào số liệu của Chương trình UNDP (United Nations Development

Programme) thuộc Liên Hiệp quốc , thể hiện sức bật lên đáng kể của đô thị

hóa Việt Nam từ năm 1990 Vào năm 1990, ty lệ dân số đô thị là 22.2% và từ

đó tỷ lệ này cứ mỗi 5 năm tăng trên 2% cho đến năm 2010, đã lên đến 28.8%.Trong khi đó mức độ đô thị hóa của giai đoạn 20 năm trước Đổi Mới chi tăng

2% (từ 18.3% đến 20.3%), không đến 1% mỗi 5 năm

lô thị trên cả nước trên đây được dựa

ca nước diễn ra đô thị hóa và tốc độ của hiện tượng nay ngày cing

tăng Trong tương lai, theo dự đoán của Chương trình UNDP thì chỉ số đô thịcủa Việt Nam sẽ đạt đến 50% vào khoảng năm 2040, và sẽ dat đến 57% vào

[Ngudn: World Urbanization Prospects: The 2007 Revision Population Database

g 1.1: Dân số đô thị và mức độ đô thị hóa của Việt Nam (1950 - 1995)

Biểu đồ 1.2 được thiết lập từ số liệu của bảng 1.1 cho thấy con đường đôthỉ hóa cảng ngày cảng xa trục hoành Thay vì tốc độ tăng trên 2% trên mỗi 5

năm của giai doan 1990:2010 thì giai đoạn sau 2010, tốc độ đô thị hóa có

những bước nhảy vọt ngày cảng mạnh mẽ hơn Từ mức độ Š năm đầu tiên sau

‘nim 2010 là 2.8%, thì chỉ số nay cảng về sau càng cao hơn 3%, thậm chí gần

4% (2015-2020: 3.1%; 2020-2025: 34%; 2025-2030: 37%; 2030-2035: 37%; 2035-2040: 39%: 2040-2045: 38%; 2045-2050: 38%).

"Ngân: World Urbanization Prospects: The 2007 Revision Population DatabaseBiểu đồ 1.2: Dan số đô thị và mức độ đô thị hóa của Việt Nam từ 1950 và dự

kiến đến năm 2050

1.1.2 Hà Nội đô thị hóa

Cũng như đô thị hóa trên thé giới, đô thị hóa của Hà Ni

nhiều kết quả tích cực Trong kết quả tăng trưởng kinh tế xã hội của đất nước

có sự đồng góp một phin to lớn của khu vực đô thị, trong đó phản của Hà

"Nội là rất đáng kể Các đô thị Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh đã thực sự.

là động lực quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của đất nước Mức sống

của người dân được tăng lên Ha ting cơ sở được nâng cấp dù chưa theo kịp

với đà của đô thị hóa, các khu công nghiệp xuất hiện, nhiều công trình xâydựng hiện đại được tiến hành, công việc quy hoạch được thúc day Các dich

vụ đô thị được phát triển phục vụ cho người đô thị Trình độ học vấn được.nang cao hơn trước, trình độ tri thức đáp ứng được phần nào yêu cầu của thời

đại Đời sống văn hóa đa dang, phong phú với nhiều loại hình mới xuất hiện.

Nông thôn xích lại gần hơn với thành thị về mặt không gian và lối sống

Đó là những mặt tích cực mà đô thị hóa đã đem đến cho xã hội _., những

mặt tích cực nay cần được chú ý phát huy để cho xã hội đô thị cũng như nông,

thôn có được cuộc có chất lượng cao hơn

Tuy nhiên, nếu chỉ nhìn vào mặt tích cực thì ta sẽ không thấy hết được tácđộng của đô thị hóa lên xã hội Bên cạnh những mặt tích cực ấy, luôn luôn

kèm theo những tác động tiêu cực Đó là hai mặt của một vấn dé, vấn để đô

thị hóa Cũng như TP Hồ Chí Minh và một số (hành phố khác, Hà Nội đô tị

hóa chứa đựng nl phải giải quyết về quy hoạch ——,

trường, văn hóa và đã để lại nhiều hậu quả cho chất lượng sống của người

dân

u vấn di xã hội , môi

Hà Nội đô thị hóa g ặp phải cảnh tắc đường, kẹt xe, ô nhiễm môi trường.Can bệnh ùn tắc giao thông tại Hà Nội mỗi ngày thêm trim trọng Theo

phòng Cảnh sát Giao thông Hà Nội, trên địa bản Hà Nội có 66 điểm có nguy

cơ ùn tắc giao thông (số liệu năm 2009)

“Trong khi nạn in tắc giao thông ngày cảng tăng, thì độ ô nhiễm nước vàkhông khí cũng tăng theo, Số liệu của Trạm khí tượng Láng (Hà Nội) cho

thấy, trung bình trong một mét khối không khí ở Hà Nội có 80 jg (mi-crd gram) bụi khí PM10, vượt tiêu chuẩn quy định S0 ug/mâ; bụi khí SO2 cũng vượt tiêu chuẩn châu Au 20 ug/m3; ndng độ bụi lơ lửng cao hơn tiêu chuẩncho phép 2,5 lần Đô thị hóa li nguyên nhân trực tiếp gây ra ô nhiễm ấy Cáckhu công nghiệp nhất là các khu công nghiệp mới Bắc Thăng Long, Nam

‘Thang Long, Sai Đồng B, Đông Anh và Sóc Son đã thải ra bụi và SO2, Bên

cạnh đó, khí thải giao thông từ 200.000 6 tô và 1,9 triệu xe máy của dân sốngày cảng tăng của Hà Nội (số liệu năm 2007).

"Ngoài những thay đổi đã nêu trên do quá trình đô thị hoá đem lại thì một vấn đề nỗi bật nảy sinh đó là đặc trưng dòng chảy thay đổi do sự gia tăng của

các bề mặt không thấm nước làm giảm nhỏ lượng thấm như mái nha, mặt

đường, quảng trường, sân bai 6 tô Đồng thoi hệ thống thoát nước trong các 6,

khu đô thị được xây dựng mới nên làm tang vận tốc dong chảy và tang lưu.

lượng đỉnh lũ Vì vậy hệ thống tiêu phải làm việc vượt khả năng thiết kế Matkhác nước thải từ các khu công nghiệp,các làng nghé khong qua xử lý hoặc

xử lý chưa đạt mức cho phép xa vào các kênh tiêu lam ô nhiễm nguồn nước

tưới (vì nước ở các kênh tiêu thường được giữ lại để tưới vào mùa khô) Sự

thay đổi của dòng chảy hiện nay một phan là do sự biển đổi khí hậu đem lại

a sự đô thị hoá qua nhanh làm dong chảy trên lưu vực tip

trung quá nhanh dẫn tới khả năng tiêu thoát của hệ thống không đảm bio.Minh chứng rõ ràng nhất là trận lụt lịch sử cuối năm 2008, mưa lịch sử cộng với ảnh hưởng của đô thị hoá đã làm nhiễu khu vực trong thành phố ngập ting

ngày.

1.2 Tình hình chuyển đổi dat nông nghiệp sang dat chuyên dùng cho đô thị

1.2.1 Thực trạng chuyển đổi mục dich sử dụng đắt nông nghiệp ở nước taĐất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, là một trongnhững của cải quý nhất của loài người Lịch sử phát triển xã hội cũng là lịch

sử khai thác và sử dụng đất dai, Dưới góc độ pháp lý, đất đai là một bộ phậnkhông thể tách rời của lãnh thổ quốc gia gắn liền với chủ quyền quốc gia Với

vai trd quan trọng như vậy, đất dai chi phát huy được vai trd tích cực dưới sự

tác động của con người một cách thường xuyên và có ý thức, Ngược lại đất

dai không thé phát huy được khả năng sinh lợi nếu con người sử dụng đất

một cách tuỳ tiện, chỉ biết khai thác ma không cải tạo, bồi bỏ đất

Trong sáu loại dit được quy định trong Luật Dat đai năm 2003 thì đất

nông nghiệp được coi là tư liệu sản xuất chủ yếu Đặc biệt nước ta là một

nước nông nghiệp có đến 73% 1g bằng nghề nông Dit nông nghiệpkhông chi là điều kiện sinh tồn mà còn là yếu tố xã hội sâu sắc Vì vậy, để

đảm bảo nhu cầu về lương thực, thực phẩm cho toàn xã hội, bảo đảm an ninh.

lương thực và có lương thực xuất khẩu là việc rit quan trọng Hiện nay, do

yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá và đô thị hoá cho nên hàng năm đã có một lượng quỹ đất nông nghiệp khá lớn được chuyển đổi mục đích sử dụng.

Đó là yêu cầu khách quan để phát triển các khu công nghiệp, các khu đô thịmới Tuy nhiên, Việt Nam đang là một nước có bình quân đầu người về đất

nông nghiệp vào loại thấp nhất thể giới Trong khi bình quân chung của thểgiới là 4.000 m2/người thi ở Việt Nam chỉ khoảng 1.000 m2/người Trong

khi đó chỉ trong khoảng thời gian ngắn từ năm 1995 đến năm 2000 đã có

400.000 ha đất nông nghiệp được chuyển đổi mục đích sử dụng, trong đó

chuyên sang đất chuyên dùng là 96.780 ha, chiếm 24,19% tổng diện tích đất

nông nghiệp thực giảm Khi đất nông nghiệp được chuyển sang mục dich sử

dụng khai thác thì tinh trạng lao động nông thôn mí i

vấn đề xã hội như quy lệc làm, ôn định tại khu vực nông thôn cảng trở

nên phúc tap.

1.2.2 Tình hình chuyển đổi đắt nông nghiệp sang đất đô thị ở Hà Nội

‘Thanh phố Hà Nội dang tăng trưởng nhanh, dân số nội thành năm 2000 lả1.586.500 người thì đến năm 2006 đã là 2.111.100 người tăng thêm hơn nửa triệu người chỉ trong vòng 6 năm! Cùng thời gian đó, dit nông nghiệp toànthành giảm bớt 5.700 ha, tức là gần 1.000 ha/năm Kết quả của làn sóng đô

thị hóa cộng với quá trình tăng dân số đã làm cho dat nông nghiệp bình quân.đầu người giảm, chỉ còn dưới 0,ha/người (bình quân trên thé giới là

.0.25ha/người) Đã vậy, quá trình đô thị hoá vẫn chưa và chưa thể đừng lại1.3 Những ảnh hưởng của đô thị hoá tới hệ thống tiêu

1.3.1 Ảnh hưởng việc cứng hoá các mặt tiêu nước tự nhiên

HA Nội úng ngập đã là chuyện thường gặp mỗi khi mưa lớn, nhưng chưa có

giải pháp thích ứng lại còn làm van dé trim trọng thêm Dự án thoát nước HN đã

do JICA đề xuất cách đây hơn 20 năm, khi đô thị hoá tốc độ thấp hơn hiện nay

rất nhiều Các nhà quản lý đang tuyên bố làm hết sức nhưng là làm theo cái kịch.bản cũ kỹ, bản thân nó đã có nhiều hạn chế, lại có thêm nhiều việc vô lý: Việc bê

tông hoá tran lan via hè mặt đường, lát đá hay lu lèn chặt thành và day hỗ điều

hoà làm triệt tiêu thâm thấu, giảm diện tích mặt thắm nước

Nguồn: Hanoidata ST&BS - Ban đồ thoát nước Hà Nội

Hình 1-1: Dân số đô thị và mức độ đô thị hóacủa Việt Nam từ 1950 và dự kiến đến năm 2050

Cổng hoá các kênh mương Lim giảm thiết diện thoát nước làm tăng phản

áp trong lòng cống kín dẫn đến giảm tốc độ tiêu thoát, loại bỏ khả năng nước.tràn bờ tự nhiên khi mưa lớn Tổng lượng trữ nước các sông hỗ kênh muongnội thành HN là 23 triệu m3 Trạm bơm Yên Sở cũ chạy hết tốc lực mắt 4ngày, nay có hoàn thành tăng công suất gdp đôi cũng mắt 2 ngày Vậy Hà Nội.vẫn úng ngập cho dù chính quyền làm hết sức, tiêu hết mức Trong bảng 1-2.thể hiện mỗi quan hệ giữa các loại ting phủ khác nhau với hệ số dòng chảy

Mặt đường bê tông 0802095

Ngudn [23]: FI McGhee, Water Supply and Sewerage Bảng 1-2: Ảnh hưởng loại tầng phủ tới hệ số đồng chảy

1.3.2 Ảnh hướng từ nguồn thai đô thị

Qua trình đô thị hóa đã gây những tác động xấu đến quá trình thoát nước tự

nhiên: ding chảy tự nhiên bị thay đôi, quá trình lưu giữ tự nhiên dòng chảy bằng các thảm thực vật và đất bị mắt đi, và thay vào đó là những b mặt phủ

không thắm nước như mái nhà, bê tông, đường nhựa, lâm tăng lưu lượng đồng

chảy bể mat (Hình La), Những dòng chảy này thường bị ô nhiễm do rác, bùncất và các chất bản khác rửa trôi từ mặt đường Lượng nước và cường độ dòng

chảy tăng tạo nên sự xói mén và lắng bùn cặn Tat cả những yếu tố này gây:

ing ngập, ảnh hưởng đến hệ sinh tháinhững tác động xấu đến môi trường,

dưới nước.

Các hệ thống thoát nước truyền thống thường được thiết kế để vậnchuyển nước mưa ra khỏi nơi phát sinh cảng nhanh cảng tốt Chi phí cho xây

dung và vận hành, bảo dưỡng các đường cống thoát nước thường rất lớn,

trong khi công suất của chúng lại chỉ có giới hạn và không dễ nâng c

làm này dẫn đến nguy cơ ngập lụt, xói mòn đất và ô nhiễm ở vùng hạ lưu

c dẫn dòng chảy bề mặt di xa và thải còn làm mắt khả năng bổ cập

tăng Vi

tại chỗ cho các ting nước ngầm quý giá

1.3.3, Ảnh hưởng từ các quy hoạch không đồng bộ các khu đô thị khác nhau.

Về vấn đề hạ ting các khu đô thị mới, đặc biệt với ha ting thoát nước hiệncòn lỏng lẻo như cốt san nén, công trình hồ điều hoa tại chỗ, cao độ hệ thống

1g rãnh, chất lượng xây dựng nhiều dự án tuân thủ chưa đúng quy hoạch

G các nước, cùng với ban đồ sử dụng đất thì bản đồ vùng có nguy congập lụt là một trong hai bản đồ quan trọng được công bố chỉ tiết theo quy

định của pháp luật Khu vực có khả năng bị ngập lụt chỉ có thể được cải tạo,

chỉnh trang mà không được dùng để phát triển đô thị mới Ở nước ta, các bản

đồ xác định ving có nguy cơ ngập lụt chưa được công bé rộng rãi.

1.4 Vấn đề tiêu thoát nước cho các vùng đô thị

‘Nguan: Hanoidata ST&BS, KTS Bùi The Trung

Hình 1-2: Hà Nội bị ngập rắt nhanh khí mưa lớn

Có thể nói thoát nước và xử lý nước thải đang là thách thúc lớn đối với

lĩnh vực thoát nước Việc nước thải sinh hoạ, nước thải sản xuất công

iến hải sản thực phẩm, nước thải bệnh viện, làng nghề

nghiệp, các cơ sở chế

chưa qua xử lý đã xả trực tiếp vào hệ thống nước thải chung gây 6 nhỉ

nghiêm trọng đối với môi trường sống của con người Các dong sông và kênh.mương nội đô, nước có màu xám và bốc mùi hôi thối, đã dé trực tiếp vào các.xông lớn gây ô nhiễm cả một vùng rộng lớn, nguy hại hơn là nó đang huỷhoại nguồn tải nguyên thiên nước vô cùng quý giá của quốc gia Trong khi đó

rất

thể chế, chính sách phát triển và quản lý thoát nước còn thiếu, Chiến lược và.

Định hướng phát triển lĩnh vực này còn một số bắt cập, chưa đảm báo các yếu

tố bền vững về tai chính đã hạn chế lớn đến hiệu quả quan lý thoát nước

Trong những năm tới, vin đẻ khắc phục 6 nhiễm, bảo vệ môi trường là

một trong những nhiệm vụ trọng tâm của đất nước, gắn lién với các mục tiêuphát triển kinh tế, xã hội nhằm đảm bảo phát triển bền vững Việc tổ chức

nhìn nhận, đánh giá lại thục trạng của ngành thoát nước, xác định nguyên

nhân của những tồn tại, bắt cập và định hướng cho những giải pháp từ cơ chế.chính sách, mô hình tổ chức, công tác quy hoạch, đầu tư cho đến lựa chọncông nghệ thích hợp la điều hết site can thiết và có ý nghĩa để thực hiện

thành công các mục tiêu của kế hoạch 5 năm cũng như bảo đảm sự phát t bền vững lâu dai trong tương lai

CHƯƠNG 2.

MOT SO MÔ HÌNH TIÊU NƯỚC MAT.

'Với kỹ thuật mô hình và phương pháp phân tích hệ thống đã cho phép tái tạo và mô phỏng được những quá trình mưa úng trên lưu vực, đánh giá được

mức độ ảnh hưởng khác nhau của các công trình đối với quá trình tiêu nước

trên toàn lưu vực, giúp ta lựa chọn được những phương án quy hoạch, thiế

kế và quản lý tối ưu các hệ thống tiêu thoát nước Từ những năm 50 của thế

ky này, đặc biệt trong 2 thập ky gin đây khi kỹ thuật tin học phát triển, việc

giải các bài toán tiêu nước được thực hiện với sự trợ giúp của máy tính điện

tử Điều đó đã tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ của một loạt các mô hình

tính toán thuỷ văn, thuỷ lực, v.v.

Kỹ thuật mô hình có ý nghĩa và hiệu quả lớn đối với các bài toán thuỷ

văn, thuỷ lực Nhờ có tốc độ xử lý thông tin cực nhanh và chính xác của máytính điện tir mã kỹ thuật mô phỏng toán học ngày cing hoàn thiện, nên các

mô hình toán thuy văn - thuỷ lực có thé xem xét đánh giá được những tác động và những thay đổi xảy ra trên các lưu vục Việc ứng dụng các mô hình toán thuỷ văn đối với các bài toán tiêu nước ở nước ta là hướng chắc chắn dem lại hiệu quả cao.

Khi tính toán tiêu cho các lưu vực, đặc biệt là vùng đô thị cần chú ý ringmọi vấn đề về tiêu nước cho nội đô phải đặt trong hệ thống tiêu thoát nước của cả vùng xung quanh Phải xem xét mối quan hệ giữa tiêu nội thành vàtiêu ngoại thành, mỗi quan hệ giữa mực nước trong đồng với chế độ dòng

chảy ngoài sông, hoặc chế độ thuỷ triều của vùng biển kề cận nếu có Việc.tính toán tiêu nước cho ving tiêu tổng hợp (vùng tiêu có nhiều yếu tố khác

nhau như vùng tiêu cho đất nông nghiệp, cho thổ cư, cho các khu đô thị vàcác vùng đất đặc biệt khác) là vấn đề tính toán phức tạp chưa được nghiên cứu hoàn chỉnh Do đó việc lựa chọn và áp dụng mô hình tính toán tiêu cũng

khác nhau

“Trong các mục tiếp theo sẽ giới thiệu một số phương pháp đã được sử dụng để tính toán tiêu nước, từ đó sẽ lựa chọn ra mô hình phủ hợp với kiện của khu vực nghiên cứu

2.1 M6 hình Horton,

2 Cơ sở thiết lập mô hình, phương trình cơ bản và cách giải

Mô hình này hiện được sử dụng khá phổ biến trong tính toán quy hoạch

đô thị ở Mỹ và cho phép mô phỏng quá trình chảy trần trên mặt đất, dựa trên phương trình liên tục của dòng chảy Mô hình dựa trên phương trình được rút

ra từ việc xp xi sai phân (ấn) một phương trình vi phân đạo hàm riêng hai

chiều.

“Mật cách gan đúng, chia ving nghiên cứu thành những 6 vuông mink hoa ở hình 2-1

Vang nghiên cứu.

'Hình 2-2 Phần tử tính toán

Sự thay đổi độ cao của lớp nước AD trên một phần tir trong khoảng thời

gian At cho bởi phương trình:

QO - Lưu lượng đơn vị trên chỉL 1g rộng tràn của một cạnh pl tử ¡, Lưu

lượng này sẽ là đương nếu đi vào phần tử và là âm nếu di ra khỏi phần tử,

Lưu lượng trên một cạnh được tính theo công thức:

¡ — (H ‡BỊ)ÍH, +D,) G8)

'H - Cao độ trung bình của phan tử, (m);

'Ở mỗi bước thời gian người ta sẽ tính toán cho tắt cả các phần tử của khu.vực nghiên cứu và cung cấp trị số độ cao mới đối với các bước tiếp theo.Kết quả tinh toán sẽ cho ta được qué trình thay đổi độ cao lớp nước trần

theo thời gian cho tắt cả các phần tử.

2.1.2 Nhận xét về mô hình

Uu điểm của mô hình là nó cho lời giái chỉ tiết về quá trình độ sâu lớp

nước tại mọi điểm trên bề mặt lưu vực Nhưng mô hình này đòi hỏi số liệu rấtchỉ tiết về địa hình của lưu vực Ngoài ra đổi với những lưu vực phức tạp về

địa hình, chẳng hạn lưu vực có nhiều chướng ngại vật và bị chia cắt thì việcchia lưới dé tính toán khá phức tạp và kết quả thu được sẽ kém chính xác 2.2 Mô hình thủy lực

2.2.1 Phân tích hệ phương trình vi phân cơ sử

Co sở của mô hình là dựa vào phương trình Saint Venant đối với đồng

chảy không én định trên sông, kênh hở,

Co sở của việc giải

~ Hệ thống tiếp nước mặt được chia thành ô ruộng

- Chế độ chảy từ ô ruộng ra kênh được tính theo chế độ chảy tự do.

~ Dòng chảy trong kênh biến đối chậm

~ Biên dưới là đường quá trình Z=fÑ\) của nơi nhận nước.

~ Biên trên là đường quá trinh Q=Q() và Z=Z(0).

- Các đường quá trình đó là của một thời đoạn cụ thể nào đó.

Hệ phương trình Saint-Venant được viết

at cắt trên tuyển dong chảy;

t- Thời gian;

Q - Luu lượng, được xem là đương theo chiều dòng chảy:

Z - Cao độ mặt nước so với mặt chuẩn nằm ngang;

© Diện tích mặt cắt dong chảy;

B - Chiều rộng mặt nước ding c

Be - Chiều rộng mặt nước dòng chảy và phần chứa hai bên bờ:

K- Modul lưu lượng;

q - Lưu lượng bổ sung trên mỗi đơn vị chiéu dai sông (kênh), xem làđương nếu chảy từ ngoài vào sông (Kênh);

a Hệ số sửa chữa động năng:

0 - Hệ số sửa chữa động lượng.

go" go" và lấy trung bìnhđoạn, trung bình thời đoạn, gọi tắt là trung bình 4 điểm Giả thiết các yếu tốmực nước và lưu lượng ở đầu và cuối đoạn sông lúc đầu thời đoạn: Z,", Q),

thời đoạn: Z¡, Qi, Z2, QsZs", Qo" Cần tim các yếu tổ thuỷ lực này lúc e

Hình 2-3 Sơ đỗ sai phân

Để giải bài toán này, ta sai phân hoá và tuyến tính hoá hệ hai phương,

trình trên Nguyên tắc sai phân như sau:

z wt

® am G6)

¿o ÍQ,+Q, Q +0, Ì1

a | 2 2 fat

Dai lượng bậc hai ở về phải ở phương trình thứ hai của (2-5) được tách ra

lâm 2 phần, lấy trị số lúc cuối thời đoạn Một phan được đưa thành hệ số

lo nhân với trung bình cộng của 2 ham an.

'Với những giả thiết rên, hệ phương trình vi phân được sai phân hoá cho mỗi đoạn sông (kênh) và thời đoạn thành 2 phương trình bậc nhất dưới

2.2.2 Ap dụng hệ phương trình vi phân cơ sở và cách giải bài toán

Mạng sông hoặc mạng kênh (gọi tắt là mạng) gồm những đoạn sông hoặc.kênh (gọi tắt là đoạn) và những nút hoặc mặt cắt chia đoạn Doan ở đây có

thể là sông hoặc kênh thực sự hoặc đoạn công trình hoặc đường nỗi tâm.

Nút ở đây là điểm giao nhau của các đoạn (2, 3 hoặc nhiều đầu) hoặc làđiểm chia đoạn Nút có thể gắn với hồ chứa hoặc một cánh đồng có diện tích

mặt nước F

Dee theo đoạn nào đó có thể có khu chứa như hồ nước hoặc cánh đồng ngập nước và có thể có lưu lượng bổ sung từ ngoài vào Qu, coi như phân bố

đều trên đoạn

Xét mạng có n nút Với mỗi đoạn ta có hệ phương trình vi phân trên,

ta sẽ ghép các phương trình cho toàn mang sông nhờ 2 điều kiện sau

~ Mực nước ở mỗi nút là là mực nước đầu của đoạn đưới và là mực nước

cuối của đoạn trên.

~ Tổng lưu lượng chảy đến và chảy đi ở mỗi nút trong thời đoạn At bằng

sự biển đôi dung tích khu chứa trong thời đoạn, thể hiện qua biểu thức sau:

az

` =F AZ 6-10)

Nhờ đó ta sẽ viết được hệ 2 phương trình sai phân (2-8) thành phương

trình bậc nhất với ẩn số là mực nước Z tại các nút

Thi dụ, trong một mạng gồm n nút, ta xét một nút C nào đó như ở hình

2-3 Tại nút này có cánh đồng ngập nước có quan hệ dig hình Fe=F(Zc) và có

lưu lượng chảy từ ngoài vào Qve.

'Kết hợp hệ phương trình sai phân (2-8) và phương trình cân bằng (2-10)

ta được phương trình sau:

Wine) = únC)-| bia + bán) Dy) íCE)+ Fz 8C) REGED

Hình 2-4, Nút C

Quy phương trình trên về phương trình dai số tuyến tinh hàng thứ C của

hệ phương trình:

AeAZA tâcyZụ tâccZc +8cpZp tácgZ, =Co (212)

Ta thấy phương trình của nút C có chứa an số Ze, Za, Ze, Zo, Ze là mực.nước của nút C và những nút trên, nút dưới nối trực tiếp với C Có thể viết

tổng quát cho một nút i nào đó

Với mỗi nút ta vi được một phương trình như phương trình (2-13) Riêng những nút ở biên trên nơi cho điều kiện biên là Qv thi phương trình (2- 13) không chứa an số nút trên

“Các nút biên dưới thì phương trình không chứa mà chỉ chứa ấn Z của nút

với hệ số a,/=l và về phải la mực nước cho trước ở day

{C} -Ma trận cột của các hang số Cụ (i "`

Giải hệ phương trình ma trận nói trên ta sẽ tìm được các trị số Z¿, sau đó.dựa vào hệ hai phương trình sai phân (3-13) ta sẽ xác định được lưu lượng theo thời đoạn tính toán.

2.2.3 Nhận xét về mô hình

Mô hình thuỷ lực mô tả quá trình ding chảy trên hệ thống một cách cụ

thể và đúng với bản chất vật lý của quá trình, vì vậy hiện nay nó được đang

được sử dụng khá nhiều ở Việt Nam có nhiều tác giả đã xây dựng các

chương trình máy tinh tổng hợp dựa theo mô hình này như chương

trình"KRSAL."của GS Nguyễn Như Khuê,"KOD”của GS Nguyên Ân Niên

tô tả chỉ tiế

‘Tuy nhiên do tinh chit phức tạp của mô hình là cần phải

eä các phan tử trong mạng (các đoạn, các nút, các 6 ) Do đó để áp dụng được mô hình nay cin có một khối lượng rit lớn các tải liệu chỉ tiết về địa hình, địa vật, các thông số kích thước của mạng lưới kênh mương va cong trình trên hệ thống.

2.3 Mô hình Transfert

2. Co sở thiết lập mô hình và phương trình cơ bản

Mô hình được thực hiện trên cơ sở phương trình liên tục rút ra từ sự

chuyển đổi khối "`

=i()-Q()

Trong đó:

S() - Độ cao trữ tại thời đi t [mm];

i(Ð - Cường độ mưa rơi xuống tại thời điểm t, [mm/phút]:

Q(t) - Cường độ thao (độ cao tháo đối với thời gian), [mm/phit]

"Độ cao trữ có thể biểu thị bằng quan hệ:

SH =K.Q0)

“Trong biểu thức (2-17), giả thi

đơn vị thời gian bởi

độ cao trữ ti lệ với lưu lượng tháo theo

ệ số K, tính bằng phút.

‘Thay (2-17) vào (2-16) ta có:

400), 1

at

K còn gọi là tham số mô hình có thé mô tả bằng biểu đồ (Hình

2.3.2 Cách giải bài toán.

Nghiệm tổng quát của phương trình vi phân tuyến tính cấp một không

thuần nhất (3-23) sẽ là:

= algae | G19)

Trong đó C là hang số tích phân

Với khoảng thời gian khá nhỏ, một cách gần đúng ta coi cường độ mưa

bằng cường độ mưa trung bình trong khoảng thời gian đó: i()=is(0) thì biểu

thức (2-19) được viết thành:

(0= *li,0e +

ic)

aw

Hinh 2-5 Đường quá

Phan tích bai toán bằng cách chia thời gian thành các bước thời gian At,

ảnh lưu lượng truyền

và tính gần đúng lưu lượng tai các thời điểm 0, At, 2At, (n~1)At, nÁt,

nt=nAt,

Can tìm lưu lượng tại thời dic ia sử tại thời điểm t=(n—L)At, ta

đã biết lưu lượng là Q[(n=Đ)At] và trong thời đoạn [(n~I)At,nAt] cường độ mưa trung bình là is[(n=L)At,nA] Thay các điều kiện nảy vào (2-20) ta có:

na | 221)

Rútra

C=Qlln-IÌA © -i,[n-IÌALnAjk X 22)

“Thay C vào công thức (2-20) dé tinh lưu lượng tại thời điểm t=nAt và sau

khi biển đổi ta được:

leat) = Offre * +g ra asf et) (223)

Hệ số K có thé lấy theo công thức kinh nghiệm sau [4]:

0-2

Trong đó:

'K - tham số bình quân, (phú);

E- diện tích lưu vực, (ha);

IMP - là % không thấm nước của lưu vực;

P- Độ đốc trung bình, (%

TE - Độ dai của mưa nette, (phút):

L - Độ dài của đường tập trung nước chính của lưu vực, (m)

HPE - Độ cao của mưa nette, (mm).

Sử dụng công thức (2-23) để tìm đường quá trình lưu lượng Bài toánđược giải tuần tự từ bước n=1 đến h toán đầu tiên khi, với bước.

thi tại thời điểm t=(n-1)At=0 giả thiết lượng Q(t)=Q(0)=0 Bài toán có thể

đồng thời giái cho nhiều lưu vực có số thứ tự 1, 2, S Để giải toán này

chúng tôi đã lập chương trình máy tinh" TRANSFERT"viét bằng ngôn ngữPASCAL (phụ lục 1) Trình tự tính toán được mô tả ở sơ đồ khối (Hình 2-6)

Kết qua tinh toán của phương pháp cho ta được quá trình lưu lượng tháo.của lưu vực ứng với từng thời điểm (At) từ đó tim ra được cường độ tháo

nước lớn nhất của lưu vực ứng với trận mưa thiết kế Từ đó tính toán thiết kế

được các công trình tiêu phủ hợp.

2.3.3 Nhận xét về mô hình

2.3.3.1 Uụ điểm.

~ Mô hình này cho ta tìm được đường quá trình cường độ (hoặc lưu lượng

tháo) của lưu vực tính toán theo thời gian Q=Q().

~ Mô hình đã dé cập đến hàng loạt các yếu tố hình thành nên dòng chảy

trong lưu vực: mưa (lượng mưa, cường độ mưa, thời gian mưa), địa hình của

ưu vực (độ dốc, chiều dai, diện tích không thắm nước) Vì vậy mô hình có

tính chất tổng quát.

~ Mô hình phản ánh được bản chat của đường quá trình cường tiêu là do

sự điều tiết lượng nước đến (mưa) của lưu vực

Mô hình dé sử dụng, các tai liệu dùng để

đồi hỏi chỉ t

th toán đễ thu thập và không

2.3.3.2 Nhược điểm

- Việc xác định hệ số K là rất phức tap, trong thực té tính toán phải dựa

vào công thức kinh nghiệm - công thức (2-24).

c định các đại lượng trong công thức tính hệ số K ở trên phụ thuộc khá nhiều vào chủ quan và sự nhạy cảm của người tính toán.

= Việc xí

Do những wu điểm trên đây, nên mô hình này hay được sử dụng để tinh

tiêu cho đô thị để xác định lưu lượng tiêu thiết ké tại cửa ra của lưu vực

2.4 Mô hình hồ chứa mặt ruộng

2.4.1 Cơ sở của mô hình.

Đối với các vùng trồng lúa nước thì việc tưới được thực hiện bằng biệnpháp tưới ngập Trên hệ thông trồng lúa người ta xây dựng một mạng lưới

kênh mương tưới tiêu Các bờ của mạng lưới kênh cùng với hệ thống bờ vùng

bar thửa tạo ra những ô ruộng.

Kích thước của các ô ruộng và sự phân bồ của mạng kênh được xây dựngsao cho phủ hợp với điều kiện địa hình của hệ thong va kỹ thuật canh tác

‘Theo các tài liệu nghiên cứu vẻ tưới tiêu của đồng bằng Bắc bộ [25] thi thong

thường một 6 ruộng ở đây có diện tích khoảng 3+6 ha với chiều dai khoảng

100+300 m (tương đương với khoảng cách 2 kênh tưới tiêu cố định cắp cuốicùng) và chiều rộng khoảng trên dưới 100 m Mỗi ô ruộng lại được chia

thành các 6 nhỏ (ta còn gọi là các"bẻ"), ngăn cách với nhau và ngăn cách với

ác kênh bằng hệ thống bờ cố định và bờ tạm thời Hệ thống bờ tạm có thểmắt đi khi làm đất và lại được khôi phục lại.

"Để tiêu thoát lượng nước thừa và để điều tiết mực nước trong các 6 ruộngngười ta dùng các công trình điều tiết mặt ruộng Các công trình nảy có thể làtrần, ống, xi-phông, v.v Nước thửa (thông thường do mưa) được chảy qua các

công trình điều tiết mặt ruộng, đỗ vào kênh tiêu cấp cuối cùng rồi chảy trên hệ

thống kênh tiêu các cấp lớn hon và dẫn đến công trình đầu moi tiêu (trạm bom,

cổng tiêu đầu mối ) cuối cùng được chuyển vào nơi nhận nước tiêu (sông,ho ) Việc tiêu thoát nước tir mặt ruộng cho đến công trình đầu mối phải được

thực hiện theo phương châm tiêu nước: "chôn nước, rải nước và tháo nước có kếhoạch"

Tir sự phân tích vé các điều kiện làm việc của cánh đồng lúa ta nhận thấy

rằng tồn tại một sự tương tự giữa sy điều tiết nước của nó với hoạt động điều

tiết nước trong một hỗ chứa Các yếu tổ cơ bản để hình thành sự tương tự là:2.4.1.1 Cấu trúc của cánh đẳng lúa

Đồng ruộng được xây dựng một cách hoàn chinh, với điều đó không cho

phép nước chảy tran từ 6 ruộng nọ sang 6 kia và việc tiêu nước là trực tiếp từ ruộng đỏ vào kênh tiêu trong điều kiện chảy không ngập Điều đó cho phép.

mỗi ô ruộng có thé được coi là một hồ chứa đẻ điều tiết nước ma dung tích.điều tiết hiệu quả được tinh từ cao trình ngưỡng tran (nếu công trình điều tiếtmặt ruộng là tràn) hoặc từ cao trình đáy ống trở lên (nếu là ống tiêu) Lúc nàytoàn bộ hệ thống sẽ được coi như một hồ chứa tổng bao gồm một tập hợp các

hồ chứa nhỏ Diện tích của toàn hệ thống sẽ được coi là diện tích của một hỗ

chứa tông với chiều rộng tràn điều tiết bằng tổng chiều rộng tràn của các ô

tuộng trong đó.

2.4.1.2 Dang đường quá trình mưa

Quá trình hình thành và sự biến đổi theo thời gian của mưa hoàn toàn

tương tự như đường quá trình sóng lũ đổ vào hồ chứa

Sự tương tự ma chúng ta đã nhận thấy ở trên cho phép chúng ta lấy các

phương pháp đang sử dụng để tính toán điều tiết nước trong hồ chứa áp dụng

vào việc tính toán điều tiết nước mưa trên cánh đồng lú:

Với kết quả của việc tính toán điều tiết này chúng ta sẽ xác định được

đường quá trình hệ số tiêu q=g(0 Từ đó cho phép chúng ta tìm được trị số hệ

số tiêu thiết kế cho hệ thống trồng lúa

2.4.2 Lập bài toán và các giả thiết

Sử dụng sự tương tự giữa sự điều tiết nước ở ruộng lúa và ở hồ chứa nhưphân tích ở trên để xác định chế độ tiêu cho lúa, trên cơ sở này xây dựng một

mô hình toán với những giả thiết cơ bản sau:

~ Cánh đồng lúa được thiết kế và xây dựng như một hệ thống gồm những

6 ruộng độc lập và không phụ thuộc lẫn nhau, trong đó không cho phép sựcchay trân của nước từ ô này sang 6 kia

~ Nước thừa từ từng ô ruộng được thoát đi chỉ qua côi ig trình di

nước trực tiếp vào kênh tiêu với điều kiện chảy không ngập

~ Tat cả các hạng mục của hệ thống tiêu: các công trình điều tiết nước của

, mạng lưới kênh và công trình đầu méi được xây các ô ruộng, các bờ bảo

dựng hoàn toàn đúng với các yêu cầu của thiết kế.

~ Mức độ của hoạt động điều tiết của ruộng lúa phụ thuộc vào loại và

các thông số của công trình điều tiết mặt ruộng Ở đây ta xem xét công

trình điều tiết nước mặt ruộng là tràn có ngưỡng có định (loại thông dụngnhất hiện nay, Hình 2-6)

Hình 2-6 Công trình tràn t nước mặt ruộng

“Trên hình 3-8 thể hiện đường nước đến từ mưa P~t (đường 1), do hoạtđộng điều tiết của các ô ruộng nó chuyển thành đường quá trình qu~t (đường

2), thu được do việc giải hệ phương trình cân bằng nước cơ bản (3-30):

Pí)~h,()=@() (225)

Trong đó

F là diện tích 6 ruộng, (m));

Z.- cao trình mực nước tại thời điểm t, (m);

P- Cường độ mưa trên diện tích F, (mÌ/);

ho - Cường độ tôn thất do ngắm và bốc hơi trên diện tích F, (m}/s);

Q- Lưu lượng tiêu thoát khỏi điện tích F (m’/s).

Mặt khác lưu lượng tiêu còn được ih theo công thức:

Qt) =mb, 2H (mss) (2-26)

Trong đó

m- Hệ số lưu lượng của tran;

b - Chiều rộng ngưỡng tran, (m);

H.- Cột nước trên định tran, (m),

Chia thờ

trên với bước sai phân tho

bằng nhau); tinh cho 1 đơn vị điện tích (Iha) coi cột nước tần trong thời đoạn là tri số bình quân số học của trị số cột nước trin tại đầu và cuối thời đoạn; kết hợp biểu thức (3-30) và (3-31) và sau khi biến đổi được hệ phương.

trình

gian thành các bước th, t› , theo sai phân hoá phương trình

gian At=tu-t (ở đây ta tính cho các bước At

H., +H, a) |H, ) |H =

H, ¡, H, là cột nước tran tại thời điểm cuối thời đoạn thứ i-1 và thứ i, (mm);

At Bước thời gian tính toán, (h);

'H, - Cột nước tràn bình quân trong thời đoạn thứ i, (mm);

Pi - Lượng mưa rơi xuống mặt ruộng trong thời đoạn thứ i, (mm);

hại - Lượng hao nước mưa do ngắm và bốc hơi trong thời đoạn thứ i, (mm);

'b - Chiều rộng ngưỡng trần, (m);

a, - Chiều sâu lớp nước mặt ruộng, (mm);

Áo - Chiều cao ngưỡng trần, (mm) Coi Ao bằng độ sâu lớp nước tưới lớn nhất

Lễ Cách giải bài toán

Để xác định đường quan hệ qo~t và các quan hệ phụ thuộc H,~t, Hy,

a,

trị Hị ¡, Pi, hạ, đã

4, dựa vào hệ phương trình (2-27) Đồi với từng thời đoạn thứ i thì các giá

côn các gi trị chưa biết là qạ, Hy as và Hh, trong đồ

nếu xác định được Hi thì có thé đễ đằng tìm được 3 đại lượng còn lại

Phuong trình (2-27b) chứa | ẩn số là Hj, có nghiệm trong khoảng (0,2).

Việc giải phương trình này được tiến hành thông qua phương pháp cách lynghiệm và thử din để tìm nghiệm gần đúng Cần lưu ý rằng bởi vì Hi20 do

đồ tổng 2 số hạng cuối của phương trình này sẽ luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằngkhông Vì vậy để phương trình có nghiệm thi tổng số: Pi -h„+2H, , phải lớn

hon hoặc bằng không Ngược lại nếu P;=hu;+2H; ¡<0 thi lấy H,=0 Điều nay

được giải thích là do tại thời điểm đầu thời đoạn này cột nước tràn nhỏ và

trong thời đoạn thì lượng mưa it so với lượng tổn thắt.

Sau khi xác định được Hi, tinh các đại lượng còn lại theo các công thức

(2-274), (2-276) và (2-274) Các trị số này sẽ sử dụng cho bước tính toán ở

thời đoạn tiếp theo

Bai toán được giải tuần tự tir bước i=1 đến i=N, với bước tính toán đầu

tiên khi i=tu=0 giả thiết lượng cột nước H.,.¡=Hu=0

(coi lúc bắt đầu mưa thì lớp nước trong ruộng bằng độ cao ngưỡng tran)

thì tại thời điểm t=t

Để giải bài toán chúng tôi đã xây dựng chương trình máy tinh” CMR",

viết trên ngôn ngữ PASCAL Trình tự của các bước giải bài toán nảy được

thể hiện trên sơ đỗ khối ở hình 2-8

2.4.4 Các điều kiện khống chế

Ap dụng mô hình hồ chứa mặt ruộng tìm đường quá trình hệ số tiêu và

đường quá trình lớp nước vào mô hình mặt ruộng Ngoài việc phụ thuộc mưa, hai đường quá trình này còn phụ thuộc vào loại và kích thước của

công trình điều tiết mặt ruộng Cụ thé trong trường hợp công trình này là

tràn thì chúng phụ thuộc vào chiều rộng b của ngưỡng tràn đơn vị Nói cách khác thì khi chiều rộng trần thay đổi thì đường quá trình hệ số tiêu, trị số hệ

số tiêu lớn nhất, độ sâu ngập và thời gian ngập trong ruộng lúa cũng khácnhau Do vậy trị số chiều rộng tràn thiết kế được khống chế theo điều kiện

phù hợp với chế độ ngập cho phép

“Chế độ ngập cho phép là chế độ ngập mà khi đó mức giảm năng suất lúa

không vượt quá giới hạn cho phép Theo quy phạm, khi tính tiêu thông

thường phải khống chế mức giảm năng suất trong trận ngập không lớn quá 10% năng suất khi không bị ngập.

‘Theo các nghiên cứu về khả năng chịu ngập của lúa [26], thì chế độ ngập

cho phép của lúa được quy định:

+ Giai đoạn cấy - bên rễ:

- Ngập trên 1/2 thân cây không được vượt quá 7 ngảy;

~ Ngập trên 3/4 thân cây không được vượt quá 3 ngày;

- Không cho phép ngập 100% chiều cao cây lúa;

+ Giai đoạn đứng cái - làm dong:

- Ngập trên 1/2 thân cây không được vượt quá 5 ngày:

- Không cho phép ngập trên 3/4 chiều cao cây lúa

Cũng theo các tài liệu trên thì chế độ ngập cho phép của các giống lúa

hiện đại cũng có thể được quy định như sau:

- Ngập trên 250 mm không được vượt quá I ngày;

- Ngập trên 200 mm không được vượt quá 3 ngày.

Coi

số chiéu rộng trin khác nhau vi chọn trị số tran sao cho phi hợp với

kiện khống chế nêu ở trên

Nhung mô hình nảy có nhược điểm là đã bỏ qua sự điều tiết trên hệ thống

kênh mương, do đó nó chỉ áp dụng cho các vùng canh tác nông nghiệp mà

diện tích trồng lúa chiếm tỷ lệ lớn va chiều dài đường tập trung nước chính

và diện tích lưu vực không lớn (không vượt quá 5000 ha),

Đối với những vùng ngoài diện tích trồng lúa còn có các loại diện tích

khác (màu, thé cư, đường xá, ao hỗ, v.v ), hệ số tiêu chung cho toàn vùng

được tính theo công thức sau:

>> (2-28)

Trong đó

~ a, là tỷ lệ của loại điện tích j so với điện tích toàn lưu vực;

~ qụ hệ số tiêu cho loại điện tích j trong thoi đoạn thứ i.

Hệ số tiêu cho

theo công thức sau:

loại diện tích khác ngoài diện tích trồng lúa được tính

100

Wu OP see

Trong đó:

= C; là hệ số dòng chảy cho loại điện tích j;

-P, là lượng mưa trong khoảng thời đoạn thứ i, (mm);

~ At- độ dai của thời đoạn, (h).

2.5 Mô hình EPA SWMM

Mô hình quản lý nước mưa (SWMM) là một mô hình mô phỏng động lực học dòng chảy, thường được sử dụng cho những mô phỏng đơn lẻ hoặc dài

hạn về khối lượng và chất lượng dòng chảy chủ yếu cho những khu vực đô

thị SWMM quản lý và điều khiển những lưu vực thu nước, nơi nhận nước

mưa và tạo ra dòng chảy và vận chuyển những chất ô nhiễm SWMM vận.chuyển dòng chảy này thông qua một hệ thống những đường ống, kênh

muong, thiết bị chứa đựng/xử lý, bơm và thông qua người điều khiển SWMM theo dai khối lượng và chất lượng của dòng chảy phát sinh trong mỗi

lưu vực thu nước, và theo đối mức độ lưu lượng, độ sâu dòng chảy và chấtlượng nước trong mỗi ống hoặc kênh trong suốt thời đoạn mô phỏng (bao

gồm rất nhiều các bước thời gian).

SWMM bit đầu được sử dụng vào năm 1971 và sau đó được cải tiến rấtnhiều lần Hiện nay, nó vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu cho

việc quy hoạch, phân tích và thiết kế liên quan đến dòng chảy nước mưa,

những cổng kết nổi, những cổng vệ sinh và những hệ thống thoát nước kháctrong khu vực nội thị; đồng thời nó cũng có rất nhiều những ứng dụng cho

những khu vực ngoại thị Phiên bản hiện thời (phiên bản 5) là nỗi trội nhaChạy trên môi trường Windows, SWMM 5 cung cấp một môi trường tổng

hợp cho việc điều chỉnh dữ liệt vào của khu vực nghiên cứu, chạy mô

hình thủy lực, mô phỏng chất lượng nước, và quan sắt kết quả của mô hình

theo những trạng thái khác nhau Điều này bao gồm khu vực thoát nước được

mã màu và bản đồ hệ thống vận chuyển, những bảng và đồ thị chuỗi thời

gian, những sơ đỗ sơ lược, và những phân tích tin suất thống kê

Đây là phiên bản mới nhất của SWMM được viết bởi tổ chức nghiêncứu rủi ro quốc gia về việc bảo vệ môi trường, phân chia nguồn nước và cấp.nước của Mỹ với sự trợ giúp của hãng tư vấn CDM

2.5.1 Đặc điểm mô hình SWMM_

SWMM miêu tả những quá trình thủy lực khác nhau của những dingchảy trong khu vực đô thi, Những quá trình nay bao gồm:

— Luong mưa thay đổi theo thời gian.

= Sự bay hơi nước ở bề mat

— Quá trình tích luỹ va tan tuyết,

—_ Sự chứa nước mưa trong những vùng dat tring,

— Sự thắm nước mưa vào trong những lớp đất chưa bão hoà

— Quá trình thắm nước từ hệ thống tiêu vào tang nước ngằm

— Sự hoả trộn giữa nước nước ngầm và hệ thống thoát nước

Khả năng thay đổi theo không gian của tit cả những quá trình này có thể

đạt được bằng cách chia khu vực nghiên cứu thành một tập hợp của những lưuvực thu nước đồng nhất và nhỏ hơn, mỗi vùng lại chứa những vùng đất nhỏ

hơn Lưu lượng chảy tràn có thể được chảy về những lưu vực nhỏ, về những

khu vực thu nước, hoặc về những điểm đầu vào của hệ thống thoát nước

SWMM cũng bao gồm một bộ số mô hình thủy lực có khả năng linh hoạt được sử dụng để mô phỏng quá trình ding chảy vào và ra những đường ông,kênh din, công trình xử lý/chứa và những công trình nắn dòng của mạng lưới

in đề này, SWMM gồm có những khả năng sau

—_ Điều khiển mạng lưới với quy mô không giới hạn

—_ Sử dụng đa dạng những hình dạng ống dẫn tiêu chuẩn đóng hoặc mở,

đồng thời sử dụng những kênh tự nhiên

~ Mô hình những thiết bị đặc biệt như các công trình xử lý/chứa, thiết bị

phân chia lưu lượng, bơm, đập nước, và vòi phun

— Ung dụng những dng chảy bên ngoài và đầu vào chất lượng nước từ

dong chảy mặt, sự hod trộn nước ngằm, quá trình thắm nước mưa vào.trong ting nước ngầm cũng như lớp đất chưa bão hoà nước, dòng chảy:

sạch trong điều kiên thời tiết khô, và những dòng chảy được người sử

dụng định nghĩa

— Phương pháp dòng đều, phương pháp sóng động học hoặc phương pháp sóng động lực học

— Mô hình những chế độ dòng chảy khác nhau, như dòng chị

dong chảy quá tải, hoặc ding chảy bề mặt trong hd, ao

ngược,