Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ sở hạ tầng: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian mưa thiết kế đến lưu lượng thiết kế của hệ thống thoát nước đô thị

TINH CAP THIET CUA DE TÀI Hiện nay, việc tinh toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa đô thị được ddya theo tiêu chuẳn thiết ké :TCVN 7957 ~ 2008, gồm 2 bước Bước thứ nhất : Tỉnh lưu lượng

Lời cảm ơn

Đề hoàn thành chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Cấp Thoát

Nước - trường Đại học Thủy Lợi khóa học 20 (2012 - 2014), cần hoàn thiện

luận văn tốt nghiệp cuối khóa.

Trong quá trình học tập cũng như làm luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của của Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào tạo đại học

và sau đại học, Khoa Kỹ Thuật Quản Lý Tài Nguyên Nước và toàn thể các thầy, cô giáo.

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn

Tuấn Anh — Người thay trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã hết lòng giúp đỡ, tận tình giảng giải cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Công ty Thoát Nước Hà Nội đã

tạo điều kiện cho tác giả đi thực tế và thu thập tài liệu về hệ thống thoát nước.

Cuối cùng, tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp

20CTN, các anh, chị khóa trước đã động viên, đóng góp ý kiến và hỗ trợ trong

suốt quá trình học tập và làm luận văn.

Xin chân thành cam ơn!

Ngày tháng năm

Học viên

Nguyễn Anh Hùng

Lời cam đoan

“Tôi xin cam đoan rằng, luận văn " Nghiên cứu ảnh hướng của thời gian mưa thiết kế đến lưu lượng thiết kế của hệ thống thoát nước đô thị” công

trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các số liệu là trung thực, kết quả

nghiên cứu của luận văn này chưa từng được sử dụng trong bắt cứ một luận văn nào khác mã đã bảo vệ trước.

‘Toi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được.

cảm ơn và c¡ tham khảo đều được ghỉ rõ nguồn gốc trích c thông tin, tải

dẫn.

Ngày tháng năm

Học viên

Nguyễn Anh Hùng

MỤC LUC 3DANH MỤC CÁCBANG BIEU 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VE 8

MỞ DAU 1 'CHƯƠNG I: TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU 3

1.1 KHÁI NIỆM VE MUA THIET KE 3

1.1.1 Mua 31.1.2 Mưa thiết kế 3 1.2 TONG QUAN MƯA THIẾT KE CHO THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ TREN THE, GIỚI 6

1.2.1 Mô hình mưa thiết kế của Hutt(1967) 7

1.2.2 Phương pháp khối xen kế 81.2.3 Mô hình mưa thiết kế của Keifer và Chu (1957) 9

1.24 Phương phấp mồ hình mưa hình tam giác "

13 TONG QUAN MUA THIẾT KE CHO THOÁT NƯỚC BO THỊ Ở VIỆTNAM

1.3.1 Các nghiên cứu của Việt Nam về công thức xác định cường độ mưa 12

1.3.2 Phương pháp xác định mô hình mưa thiết kế dựa trên tein mưa điển bình

“'CHƯƠNG II: TINH HINH CHƯNG CUA KHU VỰC NGHIÊN CUU 1 2.1 DIEU KIEN TỰ NHIÊN 172.11 Vị trí địa lý 1

2.1.2 Địa ly, địa hình và địa mạo 18

2.1.3 Khí tượng 18

2.2 DIEU KIEN KINH TẾ - XÃ HỘI 2622.1 Dân cư 262.2.2 Tỉnh hình sử dụng dit 2

23 HIỆN TRANG HE THONG THOÁT NƯỚC, NGAP UNG TREN KHU

VYC NGHIÊN CỨU 29

2.3.1 Hiện trang hệ thống thoát nước khu vực 292.3.2 Tính hình ngập ting trong vùng 292.3.3 Nguyên nhân gây ngập ting 30

24 ĐỊNH HƯỚNG QUY HOẠCH KHU VUC TRONG NHỮNG NAM TỚI 34 2.4.1 Hướng phát triển chung không gian của đô thị 34 2.42 Định hướng phát tri giao thong 35 2.4.3 Dinh hướng quy hoạch san nền, $62.44 Định hướng quy hoạch thost nước mưa 37

CHƯƠNG III: DANH GIA ANH HUONG CUA THOL GIAN MƯA THIET KE

DEN LƯU LƯỢNG THIET KE CUA HE THONG THOÁT NƯỚC QUAN THANH XUAN - TP HA NỘI AL

3.1 XÂY DUNG MÔ HÌNH MUA THIET KE VỚI CAC THOI GIAN MƯA.

VỚI CÁC MÔ HÌNH MƯA THIẾT KE TREN 5

3.2.1 Giới thiệu mô hình SWMM_ 5s3.2.1.1 Cúc Khả năng của mô hình 55

3.2.1.2 Các ứng dụng của mô hình 56

3.22 Ứng dung mô hình SWMM mô phỏng mưa thất kế ~ đồng chảy thể

cho lưu vục quận Thanh Xuân với ác mô hình mưa thiết k kế tiên 56

3.2.2.1 Dữ liệu đâu vào %6

3322 Xây đựng nổ hình SWAM 373.2.2.3 Kết quả mô phỏng các trận mua thiết kể tại các vị trí tỉnh toán Š9 3.3 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG THIET KE CUA CONG DỰA TREN MÔ PHONG CAC TRAN MƯA THỰC DO TRONG QUÁ KHỨ 633.3.1 Mô phỏng các trận mưa trong quá khứ 6

3.3.2 Tinh tần suất lưu lượng từ đính 10 mô phỏng các trận mưa trong quá khứ:

683.4 SO SANH KET QUÁ LƯU LƯỢNG THIẾT KE GIỮA MO PHÒNG TRAN MUA THIET KE VA MO PHONG CÁC TRAN MƯA THỰC BO n 3.5 BE XUẤT THỜI GIAN MUA THIET KE HỢP LÝ, 14

KẾT LUẬN VA KIÊN NGHỊ, 75

DANH MỤC CÁC BANG BIEU

Bảng 1.1 Các hệ số trong phương tình (1) cho thời kỳ xuất hiện lại 10 năm gỉmột số địa phương ở Hoa Kỳ 6Bảng L2 Giả tị của các tham số của đường DDE “

Bảng 2.1; Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội (0C) 18

Bảng 2.2: Độ âm tương đối trung bình thắng tại Hà Nội Z) 19

Bảng 2.3: Thống ké lượng mưa các thời đoạn lớn nhất ai trạm khí tượng Láng 19

Bảng 2.4: Lượng mưa thiết kế 1, 3, 5, 7 ngày max (đơn vị: mm), 20Bảng 2.5: Phân phối trận mưa 3 ngày max ứng với tin suất = 10% (đơn vị: mm)

20

Bảng 2.6: Lượng mưa 72 gi ti tram Lắng (mm) 20Bang 2.7: Lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 (mm) 2Bing 2.8: Lượng bốc hơi trung binh thing tại Hà Nội (mm) 2

Bảng 29: Các mực nước sông Hồng ti tram Hà Nội ứng với các tần suất tính toán

(liệt số liệu 1970-2008) 24

‘Bang 2.10: Mục nước thấp nhất sông Hồng tại Hà Nội (em) 24 Bang 2.11; Các mực nước Sông Hong tại Yên Sở ứng với các tin suất tính toán 26Bảng 2.12: Tình hình din cư vũng nghiên cứu 26

Bảng 3.1: Giá trị các tham số của đường DDF 4

Bảng 3.2: Mô hình mưa thiết kể với thời gian mưa 3giồ, tin suất lặp T=10 năm 43 Bảng 3.3: Mô hình mưa thiết kế với thời gian mưa giờ, tin suất lặp T=10 năm 44 Bảng 3.4: M6 hình mưa thiết kế với thời gian mưa 12giờ, tin suất lặp T=10 năm 46.Bang 3.5: Mô hình mưa thiết kế với thời gian mưa 24giờ, tin suất lặp T=10 năm 50

Bang 3.6; Thống kế diện tích các cửa xã đảm nhận tiêu thoát 58

Bảng 3.8: Danh sách các trận mưa lớn nhất toàn liệt 63Bảng 3.9: Lưu lượng đỉnh được mô phỏng bởi các trận mưa lớn nhất toàn liệt 6ŠBang 3.10: Kết quả lưu lượng lớn nhất năm thiết kể tử các trận mưa toàn liệt 68 Bảng 3.11: Lưu lượng lớn nhất thiết kế giữa mô phỏng cúc trận mưa thiết kế và môphòng trận các trận mưa toàn liệt, chu kỳ lặp T=10 năm 2Bảng 3.12: Chênh lệch giữa QTL(P) và QTK(P) 72

ĐANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ độ sẫu mưa và diện tích mưa để tinh ác giá tị trung bình

của mưa diện (Tổ chức khí tượng thé giới, 1983) 4+

Hình 1.2 Các đường cong IDF của mưa lớn nhất tại Chicago 5Hình 1.3 Phân bố xác suất của các trận mưa nhóm thứ nhất 7 Hình 1.4 Biểu đồ xác suất 10% các trận mưa nhóm thứ nhất 8

Hình 1.5 Biểu đồ xác suất 50% các trận mưa nhóm thứ nhất 8

Hình 1.6 Biểu đỏ qué trình mưa thiết kế xây dựng bằng phương pháp khối xen kẽ 9'Hình 1.7 Biểu thị biểu đồ quá tình mưa bằng các đường cong 10

"Hình 1.8 Biểu đỏ qué trình mưa thiết kế hình tam giác "Hình 2.1: Vị tri hệ thống thoát nước Quận Thanh Xuân ~ Lưu vực sông Tô Lịch 17

Hình 3.1: Mô hình mưa thết kế với gian mưa 3 giờ 44

Hình 3.2: Mô hình mưa thiết kế với gan mưa 6 giờ 46Hình 3.3: Mô hình mưa thết kế với gian mưa 12 giờ 49Hình 3.4: Mô hình mưa thiết k với gian mưa 24 giờ sHình 3.5: Khai báo các thông số SWMM sHinh 3.6: Các thông số cơ bán SWMM 58 Hình 3.7: Sơ đồ mạng thoát nước - phần mềm SWMM_ 39

Hình 3.8 Đường biểu diễn Qmax thiết kế của các mô hình mưa thiết kế

tai vị trí các cửa xã 60Hình 3.9 : Đường lưu lượng tại các vị trí của xả được mô phỏng bởi trận mưa 3h 61

Hình 3.10 : Đường lưu lượng tại các vị trí cửa xã - được mô phỏng bởi trận mưa 6h

61

Hình 3.11 : Dường lưu lượng tại các vị trí cửa xả - được mô phỏng bởi trận mưa

12h 62

24h 6Hình 3.13 : Một số trận mưa toàn tại trạm khí tượng Láng oFHình 3.14 = Quá trình lưu lượng tại ede vị tr cửa xa - được mô phòng bởi trận thục

đo 12/9/1985 or

Hiinh 3.15 = Quá trình lưu lượng tại ede vị tr cửa xã - được mô phòng béi trận thục

40 23/10/1988 _

Hình 3.16 Đường tin suất Omax tại Cửa Xã | 68

Hình 3.17 Đường tin suất Qmax tại Cửa Xã 2 “

Hình 3.18 Đường tần suất Qmax tại Cửa Xả 3 69

MỞ DAU

1 TINH CAP THIET CUA DE TÀI

Hiện nay, việc tinh toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa đô thị được ddya theo tiêu chuẳn thiết ké :TCVN 7957 ~ 2008, gồm 2 bước

Bước thứ nhất : Tỉnh lưu lượng dòng chảy lớn nhất thiết kế (Q) theo

công thức cường độ giới hạn

Bước thứ hai : Sử dụng mô hình toán để tính toán mưa ~ ding chảy và

toán thủy lực trong hệ thống thoát nước nhằm kiểm tra lại kết quả sơ bội

di

ở bước thứ nhất

Khi sử dụng mô hình mô phỏng quá trình mưa ~ dòng chảy

trận mưa thiết kế, tuy nhiên trong tiêu chuẩn thiết kế chưa quy

gian của trận mưa thiết kế chọn như thé nào Có tác giả chọn thời gian mưa thiết kế bằng thời gian tập trung dòng chảy, có tác giả chọn thời gian mưa thiết kế là 3 gid, 6 giờ, 12 gid, 24 giờ hoặc là đài hơn nữa Do vậy, khó khăn cho kỹ sư tính toán thiết kế, nên cần có nghiên cứu vé thời gian mưa thiết kế,

đó là lý do để

lượng thi

° Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian mua thiết kế đến lưu

của hệ thống thoát nước dé thi” được đề xuất nghiên cứu.

II MỤC DICH NGHIÊN CUU

Đánh giá ảnh hưởng của thời gian mưa thiết kế đến lưu lượng th

của hệ thống thoát nước đô thị Từ đó kiến nghị kỹ sư lựa chọn thời gian mưa thiết kế hợp lý khi tính toán thiết kế hệ thống thoát nước đô thị.

Nghiên cứu điển hình cho hệ thống thoát nước mưa Quận Thanh Xuân,

‘TP Hà Nội (phạm vi lưu vực sông Tô Lịch) Sử dụng tải liệu trạm khí tượng,

Láng,

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU

~ Phương pháp khảo sát, điều tra thực địa.

~ Phương pháp thu thập, thống kê và phân tích số liệu.

~ Phương pháp ké thừa.

~ Phương pháp sử dụng mô hình toán

CHƯƠNG I: TONG QUAN VAN DE NGHIÊN CỨU.

1-1 KHÁI NIỆM VE MƯA THIET KE,

1.1.1 Mưa

Mưa là quá trình quan trọng đóng vai trò chính trong sự hình thành dòng chảy trên lưu vực Lượng mưa và quá trình mưa (Pt) quyết định lưu lượng và qui trình đồng chảy trong cổng.

Một trận mưa rào trên lưu vực được đặc trưng bởi

~ Thời gian mưa (phút, giờ, ngày)

~ Chu kỳ lặp lại của trận mưa thiết kế (tan suất

Thời gian mưa (phút, giờ, ngày)

~ Độ sâu mưa (lượng mưa)

~ Phân bổ mưa theo thời gian P(().

1.1.2.1 Độ sâu mưa thiết kế

Là độ sâu lớp nước mưa trong một khoảng thời gian mưa nào đó Đơn vị

đo độ sâu mưa thưởng tính bằng mm Độ sâu mưa thiết kế có thể là độ

mưa điểm hoặc độ sâu mưa diện

Mưa điểm là mưa xuất xuất hiện tại một địa điểm đơn độc trong không.

gian, côn mưa mưa điện là mưa xuất hiện trên một vùng nào đó.

Đối với mỗi thời gian mưa, ta hành phân tích tin suất để tính các độ sâu mưa thiết kế ứng với các thời kỳ xuất hiện lại khác nhau, sau đó các độ sâu mưa thiết kế được chuyển đổi thành cường độ mưa bằng cách dem chia

chúng cho thời gian mưa tương ứng.

Dien ih a)

In ee Si

ign ih km)

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ độ sâu mưa và diện tích mưa để tính các giá trị trung

bình của mưa điện (Tổ chức khí tượng thé giới, 1983)

Đồ thị quan hệ độ sâu mưa ~ diện tích đổi với c thời gian mưa khác nhau được thiết lập từ kết quả phân tích về độ sâu mưa- diện tí sh mưa- thời

gian mưa trong đó đã chuẩn bị sẵn các bản đỗ đẳng lượng mưa cho mỗi thời

gian mưa Các bản đồ này được xây dựng từ bảng ghỉ về lượng mưa lớn nhất thực đo trên một vùng có tram đo mưa diy, người ta xác định diện tích nằm.

bên trong mỗi đường đẳng lượng mưa trên các bản đỏ này và lập biểu đồ độ

lu mưa trung bình quan hệ với điện tích đối với từng thời gian mưa.

1.1.2.2 Quan hệ ian mưa- tin suất cường độ mưa- thỏ

Cường độ mưa là lượng mưa rơi xuống mặt đất trong một đơn vị thời

gian.

Quan hệ giữa cường độ mưa - thời gian mưa - tần suất thông thường được biểu diễn dưới dạng đồ thị trong đó thời gian mưa được đặt trên trục

hoành, cường độ mưa đặt trên trục tung và các đường cong tương ứng với thời

kỳ xuất hiện lại

P

+ Cường độ mưa: (mm/h hoặc ivh) ay

+ Độ sâu mưa: P (mm hoặc in)

+ Thời gian mưa: T (h)

+ Tần suất được biểu thị theo thời kỳ xuất hiện lại, đó là khoảng thời gian trung bình giữa các biến cố mưa có độ lớn bằng hoặc lớn hơn trị số thiết

kế

“Trong nhiều trường hợp người ta sẵn những đường cong

của quan hệ giữa cường độ mưa-thời gian mua-tin suất (gọi là quan hệ IDF)

cho các địa điểm nghiên cứu.

Thời sat iệ lạ tăm)

cs

Wan ma (ph)

Hình 1.2 Các đường cong IDF của mưa lớn nỈ

Khi có du các số liệu tại địa phương ta có thé xây dựng các đường cong IDF bằng phân tích tần suất Một phân bố xác suất thường hay dùng trong phan tích tin suất mưa là phân bố giá trị cực hạn loại I hay phân bố Gumbel.

Các đường cong (IDF) quan hệ giữa cường độ mưa-thời gian mưa

suất còn được biểu thị bằng phương trình, ví dụ phương trình do Wenzel (1982) để nghị :

e

“Trong đó

~ i: cường độ mưa thiết kế (in/h).

= Ty : thời gian mưa (phút)

~ 6£ là các hệ số thay đổi theo địa điểm và theo thời kỳ xuất hiện lại

Bảng 1.1 Các hệ số trong phương trình (1.1) cho thời kỳ xuất hiện lại 10 năm tại

một số địa phương ở Hoa KY

TT Địa phương © ° f

1 Atlanta 915 083 6,88

H Chicago 99 088 9404

3 Cleveland BT 0.86 25 + Denver 96.6 097 lào

3 Houston 914 O77 48

6 Los Angeles 203 063 1 206

7 New York 781 082) 657 1.2 TONG QUAN MƯA THIET KE CHO THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ TREN THE GIỚI

Trên thé giới đã có rất nhiều nghiên cứu về xây dựng mô hình mưa thiết kế, cụ thể như một số tác giả sau:

1.2.1 Mô hình mưa thiết kế của Huff (1967)

Huff thiết lập các quan hệ phân bổ theo thời gian của các trận mưa rio lớn trên các diện tích rộng tới 400 mi? tai Illinois Mô hình phân bổ theo thời gian được xây dựng cho 4 nhóm xác suất, từ nhóm mưa ác liệt nhất (nhóm thứ

nhất) đến nhóm mưa it dc liệt nhất (nhóm thứ tư) Hình 1.3 trình bày phân bố xác suất của các trận mưa rào thuộc nhóm đầu tiên (nhóm mưa ác liệt nhất),

"Đó là những đường cong trơn chu, chúng phản ảnh phân bồ theo thời gian của

lượng mưa trung bình và không thể hiện được các đặc tinh thay đổi gấp của cúc trận mưa rao thực tế.

0 10 30 30 40 50 60 70 80 90 100

“Số phân tăm tích ly của thi gian mưa

Hình 1.3 Phân bố xác suất của các trận mưa nhóm thứ nhất

‘Tu biểu đồ phân bố xác suất của trận mưa nhóm thứ nhất người ta thiết

đồ trận mưa nhóm thứ nhất ứng với các xác suất

lập các chọn lọc cho

lũy tích 10%, 50% và 90% (Hình 1.4 đến hình 1.6), mỗi biểu đỗ biểu thị số.

phần trăm của tổng lượng mưa trong mỗi khoảng số gia 10% của thời gian

mưa.

ES

Xác suất 10%

5

‘Spi ram của 0 2 30 40 50 60 T0 80 9% 10

‘5 phần trăm ích ay của tồi ian ma

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Số phần tram tích lũy của thi gian mưa Hình 1.5 Biểu đồ ác suất 50% các trận mưa nhóm thứ nhất

xen kế-2.2 Phương pháp kl

Phương pháp này được đề xuất bởi Chow (1988) Với phương pháp này

mô hình mưa thiết kế từ một đường cong quan hệ cường độ- thời gian

tần suất (IDF) hoặc quan hệ lượng mưa- thời gian mưa- tần suất (DDF) Mô hình mưa nảy được đặc trưng bởi độ sâu mưa xuất hiện trong n khoảng thời

gian At kế tiếp nhau trên tổng thời gian mưa Tạ = n.At Sau khi lựa chọn thời

kỳ xuất hiện lại thiết ế, ta đọc cường độ mưa cho mỗi thời gian mưa At,

2At, 3 At tir một đường IDF tương ứng với thời kỳ xuất hiện lại đã chọn và tính độ sâu mưa mưa lũy tích bằng cách nhân cường độ mưa với thời gian mưa Lay hiệu số giữa hai giá tị liên tiếp của độ sâu mưa lũy tích, ta sẽ tính được độ sâu mưa thiết kế ứng với mỗi At và được gọi là các khối Các khối được sắp xếp với cường độ mưa lớn nhất được xếp ở giữa hoặc ở thời gian

xuất hiện đỉnh của thời gian mưa, các khối còn lại được sắp xếp theo thứ tự giảm dần và được chia đều ở bên phải va bên trái của khối trung tâm.

Hình 1.6 Biểu đồ quá trình mưa thiết kế xây dựng bằng phương pháp khối xen kế

1.2.3 Mô hình mưa thiết kế của Keifer và Chu (1957)

Keifer và Chu (1957) đã dé xuất một một mô hình mưa giả tưởng dé thiết kế hệ thối

phương pháp khối xen kẻ, cơ sở của mô hình này là từ một phương trình đã

thoát nước ở Chicago Nguyên tắc tính toán tương tự như

biết của đường cong quan hệ cường độ mưa-thời gian mua-tin suất (gọi là quan hệ IDF), ta có thể xây dựng được các phương trình về sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian trong đường quá trình mưa thiết kế Độ sâu mưa

tương ứng với một thời gian mưa Tả chung quanh đỉnh mưa thi bằng với giá

trị xác định bằng đường cong hoặc phương trình của đường cong IDF (cường

độ mưa ở đây được coi là biển đổi một cách liên tục trong quá trình mưa)

“Cường độ mu ¡

Thời gian

Hình 1.7 Biểu thị biểu đồ qua tình mưa bằng các đường cong

Đường quá trình mưa gồm hai nhánh đường cong với i, =f((,)và

i, = £(0,) với ig, ip là các cường độ mưa trước và mưa sau đỉnh Tổng độ sâu.

mưa R trong thời gian mưa Td được tính bằng diện tích nằm bên dưới các.

Với iy =" {> ¥i phan và thay vào phương trình tên ta có phương trình

+

"“ «sy (+)

1.2.4 Phương pháp mô hình mưa hình tam giác

Phương pháp này được đề xuất bởi Yen và Chow (1980) Với mô hình mưa hình tam giác có cạnh đáy là thời gian mưa Td, chiều cao h là cường độ.

mưa Khi biết độ sâu mưa và thời gian mưa ta xác định được cường độ mưa là chiều caoh: =h

In "

aig độ mai

“Thờ gian!

Hình 1.8 Biểu đồ quả trình mưa thiết kế hình tam giác

Ta định nghĩa một hệ số trước dinh r, đó là tỉ số của thời gian xuất hiện

đình mưa (t,) so với tổng thời gian mưa (T,).

Với giá trị của r = 0,5 tương ứng với cường độ mưa lớn nhất xuất hiện.

tại điểm giữa của thời gian mưa Ts Với r <0,5 thì thời điểm xuất hiện cường

hậm hơn,

độ mưa lớn nhất sẽ sớm hơn va ngược lại nếu r>0,5 thì

Giá trị thích hợp của r được xác định bằng cách tính toán tỷ số của thời

gian xuất hiện đỉnh so với tổng thoi gian mưa của nhiều trận mưa thực đo với

thời gian mưa khác nhau và lấy giá trị trung bình theo trọng số thời gian mưa

của các tỷ số đó.

KE CHO THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ Ở 1.3 TONG QUAN MƯA THỊ

VIET NAM

1 Các nghiên cứu của Việt Nam về công thức xác định cường độ mưa.

a Công thức tính cường độ mưa của Viện thiết kế Bộ Giao Thông

S: sức mạnh trận mưa ứng với p% mmih, mm/ph

n: chỉ số giảm dần cường độ (a) theo thời gian t, n = 0,66

b: tham số hiệu chỉnh, b = 12

t thời gian mua

K: hệ số khí hậu (hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vao từng vùng kl

b Theo để nghị của TS Tran Hữu Uyên, cường độ mưa ở Việt Nam có.

thể tinh theo công thức

3500 ClEP) ig ha

(+15) us

Khi xác định cường độ mưa tinh toán cho một vùng nào đó cần tuân thủ

theo các quy định của quy phạm.

Như vậy, tùy theo đồi tượng nghiên cứu và quy mô của lưu vực cũng như số liệu quan trắc có được mà công thức tinh toán cường độ mưa có những

dang khác nhau Nhưng nhìn chung quan hệ giữa cường độ mưa và thời gian biểu thị theo quy luật:

a4 9)

Những nôi có số liệu quan trắc bằng máy đo tự ghỉ trong nhiều năm có.

thể dùng phương pháp toán học để xác định các giá trị A và n.

e Dựa trên đặc điểm của mưa va số liệu mưa của vùng đồng bằng Bắc

Bộ tác giả PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh - trường Đại học Thủy Lợi đã nghiên cứu và xây dựng quan hệ lượng mưa- thời gian mưa- tần suất (đường quan hệ

H(P) =(bạLn(/P)+c;)d90/5) (113)

với d>a TẾ

Trong đó:

~ Hạ(P)= Lượng mưa (mm); d = thời gian mưa (h); P — tần suất,

= bl, el, b8, e2, f1, el, e2, a,b là các tham số được cho trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Giá trị của các tham số của đường DDF

TrạmTham số Hà Nội Thai Binh H.Dương JN Bink Nam Dinh Phủ

bị | 1267 I3215 | 1208 | I285 7 AT) 1280

‘Chon mô hình mưa điển hình theo các yêu cầu sau:

+ Trận mưa lớn đã xảy ra gây úng lớn trong thực tế đại biểu cho một

nguyên nhân gây mưa ting nhất định trong khu vực.

+ Có thời gian mưa hiệu qua bằng hoặc xắp xi thời gian mưa tinh toán + Có lượng mưa toàn trận mưa bằng hoặc xấp xi lượng mưa trong thời

ất thiết kế, khoảng khống chế ứng với tần si

‘Thu phóng mô hình mưa đại biểu thành mô hình mưa thiết kế theo 2phương pháp như sau:

Xewas: Lượng mưa của trận mưa đại biểu

* Phương pháp thu phóng cùng tần suất (theo 3 tỷ số):

~ Ngày thứ nhất thu phóng theo ty số:

ky TIẾP as)

Xi macah

~ Hai ngày còn lại trong ba ngày max thu phóng theo tỷ số:

key = map =X mac (116) Xqmaxdb — Xi maxdb

~ Hai ngày còn lại trong 5 ngày max thu phóng theo ty sé:

“` a.) Xmas — Xamxus

Tương tự như vậy đối với mưa giờ ta cũng xác định được mô hình mưa tiêu thiết kế bằng phương pháp thu phóng trận mưa đại biểu, phương pháp.

này đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam.

“ôm lại: Trên thé giới, các yêu tổ thủy văn nói chung, mưa thiết kế và

lưu lượng thiết kế nói riêng, được nghiên cứu tir lâu cụ thẻ như đã có nhiều công thức tính và mô hình toán được xây đựng để phục vụ tính toán các yếu

lày Ở Việt Nam, ngoài một số phương pháp của tác giả nude ngoài được

mô 4p dung, đã có nhiều tác giả trong nước nghiên cứu, xây dựng công thứ

hình toán để phục vụ tính toán các yếu tố thủy văn phù hợp với điều kiện địa.

lý, địa chất và khí hậu nước ta,

'CHƯƠNG II: TINH HÌNH CHUNG CUA KHU VỰC NGHIÊN CUU 2.1 DIEU KIỆN TỰ NHIÊN:

2.1.1 Vị trí địa lý

"Hệ thống thoát nước quận Thanh Xuân, Hà Nội (lưu vue sông Tô Lich)

có vị trí như sau (chỉ tết xem tại PL Hình 2.1)

~ _ Phía Tay Bắc giới hạn là đường Tran Duy Hưng.

= Phía Tây Nam giới hạn là đường Khuất Duy Tiến

"Phía Đông Nam giới hạn là đường Nguyễn Trãi.

Phía Đông Bắc giới hạn là sông Tô Lịch.

Hình 2.1: Ví tr hệ thống thoát nước Quận Thanh Xuân ~ Lưu vục sông Tô Lịch

Hệ thống thoát nước một phần của quận Thanh Xuân thuộc hệ thống thoát nước lưu vực sông Tô Lịch, nằm ở vùng đồng bằng sông Hồng, kéo dài

"Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23°C + 24°C Tổng nhiệt độ toàn năm.

khoảng 8.600°C Hàng năm có 3 tháng (từ tháng XII đến tháng II) nhiệt độ trung bình giảm xuống đưới 20°C Tháng [ lạnh n

trên 16°C Mùa hè nhỉ địu hơn Có 5 tháng (từ tháng V đến tháng IX) nhiệt độ trung bình trên 25°C Tháng VII nóng nhất, có nhiệt độ trung bình trên dưới 29°C.

có nhiệt độ trung bình

độ tương

Bảng 2.1: Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội (0C)

rou fami | vy |VI|VI VH ax) x | xt | xm

là thời kỳ ẩm ướt nhất, độ ẩm trung bình tháng đạt 88 + 90% hoặc cao hon Các tháng cuối mùa thu và đầu mùa đông là thời kỳ khô hanh nhất Độ dm trung bình tháng có thé xuống dưới 80% Độ dm cao nhất có ngày đạt tới 98%

Bang 2.2: Dộ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội (%)

“Tháng|

1| H|H|IW|V|VI VH vin wx | x | xt) xm[Tram

Hả Nội | 82 | 85 | 88 | 88 | 84 |84 85) 87 86) 83 | 81 | 82

c Mua

Đây là ving có lượng mưa tương đối lớn Tổng lượng mưa trung bình năm thay đổi từ 1.554 mm đến 1.836 mm, số ngày mưa khoảng 130=140 ngày mỗi năm Cách khu vực nghiên cứu về phía Bắc khoảng vài km có trạm khí

tượng Lắng.

Bảng 2.3: Thống kế lượng mưa các thời đoạn lớn nhất tại trạm khi tượng Láng

Năm Lượng mưa (mm)

Bang 2.4: Lượng mưa thiết ké 1, 3, 5, 7 ngày max (đơn vị: mm)

ius Tin suit 5% Tan suất 10%

TRÀ | 1 ngmax | 3 ngmax 3 ngmax | 5 ngmax | 7 ngmax

Ling | 251,83 | 387,67 33814 | 377,28 | 415,79

Bảng 25: Phân phối trận mưa 3 ngày max ứng với in suit P= 10% (đơn vị: mm)

Ngày th

3mm

s6 0203 | 3471 026 | 28 | 000

67 0915 | 0582 TT | 044 080 1a 0813 | 68239 Tos | 5583 | 000

rx) 1535 | 14210 195 | 1163 | 0009.10 1ã34 | 11,823 96 | 968 | 000ion | 8s04 | 4556 2368 | 3.73 | 000H12 | Bate | 585? 169 | 479 | 0.00nas | HẠ5Ạ9 | 4339 1861 | 345 | 060Ista | 3050 | 2495 390 | 208 | 000rar 7829 | 5532 1002 | 453 | 00015-16 1220 | 3463 156 | 275 | 000

1617 | 0203 | 1,085 026 | 089 | 000

18 5.389 690 | 000 | 000IRI9 | 0610 078 | 000 | 000

Trận mưa Điện hình 1994 Tân suất 10%

“Ghi chú: Trận mưa thiết kế chứa lượng mưa 24 h max TS10%

Bảng 2.7: Lượng mưa 3 ngảy của trận mưa đặc biệt

trong nam Lượng bốc hơi bình quản tháng V đạt trên 100 mm Các tháng

mùa Xuân (tháng Il IV) có lượng

Hướng gió thịnh hành trong mùa hè là gió Nam và Đông Nam và mùa

đông thường có gió Bắc và Đông Bắc Tốc độ gió trung bình khoảng 2+3 mis.

“Tháng VII, IX là những thing có nhiều bio nhất Cá cơn bão dé bộ vào vùng

này thường gây ra mưa lớn, ảnh hưởng lớn cho sản xuất và đời sống của nhân.

dan, Tốc độ gió lớn nhất trong cơn bão có thé đạt 40 m/s.

£ Mây

Lượng mây trung bình năm chiếm 75% bầu trời Tháng III u ám nhất có.

lượng mây cực đại, chiếm trên 90% bầu trời còn tháng X trời quang đăng

nhất, lượng mây trung bình chỉ chiếm khoảng trên 60% bau trời

ạ Ning

Số giờ nắng hing năm khoảng 1.600 + 1.700 giờ Các tháng mùa hè từ

tháng V đến tháng X có nhiều nắng nhất, trên dưới 200 giờ mỗi tháng Tháng

ít nắng, chỉ đạt 30 + 40

II, II trùng khớp với những tháng u ám là tháng rắ

giờ mỗi tháng.

1 Thuy van, sông ngồi

Sông Hồng là con sông lớn, có tổng diện tích lưu vực 155.000 km? (phần

lưu vực trong lãnh thé Việt Nam là 72.800km) Sông đài 1.126 km, trong đó

đoạn qua khu vực nghiên cứu dài 90 km Sông Hồng không chỉ là nguồn cung,

cấp nước chính cho hệ thống mả còn là một trong những nơi nhận nước tiêu chính của vùng Khả năng chuyển nước của sông rất lớn Lưu lượng bình

quân tháng trung bình nhiễu năm thời đoạn 1956-1985 tại Sơn Tây đạt khoảng 3.560 m'/s và Ha Nội 2.710 m/s

Bing 29: Các mục nước sông Hing ti tram Hà Nội ứng với các tin suất

Mùa kiệt dai 7 tháng (tháng XIV), Dòng chảy của sông thời gian này ngoài nước mưa trên toàn lưu vực, chủ yếu do nước ngim cung cấp Do vậy mực nước và lưu lượng của sông giảm xuống nhanh Mực nước sông trong,

các tháng II và IV thường xuống đến mức thấp nhất Số liệu quan trắc tạitrạm Hà Ni ho thấy, mực nước thấp nhất xảy ra trước khi có hồ Hòa Bình là 1,73 m (tháng 3/1956), sau khi có ho Hòa Ja 1,47 m (20/2/2006) Lưu

lượng đo được vào ngày 09/5/1960 chỉ có 350 mvs.

Bảng 2.10: Mực nước thấp nhất sông Hồng tại Hà Nội (em)

Mực Mực Mực

Năm Ngày | Năm Ngày | Năm

nước nước nước.

Mùa lũ dài 5 tháng, bắt đầu tir tháng VI Dinh lũ thường xuất hiện vào các.

tháng VI, VIL Lưu lượng trung bình các tháng mùa lũ đạt tới 8.000 + 10.000 m/s, Trận lũ lịch sử năm 1971 với giá tri thực đo chưa hoàn nguyên do vỡ đề, tràn đề và phân chậm lũ của đỉnh lũ đo ngày 20/8/1971 là Hmax=14.43 m,

'(Qmax=25.000 m%/s

Bảng 2.11: Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở ứng với các ti

[Noi suy mực nước với:

- Chiều di sông từ Hà Nội đến Yên Sở Laas = 13.300 m

~ Độ đốc đường mặt nước trung bình i = 6,25x10 `

2.2 DIEU KIỆN KINH TẾ - XÃ HOL

2.2.1 Dân cư

Địa bàn quận Thanh Xuân có 11 phường, số dân được thống kê như sau:

Bang 2.12: Tink hình dan cư vùng nghiên cứu

TT Don vị quận Điện ta) | nhỏ

(người)

8 [Thanh Xuân Bắc 23/114 11321

9 [Thanh Xuân Nam 32.8 8.226

10 [Thanh Xuân Trung 11324 112351Ì [Thượng Đình 11212 21.148

2.2.2 Tình hình sử dụng đất

Tổng dig ch đất tự nhiên toàn quận là 913,2 ha Trong đó:

‘Dat khu vực dân dụng: 448,105 ha (49,079 9)

it ngoài khu vực dân dụng: 465,095 ha (50,93%)

* Dat khu vực dân dụng: 448,105 ha (100%).

Dit đơn vị ở (đơn vị phường): 428,67 ha (95,8%).

Dit dịch vụ công công 7,255 ha (1,6).

Bit cây xanh, TDTT 3,01 ha (0,6%).

Dit đường giao thông: 9,17 ha (2%).

* Đất ngoài khu vực dn dụng: 465,095 ha (100%).

* Đất công nghiệp, kho tàng: 142 ha (30,53%),

* Công trình kiến trúc hạ tầng kỹ thuật đầu mối.

Dit cơ quan, trường đảo tạo: 43,708 ha (9,490).

Dit đường thành phố: 21,516 ha (4,6)

it canh tác: 78,044 ha (16,8%).

Bit quân sự: 82,18 ha (17,67%)

Đất di tích: 6,817 ha (1,46%).

~_ Đắt ao hd, sông, mương thoát nước: 66,67 ha (14.33%).

~ Đắt nghĩa địa: 4.74 (ha 1%),

-_ Đắt chưa sử dụng: 19,42 ha (4,21%),

Trong đất khu vực dân dụng (diện tích khoảng: 448,105 ha) có khoảng

428,67 ha dat đơn vị ở (don vị phường) Tình hình sử dụng dat đơn vi ở hiện nay chưa hợp lý, chủ yếu là dat ở chiếm ty trọng lớn, các loại đất khác như đất đường, đất cây xanh, đất công cộng cho đơn vị ở (UBND, trạm y tẾ, công an phường, chợ, đắt trường học, nhà trẻ, mẫu giáo đều nhỏ).

Thống kê qua các đơn vị ở tại các phường cho thấy:

* Đất đơn vị ở: 428,67 ha (100%) Trong đó;

~_ ĐẤt nhà trẻ mẫu giáo: 2,55 ha (0,6%)

~ Đất trường học: 8,37 ha (1,959).

Dit cây xanh: 3,08 ha (0,72%)

Dit công công: 5,79 ha (1,35%) (UBND, trạm y tế, công an phường ) Dit đường: 14.75 ha (3,44%).

= ĐẤtở: 394,13 ha (91,94)

Mat khác, đất ở làng xóm cũ cũng chiếm tỷ trọng lớn khu vực này.

'Tổng số dat ở: 394,13 ha Trong đó

= Bat ở (làng, xóm cũ); 140,22 ha.

= Đất ở (khu đô thị): 253,91 ha.

v NGAP UNG TREN

2.3.1 Hiện trạng hệ thống thị nước khu vực

So với các khu vực khác trong thành phố, địa bàn quận Thanh Xuân có

cao độ nền hiện trạng tương đối cao: Cao độ cao nhất khoảng 7-7,2 m, cao độ

thấp nhất khoảng 6-6,2 m Cao độ trung bình khoáng 6,5-6,7 m.

Hệ thống thoát nước khu vực nay thoát ra tuyến sông thoát nước chính là sông Tô Lịch Ngoài ra các đất trồng, ao hỗ, ruộng canh tác xung quanh các khu vực xây dựng còn nhiều, nước được thoát ra các khu vực này.

Hệ thống thoát nước khu vực này (lưu vực sông Tô Lịch ~ Hà Nội) là hệ thống thoát nước chung, bao gồm ba trục thoát nước chính: Trục Nguyễn

Trai, trục Lê Văn Lương và trục Trin Duy Hưng thoát nước toàn bộ khu vực.

về sông Tô Lịch.

Hệ thống thoát nước không đồng bộ, phần lớn toàn bộ hệ thống được xây

cđựng đã lâu không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước, vì vậy khi mưa lớn thường xây ra ting ngập.

thường từ Ih đến 12h Độ sâu ngập trung bình tử 0,2 - 0,5m, Đặc biệt khi

mưa lớn tình trạng úng ngập kéo đài gây ách tắc giao thông, mắt vệ sinh môi trường ảnh hưởng đến công việc, sức khỏe, cuộc sống của mọi người dân

sống và làm việc trong khu vực

Ví dụ một số điểm ngập điển hình trận mưa ngày 19/06/2012 thời gian

mưa từ 18h15 đến 20h15 lượng mưa 70 mm (do tại trạm do mưa Trung Tâm

Hội Nghị Quốc Gia của Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội)

Phố Nguyễn Huy Tưởng (từ Công ty C6 phần Công trình Giao Thông 2

đến đường Khuất Duy Tiến và đoạn từ ngã ba Nguyễn Huy Tưởng - Vũ

Trọng Phụng đến số nhà 96 Nguyễn Huy Tưởng) bị úng ngập từ 0,2 -0,3m là

do hệ thống thoát nước của tuyến phố này là tuyến rãnh BxH=0,3x0,4 trên hè

có kích thước nhỏ, đã sập sé, xuống cấp, không đủ khả năng để tiêu thoát

nước với trận mưa lớn trong thời gian ngắn.

Phố Quan Nhân (từ Chùa Ao Bút đến phố Chính Kinh) ngập từ 0,2

-rãnh BxH=0,3x0,4

0,4m là do hệ thống thoát nước của tuyến phố nảy là tu

trên hè, sập sé, xuống cấp, có kích thước nhỏ, nhiều đoàn bị nhà dan in

chiếm đỗ bê tông thảm lap không di kha năng dé tiêu thoát nước với trận mưa

lớn trong thời gian ngi

Phố Vũ Trọng Phụng (đoạn ngã ba Vũ Trong Phụng ~ Quan Nhân) Ngập,

từ 0,2 — 0,5m là đo cao độ mặt đất tại đây thấp hơn khu vực xung quanh (đường Nguyễn Trãi, phố Quan Nhân) từ 0,4 - 0,7m.

"Phố Hoàng Minh Giám (từ ngã ba Nguyễn Thị Thập ~ Hoàng Minh Giám đến ngã tư Hoàng Minh Giám ~ Trần Duy Hưng) ngập 0,1 ~ 0,3m do cao độ

mặt dat tại đây thấp hơn khu vực xung quanh tử 0,2 - 0,4m.

2.3.3 Nguyên nhân gây ngập ting

Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh làm tăng mật độ dan cư trong khu vực dẫn đến nhu cầu thoát nước tăng Trong khi đó phan lớn hệ thống thoát nước được xây dựng đã lâu, kích thước, tiết diện cống bé, cao độ đáy cống không đồng đều, trong khu vực không có các hỗ điều hoa nên toàn bộ nước thải sinh

hoạt, sản xuất và nước mưa đều thoát vào hệ thông thoát nước chung khi có mưa, vì vậy hệ thống thoát nước của khu vực không đáp ứng được nhu

thoát nước dẫn đến tình trang ting ngập cục bộ.

Qua thực tế quan trắc hiện tượng úng ngập trên địa bàn cho thấy: Mặc dù

hệ thống sông Tô Lịch được thiết kế cai tạo dé thoát nước với trận mưa thiết

kế 10%, hệ thống cổng một số tuyến được cải tạo với trận mưa thiết kế 20% nhưng vẫn tồn tại 03 dạng úng ngập: úng ngập cục bộ, úng ngập khu vực, úng

ngập vùng Mỗi một dạng úng ngập có những nguyên nhân với vai trò khác nhau, ảnh hưởng khác nhau Có thể chia là 2 nhóm nguyên nhân chủ quan và

khách quan.

23.3.1 New

a Nguyên nhân do điều kiện dia lý, địa hình, thủy van của hệ thống,

en nhân khách quan

Hà Nội nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, nằm kẹp a sông Hồng và

sông Nhuệ, có địa hình triing tháp, độ dốc nhỏ, do đó việc thoát nước tự chảy rất khó khăn Khi mực nước sông Hồng vượt mức báo động 1 (mức nước = 9,5m) thi mực nước sông đã cao hơn bé mặt địa hình thành phố nói chung và khu vực quận Thanh Xuân nói riêng, điều đó de do khả năng gây ngập lụt cho

khu vực.

b Nguyên nhân do khí hậu, thời tiết (mưa, bão).

Chế độ thủy văn của sông Tô Lich phụ thuộc chủ yếu vio mưa trên lưu

vực và nước thải trong quá trình sản xuất sinh hoạt Tổng lượng nước thải

‘hang sản xuất sinh hoạt hàng ngày ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng nước và

môi trường xung quanh, hau như không ảnh hưởng đến ding ngập của Thành

phố,

Các trận mưa tập trung với lưu lượng hoặc cường độ vượt quá khả năng

tiêu thoát nước của hệ thống là nguyên nhân cơ bản gây úng ngập cho khu.

vực Các trận mưa vượt thiết Š thường gây úng ngập trên diện rộng Với trận mưa nhỏ hơn thiết kế nhưng với cường độ lớn đã có thể gây úng ngập nhiều

điểm trong khu vực.