Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tính toán thoát nước mưa lưu vực Quận 4, Thành phố Hồ Chí Minh

GIỚI THIỆU LƯU VỰC TÍNH TOÁN

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

Quận 4 có hình dạng như một cù lao tam giác, xung quanh đều là sông và kênh rạch

− Phía Đông Bắc giáp Quận 2, ranh giới là sông Sài Gòn

− Phía Tây giáp Quận 5; Tây Nam giáp Quận 8

− Phía Nam giáp Quận 7, ranh giới là kênh Tẻ

− Phía Bắc và Tây Bắc giáp Quận 1, ranh giới là kênh Bến Nghé

Diện tích Quận 4 ngày nay gần 4,2 km2, được tổ chức gồm 15 phường từ Phường 1 đến Phường 18 (trong đó 3 phường đã được sáp nhập lại trong quá trình quy hoạch không còn địa danh là Phường 7; 11 và 17) Dân số Quận 4 hiện nay gần 200.000 người; có 95,43% người Việt, 3,9% người Hoa và còn lại một số rất ít là người dân tộc Khơme, Chăm, Ấn đang sinh sống trên địa bàn

(Nguồn: http://www.quan4.hochiminhcity.gov.vn/pages/gioi-thieu-chung.aspx https://vi.wikipedia.org/wiki/Quận_4)

Hình 2.1 Bản đồ hành chính các phường quận 4

2.1.2 Địa hình: Địa hình tương đối bằng phẳng và thấp, có cao độ trung bình từ 0,5-2m; bị phân cách bởi hệ thống kênh rạch tự nhiên (rạch Cầu Dừa, rạch Cầu Chông) và các đầm trũng Có vị trí thấp hơn 30 cm so với đỉnh triều cao nhất và sẽ bị ngập nước khi thủy triều lên cao hoặc mưa lớn

Hình 2.2 Bản đồ địa hình lưu vực Quận 4

Quận 4 là một trong số các quận thuộc loại đất nền yếu nhất tại thành phố Hồ Chí Minh Chính vì thế việc trượt lở và hóa lỏng nền rất dễ xảy ra nên khi xây dựng các công trình lớn, có tính chất quan trọng và thời gian sử dụng lâu dài cần đặc biệt lưu ý đến việc khảo sát địa chất công trình để tính toán, áp dụng các biện pháp kháng chấn nhằm bảo đảm độ an toàn về tài sản cũng như về con người

Số liệu khảo sát địa chất công trình của 01 hố khoan có độ sâu 50m trên đường Nguyễn Tất Thành, Quận 4, Tp Hố Chí Minh gồm các lớp với đặc điểm như sau:

Lớp k: Xà bần san lấp, độ sâu 1,6m

Lớp 1: Bùn sét, màu xám đen – xám xanh, trạng thái chảy, độ sâu 11,4m Lớp 2: Sét, màu xám trắng đốm nâu vàng, trạng thái dẻo mềm, độ sâu 2m

Lớp 3: Sét lẫn dăm kết, màu xám xanh loang nâu vàng – nâu đỏ, trạng thái nửa cứng, độ sâu 7.6m

Lớp 4: Sét, màu xám đen, trạng thái dẻo cứng, độ sâu 6,4m

Lớp 5: Cát pha lẫn sạn sỏi thạch anh, màu nâu đỏ - nâu vàng – xám trắng – xám hồng – xám vàng, độ sâu 6m

Lớp 6: Sét, màu nâu đỏ, trạng thái nửa cứng, độ sâu 15m

Khu vực nghiên cứu được đo bởi trạm khí tượng Tân Sơn Nhất được xây dựng từ những năm đầu của thế kỷ 20, đến nay đã gần 100 năm Đây là trạm cơ bản và quan trọng nhất trong khu vực Nam Bộ Tài liệu mưa trạm Tân Sơn Nhất được xem là có chất lượng tốt và đáng tin cậy Các yếu tố khí tượng khác như nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, gió, số giờ nắng, nhiệt lượng, bức xạ được quan trắc từ đầu thập niên 30, số liệu khá dài nên phục vụ tốt cho việc nghiên cứu

Nhiệt độ không khí: Nhiệt độ trung bình cả năm 270C, nhiệt độ bình quân hàng tháng chênh nhau không đáng kể Nhiệt độ cao nhất vào tháng IV, thấp nhất vào tháng XII, I

Bảng 2.1 Thống kê nhiệt độ trung bình các tháng trong năm trạm Tân Sơn Nhất ( 0 C)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TTB 24,7 26,6 27,5 28,8 28,3 27,4 27,1 27,1 26,8 26,6 26,3 25,7 Độ ẩm không khí: Độ ẩm biến thiên nghịch biến với nhiệt độ Mùa mưa độ ẩm tương đối cao, độ ẩm trung bình 80  86% Mùa khô, độ ẩm bé hơn, độ ẩm trung bình

71  77% Tháng IX có độ ẩm trung bình cao nhất 86% Tháng II, III có độ ẩm trung bình thấp nhất 71% Chênh lệch độ ẩm trung bình giữa các tháng khoảng 15% Độ ẩm không khí có thời điểm xuống tới 20% và cũng có lúc đạt 100%

Bảng 2.2 Thống kê độ ẩm trung bình UTB các tháng, trạm Tân Sơn Nhất (%)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII UTB 75 74 75 74 77 79 82 81 83 82 79 76

Lượng bốc hơi: Do nền nhiệt độ cao và tương đối ổn định nên lượng bốc hơi cũng tương đối lớn và ổn định, tập trung phần lớn vào các tháng mùa khô và nghịch biến với độ ẩm

Bảng 2.3 Bốc hơi trung bình (ETB) các tháng, trạm Tân Sơn Nhất (mm)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ETB 155 171 195 170 93 80,6 80,6 86,6 74,4 71.3 108 130

Lượng mưa: Tình hình mưa khu vực thành phố có đặc điểm khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Lượng mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian

Theo thời gian trong năm có 2 mùa rõ rệt:

+ Mùa khô: từ tháng XI đến tháng IV năm sau Tổng lượng mưa mùa khô chỉ chiếm khoảng 10 – 20% tổng lượng mưa năm Các tháng I, II, III hầu như không mưa

+ Mùa mưa: từ tháng V đến tháng X Tổng lượng mưa mùa mưa chiếm đến 90% tổng lượng mưa năm

+ Mưa thường tập trung trong các tháng mùa mưa, có 2 cực đại vào tháng VI và tháng IX (R > 300 mm)

Bảng 2.4 Phân phối mưa các tháng trong năm trạm Tân Sơn Nhất (mm)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII RTB 12 4 12 46 203 312 291 279 323 268 119 39

2.1.5 Điều kiện kinh tế, văn hóa xã hội

Quận 4 là quận nội thành, có diện tích tự nhiên gần 4,2km2, nằm phía Nam thành phố Hồ Chí Minh, với ba bề sông nước (sông Sài Gòn, rạch Bến Nghé và Kênh Tẻ) Những năm gần đây, sự phát triển hệ thống giao thông, trong đó có 7 cây cầu hiện đại và tương lai còn xây dựng nhiều cầu mới đã, đang và sẽ giúp quận 4 kết nối với:

+ Quận 1 và quận 5: trung tâm hiện hữu thành phố Đồng thời cũng là trung tâm kinh tế, văn hóa - xã hội, trung tâm tài chính

+ Quận 7 - Khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng - Nam Sài gòn với sự phát triển kinh tế dịch vụ phong phú đầy hứa hẹn trong tương lai

+ Quận 2 - Khu đô thị mới Thủ Thiêm và là trung tâm tài chính trong tương lai

+ Quận 8 - một địa phương cũng không ngừng đổi mới và phát triển

Sự kết nối ấy đã phá vỡ thế cô lập lâu nay của quận Với vị trí địa lý đặc thù đó tạo điều kiện để quận 4 giao lưu và đi lên cùng với sự phát triển của thành phố, tạo cho quận 4 nhiều tiềm năng phát triển kinh tế, đặc biệt là kinh tế dịch vụ như các loại hình: cao ốc văn phòng cho thuê; tài chính - ngân hàng; Dịch vụ thương mại; Dịch vụ cảng; Dịch vụ du lịch - khách sạn - nhà hàng - vui chơi giải trí và một số ngành nghề sản xuất truyền thống của quận

Quận 4 được tạo bởi ba mặt sông là: sông Sài Gòn (dài 2.300 m) về phía Đông bắc, tiếp giáp Quận 2; rạch Bến Nghé (dài 3.250 m) về phía Tây bắc, tiếp giáp Quận 5; kênh Tẻ (dài 4.400 m), tiếp giáp Quận 7

Chế độ thủy triều chịu ảnh hưởng trực tiếp của quá trình triều trên sông Sài Gòn với chế độ bán nhật triều không đều Một ngày có hai chân và hai đỉnh xấp xỉ nhau, nhưng hai chân chênh lệch nhau khá lớn Thời gian của 1 con triều khoảng 2425 giờ Trong tháng có 2 chu kỳ triều, mỗi chu kỳ kéo dài khoảng 15 ngày Trong

1 chu kỳ có các thời kỳ nước cường, trung bình và thời kỳ nước kém với thời gian từ

ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN GÂY NGẬP TRONG KHU VỰC

2.2.1 Các nguyên nhân khách quan

2.2.1.1 Mực nước triều cường trên hệ thống sông rạch

Trong thời gian qua, mực nước của sông Sài Gòn và sông Đồng Nai gia tăng một cách đáng kể, đây được coi là một trong những nguyên nhân cơ bản gây nên tình trạng ngập nước ở Thành phố Hồ Chí Minh Theo Hồ Long Phi (2010), các yếu tố khiến mực nước trên các sông này gia tăng được nhận định như sau:

− Mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu; tuy nhiên, tốc độ dâng cao hàng năm của mực nước biển đo tại Vũng Tàu trong vài thập niên qua chỉ vào khoảng 0,5 cm, bằng khoảng 1/3 tốc độ dâng cao của mực nước sông Sài Gòn đo tại trạm Phú An ;

− Gần đây, trong lưu vực sông Sài Gòn và sông Đồng Nai, nhiều khu vực trũng thấp có khả năng điều tiết nước đă bị san lấp và phần lớn diện tích đất nông nghiệp đă được bảo vệ bằng đê bao; do đó, một lượng nước đáng kể bị dồn ra sông Sài Gòn và Đồng Nai;

− Lòng sông Sài Gòn và sông Đồng Nai đă bị thu hẹp do bồi lắng và lấn chiếm

Hình 2.3 Kết quả quan trắc mực nước tại sông Sài Gòn (trạm Phú An) và tại biển Vũng Tàu giai đoạn 2005-2013 (Nguồn: Viện Nghiên cứu phát triển Thành phố Hồ Chí Minh )

2.2.1.2 Lượng mưa gia tăng trong những năm gần đây

- Các số liệu về lượng mưa tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh trong thời gian gần đây cho thấy diễn tiến gia tăng lượng mưa; đồng thời, những trận mưa có vũ lượng lớn xuất hiện ngày càng thường xuyên hơn

- Theo báo cáo mới đây của Trung tâm Điều hành Chương trình chống ngập nước Thành phố Hồ Chí Minh, trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, trong vòng 40 năm (giai đoạn 1962 - 2001), chỉ có 9 trận mưa có vũ lượng trên 100 mm; tuy nhiên, từ năm 2002 đến năm 2014, đã có 29 trận mưa có vũ lượng trên 100mm (chỉ riêng từ năm 2011 đến năm 2014 đã có 12 trận mưa có vũ lượng trên 100mm) Trong khi đó, hệ thống điều tiết nước và thoát nước vẫn chưa đủ khả năng đối phó với những trận mưa có vũ lượng từ 40 mm trở lên, do đó, nhiều điểm ngập nước xuất hiện, ngay cả khi nước triều đang ở mức thấp

Bảng 2.5 Lượng mưa trung bình (mm) trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2005 - 2013 ( Nguồn: Viện Nghiên cứu phát triển Thành phố Hồ Chí Minh)

Bảng 2.6 Thống kê số lần xuất hiện của những trận mưa có vũ lượng vượt quá ngưỡng cho trước tại trạm Tân Sơn Hòa, Thành phố Hồ Chí Minh (Nguồn: Hồ Long Phi – 2010)

2.2.2 Các nguyên nhân chủ quan

Quá trình đô thị hóa trong khu vực trong những năm gần đây phát triển mạnh làm giảm sự điều tiết tự nhiên của khu vực, phần diện tích không thấm nước (bê tông hóa, nhựa hóa xây dựng nhà, công xưởng, đường xá…) tăng cao Bên cạnh đó việc cải tạo xây dựng không đồng bộ dẫn đến khi có dòng chảy nước mặt hình thành trên khu vực do mưa hoặc triều cường, thì ngập lụt chuyển từ khu vực này sang khu vực khác gây khó khăn cho công tác chống ngập

2.2.2.2 Hệ thống cống thoát nước hiện hữu

Hệ thống cống thoát nước hiện hữu trong khu vực hiện nay chưa đáp ứng nhu cầu phát triển đô thị

Hệ thống thoát nước khu vực bao gồm các hệ thống cống tròn có đường kính từ ỉ600 đến ỉ1500, cống hộp kớch thước 2m x 2m, 2,2m x 2,2m và cống vũm với các kích thước 0,8m x 1,4m, 1m x 1m, 1,2m x 1,2m, 1,5m x 1,5m Một số tuyến cống đã được xây từ rất lâu và nay đã bị hư hỏng, xuống cấp Một số tuyến cống thiết kế đáp ứng điều kiện về lượng mưa và đỉnh triều theo Quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020, thì nay không đủ khả năng tiêu thoát nước do biến đổi khí hậu gây ra mưa và triều vượt yêu cầu thiết kế

2.2.2.3 Ý thức người dân Ý thức của một bộ phận người dân còn kém về việc xả rác trên mặt đường, tại các miệng hố ga thoát nước dẫn đến khi có mưa lớn, lượng rác này trôi vào các miệng hố ga gây nghẹt cống và ngập nước cục bộ Một số hộ dân sống ven kênh rạch còn xem kênh rạch là nơi để bỏ rác, xả rác bữa bãi gây ách tắc và tắc nghẽn dòng chảy.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH

CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA

Hiện nay có rất nhiều mô hình toán thủy văn thủy lực đã được sử dụng để nghiên cứu và tính toán trong thực tế như họ mô hình MIKE (MIKE11, MIKE 21, MIKE FLOOD), STORM, TELEMAC, EPASWMM… Một số đặc điểm chính của các mô hình như sau:

Do Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan hay cá nhân nào cũng có điều kiện sử dụng

Là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là “giả 2 chiều” MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tải chất khuếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian

Mô hình MIKE 11 đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và ngược lại Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD

Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Mô hình MIKE21-HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy

MIKE21-HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, bao gồm:

− Ngập và tiêu nước cho vùng tràn

− Dòng qua công trình thuỷ lợi

Tuy nhiên, MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp Để có thể tận dụng tốt các ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên, DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó là công cụ MIKE FLOOD

MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão Ngoài ra, MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn

STORM (Storage, Treatment, Overflow, Runoff Model) là mô hình được xây dựng bởi những kỹ sư thủy lợi năm 1973 hợp đồng với trung tâm kỹ thuật thủy văn của hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ STORM được thiết kế để mô hình hóa những lưu vực đô thị chịu tác động mưa khả năng tính toán những tải và tập trung vào các tham số về chất lượng nước như chất lơ lững, bồi lắng, nhu cầu oxi, tổng nitrogen, photsphate và các trực khuẩn STORM cũng có khả năng tính xói bề mặt đất, định dung tích trữ và có những tiện ích để kiểm soát chất lượng và khối lượng dòng chảy mặt và xói bề mặt Mô hình mô phỏng liên tục nên cần dư liệu mưa từng giờ để mô phỏng bảy thành phần sau: mưa, dòng chảy mặt, dòng chảy vào mùa khô, sự lắng đọng và làm sạch chất ô nhiễm, xói bề mặt đất, tốc độ xử lý, khả năng trữ của hồ chứa Những chất bẩn, chất ô nhiểm được làm sạch từu lưu vực dòng chảy do mưa Dòng chảy mặt được đưa đến những nơi trữ và những nơi để xử lý đã được tính toán Dòng chảy mặt thừa được xử lý và tính toán sau đó, xem lượng nước thừa đó là lượng nước thải không được xử lý và trở thành dòng chảy quá tải dẫn vào nơi tiếp nhận

− Đặc điểm của mô hình: mô phỏng lưu vực đô thị chịu tác động bởi mưa

− Phạm vi hổ trợ của mô hình: Là môi trường tiếp nhận nước tốt

− Thế mạnh của mô hình: Tính toán những tải gây ô nhiễm và tập trung nhiều vào các vấn đề ô nhiễm, mô phỏng xói bề mặt đất, định kích cỡ chứa và những tiện ích xử lý

− Những hạn chế của mô hình: không linh hoạt trong việc xác định những tham số để kiểm định và quan sát những biểu đồ Cần lượng dữ liệu lớn

Mô hình TELEMAC (Hervouet J-M, 2000) được bắt đầu phát triển từ năm

1987 do Phòng Thí Nghiệm Thủy Lực và Môi Trường Quốc Gia thuộc Trung tâm quốc gia nghiên cứu Thủy lực của tập đoàn Điện lực Pháp (EDF) dùng để mô phỏng dòng chảy 2D theo phương nằm ngang

Mô hình TELEMAC 2D được lập trình bằng ngôn ngữ Fortran trong đó có thể lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn hoặc thể tích khối hữu hạn, miền tính toán được rời rạc hóa bằng lưới các phần tử tam giác không có cấu trúc (Hervouet JM, 2009) Đây là phần mềm được lập trình theo kỹ thuật song song cho phép tăng tốc độ tính toán nhiều lần khi chương trình chạy trên những trung tâm máy tính có nhiều nhân xử lý (Nguyễn Thống & nnk, 2014) Tuy nhiên hạn chế của mô hình chỉ tính toán cho dòng chảy tràn trên bề mặt, bên cạnh đó cũng như các mô hình khác là chưa xác định được độ tin cậy của bài toán Thông thường các số liệu đầu vào và điều kiện biên sai ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả tính toán

Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model) là mô hình động lực học mô phỏng mưa – dòng chảy cho các khu vực đô thị cả về chất và lượng, và tính toán quá trình chảy tràn từ mỗi tiểu lưu vực đến cửa nhận nước của nó

Mô hình vừa có thể mô phỏng cho từng sự kiện (từng trận mưa đơn lẻ), vừa có thể mô phỏng liên tục

Mô hình này do Metcalf và Eddy xây dựng năm 1971, là sản phẩm của một hợp đồng kinh tế giữa trường Đại học Florida và tổ chức bảo vệ môi trường Hoa kỳ EPA (U.S Environment Protection Agency)

TỔNG QUAN MÔ HÌNH PCSWMM 2019

3.2.1 Giới thiệu mô hình PCSWMM 2019

Phần mềm mô phỏng thủy lực PCSWMM (Personal Computer Storm Water Management Model) là mô hình động lực học mô phỏng mưa – dòng chảy khu vực đô thị về chất và lượng, với đầy đủ các tính năng, không giới hạn về kích thước mô hình cũng như độ phức tạp

PCSWMM bao gồm đầy đủ một hệ thống GIS, đáp ứng mô hình thoát nước đô thị, hỗ trợ hầu hết các hệ tọa độ, giao diện làm việc, thao tác truy vấn, cũng như hỗ trợ nguồn dữ liệu đầu vào định dạng GIS/CAD, là một phần mềm mới có nhiều tính năng nổi bật, tối ưu, phù hợp với hệ thống thoát nước chung như ở Thành phố

Hồ Chí Minh, với đa dạng mô hình tính toán thủy văn, thủy lực kế thừa của EPA- SWMM, hỗ trợ hiển thị kết quả, trực quan, sinh động

Mô hình toán PCSWMM là kết quả cải tiến của SWMM nên kế thừa tất cả các tính năng và thuật toán của mô hình tiêu chuẩn SWMM5 truyền thống, có hỗ trợ thêm tính năng liên kết dữ liệu định dạng GIS và khả năng đồng bộ hai chiều

(Nguồn: http://www.chiwater.com/Software/PCSWMM/Details.asp)

3.2.2 Khả năng mô hình PCSWMM 2019

PCSWMM tính toán được nhiều quá trình thủy lực khác nhau tạo thành dòng chảy, bao gồm:

− Lượng mưa biến đổi theo thời gian;

− Bốc hơi trên mặt nước tĩnh;

− Sự cản nước mưa tại các chỗ địa hình lõm có khả năng chứa nước;

− Ngấm của nước mưa xuống các lớp đất chưa bão hòa;

− Thấm của nước ngầm xuống các tầng nước ngầm;

− Sự trao đổi giữa nước ngầm và hệ thống tiêu;

− Chuyển động của dòng chảy trên mặt đất và ở các hồ chứa,

PCSWMM cũng chứa đựng một tập hợp các khả năng mô phỏng linh hoạt về thủy lực dòng chảy theo tuyến thông qua một hệ thống tiêu nước gồm nhiều thành phần: các đường ống, các kênh, các công trình trữ nước và xử lý nước, các công trình phân dòng Các thành phần này có thể là:

− Mạng điều khiển với quy mô không hạn chế

− Các đường dẫn nước với nhiều dạng mặt cắt khác nhau, có thể là kín hoặc hở; có thể là mặt cắt tiêu chuẩn hoặc phi tiêu chuẩn ở dạng tự nhiên

− Mô hình các phần tử đặc biệt như công trình trữ nước hoặc xử lý nước, công trình phân dòng, máy bơm, đập tràn và cống

− Các dòng chảy từ bên ngoài vào và các điểm nhập chất lượng nước từ dòng chảy mặt, dòng nước ngầm hòa trộn vào, dòng thấm hoặc dòng chảy vào phụ thuộc mưa, dòng chảy nước thải (còn gọi là dòng chảy khi trời khô), và dòng chảy vào do người sử dụng xác định

− Áp dụng phương pháp tính dòng chảy tuyến theo sóng động học hoặc theo sóng động lực học

− Mô hình các chế độ dòng chảy khác nhau như nước đọng, nước ngập tràn, dòng chảy ngược, sự hình thành vũng ngập trên mặt đất

− Các quy tắc vận hành do người sử dụng định ra để mô phỏng hoạt động của máy bơm, cánh cửa van của cống, cao độ ngưỡng tràn,…

Ngoài việc mô hình sự hình thành và vận chuyển dòng chảy mặt, PCSWMM còn có khả năng tính toán được sự vận chuyển chất ô nhiễm có liên hệ với dòng chảy mặt Các quá trình sau đây có thể được mô hình hóa cho một số phần tử chất lượng nước do người sử dụng xác định:

− Sự tích tụ chất ô nhiễm khi trời khô trên khắp các loại đất dùng khác nhau

− Sự rửa trôi chất ô nhiễm từ các loại đất dung riêng biệt trong suốt trận mưa

− Đóng góp trực tiếp của lượng mưa rơi

− Suy giảm sự tích tụ chất ô nhiễm khi trời khô do hoạt động quét rửa đường phố

− Sự xâm nhập của dòng chảy vệ sinh khi trời khô và dòng chảy từ bên ngoài vào do người sử dụng chỉ định tại điểm nào đó trong hệ thống tiêu

− Chuyển động theo tuyến của các phần tử chất lượng nước trên khắp hệ thống tiêu,

(Nguồn: Computational Hydraulic Insitute (CHI) PCSWMM 2016 – Spatial decision support for urban drainage and watershed modeling.)

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH PCSWMM

Mô hình PCSWMM 2019 là kết quả cải tiến của SWMM nên kế thừa tất cả các tính năng và thuật toán của mô hình tiêu chuẩn SWMM5 vì vậy mô hình này cũng gồm hai modun chính:

− Modun Runoff trong PCSWMM là modun tính dòng chảy từ mưa, các chất ô nhiễm trên các lưu vực

− Modun Transport trong PCSWMM diễn toán dòng chảy trên / trong hệ thống các đường ống, kênh dẫn, các hồ điều hòa, trạm bơm, trạm xử lý của hệ thống tiêu thoát nước đô thị

3.3.1 Tính toán lượng mưa hiệu quả

Việc tính toán lượng mưa hiệu quả được thực hiện bằng phương pháp khấu trừ tổn thất do thấm, điền trũng, bốc hơi từ bề mặt đất, điền trũng, và do thấm

PEF : Lượng mưa hiệu quả (mm)

P : Lượng bốc hơi bề mặt (mm)

F : Lượng thấm vào trong đất (mm)

W : Lượng trữ bề mặt - tổn thất điền trũng (mm) t : Thời gian

Lượng mưa: được đưa vào mô hình bằng giá trị lượng mưa hoặc cường độ mưa theo thời đoạn

Lượng bốc hơi bề mặt: lượng bốc hơi bề mặt được người sử dụng nhập vào mô hình, có thể được tính theo phương pháp sau:

- Phương pháp cân bằng năng lượng:

Er : Lượng bốc hơi (mm/ngày)

- Phương pháp khí động lực:

Ea : Lượng bốc hơi (mm/ngày) u2 : Tốc độ gió (m/s) đo tại chiều cao z2 (cm) z0 : Chiều cao mẫu nhám (cm)

Rh : Độ ẩm tương đối (%)

Lượng trữ bề mặt: là lượng nước bị tích tụ lại khi dòng chảy di chuyển qua vùng có địa hình âm như ao, hồ, chỗ trũng trên mặt đường Lượng trữ bề mặt rất khó xác định do tính phức tạp của lưu vực đô thị, do vậy thành phần này thường được đánh giá qua điều tra và sau đó hiệu chỉnh qua mô hình

3.3.2 Tính toán thấm, lượng thấm

Thấm là quá trình có tính quyết định với vai trò là đại lượng vào cho hệ thống đất thoáng khí Ý nghĩa quan trọng của quá trình thấm trong các quá trình động lực của quá trình trao đổi nước trong đất là phân chia lượng mưa thành nước bề mặt và nước trong đất do ảnh hưởng đến quá trình thủy văn, đặc biệt sự hình thành dòng chảy trên lưu vực Để tính toán dòng chảy đạt độ chính xác và phù hợp với các quy luật vật lý, đã có nhiều mô hình thấm được xây dựng Trong mô hình SWMM có ba phương pháp để lựa chọn:

− Mô hình thấm Horton: là phương pháp dựa trên kết quả trắc nghiệm, cho rằng mức độ thấm giảm đi theo số mũ từ một tốc độ ban đầu lớn nhất đến tốc độ nhỏ nhất trong suốt quá trình diễn biến mưa

− Mô hình thấm Green-Ampt: là mô hình với giả thiết rằng tồn tại một mặt cắt ướt trong cột đất ngăn cách tầng đất có một độ ẩm ban đầu nào đó bên dưới với khối bão hòa bên trên

− Mô hình đường cong số: là mô hình với giả thiết có thể tìm được tổng dung lượng thấm của đất từ đường cong số cho dưới dạng bảng Trong suốt trận mưa dung lượng này bị suy yếu theo một hàm số của lượng mưa và dung lượng còn lại

Trong luận văn này tác giả sử dụng mô hình thấm Horton, nên sẽ phân tich chi tiết mô hình thấm này

Mô hình thấm HORTON (1940): là mô hình thấm 1 giai đoạn Horton nhận xét rằng quá trình thấm bắt đầu từ một tốc độ thấm f0 không đổi nào đó, sau đó giảm dần theo quan hệ số mũ cho đến khi đạt tới một giá trị không đổi f∞ Mô hình thấm Horton được áp dụng cho để tính cho trận mưa 1 đỉnh và dạng đường cong mưa biến đổi không lớn kt p 0 0 f =f +(f −f ) e   − (3.4) Trong đó: fp : Cường độ thấm vào đất (mm/s) f∞ : Cường độ thấm nhỏ nhất tại thời điểm bão hòa (mm/s) f0 : Cường độ thấm lớn nhất tại thời điểm ban đầu t = 0 t : Thời gian tính từ lúc bắt đầu trận mưa rơi (s) k : Hằng số chiết giảm (T -1 )

Các thông số f∞, f0, k hoàn toàn xác định đường cong thấm fp và được người sử dụng đưa vào tính toán

Hình 3.1 Phương trình đường cong thấm Horton

Xuất phát từ phương trình vi phân cơ bản của Saint-Vernaint viết cho dòng chảy không ổn định 1D trong lòng dẫn hở

3.3.3.1 Phương trình liên tục của dòng chảy không ổn định

A : Diện tích mặt cắt ngang (m 2 )

Q : Lưu lượng trong lòng dẫn (m 3 /s) x : Khoảng cách dọc theo lòng dẫn (m) t : Thời gian (s) Gọi Q là lưu lượng dòng chảy: V = Q/A (3.6)

Thay (3.6) vào (3.5) được công thức

3.3.3.2 Phương trình động lượng của dòng chảy không ổn định f 0 h V V 1 V

 : Đại lượng đặc trưng cho dòng chảy ổn định đều

 : Đại lượng đặc trưng cho dòng chảy ổn định không đều

 : Đại lượng đặc trưng cho dòng chảy không ổn định

Sf : Độ dốc thủy lực

S0 : Độ dốc đáy g : Gia tốc trọng trường Thay (3.6) vào (3.8)

Với H = z + h là cột nước đo áp (z: cao độ đáy; h: chiều sâu nước) Độ dốc đáy S0 = dz/dx đã được bao hàm trong gradient thủy lực của H

Từ đây có thể áp dụng phương trình động lượng cho các cống, kênh, mương cũng như phương trình liên tục dùng để cân bằng tại các nút Động lượng được bảo toàn trong lòng dẫn và phương trình liên tục được áp dụng tại nút

Vi phân theo biến không gian

Thay (3.11) vào (3.9) được phương trình động lương với các biến đặc trưng của mô hình thủy văn : Q, A, V và H

Nhân 2 vế của phương trình (3.5) với V được

Thay (3.13) vào (3.12) để khử số hạng  V / x  được phương trình động lượng kết hợp với phương trình liên tục dưới dạng sau

Trong phương trình (3.14), độ dốc thủy lực được xác định nhờ biểu thức Maining

= AR (3.15) Trong đó: n : hệ số nhám Manning

Dấu giá trị tuyệt đối trong phương trình (3.15) là đại lượng có hướng cho và đảm bảo rằng lực ma sát luôn luôn ngược chiều dòng chảy

Phương trình chung để tính toán thủy lực cho mô hình là

Trong đó: x : chiều dài đoạn cống/kênh (m) t : thời gian (s)

A : diện tích mặt cắt ngang (m 2 )

H : chiều cao áp lực nước (m) g : gia tốc trọng trường

3.3.4 Tính toán dòng chảy 2DH (2DH flow)

Phần mềm PCSWMM 2D mở rộng hệ phương trình thủy động lực học 1D hoàn chỉnh trong PCSWMM/EPASWMM5 thành dòng chảy có mặt thoáng 2D

Các phương trình liên tục và động lượng 1D (hệ phương trình Saint-Venant 1D) đối với chất lỏng đồng chất được giải dọc theo mỗi thành phần của một ô tính toán, trên một lưới bao gồm các chỗ nối kết và các đường dẫn hở biểu thị cho thủy văn, độ sâu hay địa hình PCSWMM 2D không xét lực Coriolis (là một yếu tố cần kể đến cho những vùng nghiên cứu rộng lớn), lực do gió gây ra hay hệ số nhớt rối

Các phương trình liên tục và động lượng của mô hình PCSWMM 2D lần lượt là:

PT động lượng trong đó x (m) là khoảng cách dọc theo đường dẫn; t (s) là thời gian; A (m 2 ) là diện tích mặt cắt ướt; Q (m 3 /s) là lưu lượng; H (m) là tổng cột nước trong đường dẫn; Sf

(m/m) là tổn thất cột nước dọc đường; hL (m/m) là tổn thất cột nước cục bộ; g (m/s 2 ) là gia tốc trọng trường

Về mặt toán số, các phương trình nói trên được giải theo phương pháp sai phân hữu hạn với sơ đồ giải lặp có gia trọng (successive aproximations and under relaxation)

PCSWMM 2D rời rạc miền tính toán 2D thành lưới lục giác hay tứ giác và biểu thị mỗi ô lưới bằng các nút 2D Cao độ nghịch đảo của mỗi nút được gán cao độ đáy trung bình trong mỗi ô Tất cả các nút được nối với các nút kế cận với các đường dẫn hở hay các đường ống 2D Các nút 2D được cung cấp một diện tích bề mặt nhỏ (chừng 0,1 m 2 ) và diện tích bề mặt trong mỗi ô được gán cho các đường dẫn 2D kết nối với nút để duy trì tính liên tục PCSWMM điều chỉnh chiều dài và chiều rộng của đường dẫn theo tỷ lệ cụ thể phụ thuộc vào số liên kết được kết nối với nút và được xác định qua một số lượng lớn các thử nghiệm để cho tốc độ sóng kỳ vọng trong một loạt các kịch bản

PCSWMM tính vận tốc dòng chảy trung bình theo chiều sâu đối với mỗi ô lưới 2D bằng cách xét tổng véc-tơ vận tốc của các liên kết chảy ra khỏi ô đó

3.3.4.2 Các lựa chọn mô phỏng của SWMM5 trong phần mềm PCSWMM 2D:

THIẾT LẬP MÔ HÌNH

Mô hình thủy lực lưu vực quận 4, Tp Hồ Chí Minh được tính toán với các thông số đầu vào như sau:

❖ Thu thập số liệu hệ thống tuyến cống thoát nước mưa, cao độ địa hình, bản đồ thủy hệ vùng, bản đồ đường giao thông trên phần mềm Arcgis, số liệu mưa và triều thiết kế Các thông số tính toán bao gồm:

− Hệ thống tuyến cống thoát nước mưa được xác định từ cơ sở dữ liệu do công ty TNHH Một thành viên Thoát nước đô thị và Trung tâm Điều hành chương trình chống ngập nước thành phố cung cấp

− Cao độ địa hình được lấy theo cao độ tự nhiên được xác định trên bản đồ số hóa Lidar

− Bản đồ ranh lưu vực quận 4 và các tuyến đường giao thông trong khu vực

− Tổng diện tích tính toán trong mô hình là 354 ha

❖ Các giả định tính toán trong mô hình:

− Số liệu mưa và triều thiết kế lần lượt được tính toán dựa trên số liệu cơ sở của Trạm Tân Sơn Hòa và Trạm Phú An với các kịch bản khác nhau nhằm đánh giá mức độ ngập lụt trong khu vực

− Toàn lưu vực bằng phẳng, có độ dốc địa hình từ 0.017 % đến 0.21 %

− Toàn bộ khu vực đã xây dựng có hệ số thấm bằng 0, hệ số chảy tràn C

− Đỉnh mưa được giả định lệch trước 1 giờ so với đỉnh triều

− Hệ số nhám trên bề mặt n = 0,022

− 1D: bao gồm 418 đoạn (bao gồm cống và kênh), 378 nút với tổng chiều dài là 27610 m

− Đoạn 2D được giả lặp bằng các kênh hở có kích thước: B = 14,717 m,

− Tổng số đoạn 2D là 19812 đoạn kênh hở, chiều dài mỗi đoạn là

− Tổng số nút 2D là 6732 nút giả

− Các nút này nối với các ô 2D có diện tích: 541,468 m 2 và toàn lưu vực được chia thành 6732 ô 2D

❖ Thời gian mô phỏng tính toán:

− Thời gian tính toán không có mưa là 15 phút, khi xuất hiện mưa là 1 phút, thời gian mô phỏng là 24 giờ

− Bước thời gian tính toán là 0,5 s

− Cấu hình máy tính mô phỏng: CPU core i7, xung nhịp 2,20 GHz, bộ nhớ RAM : 8,0 GB, thời gian mô phỏng là 24 phút 30 giây

Lưu vực quận 4 được bao quanh bởi hệ thống kênh rạch vì vậy điều kiện biên mực nước được chọn tại các cửa xả ra kênh Bến Nghé, kênh Tẻ và sông Sài Gòn

Trong mô hình tính sử dụng mực nước triều đo đạc tại trạm Phú An làm điều kiện biên tại các cửa xả của hệ thống cống thoát ra kênh rạch xung quanh và sự thay đổi vể lượng mưa trong các kịch bản nhằm đánh giá diễn biến quá trình ngập lụt với năng lực tiêu thoát nước của hệ thống cống hiện hữu và cao độ nền trong khu vực

3.4.4 Các bước tiến hành thiết lập mô hình

Mô hình tính toán được lập theo các bước như sau:

− Xác định biên tổng thể của lưu vực nghiên cứu

− Sơ đồ hóa mạng lưới tính toán thủy lực hệ thống cống thoát nước 1D

− Phân chia các tiểu lưu vực

− Cập nhật cao độ địa hình DEM cho lưu vực nghiên cứu

− Sơ đồ hóa mạng lưới các kênh giả chảy trên bề mặt

− Xác định các thông số đầu vào theo yêu cầu của mô hình

− Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình

− Phân tích và đánh giá kết quả các kịch bản tính toán

3.4.5 Xác định biên tổng thể của lưu vực nghiên cứu

Lưu vực quận 4 được bao quanh bởi hệ thống các kênh rạch và nằm tách biệt với các lưu vực khác vì vậy biên tổng thể của lưu vực được giới hạn bởi các tuyến sông và kênh rạch

Hình 3.2 Biên tổng thể lưu vực quận 4

3.4.6 Sơ đồ hóa hệ thống cống thoát nước

Hệ thống cống thoát nước của lưu vực gồm hệ thống các tuyến cống, hầm ga và cửa xả được sơ đồ hóa thành 418 đoạn và 378 nút với tổng chiều dài là 27610m

Hình 3.3 Sơ đồ hóa hệ thống cống thoát nước lưu vực quận 4

3.4.7 Phân chia tiểu lưu vực

Dựa vào các nút đã có ta tiến hành phân chia tiểu lưu vực cho các nút tương ứng Nguyên tắc phân chia tiểu lưu vực là theo đường phân thủy

Hình 3.4 Bản đồ phân chia tiểu lưu vực quận 4

3.4.8 Cập nhật cao độ địa hình DEM cho lưu vực nghiên cứu

Số liệu cao độ địa hình DEM được cập nhật cho lưu vực nghiên cứu nhằm làm cơ sở thiết lập lưới tính toán 2D cho mô hình

Hình 3.5 Bản đồ phân chia tiểu lưu vực quận 4

3.4.9 Sơ đồ hóa mạng lưới các kênh giả chảy trên bề mặt Đoạn 2D được giả lặp bằng các kênh hở có kích thước: B = 14,717m, H = 2 m Tổng số đoạn 2D là 19812 đoạn kênh hở, chiều dài mỗi đoạn là 14,717 m; Tổng số nút 2D là 6732 nút giả, các nút này nối với các ô 2D có diện tích là 541,468 m2 và toàn lưu vực được chia thành 6732 ô 2D

Hình 3.6 Sơ đồ hóa mạng lưới các kênh giả chảy trên bề mặt

3.4.10 Các thông số đầu vào của mô hình

Thông số đầu vào của nút

Khai báo các thông số đầu vào của nút như: tên nút (Name), tọa độ x,y (X, Y coordinate), dòng chảy vào nút (Inflows), cao độ đáy nút (Invert elev), cao độ mặt đất (Rim elev), chiều sâu của nút (Depth), độ sâu nước ban đầu trong nút (Initial depth), độ ngập sâu bổ sung (Surcharge Depth)

Hình 3.7 Khai báo thông số đầu vào của nút (hầm ga, cửa xả)

Thông số đầu vào tuyến cống, kênh

Khai báo các thông số đầu đoạn cống như: tên nút (Name), tên nút đầu vào (Inlet node), tên nút đầu ra (Outlet node), chiều dài đoạn (Length), hệ số nhám Manning (Roughness), khoảng chênh cao giữa đáy cống và đáy nút vào (Inlet offset), khoảng chênh cao giữa đáy cống và đáy nút ra (Outlet offset), lưu lượng ban đầu (Initial flow), mặt cắt ngang cống (Cross section), đường kính cống (Geom 1)

Hình 3.8 Khai báo thông số đầu vào của tuyến cống, kênh

Thông số đầu vào của tiểu lưu vực

Khai báo các thông số đầu vào của tiểu lưu vực như: tên tiểu lưu vực (Name), tọa độ X, Y (X, Y coordinate), trạm quan trắc mưa (Raingage), cửa ra của tiểu lưu vực (Oulet), diện tích tiểu lưu vực (Area), chiều rộng tiểu lưu vực (Width), độ dốc (Slope), phần trăm diện tích không thấm (%Imperv), hệ số nhám của bề mặt diện tích không thấm (N-Imperv), hệ số nhám của bề mặt diện tích thấm (N-Imperv), chiều sâu trữ của phần diện tích không thấm (Dstore Imperv), chiều sâu trữ của phần diện tích thấm (Dstore Perv), mô hình thấm (Horton, Green Ampt)

Hình 3.9 Khai báo thông số đầu vào của tiểu lưu vực

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN

THIẾT LẬP CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN

Hiện nay, số liệu thống kê đo đạc các điểm ngập trong lưu vực quận 4 không có nhiều, thông tin phản ánh chủ yếu đến từ các trang thông tin báo điện tử là chính Ngập lụt chính trong khu vực được đánh giá chủ yếu là do triều cường, thông tin về số liệu ngập do mưa thì vẫn còn thiếu Bên cạnh đó theo quy hoạch của thành phố, quận 4 sẽ triển khai dự án xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội nằm trong quy hoạch thủy lợi chống ngập úng của Tp HCM giai đoạn 2016 – 2020, do đó luận văn sẽ lựa chọn các kịch bản tính toán theo lượng tăng dần, tức tăng vũ lượng mưa và mực nước triều từ mức cơ bản lên các mức cao hơn tương ứng với một số trường hợp đã xảy ra trong thực tế theo ghi nhận và theo tài liệu của tác giả Lê Song Giang và cộng sự [11], từ đó đánh giá sự cần thiết hay không cần thiết của hồ điều tiết này Số liệu các trận mưa thiết kế được xây dựng dựa trên cơ sở mưa Trạm Tân Sơn Hòa trong thời gian 120 phút, các kịch bản tính toán như sau:

− Kịch bản 1: Tính toán với lượng mưa 50 mm với thời gian mưa không đổi là 2 giờ, mực nước triều +1,21 m

− Kịch bản 2: Thay đổi lượng mưa 110 mm – 130 mm – 150 mm – 180 mm, với thời gian mưa không đổi là 2 giờ, mực nước triều +1,21 m

− Kịch bản 3: Thay đổi lượng mưa 120 mm – 130 mm – 140 mm – 150 mm – 160 mm – 170 mm – 180 mm, với thời gian mưa không đổi là 2 giờ, mực nước triều thay đổi tương ứng lần lượt là +1,31 m, +1,41 m, +1,51 m, +1,61 m, +1,71 m, +1,81 m, +1,91 m.

HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

4.2.1 Khảo sát và hiệu chỉnh độ nhạy của các thông số tính toán trong mô hình

Bài toán mô phỏng khảo sát độ nhạy các thông số được tính toán với lượng mưa 50 mm trong 2 giờ và đỉnh triều là 1,21 m với biểu đồ mưa và triều như sau:

Hình 4 1 Biểu đồ mưa dùng khảo sát độ nhạy các thông số tính toán

Hình 4.2 Biểu đồ triều dùng khảo sát độ nhạy các thông số tính toán

* Vị trí các điểm trích xuất lưu lượng và mực nước

Hình 4.3 Vị trí các điểm trích xuất lưu lượng và mực nước

1 Hệ số nhám n của cống thoát nước:

➢ Vị trí các điểm trích xuất mực nước H (m) trong cống:

Hình 4.4 Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

➢ Vị trí các điểm trích xuất lưu lượng Q (m3/s) trong cống:

Hình 4.5 Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí

→ Nhận xét: Tại các vị trí quan sát, mực nước và lưu lượng có thay đổi nhưng không đáng kể dưới sự ảnh hưởng của hệ số nhám lòng cống, giá trị hệ số nhám lòng cống càng lớn thì lưu lượng trong cống giảm (cản trở dòng chảy) dẫn đến mực nước tại các vị trí hố ga giảm chậm (tiêu thoát chậm) Hệ thống cống thoát nước hiện hữu quận 4 đã có từ rất lâu, nên đã xuống cấp, khả năng tiêu thoát nước giảm, tuy nhiên kết hợp với công tác duy tu nạo vét định kỳ hệ thống cống của công ty Thoát nước nên việc tiêu thoát nước vẫn đảm bảo Do đó đề xuất lựa chọn hệ số nhám lòng cống tính toán cho lưu vực quận 4 là n 0,014

2 Chia nhỏ phần tử tính toán:

Hình 4.6 Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

Hình 4.7 Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí

➔ Nhận xét: Tại các biểu đồ mực nước H ta thấy không có sự thay đổi đáng kể do ảnh hưởng của việc chia ô lưới 2D tính toán Tuy nhiên tại biểu đồ lưu lượng Q trong cống có sự thay đổi do ô lưới càng nhỏ (mịn) thì lưu lượng quan sát có tính ổn định hơn, quá trình chuyển tiếp nước trên bề mặt nút khi xảy ra ngập trở lại cống khi nước trong cống thoát trong mô phỏng diễn biến liên tục Tuy nhiên việc chia ô lưới tính toán càng mịn ảnh hưởng đến thời gian mô phỏng trên máy tính: với ô lưới tính toán là 10 m, thời gian máy tính xuất được kết quả là 01 giờ 17 phút; còn với ô lưới tính toán là 15 m, thời gian máy tính xuất được kết quả là 20 phút với cùng một thông số Do đó để đáp ứng thời gian tính toán nhưng vẫn đảm bảo nội dung yêu cầu của đề tài, đề xuất chọn ô lưới tính toán là 15 m

Hình 4 8 Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

Hình 4 9 Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí

➔ Nhận xét: Khi thay đổi bề mặt tiếp nhận dòng chảy nước mưa, sự thay đổi về mực nước vị trí các hố ga và lưu lượng trong cống thay đổi không đáng kể do khoảng cách từ vị trí xa nhất trên lưu vực đến các điểm tiếp nhận dòng chảy không lớn (các lưu vực chia thoát nước nhỏ)

4.2.2 Hiệu chỉnh mô hình tính toán

Mô hình được hiệu chỉnh theo số liệu lượng mưa và triều tương đương với số liệu triều, mưa ngày 19/05/2018 (lượng mưa 119,3 mm, đỉnh triều +1,23 m) Các thông số của mô hình tính toán như sau:

Hình 4.10 Biểu đồ mưa hiệu chỉnh mô hình tính toán

Hình 4.11 Biểu đồ triều hiệu chỉnh mô hình tính toán

Kết quả độ sâu ngập sau khi kết thúc mưa 1 giờ

Hình 4.12 Bản đồ độ sâu ngập lưu vực quận 4 ngày 19/05/2018

Dựa vào kết quả mô phỏng độ sâu ngập theo hình 4.6, các tuyến đường có độ sâu ngập nước từ 0,15 m – 0,3 m gồm có: tuyến Nguyễn Tất Thành (từ đường Tôn Đản đến đường Tôn Thất Thuyết), tuyến Xóm Chiếu (từ đường Đoàn Văn Bơ đến đường Tôn Thất Thuyết), tuyến Đoàn Văn Bơ (từ đường Hoàng Diệu đến đường Nguyễn Thần Hiến), tuyến Vĩnh Hội (từ đường Tôn Đản đến đường Khánh Hội) tương ứng với một số vị trí ngập được đánh giá là ngập vừa theo số liệu từ công ty TNHH Một thành viên Thoát nước Đô thị Tp Hồ Chí Minh, tuy nhiên vị trí cụ thể ngập chưa xác định được do số liệu quan sát thu thập được chưa đầy đủ Tiêu chí đánh giá ngập theo bảng 4.1

Bảng 4.1 Bảng tiêu chí đánh giá ngập khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Không ngập Là vị trí tụ nước với độ sâu h < 0,1 m Điểm ngập nhẹ Là vị trí tụ nước với độ sâu 0,1 m < h < 0,15 m, không tiêu thoát nước trong thời gian t < 30 phút sau khi dứt mưa, diện tích ngập s < 2000 m 2 Điểm ngập vừa Là vị trí tụ nước với độ sâu 0,15 m < h < 0,3 m, không tiêu thoát nước trong thời gian 30 < t < 120 phút sau khi dứt mưa, diện tích ngập từ 2000 m 2 – 4000 m 2 Điểm ngập nặng Là vị trí tụ nước với độ sâu h > 0,3 m và không tiêu thoát nước trong thời gian t > 120 phút sau khi dứt mưa, diện tích ngập s > 4000 m 2 (nếu một trong ba yếu tố h, t, và s nhỏ hơn thì được xem là điểm ngập vừa).

PHÂN TÍCH CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN

4.3.1 Phân tích kết quả kịch bản 1

4.3.1.1 Thông số lượng mưa, mực nước triều

Tính toán với lượng mưa 50 mm trong thời gian không đổi là 2 giờ, mực nước triều +1,21 m

Hình 4.13 Biểu đồ mưa thiết kế (kịch bản 1)

Hình 4.14 Biểu đồ triều thiết kế (kịch bản 1)

4.3.1.2 Kết quả mô phỏng kịch bản 1 a Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

Vị trí các điểm quan sát lần lượt là H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 theo như hình 4.3

Hình 4.15 Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí (kịch bản 1) b Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí

Vị trí các điểm quan sát lần lượt là Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7 theo như hình 4.3

Hình 4.16 Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí (kịch bản 1) c Bản đồ độ sâu ngập theo thời gian

Bản đồ độ sâu ngập lúc 16h30 (thời điểm bắt đầu xuất hiện các điểm ngập)

Hình 4.17 Bản đồ độ sâu ngập lúc 16h30 (kịch bản 1)

Bản đồ độ sâu ngập lúc 17h50 (thời điểm kết thúc mưa)

Bản đồ độ sâu ngập lúc 18h50 (sau khi kết thúc mưa 1 giờ)

Bản đồ độ sâu ngập lúc 21h50 (sau khi kết thúc mưa 4 giờ)

Hình 4.22 Trường vận tốc đường Nguyễn Tất Thành lúc 17 giờ 30 phút

➔ Nhận xét: Với số liệu mưa và triều cơ bản như trên thì ảnh hưởng cho lưu vực quận 4 là không đáng kể Hệ thống van ngăn triều đã phát huy tác dụng ngăn triều xâm nhập hệ thống cống thoát nước, ảnh hưởng do mưa với vũ lượng 50 mm làm xuất hiện ngập cục bộ tại một số ít vị trí có cao trình địa hình thấp, vùng trũng do đó bản đồ ngập vẫn thể hiện sau khi kết thúc mưa được 4 giờ Vận tốc dòng chảy lớn nhất từ 0,32m/s đến 0,64 m/s tập trung vào một số vị trí tại đường Nguyễn Tất Thành, khu vực rạch Dừa Hình 4.23 thể hiện độ sâu ngập tại nút H5 (vị trí hố ga nằm trên đường Vĩnh Hội) từ thời điểm 16 giờ 50 phút (sau khi bắt đầu mưa được 50 phút) đến thời điểm 17 giờ 50 phút (thời điểm kết thúc mưa), trong quá trình xảy ra mưa và triều đạt giá trị +1,21m, độ sâu ngập lớn nhất tại nút H5 là 0,316 m và giảm dần về cuối thời đoạn trận mưa, đến thời điểm kết thúc mưa, mực nước tại nút H5 thấp hơn bề mặt của nút là 0,327 m

Hình 4.23 Độ sâu ngập tại nút H5 từ thời điểm 16 giờ 50 phút đến 17 giờ 50 phút

Thời gian (phút) Độ sâu ngập tại nút H5

4.3.2.1 Thông số lượng mưa, mực nước triều thiết kế

Thông số lượng mưa thiết kế tính toán nhằm đánh giá mức độ ngập ứng lưu vực quận 4 được lấy theo bảng sau 4.2 Trong đó tổ hợp mưa – triều có giá trị tương ứng là 110 mm - +1,21m được trích từ tài liệu của tác giả Lê Song Giang và cộng sự [11] tại biểu đồ trạm Tân Quy Đông với chu kỳ T năm (hình III.3.5 Đường tần suất tổ hợp (I, H) tại 11 trạm ở Tp HCM tới năm 2025)

Bảng 4.2 Bảng lượng mưa thiết kế theo từng thời đoạn

Thời gian (phút) Lượng mưa theo từng thời đoạn (mm)

Hình 4.24 Biểu đồ các lượng mưa thiết kế (kịch bản 2)

4.3.2.2 Kết quả mô phỏng kịch bản 2 a Bản đồ độ sâu ngập theo thời gian

Xét thời điểm lúc 17 giờ 50 phút (thời điểm kết thúc mưa)

Hình 4.25 Bản đồ độ sâu ngập tại thời điểm 17 giờ 50 phút (kịch bản 2)

➔ Nhận xét: Vị trí các điểm ngập tiếp tục phát triển tăng và mở rộng tại các tuyến đường có hiện tượng tụ nước ban đầu như đã xác định tại thời điểm 16 giờ 30 phút Lượng mưa càng tăng thì ảnh hưởng ngập càng lớn tập trung tại các tuyến đường Nguyễn Tất Thành, Đoàn Văn Bơ, Tôn Thất Thuyết, Vĩnh Hội, Nguyễn Khoái

Xét thời điểm lúc 18 giờ 50 phút (sau khi kết thúc mưa được 1 giờ)

➔ Nhận xét: Sau khi mưa kết thúc được 1 giờ, nước bắt đầu rút lại vào cống thoát nước, tuy nhiên do ảnh hưởng của thủy triều (đỉnh triều +1,21m) và hoạt động của van ngăn triều, nước thoát tiếp tục vẫn bị giữ trong cống làm giảm khả năng tiêu thoát nước

Xét thời điểm lúc 21 giờ 50 phút (sau khi kết thúc mưa được 4 giờ)

➔ Nhận xét: Sau khi mưa kết thúc được 4 giờ, vị trí các điểm ngập trên lưu vực đã giảm đáng kể, tuy nhiên do địa hình lưu vực có một số nơi trũng thấp nên hiện tượng tập trung nước tại các khu vực này khi mưa đã kết thúc vẫn có thể quan sát được trên bản đồ ngập

Hình 4.27, hình 4.28 thể hiện vận tốc và trường vận tốc dòng chảy trên mặt của trận mưa 180 mm, tại các tuyến Nguyễn Tất Thành, Nguyễn Khoái và khu vực rạch Dừa vận tốc dòng chảy tương đối cao từ 0,25 m/s đến 2,3 m/s

Hình 4.28 Giá trị vận tốc dòng chảy lớn nhất trên lưu vực

Hình 4.29 Trường vận tốc tuyến đường Khánh Hội lúc 16 giờ 40 phút

Hình 4.30 Trường vận tốc tuyến đường Bến Vân Đồn lúc 16 giờ 40 phút

Hình 4.31 Trường vận tốc tuyến đường Tôn Thất Thuyết lúc 16 giờ 40 phút b Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

Hình 4.32 Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí (kịch bản 2) c Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí

Hình 4.33 Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí (kịch bản 2)

➔ Nhận xét: Với lượng mưa càng lớn, lưu lượng đổ dồn về cống nhanh hơn, mực nước dâng lên tại các hố ga cũng nhanh hơn Hình 4.33 diễn tả quan hệ giữa độ sâu ngập và lượng mưa tính toán tại nút H5 (vị trí hố ga trên đường Vĩnh Hội) Tại thời điểm 16 giờ 40 phút (sau thời gian 50 phút kể từ lúc bắt đầu mưa) nút H5 bị ngập nhiều nhất với độ sâu ngập cao nhất là 0,508 m ứng với lượng mưa 180mm, sau đó độ sâu ngập giảm dần Tại thời điểm kết thúc mưa lúc 17 giờ 50 phút, độ sâu ngập giảm còn 0,424 m ứng với lượng mưa

180 mm Sau khi kết thúc mưa được 1 giờ lúc 18 giờ 50 phút, nút H5 đã không còn ngập do mực nước trên bề mặt đã trở về lại cống, mực nước tại nút H5 lúc này thấp hơn bề mặt nút là 0,301 m

Lượng mưa (mm) Độ sâu ngập tại nút H5 lúc 16 giờ 40 phútQ7

Hình 4.34 Biểu đồ độ sâu ngập nút H5 tại các thời điểm

Lượng mưa (mm) Độ sâu ngập tại nút H5 lúc 17 giờ 50 phút

Hình 4.35 Biểu đồ độ sâu ngập nút H3 tại các thời điểm

4.3.2.1 Thông số lượng mưa, mực nước triều thiết kế

Số liệu trận mưa được lấy theo hình 4.8, mực nước triều tương ứng thay đổi theo chiều hướng tăng nhằm đánh giá mức độ ngập cho lưu vực quận 4 Các cặp giá trị mưa – triều sử dụng cho phân tích mô hình được lấy theo bảng 4.3 Trong đó tổ hợp mưa – triều có cặp giá trị lần lượt là 130 mm - +1,41m và 150 mm - +1,61m tương ứng với chu kỳ T = 10 năm và T = 100 năm được trích từ tài liệu của tác giả

Lê Song Giang và cộng sự [11] tại biểu đồ trạm Tân Quy Đông (hình III.3.7 Đường tần suất tổ hợp (I, H) tại 11 trạm ở Tp HCM tới năm 2050)

Bảng 4.3 Bảng giá trị mưa – triều cho phân tích mô hình

STT Giá trị lượng mưa (mm) Giá trị đỉnh triều (m)

Biểu đồ mưa cho kịch bản 3

Hình 4.36 Biểu đồ các lượng mưa tính toán (kịch bản 3)

Biểu đồ triều thiết kế cho kịch bản 3

Hình 4.37 Biểu đồ triều thiết kế (kịch bản 3)

4.3.2.2 Kết quả mô phỏng kịch bản 3 a Bản đồ độ sâu ngập

Xét tại thời điểm kết thúc mưa 17 giờ 50 phút

Hình 4.38 Bản đồ độ sâu ngập lúc 17h 50 phút (kịch bản 3)

➔ Nhận xét: Khi lượng mưa và mực nước triều tăng dần, mức độ và phạm vi ảnh hưởng do ngập tăng cao, bao phủ hầu hết lưu vực tính toán, chiều sâu ngập từ 0,3m – 0,8m Khu vực lân cận và rạch Cầu Dừa có độ sâu ngập từ 0,67m – 1,53m do có địa hình trũng thấp gần tuyến kênh rạch

Xét tại thời điểm 18 giờ 50 phút (sau khi kết thúc mưa 1 giờ)

Hình 4.39 Bản đồ độ sâu ngập lúc 18h 50 phút (kịch bản 3)

➔ Nhận xét: Sau khi kết thúc mưa được 1 giờ, nhiều tuyến đường vẫn còn ngập nặng, nước tiêu thoát rất chậm, chênh lệch chiều sâu ngập so với lúc kết thúc mưa dao động ở mức 0,1m

Hình 4.40 Bản đồ độ sâu ngập lúc 21 giờ 50 phút (kịch bản 3

➔ Nhận xét: Sau khi kết thúc mưa được 4 giờ, nước trong cống đã thoát được ra hệ thống kênh rạch xung quanh do mực nước triều đang ở mức thấp dao động từ -0,5 m (triều +1,31m) đến +0,2 m (triều +1,91m) Một số vị trí trũng thấp là nơi tích tụ nước và không thoát được ra hệ thống cống thoát nước hiện hữu Hình 4.40, 4.41 diễn tả quan hệ giữa độ sâu ngập và lượng mưa tính toán tại nút H5 (vị trí trên đường Vĩnh Hội) và nút H3 (vị trí trên đường Đoàn Văn Bơ) theo các tổ hợp mưa triều tính toán Tại thời điểm 16 giờ 40 phút (sau thời gian

50 phút kể từ lúc bắt đầu mưa) nút H5 bị ngập nhiều nhất với độ sâu ngập từ 0,466 m (tổ hợp mưa 120 mm – triều +1,31m) đến 0,517 m (tổ hợp mưa 180 mm – triều +1,91m) Sau đó độ sâu ngập giảm dần, đến thời điểm 18 giờ 50 phút (sau khi kết thúc mưa 1 giờ), các tổ hợp mưa triều lần lượt là 120 mm - +1,31 m, 130 mm - + 1,41 m, 140 mm - +1,51 m, 150 mm - +1,61 m đã không còn gây ngập tại nút H5, riêng tổ hợp mưa triều 170 mm - +1,81 m và 180 mm

- +1,91m vẫn còn gây ra ngập tại nút H5 ở mức cao, độ sâu ngập từ 0,35 m đến 0,409 m Khoảng thời gian 40 phút tiếp theo (thời điểm 19 giờ 30 phút), tại nút H5 chỉ còn bị ngập do tổ hợp mưa triều 180 mm - +1,91 m gây ra, độ sâu ngập giảm còn 0,264 m và đến thời điểm 19 giờ 50 phút (sau khi kết thúc mưa được 2 giờ), nút H5 mới hoàn toàn hết ngập Hình 4.41, 4.42, 4.43 thể hiện trường vận tốc dòng chảy trên một số tuyến đường Nguyễn Tất Thành, Tôn Thất Thuyết, Bến Vân Đồn lúc 16 giờ 40 phút và giá trị vận tốc lớn nhất khi xuất hiện dòng chảy trên lưu vực

Hình 4.41 Biểu đồ độ sâu ngập theo tổ hợp giá trị mưa – triều tại nút H5

Hình 4.42 Biểu đồ độ sâu ngập theo tổ hợp giá trị mưa – triều tại nút H3

Hình 4.43 Trường vận tốc trên đường Nguyễn Tất Thành lúc 16 giờ 40 phút

Hình 4.44 Trường vận tốc trên đường Tôn Thất Thuyết lúc 16 giờ 40 phút

Hình 4.45 Trường vận tốc trên đường Bến Vân Đồn 16 giờ 40 phút

Hình 4.46 Giá trị vận tốc dòng chảy lớn nhất trong lưu vực b Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

Hình 4.47 Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí (kịch bản 3)

➔ Nhận xét: Khi kết thúc mưa, nước bắt đầu thoát trên mặt đường, tuy nhiên do mực nước triều tăng cao làm giảm khả năng thoát nước của hệ thống Ứng với các giá trị mưa và triều càng lớn, thời gian bắt đầu tiêu thoát càng kéo dài Trường hợp mưa 180mm – triều +1,91m, thời gian bắt đầu tiêu thoát hơn 2 giờ sau khi kết thúc mưa tại nút H7

H7 c Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí

Hình 4.48 Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí (kịch bản 3)

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NGẬP CHO LƯU VỰC QUẬN 4

CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM NGẬP CHO LƯU VỰC

Lưu vực quận 4 có địa hình tương đối thấp và bằng phẳng, bao quanh bởi hệ thống kênh rạch do đó hoàn toàn có thể đưa ra các phương án giảm ngập cụ thể cho khu vực mà không gây ảnh hưởng đến các lưu vực lân cận Một số biện pháp có thể kể đến như:

➢ Nâng cao độ nền công trình: giúp tăng khả năng thoát nước cho lưu vực tuy nhiên giải pháp này mang tính riêng lẻ và cục bộ nên có những hạn chế nhất định đến khu vực ở nhiều mặt, bao gồm mỹ quan, an toàn giao thông và chống ngập toàn diện trong khu vực

➢ Cống ngăn triều: giải pháp có tính bền vững, lâu dài giúp điều tiết mực nước triều và lưu lượng ra vào trong lưu vực từ đó tăng khả năng tiêu thoát nước trong hệ thống cống

Hình 5.1 Cống kiểm soát triều Bến Nghé

➢ Hồ điều tiết: là giải pháp khả thi để ứng phó với biến đổi khí hậu, giúp giảm tải cho hệ thống cống thoát nước mỗi khi gặp mưa lớn kết hợp với triều cường Đây là giải pháp công trình mềm, cho phép thay đổi theo thời gian và dung tích có thể tăng dần để ứng phó trong tương lai Hiện nay các dự án cống ngăn triều đang được triển khai, trong đó lưu vực quận 4 có hệ thống cống ngăn triều Tân Thuận (ngăn triều từ sông Sài Gòn vào kênh Tẻ, kênh Đôi, Tàu Hủ

- Bến Nghé), cống Bến Nghé (nằm đầu kênh Tàu Hủ - Bến Nghé), do đó việc kết hợp xây dựng hồ điều tiết tại quận 4 sẽ phát huy hiệu quả giảm ngập, bên cạnh đó còn tạo cảnh quan sinh thái cho khu vực Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho giải pháp về hồ điều tiết:

Hình 5.2 Hồ điều tiết bằng công nghệ Cross Wave

Hình 5.3 Công viên hồ điều hòa Nam Cường (Hà Nội)

Hình 5.4 Công viên hồ điều hòa Nhân Chính (Hà Nội)

➢ Ngoài ra giải pháp gia tăng diện tích mặt thấm, bố trí thêm các rãnh thấm cũng là những giải pháp có thể áp dụng cho khu vực này.

ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐIỀU TIẾT ĐỐI VỚI QUÁ TRÌNH NGẬP

Với chủ trương xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội tại quận 4, Tp Hồ Chí Minh, tác giả thực hiện đánh giá sự cần thiết và phạm vi ảnh hưởng của hồ điều tiết Khánh Hội đối với lưu vực này

Dự án xây dựng công viên hồ Khánh Hội (giai đoạn 4), ngày 10-12-2015, UBND TPHCM có văn bản 7862/UBND-QLDA lập đề xuất dự án Xây dựng hồ điều tiết nước tại công viên Khánh Hội (hồ điều tiết Khánh Hội) theo hình thức đối tác công tư (PPP), có tổng mức đầu tư dự kiến 750 tỷ đồng; UBND quận 4 đã thông báo thu hồi đất đến từng hộ dân bị ảnh hưởng bởi dự án này (dự kiến sẽ giải tỏa toàn bộ 609 nhà dân và giải tỏa một phần 74 nhà dân) Bên cạnh đó dự án chỉnh trang rạch Cầu Dừa, ngày 7-4-2017, UBND TPHCM đã có Quyết định 1590/QĐ-UBND về phê duyệt kế hoạch sử dụng đất năm 2017 của quận 4 và UBND quận 4 đang kêu gọi doanh nghiệp đầu tư theo hình thức PPP Tổng mức đầu tư dự kiến 230 tỷ đồng

Tổng quan dự án hồ điều tiết Khánh Hội bao gồm 2 cấu phần: xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội với diện tích lòng hồ khoảng 4,8 ha, và cải tạo Rạch Dừa để điều tiết nước từ hồ vào kênh Bến Nghé

Hình 5.5 Bản đồ Quy hoạch tổng mặt bằng sử dụng đất đến năm 2020 quận 4

Hình 5.6 Hình ảnh rạch Dừa hiện hữu

Nhằm đánh giá ảnh hưởng của hồ điều tiết Khánh Hội đối với mức độ ngập cho lưu vực, luận văn xét cặp tổ hợp mưa triều cực đại 180 mm - +1,91 m để tính toán ảnh hưởng giảm ngập của hồ điều tiết cho lưu vực Mô phỏng lưu vực tính toán có hồ điều tiết như sau:

Hình 5.7 Mô phỏng mô hình tính toán trường hợp có hồ điều tiết Khánh Hội

Khảo sát kích thước hồ điều tiết đến quá trình ngập của lưu vực: Để đánh giá ảnh hưởng giảm ngập về quy mô của hồ điều tiết, luận văn tính toán đến việc thay đổi dung tích của hồ điều tiết qua hai phương án:

− Phương án 1: Giữ nguyên chiều sâu hồ và thay đổi diện tích hồ

− Phương án 2: Giữ nguyên diện tích hồ và thay đổi chiều sâu hồ

Trong cả hai phương án, việc lựa chọn phương án nào phụ thuộc vào các điều kiện như kỹ thuật thi công xây dựng đối với công trình đào sâu, công tác gia cố mái bờ taluy…khi thực hiện theo phương án 2 và vấn đề đền bù giải tỏa khu vực lân cận công trình hồ điều tiết khi thực hiện theo phương án 1 Luận văn lựa chọn phương án 1 để thực hiện mô phỏng tính toán nhằm đánh giá phần nào sự phù hợp trong công tác giải phóng mặt bằng khi tiến hành xây dựng hồ Bảng 5.1 thể hiện các kịch bản tính toán khi thay đổi diện tích hồ

Bảng 5.1 Các kịch bản tính toán hồ điều tiết

Phương án Diện tích hồ

Không có hồ điều tiết S0

Xét thời điểm kết thúc mưa lúc 17 giờ 50 phút:

Hình 5.8 Bản đồ ngập tại thời điểm 17 giờ 50 phút

➔ Nhận xét: Khi có hồ điều tiết S1 thì độ sâu ngập đã giảm thêm được từ 0,1 m đến 0,3 m so với trường hợp chưa có hồ điều tiết S0, tuy nhiên khi tăng diện tích hồ lên thành S2, S3 thì độ sâu ngập có giảm nhưng không đáng kể so với phương án S1 Khu vực đường Nguyễn Tất Thành, đường Vĩnh Hội vẫn bị ngập từ 0,2 đến 0,45 m, cho thấy hệ thống thoát nước hiện hữu không tiêu thoát kịp thời trong thời gian sau khi kết thúc mưa

Hình 5 9 Bản đồ độ sâu ngập lúc 18 giờ 50 phút

➔ Nhận xét: Sau khi kết thúc mưa 1 giờ (thời điểm 18 giờ 50 phút), mức độ ngập trong trường hợp có hồ điều tiết có giảm đáng kể, đặc biệt đối với các khu vực

S3 có hồ điều tiết tại nút H5 (đường Khánh Hội) Tuy nhiên tại một số vị trí vẫn còn bị ảnh hưởng ngập do hệ thống thoát nước hiện hữu không tiêu thoát kịp lưu lượng đổ dồn về cống với lưu lượng lớn và trong thời gian ngắn như khu vực đường Vĩnh Hội, đường Nguyễn Tất Thành, đường Nguyễn Thần Hiến Vận tốc dòng chảy lớn nhất trong trường hợp có / không có hồ điều tiết theo hình 5.11 và trường vận tốc dòng chảy mặt của một số tuyến đường trong khu vực theo hình 5.12, 5.13, 5.14

Bảng 5.2, 5.3, 5.4 thể hiện giá trị độ sâu ngập lần lượt của các nút H5, H7, H3 (với khoảng cách từ các nút đến hồ điều tiết tăng dần) theo các phương án tính toán Hình 5.10 biểu diễn độ sâu ngập tại một số nút trên lưu vực tại thời điểm 18 giờ 50 phút (sau khi kết thúc mưa được 1 giờ), qua đó cho thấy phạm vi ảnh hưởng giảm ngập của hồ điều tiết giảm dần đối với các nút ở cách xa hồ Trong các phương án thay đổi diện tích của hồ, phương án S2 và S3 có giá trị gần như ngang nhau, điều này chứng tỏ dung tích hồ đạt đến giá trị S2 là 90.000 m3 sẽ tương thích với năng lực tiêu thoát của hệ thống cống thoát nước hiện hữu trong lưu vực, do đó việc tăng thêm dung tích của hồ đến giá trị S3 là không cần thiết, giảm được sự lãng phí về kinh tế trong quá trình tính toán, triển khai thực hiện dự án

Bảng 5.2 Bảng tổng hợp độ sâu ngập tại nút H5 (đường Khánh Hội)

Thời điểm Độ sâu ngập tại nút H5 (m)

Bảng 5.3 Bảng tổng hợp độ sâu ngập tại nút H7 (đường Tôn Thất Thuyết)

Bảng 5.4 Bảng tổng hợp độ sâu ngập tại nút H3 (đường Đoàn Văn Bơ)

Hình 5.10 Biểu đồ độ sâu ngập tại một số nút lúc 18 giờ 50 phút

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 Độ sâu n gập (m ) Độ sâu ngập tại các nút lúc 18 giờ 50 phút

Hình 5.11 Giá trị vận tốc dòng chảy tính toán trên lưu vực

Hình 5.12 Trường vận tốc trên đường Nguyễn Tất Thành lúc 16 giờ 30 phút

Hình 5.13 Trường vận tốc trên đường Tôn Thất Thuyết lúc 16 giờ 30 phút

Hình 5.14 Trường vận tốc trên đường Đoàn Văn Bơ lúc 16 giờ 30 phút

Tiêu đề	Nghiên cứu tính toán thoát nước mưa lưu vực Quận 4, Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả	Nguyễn Văn Đức
Người hướng dẫn	PGS. TS. Huỳnh Thanh Sơn
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG HCM
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Thủy
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	133
Dung lượng	10,38 MB