Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước bền vững thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

CAM KẾT Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường. Tác giả Lê Đắc Vĩnh MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 I. Sự cần thiết của đề tài 1 II. Mục tiêu nghiên cứu 2 III. Nội dung nghiên cứu 2 IV. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 V. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3 VI. Kết quả dự kiến đạt được 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ 4 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống thoát nước đô thị 4 1.1.1. Khái niệm về hệ thống thoát nước đô thị 4 1.1.2. Vai trò của hệ thống thoát nước đối với sự phát triển của đô thị 4 1.1.3. Yêu cầu đặt ra cho hệ thống thoát nước đô thị 5 1.2. Các nguyên tắc về mạng lưới thoát nước đô thị 5 1.2.1. Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới 5 1.2.2. Nguyên tắc đặt đường ống thoát nước 5 1.2.3. Lựa chọn vật liệu đường ống, mối nối 6 1.2.4. Độ sâu chôn cống và độ dốc đường ống 6 1.3. Đô thị hóa và vấn đề thoát nước đô thị 6 1.3.1. Khái niệm thủy văn đô thị 6 1.3.2. Đô thị và quá trình đô thị hóa 6 1.3.3. Lưu vực đô thị với vấn đề tiêu thoát nước 7 1.3.4. Khái niệm về dòng chảy đô thị 7 1.4. Các nghiên cứu về giải pháp cho hệ thống thoát nước đô thị 8 1.4.1. Nghiên cứu về thoát nước đô thị trên thế giới 8 1.4.2. Nghiên cứu về thoát nước đô thị ở Việt Nam 9 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 11 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA ĐÔ THỊ 12 2.1. Mưa và mưa thiết kế 12 2.1.1. Đặc trưng của mưa thiết kế 12 2.1.2. Các bước thực hiện khi thiết kế hệ thống thoát nước mưa 13 2.1.3. Quan hệ giữa độ sâu mưa - thời gian mưa - tần suất 13 2.1.4. Quan hệ cường độ mưa - thời gian mưa - tần suất 14 2.1.5. Xác định mô hình mưa thiết kế 15 2.2. Mô hình tính toán, mô phỏng hệ thống thoát nước 18 2.2.1. Giới thiệu mô hình SWMM 19 2.2.2. Các khả năng của mô hình SWMM 19 2.2.3. Các ứng dụng của mô hình 20 2.2.4. Dữ liệu đầu vào 21 2.2.5. Phương pháp tính toán 21 2.3. Phương pháp tính toán thoát nước mưa theo cường độ giới hạn 29 2.3.1. Xác định lưu lượng mưa tính toán 29 2.3.2. Chu kỳ tràn cống 30 2.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán 30 2.3.4. Xác định thời gian mưa tính toán 30 2.3.5. Xác định hệ số dòng chảy 31 2.4. Kết luận chương 2 32 CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC HIỆN TẠI CỦA THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ 33 3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 33 3.1.1. Điều kiện tự nhiên 33 3.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội 37 3.2. Thực trạng thoát nước của thành phố Đông Hà 38 3.2.1. Thoát nước mưa 38 3.2.2. Nước thải sinh hoạt 38 3.2.3. Đánh giá hiện trạng thoát nước của khu vực 39 3.3. Đánh giá hiện trạng hệ thống kỹ thuật hạ tầng thành phố đông hà 39 3.3.1. Cơ sở hạ tầng nói chung 39 3.3.2. Thoát nước mặt và tình hình ngập úng 40 3.3.2. Thoát nước thải và vệ sinh môi trường 41 3.4. Định hướng quy hoạch kết cấu hạ tầng thành phố Đông Hà đến năm 2025 41 3.4.1. Kết cấu hạ tầng nói chung 41 3.4.2. Thoát nước mặt 41 3.4.3. Thoát nước thải 42 3.5. Tính toán yêu cầu thoát nước của khu vực thời điểm hiện tại 42 3.5.1. Khu vực tính toán thoát nước 42 3.5.2. Xây dựng đường tần suất mưa 44 3.5.3. Xây dựng mô hình mưa thiết kế 46 3.5.4. Mô phỏng hệ thống thoát nước bằng mô hình SWMM 50 3.6. Đánh giá khả năng làm việc của mạng lưới thoát nước hiện tại 57 3.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thoát nước của khu vực 64 3.7.1. Yếu tố khách quan 64 3.7.2. Yếu tố chủ quan 65 3.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 66 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TẠO, NÂNG CẤP HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ 67 4.1. Tính toán hệ thống thoát nước bằng phương pháp cường độ giới hạn 67 4.1.1. Xác định các thông số tính toán 67 4.1.2. Tính toán thủy lực theo phương pháp cường độ giới hạn 69 4.1.3. Kết quả tính toán theo phương pháp cường độ giới hạn 69 4.2. Tính toán và mô phỏng theo mô hình SWMM 73 4.3. Lựa chọn phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước 79 4.4. Giải pháp quy hoạch hệ thống thoát nước bền vững 83 4.5. Giải pháp tổ chức, quản lý vận hành và nâng cấp hệ thống thoát nước 86 4.5.1. Giải pháp tổ chức 86 4.5.2. Giải pháp quản lý vận hành hệ thống thoát nước 87 4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Mối quan hệ IDF 15 Hình 2.2: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp khối xen kẽ 17 Hình 2.3: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp tam giác 17 Hình 2.4: Quan niệm về dòng chảy mặt 22 Hình 2.5: Mô hình nước ngầm hai vùng 23 Hình 3.1: Vị trí thành phố Đông Hà trên bản đồ tỉnh Quảng Trị 34 Hình 3.2: Vị trí khu vực nghiên cứu trên bản đồ thành phố Đông Hà 43 Hình 3.3: Bản đồ khu vực nghiên cứu thoát nước 44 Hình 3.4: Đường tần suất lượng mưa 1 ngày max – trạm Đông Hà 47 Hình 3.5: Đường tần suất lượng mưa 3 ngày max – trạm Đông Hà 48 Hình 3.6: Mô hình mưa thiết kế với trận mưa 72h max 50 Hình 3.7: Giao diện khai báo các thông số mặc định và các tùy chọn 54 Hình 3.8: Giao diện khai báo các thông số cơ bản trong SWMM 55 Hình 3.9: Sơ đồ mô phỏng hệ thống thoát nước khu vực trong mô hình SWMM 56 Hình 3.10: Đường quan hệ về lưu lượng của lưu vực ứng với trận mưa 72h max 57 Hình 3.11: Bản đồ vị trí các nút ngập ứng với trận mưa 72h max 58 Hình 3.12: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 1 từ nút A1 đến nút CX1 61 Hình 3.13: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 2 từ nút B2 đến nút B9 61 Hình 3.14: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 6 từ nút D3 đến nút CX2 62 Hình 3.15: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 11 từ nút F5 đến nút F7 62 Hình 3.16: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 8-11 từ nút E4 đến nút F8 63 Hình 3.17: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 9-11 từ nút E6 đến nút F8 63 Hình 4.1: Đường quan hệ lưu lượng với trận mưa 72h max kiểm định hệ thống 75 Hình 4.2: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 1 từ nút A1 đến nút CX1 76 Hình 4.3: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 2 từ nút B2 đến nút B9 77 Hình 4.4: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 6 từ nút D3 đến nút CX2 77 Hình 4.5: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 11 từ nút F5 đến nút F7 78 Hình 4.6: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 8-11 từ nút E4 đến nút F8 78 Hình 4.7: Mô phỏng diễn biến dòng chảy tuyến 9-11 từ nút E6 đến nút F8 79 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Giá trị tham số của đường DDF 14 Bảng 3.1: Thống kê lượng mưa 1 ngày max và 3 ngày max – trạm Đông Hà 44 Bảng 3.2: Tần suất lượng mưa 1 ngày max – trạm Đông Hà 45 Bảng 3.3: Tần suất lượng mưa 3 ngày max – trạm Đông Hà 45 Bảng 3.4: Quan hệ lượng mưa – thời gian theo tần suất mưa 10% 49 Bảng 3.5: Bảng thống kê diện tích các tiểu khu 52 Bảng 3.6: Bảng thống kê tuyến cống hiện trạng 53 Bảng 3.7: Bảng kết quả các nút ngập 59 Bảng 3.8: Bảng thống kê thời gian ngập đầy các đoạn cống 60 Bảng 4.1: Các thông số khí hậu cho tỉnh Quảng Trị 68 Bảng 4.2: Hệ số dòng chảy 68 Bảng 4.3: Thống kê tuyến cống ngập theo phương pháp cường độ giới hạn 70 Bảng 4.4: Tổng hợp chiều dài các tuyến cống làm lại theo phương pháp cường độ giới hạn 72 Bảng 4.5: Bảng thống kê tuyến cống ngập và đề xuất cải tạo nâng cấp 73 Bảng 4.6: Tổng hợp chiều dài các tuyến cống làm lại theo mô hình SWMM 75 Bảng 4.7: So sánh kết quả của phương pháp cường độ giới hạn và SWMM 80 Bảng 4.8: So sánh tổng chiều dài cống cần thay theo phương pháp cường độ giới hạn và SWMM 82 1 PHẦN MỞ ĐẦU I. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thoát nước và xử lý nước thải, vệ sinh môi trường là những nội dung quan trọng trong quy hoạch, xây dựng và quản lý đô thị. Tại các khu vực đang đối mặt với tình trạng hạ tầng kém phát triển, môi trường bị ô nhiễm do nước thải, tình hình ngập úng diễn ra thường xuyên, gây ảnh hưởng đến hoạt động của đô thị thì người ta lại càng thấy tầm quan trọng của lĩnh vực này. Những hệ thống thoát nước trong đô thị nước ta hiện nay đang thể hiện nhiều vấn đề bất cập gây lãng phí về kinh tế, khó khăn về công tác quản lý vận hành, cũng như ảnh hưởng xấu tới môi trường sinh thái; một số biểu hiện cụ thể như: hệ thống hạ tầng kỹ thuật nói chung chưa hoàn thiện, mạng lưới thu dẫn nước mưa và nước thải sinh hoạt chưa phát huy hết tác dụng, nhiều khu vực đường ống không có nước chảy qua, cũng có khá nhiều nơi bị ngập úng khi xảy ra mưa lớn, tỷ lệ rò rỉ nước và thấm vào đất còn khá cao gây mùi hôi thối, ảnh hưởng mỹ quan đô thị, một số công trình được xây dựng nhưng không thể đi vào hoạt động, nhiều khu vực hệ thống thu gom nước đã xuống cấp không còn khả năng hoạt động, tình trạng nước thải không qua xử lý đổ trực tiếp ra sông hồ còn rất phổ biến… Ngoài ra, do tình hình diễn biến phức tạp của thời tiết hiện nay, lượng mưa bão đổ bộ vào đất liền nước ta ngày càng nhiều cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến khả năng thu gom và tiêu thoát nước của đô thị, đặc biệt là các đô thị đang có hệ thống thoát nước chưa hoàn thiện. Đối với các khu đô thị, các điểm dân cư mới, chất lượng hệ thống hạ tầng kỹ thuật, trong đó có thoát nước mưa, nước thải, cũng có đa phần quyết định tính văn minh đô thị, góp phần tạo hấp dẫn đối với khách hàng, cũng như quyết định đến sự phát triển bền vững về môi trường của đô thị về lâu dài. Vì vậy cần phải đưa ra các giải pháp cụ thể, phải có các giải pháp đồng bộ về các vấn đề hạ tầng kỹ thuật và mang tính khả thi cao để khắc phục được những nhược điểm còn tồn tại nêu trên, đó là các giải pháp về chuẩn bị kỹ thuật, quy hoạch hạ tầng kỹ thuật, tính toán cải tạo 2 nâng cấp hệ thống hạ tầng nói chung và hệ thống thoát nước nói riêng của các đô thị, hướng đến bảo vệ môi trường cũng như sử dụng nguồn vốn đầu tư một cách hiệu quả nhất. Các giải pháp phải được xây dựng trên cơ sở dự báo ngắn và dài hạn về phát triển đô thị, phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội của địa phương trong hiện tại và tương lai. Đông Hà là thành phố trực thuộc tỉnh Quảng Trị, với hệ thống cơ sở hạ tầng phát triển chưa hoàn toàn đồng bộ và bộ máy quản lý còn non trẻ, hiện cũng đang gặp phải những vấn đề khó khăn như các đô thị khác trong nước, đặc biệt là hệ thống thoát nước của thành phố đang tồn tại nhiều tiêu cực gây ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống người dân cũng như mỹ quan, môi trường của đô thị. Vậy nên cần xem xét, nghiên cứu tính toán thiết kế cải tạo hệ thống thoát nước của khu vực để đảm bảo khả năng thoát nước, không gây ô nhiễm môi trường, góp phần phát triển đô thị một cách bền vững. Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước bền vững thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị " là rất cần thiết và mang tính thực tiễn hiện nay. II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu các bài toán và đưa ra giải pháp nâng cao hiệu quả cho hệ thống thoát nước thành phố, đảm bảo chức năng thoát nước của hệ thống. - Đề xuất giải pháp thoát nước mang tính bền vững cho thành phố. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Thu thập tài liệu và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống thoát nước của thành phố. - Phân tích, tính toán các bài toán về hệ thống thoát nước dựa trên cơ sở khoa học và thực tiễn, nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống hạ tầng kỹ thuật của thành phố. [...]... tiêu thoát nước hiện tại của hệ thống thoát nước thành phố Đông Hà + Kiến nghị về các giải pháp nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống thoát nước thành phố Đông Hà Tạo tiền đề cho việc mở rộng hệ thống thoát nước về sau 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ 1.1.1 Khái niệm về hệ thống thoát nước đô thị Hệ thống thoát nước đô...3 - Phân tích và lựa chọn các giải pháp cụ thể nhằm khắc phục và nâng cao tính hiệu quả của hệ thống thoát nước thành phố IV ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thoát nước của thành phố Đông Hà - Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống thoát nước chính, các công trình quan trọng trong hệ thống thoát nước thành phố Đông Hà V CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU + Cách tiếp cận:... cấu tạo hệ thống thoát nước riêng có thể phân thành các loại sau: Hệ thống riêng hoàn toàn; Hệ thống riêng không hoàn toàn; Hệ thống riêng một nửa + Hệ thống thoát nước hỗn hợp: Là tổng hợp của các hệ thống trên Hệ thống này thường gặp ở các thành phố lớn, đã có hệ thống thoát nước chung nay cần cải tạo và mở rộng thì phải xây thêm các công trình phục vụ cho mạng lưới thoát nước 1.1.2 Vai trò của hệ thống. .. trình, thiết bị và các giải pháp kỹ thuật để thực hiện nhiệm vụ thoát nước cho đô thị Các hệ thống thoát nước đô thị: + Hệ thống thoát nước chung: Là hệ thống mà tất cả các loại nước thải (sinh hoạt, sản xuất, nước mưa) được xả chung vào một mạng lưới và dẫn đến công trình làm sạch + Hệ thống thoát nước riêng: là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới đường ống riêng để dẫn từng loại nước thải khác nhau... càng cao trên nền của hệ thống hạ tầng xây dựng không đồng bộ, còn nhiều chắp vá thì tất yếu sẽ dẫn đến khả năng đáp ứng nhu cầu 5 thoát nước của hệ thống cho đô thị ngày càng bị giảm sút Và đến đây, người ta phải tìm cách nâng cấp cải tạo lại hệ thống nhằm khắc phục những hạn chế hiện có để đảm bảo yêu cầu thoát nước 1.1.3 Yêu cầu đặt ra cho hệ thống thoát nước đô thị Hệ thống thoát nước của đô thị phải... liệu Thoát nước đô thị bền vững của PGS TS Nguyễn Việt Anh, trường Đại học Xây dựng Tác giả đưa ra các phương thức tiếp cận và mô hình thoát nước cho các đô thị Việt Nam Từ đó đề xuất tổ chức thoát nước cho các đô thị Việt Nam và đưa ra mộ số mô hình quản lý nước đô thị * Giải pháp thoát nước bền vững đã được áp dụng tại Việt Nam: Cách tiếp cận của thoát nước mưa bền vững là thoát chậm, không phải thoát. .. SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC MƯA ĐÔ THỊ Để có thể tính toán được hệ thống thoát nước mưa cho đô thị, tác giả dựa vào các cơ sở lý thuyết như sau: + Số liệu thu thập, xây dựng mô hình mưa thiết kế cho khu vực + Tính toán hệ thống thoát nước theo phương pháp mô phỏng hệ thống bằng mô hình SWMM + Tính toán hệ thống thoát nước bằng phương pháp cường độ giới hạn 2.1 MƯA VÀ MƯA THIẾT KẾ Một trận... trải qua nhiều lần nâng cấp Mô hình SWMM được sử dụng rộng rãi trên thế giới cho các công tác quy hoạch, phân tích và thiết kế các hệ thống thoát nước mưa, hệ thống thoát nước chung, hệ thống thoát nước thải và những hệ thống tiêu khác trong vùng đô thị cũng như những vùng không phải đô thị 2.2.2 Các khả năng của mô hình SWMM SWMM tính toán được nhiều quá trình thủy lực khác nhau tạo thành dòng chảy,... trình của hệ thống thoát nước - Thiết kế và bố trí các thành phần của hệ thống tiêu để kiểm soát lũ - Bố trí các công trình trữ nước (điều hòa nước) và các thiết bị để kiểm soát lũ và bảo vệ chất lượng nước - Xây dựng bản đồ ngập lụt của hệ thống sông hoặc kênh tự nhiên - Vạch ra các phương án làm giảm hiện tượng chảy tràn của mạng lưới thoát nước hỗn hợp - Đánh giá tác động của dòng chảy vào và dòng... phận của thủy văn học chuyên nghiên cứu những quy luật vận động của nước trên các lưu vực đô thị (cả về số lượng và chất lượng) Trong vấn đề thoát nước, thủy văn đô thị chủ yếu nghiên cứu các quy luật hình thành dòng chảy từ mưa phục vụ cho tính toán quy hoạch, thiết kế và điều hành các hệ thống tiêu thoát nước trên các lưu vực đô thị Để có thể xây dựng được hệ thống thoát nước đảm bảo yêu cầu thì thủy . tài nghiên cứu " ;Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước bền vững thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị " là rất cần thiết và mang tính thực tiễn hiện nay. II. MỤC TIÊU NGHIÊN. nâng cao tính hiệu quả của hệ thống thoát nước thành phố. IV. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thoát nước của thành phố Đông Hà. - Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống. CHƯƠNG 3 66 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TẠO, NÂNG CẤP HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG TRỊ 67 4.1. Tính toán hệ thống thoát nước bằng phương pháp cường độ