NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA CHO HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ

1 Lời cảm ơn Để 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 thầy 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. 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 cảm ơn! Ngày tháng năm 2014 Học viên Đỗ Anh Đông Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 2 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng, luận văn với đề tài « NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA CHO HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ. » là 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 bất cứ một luận văn nào khác mà đã bảo vệ trước. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm ơn và các thông tin, tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc trích dẫn. Xin chân thành cảm ơn! Ngày tháng năm 2014 Học viên Đỗ Anh Đông Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 3 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 7 I. Tính cấp thiết của đề tài 7 II. Mục đích của đề tài 8 III. Phạm vi nghiên cứu 8 IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 8 1. Cách tiếp cận 8 2. Phương pháp nghiên cứu 8 V. Kết quả dự kiến đạt được 8 CHƯƠNG 1: 9 TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 9 TÍNH TOÁN DUNG TÍCH HỒ ĐIỀU HÒA 9 1.1. Khái niệm về hồ điều hòa 9 1.2. Tình hình sử dụng hồ tại các đô thị hiện nay tại một số đô thị tại Đồng Bằng Bắc Bộ 9 1.3. Tổng quan các phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa 14 1.3.1 Phương trình cơ bản 14 1.3.2 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa theo TCVN 7957 - 2008 (Phương pháp 1) 15 1.3.3 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 2) 17 1.3.4 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng dạng hình tam giác. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương Pháp 3) 18 Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 4 1.3.5 Tính toán dung tích hòa điều hòa theo phương pháp hồi quy. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 4) 19 1.3.6 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa dựa trên quá trình dòng đến và dòng đi. (Phương pháp 5) 20 1.4. Giới thiệu mô hình toán SWMM 20 CHƯƠNG 2: 23 TÌNH HÌNH CHUNG CỦA THỊ TRẤN NHO QUAN, 23 HUYỆN NHO QUAN, TỈNH NINH BÌNH 23 2.1 Điều kiện tự nhiên 23 2.1.1 Vị trí địa lý và giới hạn nghiên cứu: 23 2.1.2 Địa hình 23 2.1.3 Khí hậu 23 2.1.4 Thuỷ văn 24 2.1.5 Tài nguyên khoáng sản 25 2.1.6 Tài nguyên du lịch 25 2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 25 2.3 Nền xây dựng và hệ thống thoát nước khu vực 27 2.3.1 Nền xây dựng 27 2.3.2 Thoát nước mưa 27 2.3.3 Các công trình thuỷ lợi 27 2.4 Quy hoạch thoát nước mưa thị trấn Nho Quan đến năm 2020 28 2.5 Lựa chọn lưu vực tính toán 29 CHƯƠNG 3: 30 ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 30 DUNG TÍCH THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA 30 Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 5 3.1 Tính toán xác định kích thước các tuyến cống và đường quá trình lưu lượng đến hồ 30 3.1.1 Xác định kích thước các tuyến cống 30 3.1.2 Xác định lưu lượng đến hồ từ lưu vực thoát nước 34 3.1.2.1 Xác định mô hình mưa thiết kế 34 3.1.2.2 Ứng dụng mô hình SWMM để mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy của lưu vực nghiên cứu. 38 3.2 Xác định dung tích hồ điều hòa 42 3.3 Trường hợp 1: Lưu lượng Q b =1/3Q đ 42 3.3.1 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa theo tiêu chuẩn TCVN 7957 – 2008 (Phương pháp 1) 42 3.3.2 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ (Phương pháp 2) 43 3.3.3 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng dạng hình tam giác (Phương pháp 3) 43 3.3.4 Xác định dung tích hồ điều hòa theo phương pháp hồi quy (Phương pháp 4)…… 45 3.3.5 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa dựa trên quá trình dòng đến và đi (Phương pháp 5) 45 3.4 Trường hợp 2: Lưu lượng Q b =1/2Q đ 49 3.4.1 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa theo tiêu chuẩn TCVN 7957 – 2008 (Phương pháp 1) 49 3.4.2 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Phương pháp 2) 49 3.4.3 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng dạng hình tam giác (Phương pháp 3) 50 3.4.4 Xác định dung tích hồ điều hòa theo phương pháp hồi quy (Phương pháp 4) 51 Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 6 3.4.5 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa dựa trên quá trình dòng đến và đi (Phương pháp 5) 52 3.5 So sánh kết quả và thảo luận 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 I. Kết luận 56 II. Kiến nghị 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 Phụ lục 1: Các bảng tính toán chạy SWMM khi không có hồ. 58 Phụ lục 2: Các bảng tính toán chạy SWMM khi có hồ điều hòa và bơm trong trường hợp Q b =1/3Q đ . 67 Phụ lục 3: Các bảng tính toán chạy SWMM khi có hồ điều hòa và bơm trong trường hợp Q b =1/2Q đ . 77 Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 7 PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Mục tiêu đầu tiên của “Định hướng phát triển thoát nước đô thị Việt Nam đến năm 2020” đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 35/1999/QĐ-TTG ngày 05-03-1999 là xóa bỏ tình trạng ngập úng thường xuyên trong mùa mưa ở các đô thị loại I và loại II. Hồ điều hòa có vai trò điều tiết nước mưa nhằm giảm bớt kích thước của cống dẫn, công suất trạm bơm nước. Hồ điều hòa trong các đô thị thường tận dụng hồ tự nhiên để giảm kinh phí xây dựng, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt thì có thể xây dựng hồ nhân tạo. Hồ điều hòa có nhiệm vụ điều tiết, tăng và giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa một cách tự nhiên nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí xây dựng, quản lý hệ thống thoát nước. Ngoài ra, có thể điều chỉnh lưu lượng để phục vụ cho mục đích tưới, tiêu trong sản xuất nông nghiệp, bảo vệ môi trường… Hiện nay, trong hầu hết các hệ thống thoát nước đô thị ở Việt Nam đều tồn tại hồ tự nhiên và hồ nhân tạo. Tỷ lệ diện tích hồ điều hòa trên tổng diện tích đô thị khác nhau ở các đô thị ở Việt Nam. Tỷ lệ này phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý của đô thị. Trong thực tế, việc quy hoạch các khu dân cư, khu đô thị cần đi liền với quy hoạch xây dựng các hồ, các hồ này có chức năng tạo cảnh quan và cải thiện môi trường cho khu vực, mặt khác nó còn có chức năng điều hòa lượng nước mưa cho khu vực. Hiện nay khi tính toán thiết kế các hồ điều hòa có nhiều phương pháp tính toán của nước ngoài đưa ra, do đó các kỹ sư gặp khó khăn trong việc lựa chọn các phương pháp tính toán thiết kế hồ điều hòa. Vì vậy cần thiết có nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán thiết kế hồ điều hòa, lựa chọn phương pháp hợp lý nhất giúp các kỹ sư thiết kế thuận lợi cho việc tính toán thiết kế hòa điều hòa. Đây chính là lý do tôi lựa chọn đề tài « NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 8 THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA CHO HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ. »làm để tài nghiên cứu luận văn cao học của mình II. Mục đích của đề tài - Đánh giá tính hợp lý của các phương pháp tính toán dung tích thiết kế hồ điều hòa. - Lựa chọn được phương pháp hợp lý nhất để tính toán dung tích thiết kế hồ điều hòa giúp cho việc tính toán thiết kế dung tích hồ điều hòa của các kỹ sư, người thiết kế thuận tiên hơn cho việc lựa chọn phương pháp tính toán cho các khu vực. III. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các phương pháp tính toán hồ điều hòa, ứng dụng cho hệ thống thoát nước Thị Trấn Nho Quan, Huyện Nho Quan, Tỉnh Ninh Bình. IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1. Cách tiếp cận - Tiếp cận công trình thực tế; - Tiếp cận lý thuyết phân tích hệ thống và tối ưu hóa; - Tiếp cận các nghiên cứu trước đây về bài toán thiết kế tối ưu. 2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa; - Phương pháp kế thừa. - Phương pháp mô hình toán. - Phương pháp phân tích tổng hợp. V. Kết quả dự kiến đạt được Lựa chọn đề xuất được một phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa hợp lý, thuận tiện nhất cho các kỹ sư thiết kế. Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DUNG TÍCH HỒ ĐIỀU HÒA 1.1. Khái niệm về hồ điều hòa Hồ điều hòa có nhiệm vụ điều tiết, tăng và giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí xây dựng, quản lý hệ thống thoát nước. Ngoài mục đích chống ngập, hồ điều hòa còn được xem là giải pháp cải thiện môi trường, tạo mỹ quan đô thị. Quá trình đô thị hóa đã làm cho nhiệt độ đô thị nóng hơn bình thường. Hơi nước, cây xanh quanh các hồ điều hòa sẽ giúp giảm sự nóng bức, thoáng mát hơn cho khu vực. Nếu biết tận dụng, nguồn nước từ các hồ điều hòa còn phục vụ công tác phòng cháy chữa cháy, cấp nước, tưới nước cho cây xanh và bổ sung nguồn nước ngầm đang bị khai thác quá mức như hiện nay. 1.2. Tình hình sử dụng hồ tại các đô thị hiện nay tại một số đô thị tại Đồng Bằng Bắc Bộ Hiện nay, trong hầu hết các hệ thống thoát nước đô thị ở Việt Nam đều tồn tại hồ tự nhiên và hồ nhân tạo. Tỷ lệ diện tích hồ điều hòa trên tổng diện tích đô thị khác nhau ở các đô thị ở Việt Nam. Tỷ lệ này phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý của đô thị. Thực trạng sử dụng hồ điều hòa ở một số đô thị vùng đồng bằng Bắc Bộ như sau: 1.2.1. Thành phố Hà Nội Khu vực nội thành Hà Nội được chia thành 03 khu vực: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu. * Nhóm điều tiết khu vực thượng lưu: Nhóm này bao gồm hai hồ: Hồ Tây và hồ Trúc Bạch với tổng diện tích mặt hồ là 589 ha (trong đó Hồ Tây 567 ha, hồ Trúc Bạch 22 ha) có nhiệm vụ Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 10 điều hòa trực tiếp cho diện tích lưu vực 930 ha (bao gồm cả diện tích mặt hồ và diện tích thu nước quanh hồ). * Nhóm điều tiết khu vực trung lưu của sông Tô Lịch: Nhóm này bao gồm 20 hồ loại vừa và nhỏ nằm rải rác ở các lưu vực sông Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, tổng diện tích mặt nước là 131,7 ha. * Nhóm điều tiết khu vực hạ lưu Nhóm hồ này bao gồm 3 hồ lớn: Hồ Yên Sở (137ha), Hồ Linh Đàm (76ha), Hồ Định Công (19,2ha). Như vậy nếu tất cả 3 nhóm hồ trên cùng tham gia điều hoà thì một lượng nước khá lớn được trữ lại không tham gia dòng chảy trên các sông, sẽ có ảnh hưởng đến quá trình dòng chảy về đập Thanh Liệt (giai đoạn tự chảy). Hầu hết các hồ điều hoà tại Hà Nội đều liên kết trực tiếp với hệ thống tiêu bằng đường cống hoặc kênh dẫn mà không có cống điều tiết nên dòng chảy vào và ra khỏi hồ tự nhiên và không được kiểm soát. Việc vận hành hệ thống hồ phải thông qua vận hành hệ thống tiêu, không thể tiến hành vận hành đơn lẻ từng hồ trong hệ thống. Trên thực tế nhóm hồ thượng lưu có khả năng điều tiết với lượng nước lớn nhưng phát huy tác dụng kém do nằm ở địa hình cao, diện tích phụ trách nhỏ hơn nhiều so với khả năng của hồ. Nhóm hồ trung lưu có tác dụng tốt về mặt lý thuyết xong trên thực tế do bị bồi lắng, công trình nối tiếp giữa hồ và hệ thống kênh không tốt nên không phát huy hết khả năng. Nhóm hồ hạ lưu chỉ tham gia điều tiết giảm tải cho công trình đầu mối. Tổng diện tích hồ điều hoà 952,9 ha chiếm 5,559% diện tích 9 quận nội thành (17.142 ha trừ quận Hà Đông). 1.2.2. Thành phố Hải Phòng Các hồ nước trong thành phố đều được sử dụng để điều hoà nước mưa và chứa nước thải. Hồ điều hòa chính của khu vực nội thành bao gồm: hồ An Biên (22 ha), hồ Tiên Nga (2,5 ha), hồ Dư Hàng (7 ha); hồ Sen (2 ha), hồ Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN [...]... giáp sông Lạng Sơ đồ phân lưu vực thoát nước và mạng lưới thoát nước khu nghiên cứu (Hình 2.1 – Hình 2.3) Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 30 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DUNG TÍCH THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA 3.1 Tính toán xác định kích thước các tuyến cống và đường quá trình lưu lượng đến hồ 3.1.1 Xác định kích thước các tuyến cống - Lưu lượng tính toán được xác định theo công thức... tích hòa điều hòa theo phương pháp hồi quy (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 4) Phương pháp này được đề xuất lần đầu tiên bởi Wycoff và Singh năm 1986 Các bước tính toán dung tích hồ điều hòa theo phương pháp này như sau: Bước 1 Xác định tổng lượng dòng chảy đến Vr, lưu lượng đỉnh dòng chảy ra khỏi hồ (Qo), thời gian dòng chảy đến ti, thời gian trước đỉnh tp Bước 2: Tính. .. mặt thoát ra các ao, hồ, ruộng canh tác xung quanh khu dân cư nên gây ô nhiễm môi trường Khu trung tâm thị trấn hiện nay đã được xây dựng hệ thống thoát nước bằng các rãnh nắp đan bám theo các trục đường cải tạo Khu vực dự án Phong Nhất phía Đông trung tâm cũng đã xây dựng hệ thống thoát nước Theo quy hoạch chung thị trấn Nho quan đã quy hoạch xây dựng hệ thống thoát nước mưa cho các khu vực 2.3.3 Các. .. thành phố có 11 hồ chứa nước có thể tham gia điều hòa nước mưa với tổng diện tích 37,5ha chiếm 0,525% Trong thực tế vận hành hệ thống tiêu nước mưa thì chỉ có các hồ lớn thực sự tham gia điều tiết nước mưa như hồ Bạch Đằng, hồ Hòa Bình và hồ Bình Minh… còn các hồ nhỏ được sử dụng cho mục đích tạo cảnh quan Thực trạng hầu hết các hồ bị bồi lắng nhiều, tình trạng lấn chiếm lòng hồ và sử dụng hồ với mục đích... trạm bơm thoát úng 2.5 Lựa chọn lưu vực tính toán Trong khu vực thị Trấn Nho quan có 5 lưu vực thoát nước cho toàn khu vực Trong đó ta nghiên cứu tính toán cho khu vực trung tâm với các thông số tính toán như sau: - Ranh giới: Phía Bắc giáp sông Lạng; Phía Tây giáp giới hạn đường 492; Phía Nam giáp xã Văn Phong; Phía Đông giáp xã Hòa Bình - Diện tích khu vực tính toán: khoảng 85ha - Cao độ san nền: khu... - Hệ thống thoát nước: trong khu vực chưa có hệ thống thoát nước chính Theo quy hoạch 2020 của khu vực trung tâm thị trấn sẽ xây dựng hệ thống cống thoát nước thu gom về phía Bắc (giáp sống Lạng) trước khi bơm tiêu thoát nước ra sông Lạng - Dự kiến theo quy hoạch xây dựng 1 hồ điều hòa phía Bắc khu quy hoạch và 1 trạm bơm tiêu thoát nước tại khu vực cây xanh cảnh quan tại phía Bắc khu quy hoạch giáp... mới nhưng chỉ có 03 hồ điều hòa lớn nước mưa là hồ Nam Hòa (12,7ha), hồ An Vũ (10,7ha) và hồ An Vũ 2 (13,9ha), và nhiều hồ ao nhỏ tự nhiên nằm rải rác, tổng diện tích hồ điều hòa khoảng 50ha chiếm 1,07% diện tích tự nhiên của khu vực nội thành thành phố Hưng Yên Các hồ lớn đều có đường cống nối với hệ thống thoát nước thành phố nên việc điều tiết nước mưa tương đối hiệu quả, xong các hồ tự nhiên nhỏ nằm... ra khỏi hồ (phần gạch chéo) Theo phương pháp này ta giả thiết đường quá trình Qtháo trong khoảng thời gian t là từ 0 tới đỉnh là một đường thẳng Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 18 Hình 1.1 Ước tính dung tích hồ điều hòa theo PP đường quá trình lưu lượng 1.3.4 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu lượng dạng hình tam giác (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của... năng điều tiết - Tỷ lệ diện tích hồ trên diện tích đô thị còn thấp ở một số thành phố như Hải Phòng, Hải Dương, Hưng Yên - Các hồ ở vị trí có địa hình cao sẽ khó cho việc điều tiết nước mưa vào và ra - Dung tích điều tiết thực tế của các hồ giảm do bị lấn chiếm, bồi lắng hoặc ô nhiễm, sử dụng cho mục đích khác - Kết nối giữa hồ và hệ thống tiêu kém khiến khả năng điều tiết của hồ giảm - Vận hành hồ chưa... khả năng tính toán vận chuyển chất ô nhiễm, xem xét tới nguồn gây ô nhiễm và diễn biến nồng độ chất ô nhiễm trên hệ thống 1.4.2 Các ứng dụng của mô hình Các ứng đụng điển hình của mô hình: - Thiết kế và bố trí các thành phần của hệ thống tiêu để kiểm soát lũ Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 22 - Bố trí các công trình trữ nước (điều hòa nước) và các thiết bị để kiểm soát lũ và bảo vệ chất lượng nước - . tính toán thiết kế hồ điều hòa. Vì vậy cần thiết có nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán thiết kế hồ điều hòa, lựa chọn phương pháp hợp lý nhất giúp các kỹ sư thiết kế thuận lợi cho. việc tính toán thiết kế hòa điều hòa. Đây chính là lý do tôi lựa chọn đề tài « NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN 8 THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA CHO HỆ THỐNG. cho việc lựa chọn phương pháp tính toán cho các khu vực. III. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các phương pháp tính toán hồ điều hòa, ứng dụng cho hệ thống thoát nước Thị Trấn Nho Quan, Huyện