Nghiên cứu cải tạo quy hoạch hệ thống thoát nước khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵn

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN MINH Phản biện 1: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG NGHIÊN CỨU CẢI TẠO QUY HOẠCH HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC KHU DÂN CƯ KHUÊ TRUNG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Phản biện 2: TS NGUYỄN ĐÌNH XÂN Chuyên ngành : XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY Mã số : 60.58.40 Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 20 tháng 10 năm 2012 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng - Năm 2012 Footer Page of 126 - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Header Page of 126 MỞ ĐẦU Vì vậy, cần phải xem xét nghiên cứu tính toán thiết kế cải tạo hệ thống thoát nước khu vực ñể ñảm bảo ñủ khả thoát nước, không gây ô nhiễm môi trường, góp phần phát triển ñô thị cách bền vững Việc tính toán thiết kế hay cải tạo hệ thống thoát nước mưa ñô thị Việt Nam nói chung, ñô thị Đà Nẵng nói riêng dựa theo phương pháp truyền thống, công thức kinh nghiệm công thức nguyên dòng chảy ñể xác ñịnh lưu lượng lớn cần thoát xem dòng chảy ổn ñịnh ñều, không tính ñến ñiều kiện biên nơi nguồn tiếp nhận… ñể xác ñịnh kích thước ñường cống thoát nước Điều dẫn ñến kết tính toán không sát với thực tế, gây khó khăn cho công tác cải tạo hệ thống thoát nước mưa Chính vậy, tác giả lựa chọn vấn ñề "Nghiên cứu cải tạo Quy hoạch hệ thống thoát nước Khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng" làm ñề tài nghiên cứu luận văn Từ ñó kiến nghị phương pháp tính toán kiểm tra khả thoát nước mưa trạng nhằm thiết kế hay cải tạo chống ngập úng cho khu vực ñô thị Tính cấp thiết ñề tài Thành phố Đà Nẵng không ngừng ñược nâng cấp mở rộng không gian ñô thị ñể ñáp ứng nhu cầu phát triển Hướng phát triển phía Tây Nam thành phố ñược hình thành, dự án ñang ñược triển khai Sự thay ñổi diện mạo, gia tăng nhiều mặt như: dân cư, xây dựng, kinh tế…ñang diễn nhanh chóng nhiều nơi khu vực nội thành nhu cầu nhà ở, ñất dân cư thành phố dân cư nông thôn chuyển lên thành phố ñịnh cư làm ăn Quá trình ñô thị hoá ñã làm tăng trưởng kinh tế, văn hoá xã hội, khoa học thành phố, bên cạnh ñó việc quy hoạch tính toán thiết kế không hợp lý hạ tầng kỹ thuật ñô thị ñã ñể lại tồn không tốt ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sống Đà Nẵng, ñã gây nên tượng ngập úng có mưa, ảnh hưởng ñến ñời sống sức khỏe người dân, làm niềm tin nhân dân vào ñiều hành quyền ñô thị Khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng khu vực ñã ñược xây dựng từ năm 2004 ñể góp phần phát triển mở rộng ñô thị Đà Nẵng, nằm phía tây nam thành phố Khu vực sau ñưa vào sử dụng, ngày ô nhiễm môi trường hệ thống thoát nước chung nước mưa thải sinh hoạt không qua xử lý ñã ñổ trực tiếp vào hồ ao gây mùi hôi thối Hệ thống thoát nước mưa nước thải chảy chung không ñủ khả thoát nước gây ngập úng thường xuyên cho khu vực Đến năm 2008, ngân hàng giới ñã ñề xuất nghiên cứu tách nước thải khỏi nước mưa cửa xả vào ao hồ, ñưa trạm xử lý nước thải ñổ sông Cẩm Lệ, làm giảm mùi hôi thối, ô nhiễm môi trường cho khu vực Tuy nhiên hệ thống cống chung nước mưa nước thải phía trước cửa xả không ñủ khả thoát nước gặp mưa dẫn ñến ngập úng diễn thường xuyên Footer Page of 126 Mục ñích, ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Những nhược ñiểm tính toán thoát nước mưa công thức kinh nghiệm khắc phục ñược phần lớn có mô hình lý thuyết ñược xây dựng dựa phương trình học chất lỏng Phần lớn phương trình học chất lỏng ñều phương trình vi phân dạng không tường minh nên giải phương pháp toán học thông thường Hiện với phát triển mạnh mẽ phương pháp số, ñặc biệt phương pháp sai phân hữu hạn nhờ ứng dụng rộng rãi máy tính ñiện tử, nên có ñược công cụ hỗ trợ ñắc lực cho việc giải toán cách nhanh chóng với ñộ xác cao không cần phải giản Header Page of 126 hóa nhiều chi tiết toán, bỏ qua nhiều tượng có ảnh hưởng lớn ñến ñộ xác kết tính toán cuối Từ thực tế vậy, luận văn tập trung nghiên cứu mô hình tính toán hệ thống thoát nước mưa sử dụng phương trình lý thuyết học chất lỏng, lý thuyết thủy văn ñô thị ñể mô hình hóa qúa trình dòng chảy ñô thị, ứng dụng mô hình SWMM (mô hình quản lý nước mưa) xây dựng dựa phương pháp sai phân hữu hạn ñể nâng cao ñộ xác kết tính toán thoát nước mưa ñô thị Vấn ñề ñược giải ñem lại phương pháp tính hợp lý cho công tác quy hoạch, thiết kế, cải tạo công trình thoát nước ñô thị chảy không ổn ñịnh biến ñổi dần Trên sở kết ñạt ñược, kiến nghị phương pháp tính toán thoát nước ñô thị cho kết tính toán hợp lý tin cậy áp dụng cho toán quy hoạch thiết kế Trong ñiều kiện tài liệu nghiên cứu hạn chế thời gian nghiên cứu hạn hẹp luận văn tập trung giải khu ñô thị ñịa bàn thành phố Đà Nẵng làm ví dụ ñề xuất mô hình nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Kế thừa nghiên cứu trước ñây thủy văn ñô thị, thủy lực dòng chảy hở, thủy lực dòng chảy có áp, mô hình toán thoát nước ñô thị, luận văn tập trung vào nội dung chủ yếu là: Các vấn ñề ñô thị hóa thoát nước ñô thị Lý thuyết tính toán dòng chảy ñô thị Áp dụng mô hình toán ñại ñể tính toán kiểm tra hệ thống cống thoát nước ñô thị, áp dụng tính toán cho Khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng Kết luận ñề xuất Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn ñược cụ thể vào việc mô hình hóa tính toán cải tạo hệ thống thoát nước mưa khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng khu vực ñã xây dựng hạ tầng kỹ thuật ñịa bàn thành phố Đà Nẵng Sử dụng hồ sơ thiết kế ñã phê duyệt, tài liệu ñịa hình, ñịa chất, thủy văn thu thập ñược Sông Cẩm Lệ,… luận văn ñi sâu vào toán tính toán thoát nước ñô thị theo mô hình toán ñại, tức xem dòng chảy ñúng với chất thực dòng Footer Page of 126 Phương pháp nghiên cứu Dùng phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết, kết hợp nghiên cứu qui luật vật lý, tài liệu ñịa hình, thuỷ văn, dòng chảy lũ, mưa v.v trạm khí tượng thủy văn Cẩm Lệ Áp dụng có phân tích phần mềm tính toán ñể xác ñịnh tham số mô hình tính toán Từ kết qủa tính toán có kiến nghị phù hợp phục vụ cho công tác thiết kế, cải tạo công trình thoát nước ñô thị Chọn tên ñề tài Từ phân tích ñã nêu tác giả lựa chọn tên ñề tài "Nghiên cứu cải tạo Quy hoạch hệ thống thoát nước khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng" Cấu trúc luận văn Luận văn ñược chia thành phần chương sau: - Phần mở ñầu - Chương : Hiện trạng thoát nước Khu dân cư Khuê Trung - Chương : Thoát nước ñô thị tiến trình ñô thị hóa - Chương : Lý thuyết tính toán dòng chảy ñô thị - Chương 4: Áp dụng mô hình toán ñại tính toán cải tạo hệ thống thoát nước khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng - Kết luận kiến nghị Header Page of 126 CHƯƠNG HIỆN TRẠNG THOÁT NƯỚC KHU DÂN CƯ KHUÊ TRUNG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Với sách ‘Đổi ñất lấy hạ tầng’ ñể xây dựng phát triển ñô thị nhu cầu nhà ở, ñất dân cư thành phố người thành phố ñến ñịnh cư làm ăn, Đà Nẵng ñã bước biến ñất nông nghiệp, kênh rạch hồ ao tự nhiên phía tây nam thành phố thành ñất ñô thị, thành khu dân cư khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng Các khu dân cư ñược hình thành giải vấn ñề lớn ñất ñô thị cho nhân dân, phát triển kinh tế cho vùng miền Tuy nhiên kèm theo ñó công tác quy hoạch tính toán hệ thống thoát nước không hợp lý ñã gây ngập úng, kìm hãm phát triển kinh tế, ñời sống vùng ñó 1.3 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CỦA KHU DÂN CƯ KHUÊ TRUNG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Hệ thống thoát nước trạng khu vực nghiên cứu hầu hết hệ thống thoát nước chung cho nước thải nước mưa, ñược hình thành qúa trình ñô thị hóa từ năm 2004 Đến năm 2008 nước thải ñược tách riêng vị trí cửa xả vào ao hồ, bơm ñến trạm xử lý nước thải Hòa Cường dẫn sông Cẩm Lệ Trạm xử lý nước thải giải vấn ñề ô nhiễm môi trường, nhiên vấn ñề ngập úng mưa vấn ñề nan giải Hệ thống cống khu vực thường xuyên ñược nạo vét, cơi nới mưa ngập Nước mưa theo tuyến kênh cống chảy từ phía nam ñến phía bắc khu vực, ñổ hồ Hòa Cường, thoát sông sông Cẩm Lệ Khi trời mưa to gặp lũ hay triều dâng sông Cẩm Lệ hệ thống thoát nước mưa khu dân cư bị tê liệt gây ngập úng, ảnh hưởng ñến ñời sống nhân dân Khu dân cư Khuê Trung vùng tập trung nước cho lưu vực 545,5 ha, cống thoát nước ñây phải tải lượng nước lớn khu dân cư khác nằm phía thượng lưu 1.2 VỊ TRÍ VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.2.1 Vị trí Khu vực nghiên cứu thuộc phường Khuê Trung Hòa Cường, TP Đà Nẵng 1.2.2 Điều kiện tự nhiên 1.2.3 Đặc ñiểm ñịa hình - Địa hình phẳng, ñộ dốc i = 0,003 ñến 0,005 - Cao ñộ từ 2.6m ñến 6.0m 1.2.4 Đặc ñiểm thủy văn Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng chế ñộ thủy văn sông Cẩm Lệ 1.2.5 Hiện trạng sử dụng ñất 1.2.6 Các tiêu kinh tế kỹ thuật khu vực Footer Page of 126 CHƯƠNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ VỚI QÚA TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA 2.1 MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ Do yêu cầu kỹ thuật vệ sinh nguyên tắc xả nước thải vào mạng lưới thoát nước ñô thị, mà người ta phân biệt hệ thống thoát nước: hệ thống thoát nước chung, hệ thống thoát nước riêng hỗn hợp 2.1.1 Hệ thống thoát nước chung 2.1.2 Hệ thống thoát nước riêng 2.1.3 Hệ thống thoát nước hỗn hợp Header Page of 126 10 2.2 CÁC NGUYÊN TẮC VỀ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC 2.2.1 Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới 2.2.2 Nguyên tắc ñặt ñường ống thoát nước 2.2.3 Lựa chọn vật liệu ñường ống, mối nối 2.2.4 Độ sâu chôn cống ñộ dốc ñường ống 2.3 CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN MẠNG LƯỚI 2.3.1 Giếng thu nước mưa 2.3.2 Giếng thăm 2.3.3 Giếng chuyển bậc 2.3.4 Hồ ñiều hòa 2.3.5 Trạm bơm 2.4 ĐÔ THỊ HÓA VÀ VẤN ĐỀ THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ 2.4.1 Khái niệm thủy văn ñô thị 2.4.2 Đô thị trình ñô thị hoá Trong vài kỷ gần ñây, sản xuất xã hội nói chung, sản xuất công nghiệp nói riêng ñược cánh mạng khoa học kỹ thuật tiếp sức ñã làm cho trình ñô thị hoá phát triển với tốc ñộ chưa có Quá trình ñô thị hoá làm tăng trưởng kinh tế, văn hoá xã hội, khoa học vùng miền, ñể lại tồn không tốt ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sống ñô thị ñó Vì vậy, cần phải xem xét nghiên cứu toàn có hệ thống thực ñô thị hoá lượng nước cần tiêu, lượng chất cần xử lý ñòi hỏi phải xác ñịnh chuẩn xác ñối với vùng lưu vực Vì lý ñó phương pháp sử dụng toán tiêu nước ñô thị phải dựa quan ñiểm hệ thống, toàn thể 2.4.3 Lưu vực ñô thị với vấn ñề tiêu thoát nước Lưu vực ñô thị nơi chịu tác ñộng mạnh mẽ người Những hoạt ñộng có mục ñích người ñã làm thay ñổi sâu sắc chế ñộ dòng chảy lưu vực ñô thị Do yêu cầu tiêu thoát nước ñối với ñô thị cao: thời gian tiêu nhanh, tiêu ñiều kiện, nơi thành phố; ñảm bảo vệ sinh môi trường, quản lý sử dụng tài nguyên nước hợp lý Vì Footer Page of 126 2.4.4 Vấn ñề thoát nước ñô thị việt nam Cũng ñô thị khác giới, ñô thị Việt Nam phát triển mạnh, dân số tăng nhanh; ñặc biệt sau ngày ñất nước thống Nhu cầu nhà thành phố ñã trở thành vấn ñề lớn xã hội Sự cơi nới, mở rộng tự phát, lấn chiếm ñất ñai, hệ thống dẫn nước có nhiều ñoạn bị thu hẹp, hồ ao bị san lấp Bên cạnh ñó, hệ thống tiêu thoát nước ñã ñược xây dựng từ lâu, nhiều ñoạn không giá trị sử dụng, quản lý vận hành yếu, thiếu kinh phí tu bổ… làm cho tượng úng ngập thường xuyên xảy mùa mưa ñến 2.4.5 Kỹ thuật thoát nước ñô thị Kỹ thuật tiêu thoát nước ñại ñối với lưu vực ñô thị thực ñược bắt ñầu từ sau có cách mạng công nghiệp khoảng kỷ thứ XIX Điểm khởi ñầu kỹ thuật tiêu thoát nước ñô thị tính từ năm 1852, ñánh dấu ñời bảng tính sẵn xác ñịnh ñộ dốc kích thước cống tiêu John Roe Cho ñến nay, nhìn chung phương pháp tính toán tiêu thoát nước cho ñô thị nước ta phần lớn mức sử dụng công thức kinh nghiệm, công thức nguyên dòng chảy ñể xác ñịnh lưu lượng lớn cần tiêu kích thước ñường cống tiêu Trong năm gần ñây, ñối với dự án tiêu thoát nước thành phố lớn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng kỹ thuật mô hình toán ñã ñược áp dụng nghiên cứu giải toán tiêu thoát Header Page of 126 11 12 CHƯƠNG LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐÔ THỊ Bảng 3.4 Các mô hình toán thoát nước ñô thị 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA ĐÔ THỊ 3.1.1 Khái quát phương pháp tính toán dòng chảy ñô thị 3.1.2 Phương pháp truyền thống 3.1.3 Phương pháp mô hình tính toán ñại 3.2 PHƯƠNG PHÁP CƯỜNG ĐỘ GIỚI HẠN 3.2.1 Cường ñộ mưa 3.2.2 Tần suất mưa chu kỳ tràn ống 3.2.3 Thời gian mưa 3.2.4 Hệ số dòng chảy 3.3 MÔ HÌNH TOÁN HIỆN ĐẠI TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY ĐÔ THỊ 3.3.1 Mô hình hóa 3.3.2 Cơ sở toán học mô hình mô dòng chảy ñô thị 3.3.2.1 Giới thiệu hệ phương trình Saint – Venant Gồm hai phương trình ñạo hàm riêng phương trình liên tục phương trình ñộng lượng ñược gọi hệ phương trình Saint – Venant Hệ phương trình mô tả biến thiên lưu lượng Q mức nước h thông số tương ñương theo không gian thời gian 3.3.2.2 Phương pháp giải Có nhiều thuật toán ñể giải phương trình Saint–Venant, nhiên phương pháp sai phân phương pháp ñược sử dụng nhiều 3.3.3 Một số mô hình toán ñại tính thoát nước mưa ñô thị Mô hình SWMM CAREDAS UNSTDY MIKE URBAN HYDRO-WORKS/SPIDA DAGVL-DIFF STORM CHƯƠNG ÁP DỤNG MÔ HÌNH TOÁN HIỆN ĐẠI TÍNH TOÁN CẢI TẠO HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CỦA KHU DÂN CƯ KHUÊ TRUNG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.1 LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SWMM 4.1.1 Mô hình Storm Water Management Model (SWMM) 4.1.1.1 Giới thiệu mô hình Đây mô hình vật lý mô trình dòng chảy mưa lưu vực ñô thị bao gồm phần thấm sau thấm Sau ñó tổng hợp diễn toán theo phương pháp thuỷ lực toàn hệ thống tiêu thoát nước ñô thị SWMM ñược viết theo chuỗi mô ñun ñộc lập gồm môñun: RUNOFF, EXTRAN, TRANSPORT, STORAGE – RECEIVING & TREATMENT Trên sở nhu cầu thoát nước mưa ñể giải tình hình ngập vùng ñô thị xúc nên hai mô hình ñược sử dụng luận văn RUNOFF EXTRAN 4.1.1.2 Mô hình RUNOFF a Xuất xứ khả mô Footer Page of 126 Sơ ñồ tính Sai phân Sai phân ẩn ñiểm Sai phân ẩn ñiểm Sai phân ẩn ñiểm Sai phân ẩn ñiểm Sai phân ẩn ñiểm Sai phân Header Page of 126 13 14 Mô hình RUNOFF ñược xây dựng dựa việc ñơn giản hóa hệ phương trình Saint–Venant ñó bỏ qua số hạng ñộng lượng phương trình ñộng lượng Mô hình RUNOFF thực tính toán dòng chảy mặt theo hai bước: - Tính toán trình mưa hiệu - Tính toán dòng chảy mặt xuất lượng mưa hiệu b Tính toán lượng mưa hiệu Việc tính toán lượng mưa hiệu ñược thực phương pháp khấu trừ tổn thất bốc từ bề mặt ñất, ñiền trũng, thấm c Tính toán dòng chảy mặt Phương trình mô dòng chảy tràn mặt bao gồm phương trình liên tục phương trình ñộng lượng ñược giải phương pháp Newton – Raphson 4.1.1.3 Mô hình EXTRAN a Xuất xứ khả mô Mô hình EXTRAN mô hình toán dùng ñể diễn toán dòng chảy chuyển ñộng qua hệ thống cống kín kênh hở SHUBINSKI ROESNER xây dựng vào năm 1973 EXTRAN nhận biểu ñồ trình dòng chảy nút người sử dụng ñưa vào từ thực tế gián tiếp từ mô hình khác trực tiếp từ trình mưa thông qua file liên hệ với mô hình RUNOFF b Tính toán dòng chảy hệ thống b1 Hệ phương trình Saint – Venant ∂A ∂Q + =0 ∂t ∂x (3.6.a) ∂Q ∂Q / A ∂H + + gAS f + gA =0 ∂t ∂x ∂x (3.6.b) Footer Page of 126 b2 Phương pháp giải Phương pháp sai phân hữu hạn kết hợp phương pháp EULER cải tiến c Tính toán dòng chảy qua công trình Khi dòng chảy qua công trình ñập tràn, cống chuyển ñộng dòng chảy thường thay ñổi ñột ngột nên ñược gọi dòng chảy không ñều biến ñổi gấp Do ñó cần phải sử dụng công thức chuyển ñổi ñể ñưa dạng không ñều, biến ñổi chậm ñể ñảm bảo tính ổn ñịnh mô hình d Cấu trúc chương trình tính Mô hình ñược viết ngôn ngữ Fortran Mô hình mô tối ña 2000 lưu vực tính; 2000 kênh, cống ñược khai báo trước; 100 hồ chứa; 500 bơm; 200 lỗ; 400 ñập; 500 biên (có thuỷ triều không) 4.1.2 Cấu trúc file liệu mô hình SWMM 4.1.3 Độ ổn ñịnh mô hình SWMM Mô hình ổn ñịnh ñảm bảo ñiều kiện Curant – Levy, ñó thời ñoạn tính toán ñược chọn nhỏ so với thời gian cần ñể cho sóng ñộng lực ñủ lan truyền theo chiều dài ñoạn ống 4.1.4 Nhận xét mô hình SWMM Có thể nói mô hình ñã xem xét ñiều kiện tác ñộng công trình mà xét ñến tính chất dòng chảy chuyển từ chảy trọng lực sang có áp hệ thống cống ngầm 4.2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH Tác giả ñã sử dụng phần mềm SWMM (phiên 5.0) ñể thiết lập mô hình mạng lưới cống thoát nước mưa gồm có hai phần: Môñun thủy văn môñun thủy lực dựa liệu thu thập nói môñun thủy văn tính toán lưu lượng nước mưa chảy Header Page of 126 15 16 tràn từ lưu vực vào hệ thống thoát nước, mô ñun thủy lực tính toán lưu lượng ñộ sâu nước hệ thống kênh, cống Các thông số ñược xác ñịnh thông qua ñồ ñịa hình, trạng sử dụng ñất thông qua tra cứu Với phân bố phức tạp khu vực nên việc lấy trung bình hóa chúng lưu vực phận dẫn ñến sai số, không phản ánh ñúng chất lưu vực Do ñó, trình sử dụng mô hình cần phải trải qua khâu hiệu chỉnh-kiểm chứng mô hình Hiệu chỉnh-kiểm chứng mô hình thực chất tính toán, ñánh giá sai số xác ñịnh thông số cho mô hình nhằm kiểm tra hợp lý kết lý thuyết thực tế ño ñược 4.2.1 Thiết lập môñun thủy văn Quá trình thiết lập môñun thủy văn ñược thực sau: 1) Phân chia lưu vực hệ thống cống gắn lưu vực với ñiểm nút mô hình thủy lực nơi nước từ lưu vực chảy ñến 2) Nghiên cứu và/hoặc tính toán ñặc tính lưu vực như: loại ñất, tỷ lệ phần trăm không thấm nước, bề rộng, ñộ dốc, diện tích… 3) Phân bố biểu ñồ mưa nuớc thải hữu cho lưu vực 4.2.2 Thiết lập môñun thủy lực Quy trình thiết lập mô hình thủy lực ñược trình bày sau: 1) Thiết lập mạng lưới nút ñường nối ñó ñường nối nối nút với 2) Chuẩn bị thông tin nút tọa ñộ, cao ñộ mặt ñất cao ñộ ñáy, kích cỡ hoạt ñộng cửa xả thể lưu giữ nước 3) Phân phối lưu lượng nước mưa chảy tràn nước thải ñến ñiểm nút mô hình thủy lực 4) Chuẩn bị thông tin ñường nối mặt cắt dọc, chiều dài kích thước (hình dáng, kích cỡ mặt cắt ngang), hệ số nhám cống kênh hở, v.v… 4.2.3 Cống nằm mô hình Cống nằm mô hình thủy lực cống bắt ñầu từ cửa xả ñến cống thượng lưu nơi kích thước cống không lớn 1.200 mm Cống tương ứng với kênh, cống ñược quy ñịnh Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7957:2008 4.3 HIỆU CHỈNH – KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH 4.3.1 Lý phải hiệu chỉnh – kiểm chứng mô hình Footer Page of 126 4.3.2 Số liệu ñể hiệu chỉnh kiểm chứng mô hình Số liệu lưu lượng, ñộ sâu nước lượng mưa ñược thu thập từ trình ño ñạc thủy văn hai trận mưa ngày 16/10/2011 07/11/2011 ñược dùng ñể hiệu chỉnh/kiểm chứng mô hình, ñó trận mưa ngày 16/10/2011 ñược dùng ñể hiệu chỉnh trận mưa 07/11/2011 ñược dùng ñể kiểm chứng mô hình 4.3.3 Các bước hiệu chỉnh/kiểm chứng mô hình Số liệu mưa phút trận mưa ngày 16/10/2011 07/11/2011 ñược nhập vào môñun thủy văn ñể tính toán dòng chảy tràn từ lưu vực vào hố ga môñun thủy lực Mực nước 30 phút trạm thủy văn Cẩm Lệ trận mưa ngày 16/10/2011 07/11/2011 ñược sử dụng ñiều kiện biên hạ lưu mô hình Các loại thông số ñược hiệu chỉnh ñó là: Thông số bước thời gian tính, thông số hiệu chỉnh dòng chảy mặt thông số diễn toán thủy lực hệ thống Số lượng ñộ lớn thông số phụ thuộc vào mức ñộ phức tạp sơ ñồ tính Dưới ñây trình hiệu chỉnh loại thông số: - Từ sơ ñồ tính tiến hành vào thông số ñể kiểm tra ổn ñịnh bước thời gian tính với diễn biến thủy lực mô tả trạng cho trường hợp khác Header Page of 126 17 18 - Thông số hiệu chỉnh dòng chảy mặt: lưu vực phận ñược ñặc trưng thông số diện tích lưu vực (AREA), chiều rộng trung bình lưu vực (WIDTH), tỷ lệ lớp phủ cứng (IMPERV), ñộ dốc trung bình lưu vực (SLOPE), ñộ nhám bề mặt (NIMPERV, NPERV), tổn thất thấm ướt lớp phủ cứng (IMPER), tổn thất ñiền trũng lớp ñất tự nhiên (PERV) Hiệu chỉnh thông số ñặc tính ñất ảnh hưởng lớn ñến lượng mưa hiệu quả, thời gian trì triều cường thời gian ñỉnh triều cường tâm mưa - Các thông số diễn toán thủy lực hệ thống: nút tính toán có cao ñộ bờ (ELEV), cao ñộ ñáy (Z), dòng chảy ban ñầu (QINST); ñoạn tính toán có ñộ dài ñoạn (LEN), hệ số nhám lòng dẫn (ñối với kênh tự nhiên ñược chia chi tiết thành ñộ nhám lòng dẫn, ñộ nhám bãi trái, ñộ nhám bãi phải) quan hệ (X-Y) (cao trình ñáy khoảng cách) ñối với lòng dẫn tự nhiên hay ñộ rộng (WIDE) ñộ sâu (DEEP) ñối với lòng dẫn hình chữ nhật mô ñặc trưng ñoạn Quá trình hiệu chỉnh thông số diễn toán thủy lực hệ thống thực chất hiệu chỉnh mực nước nút tính toán lưu lượng ñoạn tính toán Với số lượng thông số lớn thông số nhạy ñối với lưu lượng mực nước hệ số nhám Manning lòng dẫn ñộ dài ñoạn mưa lưu vực ngày 07/11/2011 ñều so với trận mưa ngày 16/10/2011 Footer Page of 126 Modeled Rain 4 MM/5-Min Flow (M3/Sec) 10 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 Time (hr:min) Hình 4.16 Kiểm chứng lưu lượng máy ño số cho trận mưa ngày 07/11/2011 Measured Pipe Surcharge Flood Level Modeled Rain 2.5 1.5 0.5 10 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 Time (hr:min) Hình 4.17 Kiểm chứng mực nước máy ño số cho trận mưa ngày 07/11/2011 MM/5-Min Water Leve (M) 4.3.4 Biểu ñồ hiệu chỉnh Kết tính toán từ mô hình ñược so sánh với giá trị thực ño số nút cho thấy phù hợp trình tính toán thực ño Tuy nhiên tồn sai lệch nhiều nguyên nhân phân bố mưa không ñều toàn lưu vực, sai số thông số mô hình so với thực tế Sự phản ứng lưu lượng ñộ sâu nước với trận mưa ngày 07/11/2011 phù hợp với trận mưa ngày 16/10/2011, phân bố Measured Header Page 10 of 126 19 20 4.4 KIỂM TRA THOÁT NƯỚC CỦA MẠNG LƯỚI CỐNG 4.4.1 Thiết lập trận mưa thiết kế: Tác giả sử dụng trận mưa thiết kế ñã ñược CDM thiết lập dựa số liệu mưa theo từ 1999 ñến 2008 số liệu mưa theo ngày từ năm 1976 ñến 2006 trạm Cẩm Lệ Đồ thị ñường cong IDF biểu ñồ mưa phút ñược phát triển từ số liệu lịch sử giả ñã thêm 75cm vào mực nước biển thiết kế 100-năm cao ñể thiết kế công trình yêu cầu thiết kế 100-năm thêm 23cm vào mực nước biển thiết kế cao cần thiết cho hệ thống cống kênh thoát nước yêu cầu thiết kế 30-năm, v.v… Đối với biến ñổi khí hậu mưa, có chứng giảm tổng lượng mưa nửa cuối kỷ trước Tuy nhiên, ñể bảo ñảm an toàn, IPCC ñề xuất nhân giá trị lượng mưa với 1.05 (5%) cho năm 2050 1% cho 10 năm từ năm 2000 ñến 2050 4.4.2 Thiết lập tần suất thủy triều Đà Nẵng nằm vùng ñồng ven biển với cao ñộ mặt ñất 2m ñến 6m so với mực nước biển nhiều vị trí nơi cống gần cửa xả nằm mực nước biển bị ảnh hưởng thủy triều Bảng sau trình bày chu kỳ triều ñược suy từ chuỗi mức triều hàng năm lớn từ năm 1976 ñến 2008 trạm ño Cẩm Lệ Bảng 4.8 Tần suất triều trạm Cẩm Lệ Chu kỳ 1-năm 2- năm 5- năm 10- năm Triều cường Cẩm Lệ + 0.70 m + 1.45 m + 2.40 m + 3.00 m 4.4.3 Ảnh hưởng biến ñổi khí hậu lên thủy triều lượng mưa Ủy Ban Liên Chính Phủ Biến Đổi Khí Hậu (IPCC) ñã dự báo mực nước biển dâng dựa mực nước biển lịch sử từ năm 1980 – 1999 Báo cáo biến ñổi khí hậu ñược lập Bộ Tài Nguyên Môi Trường (MONRE) hội thảo Ngân Hàng Thế Giới Nha Trang năm 2009 ñã chấp thuận dự báo IPCC áp dụng dự báo cho Việt Nam IPCC ñã ñưa phương án: Thấp (B1), Trung bình (B2) Cao (A1FI) Bộ Tài Nguyên Môi Trường ñề xuất Phương án B2 ñược sử dụng cho bờ biển Việt Nam Kết là, ñối với ñô thị Đà Nẵng, tác Footer Page 10 of 126 4.4.4 Xác suất tương quan chu kỳ thủy triều chu kỳ mưa Do hệ thống cống Thành phố Đà Nẵng bị ảnh hưởng triều, cần nghiên cứu kết hợp tần suất mưa tần suất thủy triều xác suất tương quan hai kiện ñể có ñược chu kỳ chung cho hệ thống cống nhằm xác ñịnh ảnh hưởng biến ñổi khí hậu SNC-LAVALIN ñã nghiên cứu xác suất tương quan mực nước thủy triều mực nước mưa ñã ñề xuất hệ thống thoát nước nên có chu kỳ mưa 5-năm, sau ñó kiểm tra tương ứng ñối với triều 1-năm, 2-năm cuối 5-năm Theo ñánh giá xác suất tương quan mưa 5-năm với triều 1-năm xẩy lần 15-20 năm xác suất tương quan mưa 5-năm với triều 2-năm xẩy lần thời gian lâu 25-30 năm Vì hệ thống thoát nước kênh, cống ñược thiết kế cho mưa 4-năm triều 1,75 năm mưa 1-năm triều 6-năm, xác xuất tương quan xảy lần 10 năm 4.4.5 Kiểm tra thoát nước mạng lưới cống 4.4.5.1 Kết tính toán Hiện tiêu chuẩn Việt Nam ñưa phương pháp cường ñộ giới hạn (hoặc phương pháp thích hợp) tính toán thoát nước mưa ñô thị xét ñến chu kỳ mưa, không xét ñến chu kỳ triều, chu kỳ chung tổ hợp mưa triều Do tác giả ñã lấy theo nghiên cứu SNC- Header Page 11 of 126 21 22 LAVALIN, sử dụng kịch tổ hợp mưa chu kỳ năm với triều chu kỳ năm, chu kỳ chung 10 năm ñể kiểm tra hệ thống thoát nước cho kênh, cống Bảng 4.11 Vị trí ngập úng cho mưa chu kỳ năm triều chu kỳ năm Vị trí Ký hiệu: : Tên vị trí ngập úng Hình 4.21 Vị trí ngập úng cho mưa chu kỳ năm triều chu kỳ năm Footer Page 11 of 126 Hố ga ngập J_0491 J_0922 J_0129 J_0131 J_0136 J_5790 Độ sâu ngập (m) 0.68 0.62 0.65 0.59 0.47 0.54 Thời gian ngập 1giờ 8phút 1giờ 15phút 58 phút 57 phút 56 phút 1giờ 54phút Cống qúa tải 00557 765 L247 L255 L258 00366 4.4.5.2 Nhận xét kết tính toán Tính Tính toán kiểm tra mạng lưới cống thoát nước khu dân cư Khuê Trung với chu kỳ mưa năm- triều chu kỳ năm, chu kỳ chung 10 năm cho hệ thống kênh cống tương ứng với TCVN, tác giả có nhận xét sau: - Các vị trí ngập úng mô hình trùng với vị trí ngập úng thực tế người dân phản ảnh với quyền thành phố thời gian qua - Các vị trí ngập có ñộ sâu ngập trung bình 0.6m, thời gian ngập trung bình phút Với mức ñộ ngập tràn nước rác thải vào nhà dân gây ô nhiễm môi trường, giao thông khu vực bị tắc nghẽn, gây nguy hiểm tính mạng cho người dân - Các ñoạn cống phía sau hố ga bị ngập không chuyển tải nước mưa cống nên làm dâng cao mực nước hố ga tạo nên vũng ngập mặt ñất tự nhiên - Thời ñiểm bị ngập nhiều thời ñiểm ñỉnh mưa gặp ñỉnh triều Điều không thấy ñược tính toán phương pháp truyền thống trước ñây Header Page 12 of 126 23 24 - Các cống bị qúa tải sau tăng ñộ Bảng 4.12 vị trí không ngập theo kết qủa tính toán mô hình Các vị trí cống qúa tải nằm vị trí ñất trống, nên cải tạo thuận lợi, giảm chi phí, ñỡ tốn công tác tháo dỡ, hoàn trả trạng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bảng 4.12 Điều chỉnh ñộ cống Cống qúa tải 00557 765 Khẩu ñộ cống tải gây Khẩu ñộ cống ñiều ngập úng (mm) chỉnh ñể hết ngập (mm) Tiết diện hộp B=2x2000; H=2000 Tiết diện tròn D= 1200 L247 Tiết diện tròn D= 1200 L255 Tiết diện hộp B=1200; H=1200 L258 Tiết diện tròn D= 1200 00366 Tiết diện hộp B=1200; H=1060 Footer Page 12 of 126 Tiết diện hộp B=3x2000; H=2000 Tiết diện tròn D= 1500 Tiết diện hộp B=2000; H=2000 Tiết diện hộp B=2200; H=1200 Tiết diện hộp B=1700; H=1900 Tiết diện hộp B=1900; H=1060 Kết luận - Giếng tách dòng cửa xả tách nước thải khỏi nước mưa dẫn trạm xử lý nước thải Hòa Cường làm cho môi trường khu dân cư giảm thiểu ô nhiễm, nhiên khả cống thoát nước chung nước mưa nước thải không ñủ nên gây tràn nước từ hố ga lên mặt ñường gây ô nhiễm môi trường - Mô hình toán ñại mô hệ thống thoát nước khu dân cư Khuê Trung cho kết qủa tính toán ñường qúa trình lưu lượng, cao trình mặt dòng chảy nút tương ñối gần với kết qủa thực ño cho trận mưa ngày 16/10/2011 nhiên sai lệch Bộ thông số mô hình ñược hiệu chỉnh ñể ñường trình lưu lượng, cao trình mặt dòng chảy ñạt kết qủa xác ñến kết qủa thực ño trận mưa ngày 16/10/2011 - Mô hình ñược kiểm chứng lại với trận mưa ngày 07/11/2011 cho kết qủa ñường qúa trình lưu lượng, cao trình mặt dòng chảy nút…gần xác với kết thực ño - Với việc hiệu chỉnh kiểm tra mô ñảm bảo ñộ tin cậy ñể ñánh giá công suất (khả năng) thoát nước, tình hình ngập úng Khu dân cư Khuê Trung, thành phố Đà Nẵng với kịch khác - Kịch mưa chu kỳ năm với triều chu kỳ năm, chu kỳ chung 10 năm ñã ñược tác giả tính toán cho kênh cống thoát nước tương ứng tiêu chuẩn Việt Nam Với kịch mô hình ñã cho kết qủa vị trí ngập úng, cống bị qúa tải Điều trái ngược với kết ñã tính toán thiết kế trước ñây công thức kinh nghiệmphương pháp cường ñộ giới hạn ñảm bảo khả thoát nước - Phương pháp tính toán truyền thống (phương pháp cường ñộ giới hạn, phương pháp thích hợp…) không cho kết xác Header Page 13 of 126 25 26 không kể ñến ảnh hưởng tổ hợp mưa, triều, mực nước biển dâng; xem dòng chảy ổn ñịnh ñều thực tế dòng chảy không ổn ñịnh không ñều theo không gian thời gian Đây nguyên nhân dẫn ñến tình hình ngập úng diễn thường xuyên trầm trọng ñô thị Đà Nẵng nói riêng Việt Nam nói chung - Tính ưu việt mô hình toán thoát nước ñô thị bàn cải, khắc phục nhược ñiểm phương pháp truyền thống ñể mô hình ñi ñến kết xác phải cần ñến nhiều số liệu ño ñạc phục vụ cho việc hiệu chỉnh/ kiểm chứng mô hình nước qúa tải, quy hoạch ao hồ trữ nước tương lai với tác ñộng biến ñổi khí hậu Đồng thời mở rộng cho cống nhánh ñể mô khu vực ngập úng cục - Tăng thêm số lượng trạm ño mưa ñể giảm thiểu biến thiên lượng mưa theo không gian cho toàn Đà Nẵng cho ñến lắp ñặt hệ thống mưa raña - Đề nghị thiết lập hệ thống báo ñộng sớm cho mạng lưới sông Thành phố Đà Nẵng ñể dự báo lan truyền lũ sông ñến hạ nguồn Thành phố nhằm thiết lập chương trình vận hành cho bơm ao/hồ ñiều tiết Kiến nghị - Mở rộng ñoạn cống hạ lưu hố ga bị ngập ñể cống ñủ khả thoát nước, làm nước cống không tràn ngược lên hố ga - Một số ñoạn cống chung nước mưa nước thải ñổ trực tiếp vào hồ Hòa Cường sông Cẩm Lệ, gây ô nhiễm hồ sông Cần bổ sung giếng tách dòng vị trí cửa xả tách nước thải trạm xử lý Hòa Cường, sau ñó ñổ sông Cẩm Lệ - Cửa xả sông cần bổ sung cửa van ngăn triều ñể mưa lớn gặp triều cao van tự ñộng ñóng lại ngăn không cho nước chảy vào kết hợp bổ sung trạm bơm ñể bơm nước - Trong tương lai cần tách riêng hoàn toàn hệ thống thoát nước mưa nước thải có so sánh hiệu kỹ thuật, kinh tế xã hội - Phương pháp cường ñộ giới hạn dùng tính toán sơ bộ, phải tính toán kiểm tra lại mô hình toán thủy văn-thủy lực ñại thiết kế hệ thống thoát nước mưa Phương pháp mô hình toán tính thoát nước ñô thị cần phải ñuợc bổ sung vào tiêu chuẩn Việt Nam - Mở rộng phát triển mô hình mô hệ thống thoát nước Khu dân cư Khuê Trung cho ñô thị Đà Nẵng, làm sở ñể quản lý bảo dưỡng hệ thống thoát nước trạng, thiết kế cải tạo hệ thống thoát Hướng nghiên cứu - Trong ñiều kiện tài liệu ño ñạc - quan trắc cụ thể khu vực nghiên cứu phục vụ cho việc tính toán mô hình hạn chế, tương lai áp dụng cần ñồng hơn, nghiên cứu phương pháp cân chỉnh mô hình ñể việc sử dụng mô hình ñem hiệu cao - Nghiên cứu phát triển công nghệ GIS ñể số hóa hệ thống thoát nước ñô thị, làm sơ sở liệu ñể tính toán thoát nước ñô thị theo mô hình toán ñại - Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực hai chiều tràn bãi hệ thống sông làm ñiều kiện biên cho mô hình thoát nước ñô thị Footer Page 13 of 126  ... công tác cải tạo hệ thống thoát nước mưa Chính vậy, tác giả lựa chọn vấn ñề "Nghiên cứu cải tạo Quy hoạch hệ thống thoát nước Khu dân cư Khu Trung, thành phố Đà Nẵng" làm ñề tài nghiên cứu luận... tính toán cải tạo hệ thống thoát nước khu dân cư Khu Trung, thành phố Đà Nẵng - Kết luận kiến nghị Header Page of 126 CHƯƠNG HIỆN TRẠNG THOÁT NƯỚC KHU DÂN CƯ KHU TRUNG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 1.1... TRẠNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CỦA KHU DÂN CƯ KHU TRUNG, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Hệ thống thoát nước trạng khu vực nghiên cứu hầu hết hệ thống thoát nước chung cho nước thải nước mưa, ñược hình thành qúa