Nghiên cứu tính toán thoát nước mưa lưu vực quận 4, thành phố hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THỐT NƯỚC MƯA LƯU VỰC QUẬN 4, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mã ngành: 60580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Huỳnh Thanh Sơn Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Nguyễn Hồng Quân Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Quang Trưởng Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 30 tháng 07 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Lê Song Giang TS HỒ Tuấn Đức PGS TS Nguyễn Hồng Quân TS Nguyễn Quang Trưởng PGS TS Nguyễn Thống Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc —-oOo— NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/12/1983 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy MSHV: 1570125 - TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THỐT NƯỚC MƯA LƯU VỰC QUẬN 4, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NHỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Nghiên cứu ứng dụng mơ hình thủy lực PCSWMM vào toán thoát nước mưa cho lưu vực quận 4, Tp HCM với số kịch mưa triều, từ đó: - Đánh giá khả nước hệ thống cống ngầm hữu - Đánh giá cần thiết / không cần thiết xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội lưu vực - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/02/2019 - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/06/2019 - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS HUỲNH THANH SON Tp HCM, ngày 12 tháng 08 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CÁM ƠN Đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu tính tốn hệ thống thoát nước mưa lưu vực quận 4, thành phố Hồ Chí Minh” hồn thành trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh hướng dẫn Thầy PGS TS Huỳnh Thanh Sơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến Thầy PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn, cảm ơn Thầy dìu dắt, tận tình hướng dẫn hết lòng giúp đỡ, động viên tơi nhiều vượt qua khó khăn không giảng đường mà cỏn sống để tơi hồn thành đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy PGS TS Nguyễn Thống, Thầy TS Nguyễn Quang Trưởng Thầy Cô khác Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước tư vấn hỗ trợ suốt trình thực luận văn Trong trình thực luận văn, tơi xin gửi lời cảm ơn đến ThS Diệp Nguyên Thịnh - Phó giám đốc cơng ty TNHH Một thành viên Thốt nước Đơ thị Tp Hồ Chí Minh quan tâm giúp đỡ hỗ trợ việc thu thập số liệu kiến thức chun mơn phục vụ cho q trình làm luận văn Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình ln bên tơi lúc khó khăn, nguồn động viên tinh thần lớn để tơi hồn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2019 HỌC VIÊN Nguyễn Văn Đức i TÓM TẮT Luận văn tập trung vào toán ngập mưa triều lưu vực quận 4, TP HCM Lưu vực với diện tích khoảng 4,2 km2, bao bọc bời sơng Sài Gòn, kênh Tẻ kênh Bến Nghé, xem lưu vực độc lập Các tính tốn thủy lực thực với nhiều tổ hợp mưa triều khác với công cụ hỗ trợ phần mềm ID & 2DH PCSWMM 2019 Kết tính cho thấy lưu vực quận chịu ngập theo mức độ khác (nhẹ, vừa nặng) có mưa 110 mm triều +1,21 m Luận văn xét phương án làm hồ điều tiết Khánh Hội có diện tích khoảng 4,8 theo đề nghị Trung tâm chống ngập nước TP.HCM Kết tính cho thấy hồ điều tiết có tác dụng mưa có vũ lượng lớn (khoảng 180 mm) triều cường (khoảng +1,91 m) Với hệ thống cống hữu, dung tích hồ cần thiết vào khoảng 90.000 m3 với diện tích 3,0 chiều sâu m Luận văn chưa xét đến vai trò cống ngăn triều Bến Nghé Tân Thuận ABSTRACT This thesis focuses on the problem of flooding due to rain and tide in the basin of District 4, TP HCM This basin with an area of about 4.2 km2, surrounded by Saigon River, Te Canal and Ben Nghe Canal, can be seen as an independent basin Hydraulic calculations are carried out with many different rain and tide combinations with the support of ID & 2DH PCSWMM 2019 software The calculation results show that the District basin only suffers from flooding at different levels (light, medium and heavy) when there is rainfall over 110 mm and tide above +1,21 m The thesis also considers the plan of making Khanh Hoi regulating lake with an area of about 4,8 hectares at the request of the Center for Flood Protection in Ho Chi Minh City The calculation results show that the regulating lake is only effective when the rain is very large (about 180 mm) and high tide (about +1,91 m) With the existing sewer system, the requữed reservoữ capacity is only about 90.000m3 with an area of 3,0 and a depth of m The current thesis does not consider the role of two sluices to prevent Ben Nghe and Tan Thuan tide LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn “Nghiên cứu tính tốn nước mưa lưu vực quận 4, Tp Hồ Chí Minh” thực hướng dẫn trực tiếp Thầy PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn Trong luận văn có sử dụng tài liệu tham khảo trích dẫn rõ ràng, số liệu thu thập phục vụ nghiên cứu trung thực Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2019 HỌC VIÊN Nguyễn Văn Đức MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VIH CHƯƠNG 1: MỞ ĐẰU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CÚU 1.2.1 Mục tiêu chung 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CÚU 1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CÚU 1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU 1.7 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 1.7.1 Các nghiên cứu nước 1.7.2 Các nghiên cứu nước CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LƯU VỰC TÍNH TỐN 2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 2.1.1 Vị trí địa lý 2.1.2 Địa hình: 2.1.3 Địa chất cơng trình: 2.1.4 Đặc điểm khí hậu: 2.1.5 Điều kiện kinh tế, văn hóa xã hội 10 2.1.6 Chế độ thủy văn 11 2.1.7 Tình hình ngập lụt thiệt hại ngập 11 2.2 ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN GÂY NGẬP TRONG KHU VỰC 12 2.2.1 Các nguyên nhân khách quan 12 2.2.2 Các nguyên nhân chủ quan .14 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT LẬP MƠ HÌNH 16 3.1 Cơ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH IÍNH TỐN THỐT NƯỚC MƯA 16 3.2 TƠNG QUAN MƠ HÌNH PCSWMM 2019 19 3.2.1 Giới thiệu mơ hình PCSWMM 2019 19 3.2.2 Khả mơ hình PCSWMM 2019 .19 3.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH PCSWMM 21 3.3.1 Tính toán lượng mưa hiệu 21 3.3.2 Tính tốn thấm, lượng thấm 22 3.3.3 Tính tốn dòng chảy 1D 23 3.3.4 Tính tốn dòng chảy 2DH (2DH flow) 25 3.4 THIẾT LẬP MƠ HÌNH 27 3.4.1 Cơ sở tính tốn 27 3.4.2 Sơ đồ lưới tính 27 3.4.3 Điều kiện biên 28 3.4.4 Các bước tiến hành thiết lập mơ hình .28 3.4.5 Xác định biên tổng thể lưu vực nghiên cứu .28 3.4.6 Sơ đồ hóa hệ thống cống nước .29 3.4.7 Phân chia tiểu lưu vực 30 3.4.8 Cập nhật cao độ địa hình DEM cho lưu vực nghiên cứu 30 3.4.9 Sơ đồ hóa mạng lưới kênh giả chảy bề mặt 31 3.4.10 Các thơng số đầu vào mơ hình 31 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN TÍNH TỐN .34 4.1 THIẾT LẬP CÁC KỊCH BẢN TÍNH TỐN 34 4.2 HỆU CHỈNH VÀ KIÊM ĐỊNH MƠ HÌNH TÍNH TOÁN .35 V g)Q7 Thời gian (h) Hĩnh 4.7 Diễn biến lưu lượng cống số vị trí Nhận xét: Tại biểu đồ mực nước H ta thấy khơng có thay đổi đáng kể ảnh hường việc chia ô lưới 2D tính tốn Tuy nhiên biểu đồ lưu lượng Q cống có thay đổi lưới nhỏ (mịn) lưu lượng quan sát có tính ổn định hơn, trình chuyển tiếp nước bề mặt nút xảy ngập trở lại cống nước cống mơ diễn biến liên tục Tuy nhiên việc chia lưới tính tốn mịn ảnh hưởng đến thời gian mô máy tính: với lưới tính tốn 10 m, thời gian máy tính xuất kết 01 17 phút; với lưới tính tốn 15 m, thời gian máy tính xuất kết 20 phút với thơng số Do để đáp ứng thời gian tính tốn đảm bảo nội dung yêu cầu đề tài, đề xuất chọn lưới tính tốn 15 m Hệ số chảy tràn C: > Vị trí điểm trích xuất mực nước H (m) cống: a) HI - 50% - c = 70% - c = 95% Ọ ỵ-Ị Ò o m H O ỰỊ (N Ọ ỵ-Ị st o O m ỰỊ ứi Lũ ọ o O ọ cn un T- O T— I cn I ÓÓ rd rd rd rd rd rd rd rd rd Thời gian (h) d) H4 E■ 'S Ì5 h rL J \ \ 1 3,5 o rd o o cn rd o LT) rd o o rd sf cn LT) o LT) ưa o rd 00 o cn CD o o o o o LT) rd cn LT) rd o rd rd rd cn sf rd ưa rd rd oo o LT) rd cn o rd r* rd c = 50% — c = 70% o o cn LH rd rd c = 95% rd rd 00 rd Thời gian (h) Trang 47 e) H5 E t1 05 \ 1 lồ C = 50% — c = 70% \ -0,5 ooooooooooooo ĩ—imưiĩ—imưiĩ—imưiĩ—imưiĩ—1 o ồAiAi^ừiùàòòcnồAiòn^ùà X—1 ĩr—i V—i X—1 X—1 !ISn rd c = 95% o o o o 41 TÍ n 41 ơơ o H H (N (N Thời gian (h) f) H6 — C = 50% C = 70% c = 95% Thời gian (h) g) H7 - 50% c - c = 70% - c = 95% Ọ T—I o m o Ọ LT) T—I o m o Ọ o m o Ọ o m o Ọ o m o Ọ o m LT) T—I LT) T—I LT) T—I LT) T—1 OHrN-ímLũCũCDOtNrn-íUDixcũOH t—I t—ĩ t—i V—I t—I t—I V-H c»l c»l Ọ ỰỊ Ai Õĩ Thời gian (h) Hình Diễn biến mực nước hổ ga sổ vị trí Trang 48 b) Q2 0,2 ví — C = 50% C = 70% c = 95% o o T—1 cn r-i o ỰỊ o T—1 o cn ừi o ỰỊ o T—1 ÕÕ o ỢỊ cri o LT) o T—1 Ói 1—1 T—i oo ỢỊ ỰỊ ỠĨ T-i v-i Ọ o o o T—1 ỢỊ ỰỊ T—1 ÙỘ r> ÕÕ 1—1 i—l r—1