Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 7: Mô hình hóa và thiết kế hệ thống thoát nước cung cấp cho người học các kiến thức về thủy văn, tính thủy lực hệ thống thoát nước. Đây là tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Xây dựng và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯƠÙC TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM NỘI DUNG MÔN HỌC Khoa KTXD - Bộ môn KTTNN PGS TS NGUYỄN THỐNG E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr Chương Chất lượng, ht phân phối nước & thiết bị Chương Quản lý cung - cầu cấp nước Chương Mơ hình hố & thiết kế ht cấp nước Chương 4: Phân tích mạng lưới cấp nước Chương 5: Nước va đường ống chảy có áp Chương Quy hoạch hệ thống thóat nước Chương Mơ hình hố & thiết kế ht nước Chương Thoát nước vùng triều Chương Quản lý vận hành ht cấp thoát nước Phần mềm SWMM & EPANET Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 10/14/2010 Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 1: Chất lượng, hệ thống phân phối & thiết bò NỘI DUNG Thực hành 1: Mơ hình dự báo nhu cầu nước dùng với p/p Hồi quy tuyến tính Thực hành 2: Mơ mạng lưới cấp nước với EPANET Thực hành 3: Mơ mạng lưới nước với SWMM Thực hành 4: Mô thủy lực với HECRAS 10/14/2010 NOÄI DUNG - Thủy văn - Tính thủy lực hệ thơng thoat nươc PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước THỦY VĂN 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống PGS Dr Nguyễn Thống MƯA THIẾT KẾ Mưa tượng ngẫu nhiên Biến đổi theo khơng gian thời gian Khi thiết kế hệ thống thoát nước cần phải xác định mơ hình mưa dùng làm đầu vào cho phần tính tốn 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Mưa thiết kế cường độ mưa bình quân trình mưa suốt thời gian mưa Mưa thiết kế ñược xác ñịnh dựa phân tích số liệu đo mưa nhiều năm trạm khí tượng khu vực CƯỜNG ðỘ MƯA I 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống I= P I (mm / h ) or q = (l /(s − ) Td 0.36 Với: Td – Thời gian mưa, P – Lớp nước mưa hay ñộ sâu mưa Cường ñộ mưa phụ thuộc vào: Vị trí khu vực Chu kỳ xuất lại mưa p Thời gian mưa Td 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Ơ khu vực, quan hệ I, Td, p gọi IDF (IntensityDuration-Frequency); IDF ñược diễn tả dạng biểu đồ hay cơng thức Dạng tổng quát cương ñộ mưa I: I= a l/s mm / h or Tdc + b Td – Thời gian kéo dài mưa (phút) a, b, c – Phụ thuộc vị trí khu vực tần suất p (thông thường c = 1) 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Khu vực phô HCM (nghiên cứu JICA): Chu kỳ p (năm) a b c 10 20 50 6520 7627 8464 9302 10410 36,7 37,0 37,2 37,3 37,5 1 1 10/14/2010 10 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước PGS Dr Nguyễn Thống 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống 11 QUÁ TRÌNH MƯA ðể đánh giá diển biến ngập khu vực cần phải tính tốn từ q trình mưa theo thời gian Mơ hình q trình mưa xây dựng từ tài liệu mưa thực tế hay từ quan hệ IDF nêu 10/14/2010 12 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Q TRÌNH MƯA Mơ hình đường cong gần với q trình mưa thực tế đòi hỏi phải có dự đốn tin cậy Mơ hình chử nhật xem mưa phân bố ñều suốt thời gian mưa, cường ñộ mưa cường độ mưa bình qn tính Mơ hình tam giác có thời gian trước đỉnh ta, thơng thường: ta = (0,3 ÷ 0,5)Td ta tb 10/14/2010 13 PGS Dr Nguyễn Thống 10/14/2010 14 PGS Dr Nguyễn Thống MAÏNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước CHU KỲ TÍNH TỐN Chu kỳ lặp lại mưa p ảnh hưởng ñến cường độ mưa định kích thước, khối lượng hệ thống thoát nước Chọn chu kỳ p theo cách: (1) Kinh nghiệm (2) Phân tích rủi ro (3) Phân tích kinh tế nước Trong phân tích kinh tế nước, ứng với chu kỳ p xác ñịnh mức đầu tư cho cơng trình đồng thời ñánh giá ñược thiệt hại mưa có chu kỳ lớn gây Rõ ràng chọn p lớn mức đầu tư tăng cao thiệt hại giảm ñi ngược lại; Qua phân tích kinh tế chọn p tối ưu 10/14/2010 15 PGS Dr Nguyễn Thống 10/14/2010 16 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Dự án “Thốt nước lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè” Công ty CDM từ phân tích số liệu điều tra kinh tế ñiều tra mức ñộ thiệt hại mưa gây úng ngập TP HCM giai ñoạn 1994 – 1995 ñã ñề nghị chu kỳ p = năm cho hệ thống cống ngầm (cấp II, III, IV), p = năm cho kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (cấp I) Chọn chu kỳ mưa tính tốn p phụ thuộc vào trạng kinh tế xã hội khu vực hướng phát triển Khơng thể lấy p thành phố phát triển cao Tokyo, San Francisco, … dùng cho thành phố có mức sống thấp Hà Nội, TP HCM, … đầu tư cho hệ thống nước q cao khơng tương xứng với thiệt hại mà tránh ñược Trong phạm vi Việt Nam có khác biệt p TP HCM thành phố nhỏ khác 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống 17 10/14/2010 18 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Nhưng dự án nước nhỏ, khơng có ñiều kiện phân tích kinh tế xã hội tổng thể, chu kỳ mưa tính tốn p thường chọn theo kinh nghiệm (phương pháp chuyên gia) + Theo Tiêu Chuẩn Việt Nam (TCVN 4449: 1987): KHU DÂN CƯ 10/14/2010 19 PGS Dr Nguyễn Thống Khu đường nhánh Khu đường p (năm) ðK thuận lợi trung bình ðK thuận lợi 1-2 ðK khơng thuận lợi ðK trung bình 2-3 ðK đặc biệt khơng thuận lợi ðK khơng thuận lợi 5-10 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC ðK đặc biệt khơng thuận lợi (xem định nghĩa sau) 10-20 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước • ði u ki n (ðK) thu n l i: Diện tích lưu vực Flv = 150ha độ dốc địa hình iđh = 0,005 • ðK trung bình: Flv > 150ha iđh = 0,005 Flv = 150ha iđh = 0,005 0,02 • ðK khơng thu n l i: Flv > 150ha iđh > 0,005 Flv = 150ha iñh > 0,02 • ðK đ c bi t khơng thu n l i: Cống thoát nước mưa từ vùng trũng lưu vực KHU CƠNG NGHIỆP 10/14/2010 21 PGS Dr Nguyễn Thống Hậu ngập úng Khơng gián đoạn sản xuất Gián đoạn sản xuất 3-5 22 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước HIỆP HỘI KỸ SƯ CƠNG CHÍNH MỸ (ASCE) THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC p (năm) Khu dân cư, quan Khu thương mại, công nghiệp, nhà ga, phi trường, bến cảng 10 10/14/2010 10/14/2010 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC PGS Dr Nguyễn Thống p (năm) PGS Dr Nguyễn Thống Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Khu vực ðất nơng nghiệp, nghĩa trang 20 23 10/14/2010 24 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Thời gian tập trung nước lưu vực thời gian dài cần thiết ñể giọt nước mưa rơi vị trí “bất lợi” di chuyển đến vị trí nước khu vực Trong mơi trường thị, lưu vực nhỏ, tiểu lưu vực có diện tích bề mặt tương đối bé (ví dụ, hình thành sở vài khn viên xây dựng cơng trình nhà đoạn đường phố) nơi miệng cống Ta gọi thời gian vào, te , thời gian tập trung cho tiểu lưu vực ñược ñịnh nghĩa 10/14/2010 25 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chế độ thủy lực chảy tràn mặt 2D Chế ñộ thủy lực chảy k/áp cống 10/14/2010 27 28 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Thời gian te phụ thuộc: độ dốc trung bình bề mặt khu vực theo hướng miệng thu nước khoảng cách nước phải di chuyển, chảy tràn mặt, ñể ñến miệng cống thu nước tình trạng tự nhiên bề mặt địa hình nước chảy qua CÁC MƠ HÌNH ðÁNH GIÁ THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC Te 10/14/2010 Với lưu vực thị lớn: Thời gian tập trung nước : T = Te + Tf Tf thời gian nước chảy ống cống, tính từ tiểu lưu vực vị trí nước chung cho khu vực 10/14/2010 PGS Dr Nguyễn Thống PGS Dr Nguyễn Thống 26 PGS Dr Nguyễn Thống 29 10/14/2010 30 PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Một cách tổng qt, dao động từ phút ñến 30 phút tùy theo quy mô tiểu lưu vực cách bố trí vị trí thu nước Trong vùng dân cư đơng đúc, tỷ lệ diện tích bề mặt khơng thấm lớn ta có thời gian vào te ngắn Trong đó, với vùng dân cư, nhà dạng hộ cá thể ñất tương ñối phẳng, thời gian vào te dao ñộng khoảng phút ñến 10 phút ðể ñánh giá thời gian vào, người ta đề nghị nhiều mơ hình như: mơ hình Kerby, mơ hình Kirpich, mơ hình Schaake, mơ hình Cơ quan Hàng khơng Liên bang M Mơ hình Kerby Mơ hình cho phép đánh giá thời gian cần thiết cho lớp nước mỏng chảy bề mặt có tính chất thay ñổi 10/14/2010 31 PGS Dr Nguyễn Thống 0.467 2.187 nL te = ( phut ) 0.5 s • L: khoảng cách lớn nước phải di chuyển mặt (m) Với mơ hình áp dụng cho L3) 66 PGS Dr Nguyễn Thống 11 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước Green Ampt’s Equation Nếu F > Fs Hiện tượng thấm ñược mơ giai đoạn: Chiều cao mao dẫn Fs = S * IMD for i > K s i −1 ðộ ẩm thiếu hụt Ks Nếu F < Fs ban đầu f = i Khơng tính Fs trường hợp i