Nghiên cứu xác định quy mô hợp lý trạm bơm và hồ điều hòa của hệ thống thoát nước

Do vậy ý định sử dụng một trong các công cụ này để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ nhằm xác định được quy mô của các công trình chính trạm bơm đầu mối, hồ điều hoà chủ

L ỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Tác giả Luận văn

L ỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu dưới sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo, đến nay công việc nghiên cứu của học viên đã đạt được những kết quả nhất định để có thể viết lên luận văn này

Từ đáy lòng mình, tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn GS TS Dương Thanh Lượng, người hướng dẫn khoa học đã tận tình dìu dắt, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Chân thành cảm ơn Bộ môn Cấp thoát nước, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi với vai trò là cơ quan đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi cho học viên học tập và nghiên cứu

Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên, giúp đỡ và gửi gắm nơi học viên

Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Tác giả Luận văn

M ỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU x

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu x

2 Mục tiêu nghiên cứu xii

3 Đối tượng nghiên cứu xii

4 Phạm vi nghiên cứu xii

5 Nội dung nghiên cứu xii

6 Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận xiii

7 Dự kiến các kết quả xiii

TỔNG QUAN 14

CHƯƠNG 1. 1.1 Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu 14

1.2 Tình hình dân sinh, kinh tế, xã hội 21

1.3 Hiện trạng thủy lợi vùng dự án 22

1.4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu về quy mô trạm bơm và hồ điều hòa cho lưu vực nghiên cứu 24

1.1 Các nghiên cứu về tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước ở trong nước và thế giới 26

1.1.1 Các nghiên cứu ở trong nước 26

1.1.2 Các nghiên cứu tiêu thoát nước ở nước ngoài 27

1.2 Kết luận chương 1 29

MÔ HÌNH HÓA TRẠM BƠM, HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC ĐỐI CHƯƠNG 2 TƯỢNG KHÁC CỦA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC NGHIÊN CỨU 31

2.1 Trạm bơm và phương pháp xác định các thông số thiết kế trạm bơm 31

2.1.1 Phương pháp xác định cột nước của máy bơm tiêu 31

2.1.2 Phương pháp xác định lưu lượng thiết kế trạm bơm tiêu 32

2.1.3 Lựa chọn phương pháp tính toán tiêu thoát nước 39

2.2 Hồ điều hoà trong hệ thống tiêu thoát nước và phương pháp tính toán hồ điều hòa 39

2.2.1 Khái niệm 39

2.2.2 Phương pháp và thuật toán xác định kích thước của hồ điều hoà 41

2.3 Các loại đối tượng cần mô phỏng trong mô hình SWMM 41

2.4 Các số liệu đầu vào cơ bản của mô hình 49

2.5 Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước 53

2.6 Thiết lập mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước trên SWMM 54

2.7 Bài toán tối ưu hóa thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước 58

2.8 Kết luận chương 2 62

XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ TRẠM BƠM VÀ KÍCH CHƯƠNG 3 THƯỚC THIẾT KẾ CỦA CÁC HỒ ĐIỀU HOÀ 63

3.1 Xác định quan hệ ràng buộc giữa quy mô trạm bơm và hồ điều hòa 63

3.1.1 Phương trình của điều kiện ràng buộc 63

3.1.2 Phương pháp xác định ràng buộc 63

3.2 Xác định các giá trị lưu lượng và diện tích hồ tối ưu 67

3.2.1 Xây dựng hàm mục tiêu của bài toán tối ưu 67

3.2.2 Xác định phương án tối ưu 70

3.3 Kết luận chương 3 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 76

DANH M ỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (0C) 16

Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%) 16

Bảng 1.3 Lượng mưa năm tại một số trạm trên hệ thống Sông Nhuệ 17

Bảng 1.4 Kết quả tính toán lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max ứng với tần suất P = 5% và 10% (đơn vị: mm) 17

Bảng 1.5 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Láng (mm) 17

Bảng 1.6 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông (mm) 18

Bảng 1.7 Lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 (mm) 19

Bảng 1.8 Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm) 19

Bảng 1.9 Các mực nước Sông Hồng tại Hà Nội (Long Biên) ứng với các tần suất tính toán 20

Bảng 1.10 Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở ứng với các tần suất tính toán 20

Bảng 1.11 Các mực nước Sông Hồng tại Đông Mỹ ứng với các tần suất tính toán 21

Bảng 1.12 Mực nước báo động tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng 21

Bảng 1.13 Tình hình dân số năm 2015 huyện Thanh Trì (Phần nằm trong trong lưu vực tiêu TB Đông Mỹ) 22

Bảng 1.14 Diện tích, năng suất một số cây trồng chủ yếu của các địa phương thuộc Hà Nội 22

Bảng 1.15 Phương án máy bơm của trạm bơm Đông Mỹ 26

Bảng 2.1 Thông số các tiểu lưu vực (Subcathments) của hệ thống tiêu Đông Mỹ 50

Bảng 2.2 Lượng mưa lớn nhất ứng với tần suất 10% (mm) 51

Bảng 2.3 Lượng mưa 3 ngày max TS 10% phân phối theo ngày (mm) 51

Bảng 2.4 Lượng mưa 72 giờ TS 10% phân phối theo giờ (mm) 52

Bảng 3.1 Kết quả xác định diện tích hồ Fhồ theo lưu lượng trạm bơm đầu mối QTB để lưu vực không có ngập úng 66

Bảng 3.2 Chi phi xây dựng các trạm bơm 68

Bảng 3.3 Tổng chi phí xây dựng 70

Bảng 3.4 So sánh với kết quả tính toán với các nghiên cứu trước 71

Bảng PL1 Thông số các tiểu lưu vực (Subcathments) của hệ thống tiêu Đông Mỹ mô phỏng trong SWMM 77

Bảng PL2 Thông số các nút (Junctions) của hệ thống tiêu Đông Mỹ mô phỏng trong SWMM 81

Bảng PL3 Thông số các đường dẫn (Conduits) của hệ thống tiêu Đông Mỹ mô phỏng trong SWMM 84

Bảng PL4 Quá trình mực nước tại điểm khống chế O-51 - Trường hợp chọn

Bảng PL7 Cơ cấu diện tích đất phi nông nghiệp 92

Bảng PL8 Hiện trạng các công trình trên kênh thuộc lưu vực dự án 92

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Vị trí lưu vực nghiên cứu trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP

Hà Nội 14

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán thời gian dòng chảy 33

Hình 2.2 Quan niệm về dòng chảy mặt 37

Hình 2.3 Ví dụ về sự thể hiện các đối tượng vật lý dùng để mô hình hóa một hệ thống tiêu thoát nước 42

Hình 2.4 Thí dụ về trắc ngang kênh tự nhiên 47

Hình 2.5 Mô hình mưa giờ thiết kế - trạm Hà Đông 53

Hình 2.6 Mô hình mưa giờ thiết kế - trạm Hà Nội 53

Hình 2.7 Hệ thống tiêu thoát nước của lưu vực nghiên cứu mô phỏng trên SWMM 56

Hình 2.8 Minh họa một phần bản đồ làm việc SWMM trên nền ảnh hệ thống tiêu thoát nước 57

Hình 2.9 Sơ đồ thuật toán tối ưu hóa với hai thông số điều khiển lưu lượng Q và diện tích hồ điều hòa F của hệ thống tiêu thoát nước 61

Hình 3.1 Nhập giá trị diện tích hồ điều hòa và các thông số khác của hồ 64

Hình 3.2 Đường quá trình lưu lượng của TB Đông Mỹ - Trường hợp QTB=21m3/s Fhồ=64,7ha 65

Hình 3.3 Đường quá trình mực nước tại điểm khống chế O-51 - Trường hợp QTB=21m3/s, Fhồ=64,7ha 65

Hình 3.4 Đường quá trình mực nước tại hồ Đông Mỹ - Trường hợp QTB=21m3/s, Fhồ=64,7ha 65

Hình 3.5 Đường quá trình lưu lượng ra (+) và vào (−) hồ Đông Mỹ - Trường hợp QTB=21m3/s, Fhồ=64,7ha 66

Hình 3.6 Quan hệ Fhồ~QTB thỏa mãn ràng buộc ZmaxĐM(Q, F)=3,9 67

Hình 3.7 Đồ thị quan hệ giữa phí xây dựng trạm bơm và lưu lượng trạm CTB~Q 69

Hình 3.8 Đồ thị quan hệ Chồ và diện tích hồ Fhồ 70

Hình 3.9 Quan hệ giữa tổng chi phí xây dựng và lưu lượng thiết kế trạm bơm 71

Hình PL1 Đường quá trình lưu lượng của TB Đông Mỹ - Trường hợp chọn QTB=36m3/s, Fhồ=11,8ha 87

Hình PL2 Đường quá trình mực nước tại điểm khống chế O-51 - Trường hợp chọn QTB=36m3/s, Fhồ=11,8ha 87

Hình PL3 Đường quá trình mực nước tại hồ Đông Mỹ - Trường hợp chọn QTB=36m3/s, Fhồ=11,8ha 89

Hình PL4 Đương quá trình lưu lượng ra (+) và vào (−) hồ Đông Mỹ - Trường hợp chọn QTB=36m3/s, Fhồ=11,8ha 89

Hình PL5 Đường trắc dọc kênh Om tại giờ có mực nước lớn nhất - Trường hợp chọn

QTB=36m3/s, Fhồ=11,8ha 89 Hình PL6 Đường trắc dọc kênh Đồng Trì giờ có mực nước lớn nhất - Trường hợp

chọn QTB=36m3/s, Fhồ=11,8ha 90

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

QH108 Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 (ban hành kèm theo

Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20/6/2008 của Thủ tướng Chính phủ)

QH1259 Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn

đến năm 2050 (ban hành kèm theo Quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ)

QH4673 Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến

năm 2030 (ban hành kèm theo Quyết định số 4673/2012/QĐ-UBND ngày 03/7/2012 của UBND TP Hà Nội)

QH725 Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm

2050 (ban hành kèm theo Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/5/2013 của Thủ tướng Chính phủ)

QH937 Quy hoạch tiêu nước hệ thống sông Nhuệ (ban hành kèm theo Quyết

định 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chính phủ) SWMM Storm Water Management Model - Mô hình quản lý ngập úng do mưa

M Ở ĐẦU

1 T ÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Hà Nội là thủ đô của Việt Nam, là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học

và công nghệ của cả nước Hà Nội có tiềm năng phát triển đáng kể, tuy nhiên, cơ sở hạ tầng xây dựng không bắt kịp tốc độ đô thị hóa Hà Nội đang đối mặt với nhiều vấn đề, đặc biệt là tình trạng ngập úng

Trong các các quy hoạch mới của thủ đô, lưu vực Đông Mỹ là một phần của đô thị trung tâm TP Hà Nội ở phía nam sông Hồng Lưu vực Đông Mỹ đang được đô thị hóa với tốc độ cao và dự kiến sẽ hoàn toàn trở thành đất đô thị vào khoảng năm 2030 Lưu vực này chứa một phần của đô thị S5, thuộc chuỗi đô thị phía đông đường Vành Đai 4 của đô thị trung tâm Hà Nội, đồng thời còn chứa một phần đất sinh thái nông nghiệp Lưu vực Đông Mỹ nằm ở phần thấp nhất của đô thị Hà Nội phía nam sông Hồng

và được biết như là “rốn nước” của đô thị Hà Nội bởi nạn úng ngập thường xuyên xảy

ra và mức độ ngập là nghiêm trọng nhất

Trong những năm gần đây, với những thành tựu mới về khoa học và công nghệ, việc tính toán tiêu nước ngày càng được cải tiến với các công cụ hiện đại, cho phép tăng độ chính xác và gần gũi hơn với bản chất của các quá trình vật lý của hệ thống, bao gồm cả quy trình thủy văn, thủy lực, như các mô hình: MIKE, SWMM Do vậy ý định sử dụng một trong các công cụ này để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ nhằm xác định được quy mô của các công trình chính (trạm bơm đầu mối,

hồ điều hoà chủ yếu, các kênh tiêu chính) là một việc nên được đề cập đến

Để khắc phục tình trạng ngập úng, thành phố đang có kế hoạch xây dựng hệ thống tiêu thoát nước và trạm bơm để thoát nước ra sông Hồng Dự kiến vào khoảng năm

2020, khu vực này sẽ có trạm bơm Đông Mỹ Ngoài ra, cũng dự kiến xây dựng các hồ chứa nước mưa để giảm úng ngập và giảm kích thước của trạm bơm Tuy nhiên, số lượng và quy mô hồ điều hoà chưa được xác định một cách rõ ràng, do đó cần nghiên cứu cụ thể về vấn đề này

Nghiên cứu xây dựng hệ thống tiêu thoát nước Đông Mỹ, trong đó có việc xác định quy mô trạm bơm đầu mối và hồ điều hòa là rất cần thiết vì những lý do sau đây:

1) Phòng chống lũ lụt, khắc phục sự bất cập của hệ thống tiêu hiện tại và đối phó với biến đổi khí hậu toàn cầu

Do thủy thế của khu vực bất lợi, trong mùa mưa mực nước sông cao mà mặt đất trong khu vực lại thấp, việc tiêu nước tự chảy từ khu vực ra nguồn nhận nước sông Nhuệ là hết sức khó khăn Giải pháp tiêu nước cho khu vực cần được thực hiện chủ

yếu bằng động lực, nhưng năng lực của trạm bơm tiêu Đông Mỹ hiện nay còn quá

thấp, quy mô của các công trình tiêu còn quá nhỏ bé, hệ thống kênh mương tiêu nước

hiện nay bị xuống cấp

Trong thực tế, chỉ cần một trận mưa không lớn lắm với lượng mưa khoảng 100

mm đã có thể gây úng ngập khá nghiêm trọng trong khu vực, trong khi mưa lớn với cường độ hàng trăm mm/ngày thường xuyên xảy ra Đặc biệt, do tác động của sự biến đổi khí hậu toàn cầu cho nên trong những năm gần đây các trận mưa có cường độ cực

mạnh chưa từng có trong lịch sử liên tiếp xảy ra, gây úng ngập cực kỳ nghiêm trọng trên diện rộng

2) Khắc phục thiệt hại về kinh tế - xã hội

Trung bình mỗi năm ở khu vực này có hàng trăm héc ta đất bị úng ngập, gây thiệt hại lớn về kinh tế, trong đó có việc giảm sản lượng nông nghiệp, công nghiệp và ảnh hưởng lớn đến điều kiện sinh hoạt bình thường của hàng trăm nghìn người dân Chỉ tính riêng về nông nghiệp, mỗi năm thiệt hại khoảng 200 tỷ đồng do ngập lụt, còn nếu tính chung cho các ngành kinh tế và hậu quả cho môi trường, xã hội với mức thiệt hại

có thể ước tính tới hàng ngàn tỷ đồng

3) Đáp ứng yêu cầu phát triển của thủ đô

Theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô, Thanh Trì sẽ là khu vực phát triển đô thị cũng như các cơ sở công nghiệp quy mô nhỏ và vừa, các trung tâm dịch vụ, thương mại, đào tạo của thành phố Cùng với đó, Thanh Trì còn được quy hoạch thành một khu vực tạo vành đai công viên, cây xanh sinh thái và nông nghiệp chất lượng cao cho Thủ đô

Quá trình đô thị hóa làm cho diện tích bề mặt thấm nước giảm, diện tích điều tiết nước (ao, hồ, ruộng lúa ) giảm, diện tích bề mặt không thấm (bê tông, nhựa đường, mái nhà ) tăng lên, khi có mưa dòng chảy mặt hình thành nhanh chóng với hệ số tiêu rất lớn (lớn hơn so với trước khi đô thị hóa 4 đến 5 lần) Vì vậy, phải nhanh chóng và kịp thời xây dựng hệ thống tiêu thoát nước để kịp thời phục vụ cho sự phát triển đô thị; đặc biệt đô thị này là thủ đô - một trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế quan trọng bậc nhất của đất nước

4) Bảo vệ môi trường, phát triển tài nguyên nước và quản lý tổng hợp lưu vực sông Nhuệ

Hệ thống kênh chính cùng mạng lưới kênh mương nhánh trong khu vực là một nguồn tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nhiều mục đích: là một nguồn nước cho sinh hoạt và công nghiệp, là mạng thoát nước mưa, là nguồn thu nhận và vận chuyển nước thải, bổ cập nước ngầm, phục vụ giao thông thủy Vì vậy có thể coi sông hệ thống kênh mương trong khu vực là những huyết mạch của đô thị, cần được duy trì dòng chảy cơ bản một cách liên tục và thông suốt

Khi dòng chảy trong các sông ở khu vực được duy trì tốt, không bị quá cạn và cũng không bị tràn bờ, thì hệ thống sông này sẽ giúp cho việc duy trì nồng độ các chất

trong nước và trong đất ở mức độ và thời gian cho phép, góp phần rất quan trọng trong việc làm giảm bớt sự tích tụ và phát tán các chất độc hại (khí mê tan, khí sunfua, các kim loại nặng ) Việc cải thiện môi trường đó có tác động tốt trực tiếp cho khu vực, đồng thời còn tác động gián tiếp cho phạm vi rộng hơn: cho vùng lân cận, cho các tỉnh khác, và cho cả thế giới, từ đó nó cũng đóng góp tích cực vào việc làm giảm bớt sự biến đổi khí hậu và sự nóng lên của trái đất

Xây dựng hệ thống tiêu sẽ góp phần làm cho môi trường nước trên các kênh mương, ao hồ được cải thiện một cách đáng kể

Việc xây dựng các công trình tiêu động lực từ khu vực đổ ra sông Hồng còn làm

“giảm tải” sông Nhuệ, tức là giảm đáng kể lưu lượng dòng chảy và làm vợi mực nước của sông Nhuệ phía hạ lưu khi có mưa úng, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các vùng

hạ du hai bên Sông Nhuệ tiêu nước vào sông Nhuệ với mức ngập giảm và thời gian tiêu nhanh hơn, giảm bớt hiện tượng tràn đê sông Nhuệ

2 M ỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Tìm được quan hệ giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm tiêu đầu mối Đông Mỹ và quy mô của hồ điều hoà nước mưa (diện tích, các cao trình, dung tích trữ) để đảm bảo tiêu nước cho lưu vực tiêu Đông Mỹ

- Xác định được các thông số hợp lý (có thể là tối ưu): lưu lượng thiết kế trạm bơm Đông Mỹ QTK, diện tích hồ điều hoà Đông Mỹ Fhồ

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là Hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ

4 P HẠM VI NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các công trình chính của hệ thống tiêu thoát nước, bao gồm: trạm bơm tiêu đầu mối, hồ điều hoà Còn các hạng mục khác được kế thừa từ các nghiên cứu trước hoặc tham khảo trong các dự án quy hoạch hoặc

dự án đầu tư xây dựng

5 N ỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Các nội dung nghiên cứu cơ bản cần thực hiện là:

- Đánh giá tổng quan về hệ thống tiêu thoát nước của đô thị Hà Nội nói chung, trong đó có lưu vực Đông Mỹ;

- Xây dựng phương pháp tính toán hệ thống tiêu thoát nước cho khu vực nghiên cứu;

- Lập mô hình mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ;

- Phân tích thuỷ lực để xác định lưu lượng thiết kế trạm bơm và kích thước thiết

kế của các hồ điều hoà

6 P HƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN

* S ử dụng các phương nghiên cứu chính sau đây:

- Phương pháp thu thập số liệu: Để có được dữ liệu cho nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng lý thuyết về thuỷ lực, cấp nước, máy bơm và trạm bơm, tối ưu hoá

- Phương pháp mô hình toán: Dự kiến áp dụng mô hình SWMM, là một mô hình thuỷ văn, thuỷ lực để mô phỏng hoạt động của hệ thống

- Sử dụng các công cụ hỗ trợ mà hiện nay đã trở thành phổ biến: Word, Exel, CAD

* S ử dụng cách tiếp cận cơ bản sau đây:

- Cách tiếp cận hệ thống: Xem xét đối tượng nghiên cứu trong một hệ thông bao gồn các phần tử khác nhau và mối liên hệ gữa chúng; đó là: các tiểu lưu vực thoát nước, các đường dẫn nước (đường ống, kênh mương), các hồ điều hoà, các công trình điều chỉnh dòng chảy (cống điều tiết, tràn điều tiết ), trạm bơm, máy bơm ; quan hệ hữu cơ giữa mưa - dòng chảy mặt - dòng thấm xuống đất - dòng chảy trên kênh v.v

- Các tiếp cận kế thừa: Sử dụng số liệu và kết quả của các nghiên cứu trước đây từ: các đề tài, các dự án quy hoạch, các dự án đầu tư xây dựng, các công trình khoa học đã công bố

- Các tiếp cận hiện đại: Cố gắng sử dụng các công cụ mới nhất để nghiên cứu, trong đó có phần mềm SWMM phiên bản 5.1 năm 2017

7 D Ự KIẾN CÁC KẾT QUẢ

- Kết quả về tính toán mô hình mưa, mực nước và các số liệu khác

- Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ theo quy hoạch mới nhất

- Các phương án về thông số thiết kế trạm bơm đầu mối Đông Mỹ và hồ điều hoà Đông Mỹ và lựa chọn phương án hợp lý (hoặc tối ưu)

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU

1 Vị trí vùng nghiên cứu

Tham khảo QH724 và hồ sơ Dự án Cải tạo nâng cấp Hệ thống trạm bơm tiêu Đông Mỹ, có thể giới thiệu lưu vực nghiên cứu và tóm tắt tình hình tổng quan vùng này như sau đây

Hình 1.1 Vị trí lưu vực nghiên cứu trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội Lưu vực tiêu Đông Mỹ nằm trong Hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP

Hà Nội, là một phần của Hệ thống thuỷ lợi sông Nhuệ, nằm ở vùng đồng bằng sông Hồng Lưu vực tiêu Đông Mỹ được gồm diện tích đất đai của thị trấn Văn Điển và các

xã Tứ Hiệp, Ngũ Hiệp, Đông Mỹ, Liên Ninh, Ngọc Hồi, Vĩnh Quỳnh Căn cứ vào QH725 [6], lưu vực tiêu Đông Mỹ giới hạn bởi:

- Phía bắc là kênh Yên Sở;

- Phía đông là đê sông Hồng;

- Phía tây và tây nam là bờ sông Om và đường biên với lưu vực tiêu Tả Thanh Oai;

- Phía nam là đường Vành Đai 4

Diện tích lưu vực tiêu Đông Mỹ được đo lại là 2.238,6 ha, có thay đổi so với các quy hoạch trước đây nhưng không đáng kể

2 Địa hình và địa mạo

Khu vực có độ cao thay đổi từ +4,0÷+5,5 m với địa hình cao ở phía Bắc và thấp dần xuống phía Nam Khu vực cao nhất là thị trấn Văn Điển, có cao độ trung bình từ +4,8÷+5,5m Khu vực thấp nhất là xã Đông Mỹ, có cao độ trung bình từ +4,0÷+5,0m

3 Địa chất công trình, địa chất, địa chất thuỷ văn

a Địa tầng chung khu vực nghiên cứu

Địa tầng ở đây có đặc điểm phổ biến là các lớp trầm tích nguồn gốc bồi tích sông aluvi: sét, á sét, cát hoặc phân bố xen kẹp các trầm tích nói trên Mặt lớp gần như nằm ngang hoặc hơi nghiêng Địa tầng khu vực ít biến đổi, các trầm tích có nguồn gốc aluvi tướng lòng sông và bãi bồi Phần dưới sâu có nguồn gốc trầm tích biển, hoặc cửa sông ven biển

Địa tầng khu vực về tổng thể là gần tương tự nhau Trong phạm vi chiều sâu thăm

dò của các hố khoan có thể phân chia thành 6 đơn nguyên địa tầng, tuỳ từng vị trí mà

có bề dày khác nhau Các trầm tích này có tuổi Đệ tứ: Bên trên có tuổi Holocen muộn thuộc hệ tầng Thái Bình: aQ23 tb, tướng lòng sông và bãi bồi Thành phần thạch học biến đổi theo quy luật: dưới là hạt thô, trên là hạt mịn gồm cát, á cát, á sét và các thành phần biến đổi trung gian

b Địa chất công trình tại khu trạm bơm Đông Mỹ

- Lớp 1: Là lớp đất phủ, lộ trực tiếp trên bề mặt thiên nhiên; chỉ xuất hiện ở hố khoan

H7 phân bố trên đê, bờ kênh, nền đất vườn; đất đắp lấp hỗn hợp; bề dày thay đổi từ 0,0÷3,20 m, thay đổi tuỳ từng vị trí Chủ yếu là cát pha màu xám nâu trạng thái chảy

- Lớp 2: Đất sét pha màu xám nâu, xám đen, trạng thái dẻo mềm đôi chỗ dẻo

cứng Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=100

53’, C=0,204 kG/cm2, a1−2=0,04 cm2/kG

- Lớp 3: Đất sét pha lẫn hữu cơ, màu xám đen, trạng thái dẻo chảy đôi chỗ dẻo

mềm Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=7040’, C=0,119 kG/cm2, a1−2=0,072 cm2/kG Cần xem

xét tính toán xử lý gia cố

- Lớp 4: Đất sét pha lẫn ít sỏi sạn màu xám vàng, loang lổ, trạng thái dẻo cứng xen

kẹp dẻo mềm Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=120

10’, C=0,229 kG/cm2, a1−2=0,036 cm2/kG

- Lớp 5: Đất cát pha lẫn ít sỏi sạn màu xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo Chỉ gặp tại

hố khoan H4 Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=18059’, C=0,082 kG/cm2, a1−2=0,026 cm2/kG

- Lớp 6: Đất cát hạt vừa lẫn ít sỏi sạn xen kẹp cát pha, cát hạt nhỏ, màu xám ghi,

Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23o

C÷24oC Tổng nhiệt độ toàn năm khoảng 8.600oC Hàng năm có 3 tháng (từ tháng XII đến tháng II) nhiệt độ trung bình giảm xuống dưới 20oC Tháng I lạnh nhất, có nhiệt độ trung bình trên 16oC Mùa hè nhiệt độ tương đối dịu hơn Có 5 tháng (từ tháng V đến tháng IX) nhiệt độ trung bình trên

25oC Tháng VII nóng nhất, có nhiệt độ trung bình trên dưới 29oC

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông ( 0

C) Tháng

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Hà Nội 16,2 18,1 20,1 23,8 27,2 28,6 28,9 28,2 27,2 24,5 21,3 18,1

Hà Đông 17,0 19,3 22,1 25,4 27,0 27,0 27,9 27,9 26,8 24,5 20,8 19,3

Ngu ồn: [13]

b Độ ẩm

Độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 83÷85% Ba tháng mùa xuân là thời kỳ

ẩm ướt nhất, độ ảm trung bình tháng đạt 88÷90% hoặc cao hơn Các tháng cuối mùa thu và đầu mùa đông là thời kỳ khô hanh nhất Độ ẩm trung bình tháng có thể xuống dưới 80% Độ ẩm cao nhất có ngày đạt tới 98% và thấp nhất có thể xuống tới 64%

Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%) Tháng

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Hà Nội 82 85 88 88 84 84 85 87 86 83 81 82

Hà Đông 78 83 820 83 85 790 810 820 800 810 800 81

Ngu ồn: [13]

Bảng 1.5 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Láng (mm)

Tr ận mưa Điển hình 1994 T ần suất 10%

Gi ờ 29/8 30/8 31/8 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3

0-1 29/8 30/8 31/8 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3

Bảng 1.6 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông (mm)

Tr ận mưa Điển hình 1994 T ần suất 10%

Gi ờ 29/8 30/8 31/8 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3

Tr ận mưa Điển hình 1994 T ần suất 10%

Gi ờ 29/8 30/8 31/8 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3

T ổng ngày 168,10 193,30 15,50 220,48 108,22 8,68

Ghi chú: Trận mưa thiết kế chứa lượng mưa 24 h max TS10%

Ngu ồn: [13]

Bảng 1.7 Lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 (mm)

Bảng 1.8 Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm

Số giờ nắng hàng năm khoảng 1.600÷1.700 giờ Các tháng mùa hè từ tháng V đến tháng X có nhiều nắng nhất, trên dưới 200 giờ mỗi tháng Tháng II, III trùng khớp

với những tháng u ám là tháng rất ít nắng, chỉ đạt 30÷40 giờ mỗi tháng

5 Thuỷ văn, sông ngòi

Nội 2.710 m³/s

Mùa kiệt dài 7 tháng (tháng XI÷V) Dòng chảy của sông thời gian này ngoài nước mưa trên toàn lưu vực, chủ yếu do nước ngầm cung cấp Do vậy mực nước và lưu lượng của sông giảm xuống nhanh Mực nước sông trong các tháng III và IV thường

xuống đến mức thấp nhất Số liệu quan trắc tại trạm Hà Nội cho thấy, mực nước thấp

nhất xảy ra trước khi có hồ Hòa Bình là 1,73 m (tháng 3/1956), sau khi có hồ Hòa Bình là 1,47 m (20/2/2006) Lưu lượng đo được vào ngày 09/5/1960 chỉ có 350 m³/s

Bảng 1.9 Các mực nước Sông Hồng tại Hà Nội (Long Biên)

ứng với các tần suất tính toán

Bảng 1.10 Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở

ứng với các tần suất tính toán

Bảng 1.11 Các mực nước Sông Hồng tại Đông Mỹ

ứng với các tần suất tính toán

Sông Nhuệ dài 74 km nối liền sông Hồng (qua cống Liên Mạc) với sông Đáy (qua

cống Lương Cổ), là trục chính tưới tiêu kết hợp Về mùa lũ, cống Lương Cổ vẫn luôn luôn mở (chỉ đóng lại khi có phân lũ qua đập Đáy) Như vậy trong quá trình tiêu úng,

mực nước sông Nhuệ và các sông nhánh khác trong hệ thống luôn chịu ảnh hưởng trực

tiếp của mực nước lũ sông Đáy

Nối sông Nhuệ với sông Đáy còn có các sông Duy Tiên, Vân Đình, La Khê, Ngoại Độ và một số sông nhỏ khác tạo thành một mạng lưới tưới tiêu tự chảy cho hệ

thống khi điều kiện cho phép

Bảng 1.12 Mực nước báo động tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng

3 Tình hình sản xuất nông nghiệp

Mặc dù tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa khá nhanh, song nông nghiệp vẫn là

một ngành kinh tế quan trọng Với mức bình quân chung của cả miền Bắc và đồng

bằng sông Hồng thì năng suất lúa bình quân của vùng nghiên cứu và các vùng lân cận khá cao

Bảng 1.14 Diện tích, năng suất một số cây trồng chủ yếu của các địa phương thuộc Hà Nội

DT (ha) NS (T/ha) DT (ha) NS (T/ha) DT (ha) NS (T/ha)

1.3 HIỆN TRẠNG THỦY LỢI VÙNG DỰ ÁN

1 Trạm bơm tiêu Đông Mỹ (cũ)

Trạm bơm Đông Mỹ (cũ) tiêu ra sông Hồng có đặc điểm:

- Xây dựng năm 1996; thời gian sử dụng là 16 năm

- Tổng số tổ máy: 24 máy bơm loại HL1100–12

- Loại máy: hỗn lưu trục ngang

- Lưu lượng tiêu thiết kế: 6,67 m3

/s

Sau đợt chống úng năm 2009, đã thay thế nhiều máy bơm và động cơ, nhưng do

chủng loại máy bơm và kết cấu nhà máy còn hạn chế nên hiệu quả chống úng không

cao Bể hút nông nên việc tập trung nước đến trạm bơm không thuận lợi dẫn đến phát sinh hiện tượng khí thực, làm ảnh hưởng đến tuổi thọ máy bơm Ống hút, ống đẩy bị han rỉ nên ảnh hưởng đến hiệu suất bơm và gây độ ồn cao Hệ thống tủ điện phân phối

và điều khiển đã cũ, tiếp điểm mòn, đóng mở thủ công, nên việc vận hành trạm bơm

biến trên hầu hết các tuyến kênh Để đáp ứng nhu cầu tiêu hiện tại thì nhất thiết phải

cải tạo tuyến kênh nhằm khơi thông dòng chảy đảm bảo dẫn đủ lưu lượng cho trạm bơm và gia cố một số đoạn kênh đi qua khu dân cư để ngăn chặn tình trạng xâm phạm công trình thuỷ lợi Sau đây là mô tả hiện trạng từng tuyến kênh trong dự án:

* Tuy ến kênh Đồng Trì - Đông Mỹ Tuyến kênh này bắt đầu từ hồ Yên Sở chảy về

trạm bơm Đông Mỹ dài khoảng 6,0 km Hiện trạng tuyến kênh vận có nhiều bèo rác, chiều rộng mặt kênh dao động từ 15 ÷ 30 m; bờ kênh sụt sạt nhiều, lòng kênh bị bồi

lắng, tình trạng vi phạm công trình thuỷ lợi diễn ra khá phổ biến Dòng chảy bị cản trở nhiều nên mặc dù chiều rộng tương đối rộng nhưng khả năng dẫn nước kém Thực tế cho thấy ít khi các tuyến kênh dẫn đủ lưu lượng cho toàn bộ 24 máy bơm hoạt động

* Tuy ến kênh Vạn Phúc - Đông Mỹ Có chiều dài khoảng 1,4 km Tuyến kênh này

có mặt cắt tương đối lớn, lượng bèo rác ít hơn các tuyến khác nhưng nằm dọc hai bên

là đường giao thông và nhà dân, trên tuyến kênh có nhiều vị trí có nguy cơ sạt lở cao

3 Các công trình trên kênh

Số lượng các cống, cầu giao thông nằm trên các tuyến kênh tiêu không nhiều nhưng hầu hết được xây dựng và đưa vào sử dụng khá lâu, hiện tại các cống xuống cấp nhiều, các cầu không đảm bảo giao thông trong vùng

Các cầu cống trên hệ thống đã được xuống cấp và khẩu độ không đồng bộ với yêu

cầu tiêu hiện tại Vậy cần phải cải tạo các công trình trên kênh để đảm bảo thông thoát dòng chảy và quản lý vận hành hệ thống hiệu quả cao (thống kê chi tiết ở bảng PL8)

4 Khả năng phục vụ tiêu úng của hệ thống tiêu thoát nước hiện nay

Do hiện nay hệ thống tiêu thoát nước chưa được đảm bảo, công suất trạm bơm đầu mối Đông Mỹ quá nhỏ, hệ số tiêu của lưu vực trạm bơm Đông Mỹ mới chỉ khoảng 3,5 l/s/ha, cho nên mức độ úng ngập trên địa bàn xã còn xảy ra rất nghiêm trọng Bình quân mỗi năm khu vực bị úng nặng khoảng 300 ha lúa mùa, trong đó có 50 ha bị mất trắng Các xã có diện tích lúa bị úng nhiều nhất là Tứ Hiệp, Đông Mỹ, Liên Ninh Trên địa bàn, hiện nay tỉ lệ diện tích đất phi nông nghiệp và đất đô thị chiếm một

tỷ lệ khá lớn So với những thiệt hại về nông nghiệp thì thiệt hại do úng ngập gây ra

cho các lĩnh vực khác (dân cư, đô thị, công nghiệp, giao thông, môi trường ) còn lớn hơn rất nhiều Tuy chưa có thống kê chính xác về những thiệt hại này, nhưng theo ước

tính, nó có thể tới hàng trăm tỷ đồng trên một năm

Huyện Thanh Trì là vùng có tốc độ đô thị hoá cao, là khu vực có nhiều cơ quan quan và công trình trọng, nên việc giải quyết tưới tiêu cho khu vực này liên quan đến các vấn đề kinh tế, xã hội và an ninh quốc gia Hiện nay, hệ số tiêu yêu cầu của khu vực này rất cao (nội thành Hà Nội lên đến 17,9 l/s/ha), vùng này lại thiếu công trình tiêu úng, do đó rất dễ xảy ra úng ngập trên diện rộng và thời gian kéo dài Việc xây dựng công trình trạm bơm tiêu Đông Mỹ để tiêu úng cho khu vực này ra sông Hồng sẽ giải quyết được yêu cầu về tiêu cho khu vực, ngoài ra còn có thể hỗ trợ tiêu cho lưu vực trạm bơm Yên Sở khi cần thiết và khẩn cấp

1.4 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ QUY MÔ TRẠM BƠM VÀ HỒ ĐIỀU HÒA CHO LƯU VỰC NGHIÊN CỨU

1 Theo QH937

Theo quy hoạch này [3] thì các thông số cơ bản của hệ thống như sau:

- Hệ số tiêu q = 17,9 l/s/ha với tiêu chuẩn tính toán là: tính với mưa 24 giờ lớn nhất, tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa giờ nào tiêu hết giờ ấy

Theo Quy hoạch này [4]:

- Hệ số tiêu q = 17,9 l/s/ha với tiêu chuẩn tính toán là: tính với mưa 24 giờ lớn nhất, tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa giờ nào tiêu hết giờ ấy

- Xây dựng TB Đông Mỹ: Lưu lượng thiết kế 41,3 m3/s (gồm cả TB Vạn Phúc)

- Xây dựng các hồ điều hòa với diện tích 19,2 ha

3 Theo QH4673

Theo Quy hoạch này [5]:

- Hệ số tiêu q = 17,9 l/s/ha với tiêu chuẩn tính toán là: tính với mưa 24 giờ lớn nhất, tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa giờ nào tiêu hết giờ ấy

- Xây dựng TB Đông Mỹ: Lưu lượng thiết kế 35 m3

/s

- Xây dựng các hồ điều hòa với diện tích ≥ 30 ha

4 Theo QH725

Theo Quy hoạch này [6]:

- Hệ số tiêu q = 17,9 l/s/ha với tiêu chuẩn tính toán là: tính với mưa 24 giờ lớn nhất, tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa giờ nào tiêu hết giờ ấy

- Xây dựng TB Đông Mỹ: Lưu lượng thiết kế 35 m3/s

- Xây dựng các hồ điều hòa với diện tích 45 ha

5 Theo d ự án Đầu tư xây dựng hệ thống trạm bơm tiêu Đông Mỹ

Theo Dự án này [13]:

- Xây dựng hồ điều hòa Đông Mỹ với diện tích 25,3 ha với các thông số:

Diện tích: Fhồ = 15 ha

Cao trình đáy hồ: Zđáy = 0,00 m

Cao trình mực nước nhỏ nhất: Zmim = 1,00 m

Độ sâu điều tiết: Hđt = 2,8m

- Xây dựng hồ điều hòa Vẹt + Đông Trạch với các thông số:

Diện tích: Fhồ = 10,3 ha

Cao trình đáy hồ: Zđáy = 0,00 m

Cao trình mực nước nhỏ nhất: Zmim = 1,00 m

Độ sâu điều tiết: Hđt = 2,8m

Z = 11,5 m Mực nước bể xả nhỏ nhất thiết kế: TK

min bx

Z = 6,34 m Cao trình đáy bể xả: Zđbx = +4,0 m

Cột nước bơm thiết kế:

Cột nước bơm trung bình: TK

TB

H = 8,3 mCột nước bơm lớn nhất: TK

max

H = 10,5 m Cột nước bơm nhỏ nhất: TK

min

H = 4,7 m

P hương án máy bơm:

Trong dự án đã chọn máy bơm như sau (bảng 1.18):

Bảng 1.15 Phương án máy bơm của trạm bơm Đông Mỹ

1.1 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC

Ở TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI

1.1.1 Các nghiên cứu ở trong nước

Có một số nghiên cứu về tiêu thoát nước và tối ưu hóa thiết kế hệ thống tiêu thoát nước cho đô thị Việt Nam, phần lớn trong số đó được thực hiện ở địa bàn Hà Nội và các vùng lân cận như mô tả sau đây

- Luận văn thạc sĩ của Đặng Tiến Dũng (1999) “Nghiên cứu mô hình tiêu nước mặt cho khu vực Nam Hà Nội (Luận văn thạc sĩ kỹ thuật) [20] Trong luận văn đã sử dụng phương pháp “Transfert” cho khu vực nội thành và phương pháp “hồ chứa mặt ruộng” cho khu vực ngoại thành để xác định quá trình lưu lượng tiêu; đồng thời phân tích sự điều tiết của hệ thống hồ tìm ra quan hệ giữa quy mô TB Yên Sở với diện tích

và dung tích hồ điều hoà

- Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2009) “Mô phỏng hệ thống thoát nước TP

Hà Nội và xác định giải pháp tiêu nước tổng thể” [21] xác định các thông số cơ bản của các công trình chủ yếu trong hệ thống gồm: 1) Các trạm bơm (cột nước, mực nước

bể hút ); 2) Quy mô, kích thước các trục tiêu chính cần cải tạo và làm mới (sông Nhuệ, kênh La Khê, kênh Đông La ); 3) Vị trí, quy mô kích thước của các hồ điều hòa Nghiên cứu này cho rằng đã có lưu lượng các trạm bơm đầu mối Q theo QH937 rồi từ đó xác định tổng diện tích hồ điều hòa F nhỏ nhất mà chưa xét đến tối ưu đồng thời hai đại lượng này Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ giới hạn vào LV Tây Hà Nội và chưa đưa vào hệ thống cống thoát nước đường phố theo các QH mới (QH1259, QH725) Nghiên cứu này sử dụng phương pháp SWMM để tính toán

- Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2010) “Xác định quan hệ giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm Yên Sở và mức đảm bảo tiêu úng của hệ thống thoát nước nội thành

Hà Nội” [17] đánh giá khả năng tiêu của TB Yên Sở theo các mức CS trạm bơm Đã phân tích mức đảm bảo tiêu của TB Yên Sở theo các phương án CS khác nhau Nghiên cứu này sử dụng phương pháp SWMM để tính toán

- Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2004) “Xác định quy mô hợp lý của hồ điều hoà trước trạm bơm” [22] tính toán điều tiết phối hợp giữa trạm bơm đầu mối và

hồ với các quy mô giả định khác nhau từ đó có thể thiết lập ra quan hệ giữa dung tích

hồ W theo lưu lượng thiết kế Q của trạm bơm đầu mối, rồi tính thử cho cụm đầu mối Yên Sở Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Transfert để tính toán tiêu nước

- Nghiên cứu của Lưu Văn Quân (2015) [23] “Nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống

hồ điều hoà nhằm giảm tổng mức đầu tư hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp đất nông nghiệp - đô thị” [23] đã thiết lập bài toán tối ưu để xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà cho LV Tây Hà Nội (18.600 ha) và đã đề xuất tỷ lệ diện tích hồ điều hoà tối ưu là f=2,0%÷3,82% tuỳ thuộc hình thức bố trí hồ Nếu bố trí hồ tập trung tại gần đầu mối trạm bơm thì f=2,91% ứng với tổng CS trạm bơm đầu mối Q=622,85

m3/s Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa đưa vào mô phỏng mạng cống thoát nước đường phố theo quy hoạch mới (QH725) Nghiên cứu này sử dụng phần mềm SWMM

để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước

- Nghiên cứu của Lê Văn Trường (2017) [24] “Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu trên địa bàn thành phố Hà Nội” xây bài toán tối ưu hóa quy mô của công trình tiêu nước trong hệ thống tiêu thoát nước, trong

đó có các trạm bơm đầu mối và các hồ điều hòa nước mưa với sự trợ giúp của mô hình SWMM Đã tìm ra quan hệ ràng buộc giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm đầu mối Q và diện tích hồ điều hòa F để đảm bảo lưu vực tiêu không bị úng ngâp Đã đề xuất bố trí

hệ thống trạm bơm đầu mối gồm các trạm bơm Yên Sở, Nghĩa, Liên Mạc, TB Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ và Hiền Giang; đồng thời đã xác định được một số thông số cơ bản của mối trạm bơm này Đã đề xuất bố trí hệ thống hồ điều hòa với tỷ lệ diện tích f=0,8%÷1,0% cho các lưu vực

Ngoài ra, một số luận văn thạc sĩ với nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung giải quyết các bài toán về tiêu nước cho nông nghiệp, về ảnh hưởng của kết cấu hệ thống thủy lợi vùng đa canh tác đối với chế độ tiêu nước mặt cũng như ảnh hưởng của việc chuyển đổi cơ cấu sử dụng đất đến hệ số tiêu nước mặt cho một số hệ thống thủy lợi điển hình ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ Những năm gần đây đã có một số đề tài luận văn nghiên cứu về tiêu nước cho đô thị và đã đạt được kết quả nhất định Các luận văn này chủ yếu nghiên cứu cho các lưu vực nhỏ và cục bộ của hệ thống tiêu, nên chưa đề ra cơ sở khoa học cho một giải pháp tiêu tổng thể

1.1.2 Các nghiên cứu tiêu thoát nước ở nước ngoài

Hệ thống tiêu thoát nước đô thị bao gồm các thành phần cơ bản là các đường dẫn

nước (cống ngầm, kênh hở ), các công trình đầu mối (trạm bơm, cửa xả ), các công trình điều hòa nước (hồ điều hòa, bể trữ nước ) Do chí phí xây dựng và vận hành hệ thống này rất lớn, nên việc thiết kế tối ưu các thành phần đó ngày càng được quan tâm nghiên cứu mà sau đây là một số ví dụ

Yufeng Guo và nnk (2008) đề cập đến thiết kế tối ưu của mạng lưới cống thoát nước mưa nhằm mục đích giảm thiểu chi phí xây dựng đồng thời đảm bảo hiệu quả của hệ thống với các chỉ tiêu tối ưu được đề ra Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp đánh giá có tính hệ thống về việc tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước đô thị [25] Các tác giả M Muleta và P Boulos (2007) đề xuất phương pháp nghiên cứu kết hợp mô hình EPA SWMM 5 với NSGA-II để tạo ra một phương pháp hữu hiệu trong việc xác định các thông số tối ưu cho hệ thống tiêu thoát nước[26]

M Maharjan và nnk (2009) đã thực hiện một nghiên cứu về tác động của sự thay đổi môi trường (do đô thị hoá và biến đổi đổi khí hậu) đến sự tăng lượng dòng chảy mặt và lưu lượng đỉnh của hệ thống tiêu thoát nước Đã coi việc sử dụng hồ điều hòa như là một trong những phương sách tốt để giảm lũ lụt ở đô thị Nghiên cứu này trình bày một công cụ tối ưu hóa chi phí theo giai đoạn dựa vào sự biểu diễn thủy lực hệ

thống tiêu thoát nước, áp dụng cho một khu vực nghiên cứu điển hình tại thành phố Porto Alegre, Brazil [27]

Fei Li và nnk (2015) đã tiến hành một nghiên cứu về thiết kế tối ưu của các hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa đô thị Nghiên cứu này đề cấp đến thiết kế tối

ưu của các hồ điều hòa theo các tiêu chí kiểm soát ngập úng Cùng với mô phỏng thủy lực dựa trên SWMM, đã sử dụng một công cụ tối ưu hóa để tìm lời giải tối ưu nhằm giảm thiểu chi phí xây dựng và thiệt hai do ngập lụt Với phương pháp đề xuất này, các tác giả tính thử cho một trường hợp ví dụ thực tế tại thành phố SA ở Trung Quốc

để tìm ra sự bố trí và kích thước của hệ thống hồ điều hòa tối ưu với các điều kiện xây dựng và thiết kế khác nhau Thời gian trữ nước mưa khác nhau cũng được tính đến để đảm bảo tính hiệu quả của giải pháp tiêu thoát nước [28]

Sang-Hyuk Park và nnk (2015) có nghiên cứu về thiết kế tối ưu hệ thống trữ nước mưa bằng cách sử dụng SWMM và quy hoạch tuyến tính Mục đích của nghiên cứu này là kế tối ưu hóa dung tích và số lượng hệ thống hồ điều hòa nước mưa đa mục tiêu, đáp ứng việc cấp nước và mức độ phòng tránh lũ lụt, trong thời gian mưa tập trung do sự gia tăng của lớp không thấm Trong nghiên cứu này đưa ra phương pháp thiết kế sao cho chi phí xây dựng và phí quản lý bảo dưỡng hệ thống thoát nước mưa giảm, đồng thời giảm chi phí thiệt hại do lũ lụt [29]

Có thể nhận xét rằng, hầu hết các nghiên cứu về tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước đô thị có kết hợp với mô hình thủy lực - thủy văn thì mô hình đó là SWMM mà ít thấy sử dụng các mô hình khác, ngoài ra chưa mô phỏng hoạt động của máy bơm một

cách chi tiết (nếu lưu vực nghiên cứu có trạm bơm), mới chỉ xét đến tổng lưu lượng trạm bơm mà chưa mô phỏng cột nước bơm và chế độ bơm Điều đó có thể tăng thêm sai số trong bài toán tối ưu hóa

1.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

* Về hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ

Hệ thống tiêu Đông Mỹ đã góp phần to lớn phục vụ tưới tiêu cho sản xuất nông nghiệp và dân cư Tuy nhiên đang bộc lộ những tồn tại sau:

- Hệ thống đang có bị xuống cấp, qua nhiều năm khai thác bị hư hỏng, nhất là trạm bơm đầu mối; các kênh trục tiêu bị bồi lắng, thu hẹp dòng chảy

- Với diễn biến thời tiết ngày càng bất lợi, mưa úng diễn biến bất thường mà không theo quy luật chung, hệ thống tiêu thoát nước vẫn để xảy úng ngập trên diện rộng

- Hệ thống tiêu thoát nước chưa phát triển kịp với tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa: quy mô trạm bơm đầu mối quá nhỏ, hệ thống kênh mương và đường cống thoát nước chưa đủ và tiết diện còn nhỏ

* Về các nghiên cứu thoát nước

Đến nay có khá nhiều công trình nghiên cứu về tiêu thoát nước cho Hà Nội nói chúng và chu LV tiêu Đông Mỹ nói riêng mà gần đây là các quy hoạch (QH937, QH1259, QH4673, QH725) đã cơ bản ngày càng đáp ứng tốt cho việc định hướng phát triển hệ thống tiêu thoát nước Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế sau:

- Phương pháp xác định các thông số của các công trình chính (trạm bơm, hồ điều hoà) chưa hoàn toàn xác thực

- Tính toán tiêu nước thường sử dụng mưa thời đoạn ngắn mà bước thời gian tính toán lại dài, do vậy kết quả tính toán phản ánh kém chính xác quá trình tiêu úng

Từ những phân tích trên đây, cho thấy rằng, cần nghiên cứu tiếp mối liên hệ Trạm bơm - Hồ điều hòa để làm cơ sở cho việc xác định đúng quy mô và thông số công tác của các công trình này

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH HÓA TRẠM BƠM, HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC ĐỐI TƯỢNG KHÁC CỦA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC NGHIÊN CỨU 2.1 TRẠM BƠM VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT

hđhbq - Cột nước địa hình bình quân trong thời kỳ bơm, m;

Σhms - Tổng tổn thất cột nước trên đường ống hút và ống đẩy của máy bơm, m

Có nhiều cách xác định cột nước hđhbqnhư mô tả dưới đây:

- Xác định hđhbqtheo phương pháp bình quân gia quyền với trọng số là tích số Qi×ti:

i i

n

1 i

i i i đhbq

)tQ(

)thQ(

Trong đó:

Qi - Lưu lượng của TB trong thời gian ti;

hi - Cột nước địa hình tương ứng với Qi và ti;

ti - Thời gian bơm nước trong từng thời kì có Qi = const và hi = const

- Xác định hđhbq theo phương pháp bình quân gia quyền với trọng số là ti (khi mực nước trước và sau trạm thay đổi ít):

n

1 i

i i đbbq

t

)th(

bình trong chu kỳ bơm, tính theo các công thức sau:

bx.max bx.min bx.tb

Zbx.max và Zbx.min - Mực nước bể xả lớn nhất và nhỏ nhất;

Zbh.max và Zbh.min - Mực nước bể hút lớn nhất và nhỏ nhất

2.1.2 Phương pháp xác định lưu lượng thiết kế trạm bơm tiêu

1 Theo phương pháp thủy nông

Thông thường lưu lượng thiết kế trạm bơm được tính theo công thức [2]:

Trong đó:

qTK - Hệ số tiêu thiết kế hệ thống, l/s/ha;

Ω - Diện tích khu vực tiêu, ha

Trong một hệ thống tiêu thường bao gồm nhiều đối tượng cần tiêu như đất lúa, đất cây trồng cạn, đất ao hồ, đất thổ cư, đường xá Để có chỉ tiêu thiết kế kênh mương và các công trình tiêu cho toàn khu vực bao gồm nhiều loại diện tích khác nhau, người ta dùng hệ số tiêu thiết kế của hệ thống tiêu qTK Hệ số tiêu này được tính [2]:

q = q α + q α + q α + , l/s/ha (2.10) Trong đó:

qA, qB, qC - Hệ số tiêu cho các loại đất A, B, C ;

αA, αB, αC - Tỷ lệ diện tích của các loại diện tích tiêu A, B, C

A A

ωA, ωB, ωC - Diện tích tiêu các loại đất, ha;

Ω - Tổng diện tích của toàn khu tiêu, ha

* Nhận xét về việc xác định lưu lượng theo phương pháp thủy nông:

Ưu điểm của phương pháp thuỷ nông là tương đối đơn giản, dễ thực hiện và được

áp dụng nhiều trong tính toán tiêu nước cho các vùng đất nông nghiệp, nhưng hiện nay cũng vận dụng để tính cho tất cả các loại đất, kể cả đất đô thị, trong đó có việc tính lưu lượng các trạm bơm tiêu ở các quy hoạch tiêu thoát nước [3] [4] [5] [6]

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là độ chính xác không cao do bỏ qua thời gian chậm tới của dòng chảy Cũng có một số trường hợp người ta kết hợp với mô hình thuỷ lực để biểu diễn sự chậm tới trên hệ thống kênh, khi đó dòng chảy trên bề mặt tính theo phương pháp này được coi như các lưu lượng nút đổ vào hệ thống kênh Với cách này, độ chính xác của việc tính toán tiêu nước được cải thiện, nhưng do việc tách rời sự biểu diễn dòng chảy mặt ruộng và dòng chảy trên hệ thống kênh nên phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế

2 Theo phương pháp cường độ giới hạn

a Xác định lưu lượng

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán thời gian dòng chảy

1 Khu đất 4 Đoạn cống tính toán

2 Rãnh đường 5 Giếng thăm

* Nhận xét về việc xác định lưu lượng theo phương pháp cường độ giới hạn:

Σ

Ưu điểm của phương pháp cường độ giới hạn là có xét đến sự chậm tới của dòng chảy trong công thức cường độ mưa tính toán q với biểu thức (t+b)nở mẫu số, tức là q

tỷ lệ nghịch với thời gian mưa tính toán t, càng chảy về cuối lưu vực thì t càng lớn và q càng thấp cho dù lưu lượng Q càng lớn; tức là biểu diễn được cả sự thay đổi của các yếu tố thuỷ lực theo không gian Phương pháp cường độ giới hạn thích hợp cho việc thiết kế đường cống trong mạng lưới thoát nước đô thị

Tuy nhiên, phương pháp này có những nhược điểm sau:

- Chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để tìm ra các thông số khí hậu trong công thức tính cường độ mưa mà không mô phỏng thực quá trình vật lý của sự hình thành dòng chảy trên hệ thống đường dẫn (cống, kênh)

- Biểu diễn sự hình thành dòng chảy trên bề mặt TLV một cách đơn giản thông qua việc ước lượng thời gian t0của dòng chảy từ bề mặt các ô thoát nước xuống rãnh đường

- Chỉ tính được một trường hợp thiết kế mà không biểu diễn được sự biến đổi của các yếu tố thuỷ lực theo thời gian Chính vì vậy mà phương pháp này không dùng được để tính toán trong quá trình vận hành hệ thống tiêu thoát nước với các trận mưa thực tế

a Giới thiệu chung về phương pháp

Phương pháp SWMM (Storm Water Management Model) và phần mềm cùng tên [9] [10] là mô hình động lực học dòng chảy mặt do mưa theo một thời đoạn hay nhiều thời đoạn Thành phần RUNOFF phân tích một tập hợp các TLV thu nước mưa tạo ra dòng chảy mặt Thành phần TRANT của SWMM mô phỏng sự vận chuyển dòng chảy mặt qua một hệ thống các đường cống, kênh mương, công trình trữ nước, máy bơm và các công trình điều tiết nước SWMM theo dõi cả về lượng và chất của dòng chảy mặt sinh ra trong mỗi TLV; lưu lượng dòng chảy, độ sâu và chất lượng nước trong từng đường cống và kênh mương trong suốt thời gian mô phỏng với nhiều thời đoạn Mô hình này mô phỏng động lực học dòng chảy, bao gồm cả dòng chảy ổn định và không

ổn định theo thời gian dài

b Các khả năng của mô hình

SWMM tính toán được nhiều quá trình thủy lực khác nhau, bao gồm:

- Lượng mưa biến đổi theo thời gian

- Bốc hơi trên mặt nước

- Sự cản nước mưa tại các chỗ địa hình lõm có khả năng chứa nước

- Sự ngấm của nước mưa xuống các lớp đất chưa bão hòa

- Thấm của nước ngấm xuống các tầng nước ngầm

- Sự trao đổi giữa nước ngầm và hệ thống tiêu thoát nước

- Chuyển động tuyến của dòng chảy trên mặt đất và ở các hồ chứa phi tuyến Tính biến thiên theo không gian trong tất cả các quá trình này có thể đạt được nhờ việc chia vùng nghiên cứu các vùng nhỏ, các TLV đồng nhất mà mỗi TLV đó chứa các tiểu diện tích thấm và tiểu diện tích không thấm

SWMM cũng có khả năng linh hoạt mô phỏng về thủy lực dòng chảy tuyến trong

hệ thống tiêu thoát nước gồm nhiều thành phần: đường ống, kênh mương, công trình trữ nước, công trình điều chỉnh dòng chảy Các thành phần này có thể là:

- Mạng lưới các phần tử của hệ thống tiêu thoát nước với quy mô không hạn chế

- Các đường dẫn với nhiều dạng mặt cắt khác nhau, có thể là ống kín hoặc kênh

hở, có thể là mặt cắt tiêu chuẩn hoặc phi tiêu chuẩn ở dạng tự nhiên

- Mô phỏng các phần tử đặc biệt như: công trình trữ nước hoặc xử lý nước, công trình phân dòng, máy bơm, đập tràn và cống

- Các dòng chảy từ bên ngoài vào, các điểm nhập lưu chất lượng nước từ dòng chảy mặt, dòng nước ngầm hòa trộn vào, dòng thấm hoặc dòng chảy vào phụ thuộc mưa, dòng chảy nước thải, và dòng chảy vào do người sử dụng chỉ định

- Áp dụng phương pháp tính dòng chảy tuyến theo sóng động học hoặc theo sóng động lực học

- Mô hình các chế độ dòng chảy khác nhau như: nước đọng, nước ngập tràn, dòng chảy ngược, sự hình thành vũng ngập trên mặt đất

- Các quy tắc điều khiển do người sử dụng định ra để mô phỏng hoạt động của máy bơm, cánh cửa van của cống, cao độ ngưỡng tràn

Ngoài việc mô phỏng sự hình thành và vận chuyển dòng chảy mặt, SWMM còn

có khả năng tính toán sự vận chuyển chất ô nhiễm có liên hệ với dòng chảy mặt Các quá trình sau đây có thể được mô phỏng bởi SWMM:

- Sự tích tụ chất ô nhiễm khi trời khô trên khắp các loại đất dùng khác nhau

- Sự rửa trôi chất ô nhiễm từ các loại đất dùng riêng biệt trong suốt trận mưa

- Đóng góp trực tiếp của lượng mưa rơi

- Suy giảm sự tích tụ chất ô nhiễm khi trời khô do hoạt động quét rửa đường phố

- Sự xâm nhập của dòng chảy nước thải khi trời khô và dòng chảy từ bên ngoài vào do người sử dụng chỉ định tại điểm nào đó trong hệ thống tiêu thoát nước

- Chuyển động theo tuyến của các phần tử chất lượng nước trên khắp hệ thống tiêu thoát nước

- Suy giảm nồng độ chất qua quá trình xử lý trong các công trình trữ nước hoặc

bởi các quá trình tự nhiên trong các đường ống và đường kênh

- Lập bản đồ ngập lụt của các hệ thống kênh tự nhiên

- Vạch ra các phương án làm giảm hiện tượng chảy tràn của mạng lưới thoát nước

- Đánh giá tác động của dòng chảy vào và dòng thấm lên sự chảy tràn của hệ thống thoát nước thải

- Tạo ra các hiệu ứng của BMP để làm giảm sự tải chất ô nhiễm khi trời mưa

d Các phương pháp tính toán của SWMM

SWMM là một mô hình mô phỏng dựa vào vật lý với thời gian rời rạc SWMM sử dụng các nguyên lý về bảo toàn khối lượng, năng lượng và động lượng Các phương pháp mà SWMM sử dụng để mô phỏng về khối lượng và chất lượng dòng chảy với các quá trình vật lý cơ bản của một hệ thống tiêu thoát nước, bao gồm:

e Phương pháp tính toán dòng trên bề chảy mặt

Quan niệm về dòng chảy mặt mà SWMM sử dụng thể hiện trên Hình 2.2 Mỗi bề mặt TLV được coi như một “hồ chứa” phi tuyến Dòng chảy vào đến từ lượng mưa và dòng chảy từ các TLV nào đó ở phía thượng lưu được khai báo Các dòng chảy ra bao gồm: ngấm, bốc hơi, dòng chảy mặt Dung tích của “hồ chứa” này là mức trữ nước điền trũng tối đa, đó là mức trữ bề mặt lớn nhất được tạo ra như sự tạo thành hồ chứa,

sự làm ướt bề mặt và sự cản nước Lưu lượng dòng chảy mặt Q trên một đơn vị diện tích sinh ra chỉ khi độ sâu nước trong “hồ chứa” vượt quá mức trữ nước tối đa dp, tính theo công thức Manning Độ sâu nước d trên TLV được cập nhật liên tục theo thời

gian t qua phép giải số cho phương trình cân bằng nước trên TLV

SWMM mô phỏng động lực học dòng chảy nước mưa trên bề mặt các TLV dựa trên cơ sở của phương trình liên tục và công thức thực nghiệm Manning-Strickler:

y - Chiều sâu dòng chảy mặt;

yd - Chiều sâu lớp nước trữ trên bề mặt;

CM - Hệ số đổi đơn vị, CM=1 (với hệ SI);

S - Độ dốc của TLV;

n - Hệ số nhám của bề mặt TLV

f Phương pháp diễn toán dòng chảy trên đường dẫn

Trong SWMM, dòng chảy bên trong đường dẫn (kênh mương, cống) bị chi phối bởi các phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng cho dòng chảy biến đổi dần, không ổn định (tức là các phương trình Saint Venant) và có thể được viết dưới dạng sau:

Phương trình động lực:

2 f

A - Diện tích mặt cắt ướt tại vị trí đang xét, m2

mô phỏng dưới dạng một hệ thống các nút và các đường dẫn nước

SWMM sử dụng công thức Manning để biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng Q, diện tích mặt cắt ướt A, bán kính thủy lực R, và độ dốc (S) trong đường dẫn:

2/3 1/2

1

Q AR S n

- Xét được các quá trình của nước theo thời gian

- Khi cần thiết, sau khi mô phỏng thuỷ lực có thể mô phỏng thêm chất lượng nước

và sự lan truyền chất ô nhiễm

- Có phần mềm cùng tên là SWMM dễ sử dụng, được miễn phí do EPA nmental Protection Agency) của Mỹ cung cấp

(Enviro Phần mềm SWMM là một công cụ tính toán thủy văn - thủy lực mạnh, có thể mô

phỏng một hệ thống không giới hạn số phần tử, tốc độ tính toán nhanh, giao diện thân thiện, dễ nhập và lấy ra số liệu dưới nhiều dạng khác nhau

2.1.3 Lựa chọn phương pháp tính toán tiêu thoát nước

Trên đây đã nêu ra 3 phương pháp tính toán tiêu nước thường được áp dụng: (1) Phương pháp thuỷ nông;

(2) Phương pháp cường độ giới hạn;

(3) Phương pháp mô hình SWMM

Các phương pháp (1) và (2) trên đây có một số tồn tại sau:

- Trong tính toán đã tách rời các bộ phận của hệ thống tiêu thoát nước: tầng khí quyển, bề mặt hình thành dòng chảy, tầng dưới mặt đất, đường dẫn (kênh, ống cống), các công trình trên hệ thống (máy bơm, hồ điều hoà, đập tràn, cửa điều tiết, cửa thoát

ra nguồn ) Điều đó dẫn đến sự không đồng bộ trong tính toán và không phản ánh được toàn bộ quá trình vật lý của nước trong hệ thống tiêu thoát nước

- Thường tính toán với dòng ổn định nên không diễn tả được toàn bộ quá trình làm việc của hệ thống tiêu thoát nước theo thời gian Kết quả tính toán còn phụ thuộc rất nhiều vào chủ quan của người thực hiện

- Không có sự kết hợp tính toán cho một vùng vừa có đất đô thị hoặc đất công nghiệp với đất nông nghiệp trong đó có diện tích lúa

Phương pháp mô hình SWMM khắc phục được các nhược điểm của hai phương pháp (1) và (2) vì có những ưu điểm nêu trên (mục 2.1.3) Phương pháp này đề cập đến một hệ thống hỗn hợp với nhiều loại đất có tính chất bề mặt khác nhau: mặt đất trống, bãi cỏ, mặt nhựa đường, mặt đường bê tông, mặt rải đá dăm sỏi

Qua phân tích ưu, nhược điểm của các phương pháp tính toán tiêu nước trên đây, thấy rằng phương pháp SWMM có nhiều ưu điểm: phù hợp với đối tượng nghiên cứu, được miễm phí và khi cần thiết có tích hợp vào các phần mềm có GIS

2.2 HỒ ĐIỀU HOÀ TRONG HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC VÀ PHƯƠNG PHÁ P TÍNH TOÁN HỒ ĐIỀU HÒA

2.2.1 Khái niệm

Hồ trong trong hệ thống tiêu thoát nước có thường đồng thời thực hiện nhiều chức năng như điều tiết nước mưa giảm ngập úng, nuôi trồng thủy sản hoặc, làm nguồn nước cấp cho tưới hoặc sinh hoạt, cải thiện vi khí hậu, tạo sinh thái môi trường, văn hóa tín ngưỡng Tùy theo chức năng chính của hồ, có thể phân thành các loại sau [11]:

- Hồ điều tiết nước mưa giảm ngập úng: Hồ có dung tích dùng để trữ một phần

hay toàn bộ lượng nước mưa từ các khu vực lân cận chảy đến, nhằm giảm lưu lượng đỉnh của hệ thống tiêu thoát nước mưa, giảm ngập úng

- Hồ cảnh quan: Thường được xây dựng trong các công viên, khu đô thị tập trung

Hồ đóng vai trò là công trình kiến trúc, được thiết kế xây dựng nhằm tạo cảnh quan đẹp, tăng giá trị thẩm mỹ cho hồ và khu vực xung quanh Thông thường, hồ này luôn duy trì mực nước ở mức nhất định và giữ chất lượng nước tốt để đảm bảo phục vụ cho các hoạt động văn hóa thể thao và tạo cảnh quan

- Hồ xử lý môi trường: Thường bố trí trong khu xử lý nước thải, hoặc vùng trũng

tự nhiên, có nhiệm vụ thu nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp và xử lý nước đó bằng hình thức tự làm sạch của hệ thủy sinh trong hồ

- Hồ nuôi trồng thủy sản: Thường tận dụng diện tích đất thấp trũng trong vùng sản

xuất nông nghiệp, mực nước trong hồ được duy trì thấp hơn bờ một khoảng an toàn chống tràn và đủ độ sâu cho nuôi trồng thủy sản Khi gặp mưa lớn có thể tận dụng khoảng an toàn đó cho để trữ nước mưa

- Hồ với các chức năng khác: Như phục vụ tôn giáo, tín ngưỡng

Trong nghiên cứu này chỉ tập trung xem xét loại hồ điều hòa với chức năng điều tiết nước mưa giảm ngập úng là chính và có những đặc điểm sau:

- Chế độ mực nước trong hồ thay đổi rõ ràng theo chế độ làm việc của công trình

tiêu đầu mối (ở hệ thống nghiên cứu này là trạm bơm Đông Mỹ) Khi mưa nhỏ dùng công trình tiêu đầu mối rút nước hồ đến mực nước thấp nhất, khi mưa lớn hồ có khả năng trữ nước đến mực nước cao nhất mà không làm tràn bờ hoặc gây úng cho các vùng chung quanh

- Có phạm vi thay đổi mực nước từ mực nước nhỏ nhất Zmin đến mực nước lớn nhất Zmaxkhá lớn; độ sâu điều tiết khoảng 2 ÷ 3 m đối với LV Đông Mỹ

- Diện tích hồ đủ lớn, khoảng vài ha trở lên đối với lưu vực nghiên cứu

Trong lưu vực còn có các ao hồ nhỏ nằm phân tán xen kẽ trong các khu dân cư và các vùng đất canh tác Với mức độ khác nhau, các hồ này cũng có tác dụng trữ nước mưa cục

bộ làm lưu lượng dòng chảy, nhưng chúng có đặc điểm là: độ sâu điều tiết nhỏ, điều tiết nước một cách tự nhiên, quan hệ thủy lực kém chặt chẽ với công trình tiêu đầu mối vì vậy tác dụng điều tiết nước cho lưu vực chung không nhiều Tuy nhiên, tác dụng điều tiết nước của những hồ này cũng được tính đến trong việc chọn thông số bề mặt của các TLV; khi tính toán theo mô hình SWMM có thể mô phỏng loại hồ nhỏ phân tán này thông qua các thuộc tính của TLV như: hệ số nhám n, lớp nước trữ một cách thích hợp

Hồ nuôi trồng thủy sản thường tận dụng diện tích đất thấp trũng trong vùng sản xuất nông nghiệp, mực nước trong hồ được duy trì thấp hơn bờ một khoảng an toàn