Bài giảng Cấp thoát nước: Chương 6 - PGS.TS. Nguyễn Thống

 Hệ thống thoát nước mưa có nhiệm vụ CHỦ ĐỘNG chuyển lượng nước chảy tràn mặt này RA KHỎI KHU VỰC.. CẤP THOÁT NƯỚC Chương 6 : Mạng lưới thoát nước khu vực![r]

(1)

CẤP THOÁT NƯỚC Chương 6: Mạng lưới thoát nước khu vực

PGS TS Nguyễn Thống

1 Giảng viên: PGS TS.NGUYỄN THỐNG

E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

Tél (08) 38 691 592 -098 99 66 719

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM Khoa KTXD - Bộ môn Kỹ thuật & Quản lý Tài nguyên nước

2

NỘI DUNG MÔN HỌC

CHƯƠNG 1: Tổng quan cấp nước

CHƯƠNG 2: Nguồn nước & Cơng trình thu nước CHƯƠNG 3: Mạng lưới cấp nước khu vực CHƯƠNG 4: Mạng lưới cấp nước bên CHƯƠNG 5: Mạng lưới thoát nước bên

CHƯƠNG 6: Mạng lưới thoát nước khu vực

CHƯƠNG 7: Tổng quan xử lý nước thải CHƯƠNG 8: Phần mềm EPANET SWMM

3

MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC KHU VỰC

CẤP THỐT NƯỚC Chương 6: Mạng lưới nước khu vực

4 MỤC ĐÍCH

- Tính tốn thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho khu vực

- Tính tốn thiết kế hệ thống

thoát nước thải (sinh hoạt, sản xuất) cho khu vực

5

NỘI DUNG 1 Tổng quan

2 Tính nước mưa với Phương pháp thích hợp (tỷ lệ) 3 Giới thiệu sơ lược mơ hình

tính nước mưa SWMM (Storm Water Management Model)

6

(2)

7

8

9

Mưa xảy khu vực 

tạo nước chảy TRÀN MẶT

 Hệ thống thoát nước mưa có nhiệm vụ CHỦ ĐỘNGchuyển lượng nước chảy tràn mặt này RA KHỎI KHU VỰC

10

PHƯƠNG PHÁP THỐT NƯỚC

 Thốt nước tự chảy

 Thoát nước động lực

(bơm)

 Kết hợp

11

MỘT SỐ KHÁI NIỆM & ĐỊNH NGHĨA

12

LƯU VỰC

(3)

13

KHÁI NIỆM KHU VỰC THOÁT NƯỚC

Đường đẳng tập trung nước

Ranh giới khu vực

Điểm tập trung thoát nước khu vực (A) Tiểu khu

vực Aj

(jt)

A

Z (Tk)

Y (Tj)

Q

t 2t

nt

14

THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC

Thời gian tập trung nước của

KHU VỰC đến ĐIỂM TẬP

TRUNG NƯỚC thời gian CẦN

THIẾT cần có để nước ở vị trí “BẤT LỢI” chảy điểm TẬP TRUNG NƯỚC khu vực

15

THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC Tt

Đường đẳng tập trung nước

Ranh giới khu vực

Điểm tập trung nước A Tiểu khu

vực Aj (jt)

A

Z (Tk)

Y (Tj)

Q

t 2t

nt

Tt =max(T1, T2, ,Tk)

Điểm mưa rơi

CẤP THỐT NƯỚC Chương 6: Mạng lưới thoát nước khu vực

16

T(h) Q(m3/s)

q

Δt

Qmax

Thủy đồ dòng chảy (Hydrograph)

q (mm/h): cường độ mưa Δt: bước thời gian

D/tích Silượng nước đến từ tiểu diện tích Ai Aj max

Mưa rơi

Qi

17

CÁC YẾU TỐ TẠO LƯU LƯỢNG DỊNG CHẢY MẶT Q (Runoff)

- Diện tích khu vực hứng nước mưa Ai;

- Cường độ mưa rơi khu vực I(mm/h); - Khả thấm nước diện tích bề mặt thu

nước C (hệ số dòng chảy, tỷ lệ nước chảy mặt/tổng lượng nước rơi)

) s / m ( C . I . A

Q

18

Trường hợp Xét trường hợp mưa kéo dài 1t khu vực:

luùc t=0  Q(0) =0

luùc t1=t  Q(t1) =A1IC1

luùc t2=2t  Q(t2) =A2IC2

luùc tj=jt  Q(tj) =AjICj

luùc tn=nt  Q(tn) =AnICn

luùc tn+1=(n+1)t  Q(tn+1) =0

trong đó:

- A1: diện tích tiểu khu vực 1, …

- C1: hệ số dòng chảy (phụ thuộc vào điều kiện thấm A1)

- A1I thể tích nước mưa rơi diện tích A1 từ lúc khởi đầu

mưa thời điểm t1=t;

- A1IC1 thể tích nước dịng chảy (trong thời đoạn t),

tháo khỏi lưu vực, đến từ tiểu khu vực A1,…

(4)

19

Trường hợp 2. Xét trường hợp mưa kéo dài 2t

trên khu vực:

luùc t=0  Q(0) =0 luùc t1=t  Q(t1) =A1IC1

luùc t2=2t  Q(t2) = A1IC1 + A2IC2 luùc t3=3t  Q(t3) = A2IC2 + A3IC3 luùc tj=jt  Q(tj) = Aj-1ICj-1 + AjICj luùc tn=nt  Q(tn) = An-1ICn-1 + AnICn luùc tn+1=(n+1)t  Q(tn+1) = AnICn luùc tn+2=(n+2)t  Q(tn+2) = 0.

Hết mưa !

20 Trường hợp Xét trường hợp mưa kéo dài 3t ??

luùc t=0  Q(0) =?

luùc t1=t  Q(t1) =? luùc t2=2t  Q(t2) = ?

luùc t3=3t  Q(t3) = ?

luùc t4=4t  Q(t4) = ? luùc t5=5t  Q(t5) = ?

luùc tj=jt  Q(tj) = ?

 Kết luận cường độ Qmax ? (lưu lượng lớn

điểm tập trung nước A mưa kéo dài)

Hết mưa !

21

NHẬN XÉT CHUNG

 Mưa “kéo dài”  Lưu

lượng max xảy A tăng dần !

Kết luận: Lưu lượng max (Qmax) “LỚN

NHẤT”tại điểm tập trung nước A

xảy thời gian kéo dài mưa

bằng (hoặc lớn hơn) thời gian tập

trung nước khu vực nghiên cứu (nt)

22 LƯU LƯỢNG QMAX

Q

TMƯA

0 TTập trung nước khu vực

QMax-Max

Giá trị Qmax xảy

1t Qmax_1

23 Cường độ

Mưa I- [mm/h or (l/s)/ha] Đường IDF (Intensity-

Duration-

Frequency)

Frequency

Duration (minute)

Intensity

24 Với tần suất cho trước, quan hệ

cường độ mưa I & thời gian kéo dài TC:

- A, B tham số phụ thuộc khu vực nghiên cứu - Tc (phút) thời gian kéo dài mưa

Vùng TP Hồ Chí Minh (n/cứu JICA):

c

A I

T B

 

c 18125.6

I (lit / s / ha) T 36.7

(5)

25 HỆ SỐ DÒNG CHẢY C

với Qm lưu lượng nước chảy tràn mặt lượng mưa rơi khu vực Q0

  m

0 Q

C 0 1

Q

  

Bề mặt Hệ số dịng chảy, C Đường bê tơng, tráng nhựa 0.70-0.95 Đường lát đá chẻ, gạch 0.70-0.85

Mái lợp 0.75-0.95

Runoff

26 Trồng cỏ, đất loại có nhiều cát C - Bằng phẳng (<2%) 0.05-0.10 - Độ dốc trung bình (từ 2% đến 7%) 0.10-0.15 - Độ dốc lớn (>7%) 0.15-0.20 Trồng cỏ, đất chặt

- Bằng phẳng (<2%) 0.13-0.17 - Độ dốc trung bình (từ 2% đến 7%) 0.18-0.22 - Độ dốc lớn (>7%) 0.25-0.35 Đường vào garage có lát đá 0.15-0.30

CẤP THỐT NƯỚC Chương 6: Mạng lưới thoát nước khu vực

27

Khu thoát nước THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC T

T =(tf + te)

Điểm tập trung nước XEM XÉT

tf-1 tf-2 tf-3 te Điểm thu nước

tf thời gian nước

chảy cống te thời gian nước chảy tràn mặt A

28

THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC VỀ ĐIỂM N A5=3ha,

te(5)=8’

1

2

3

4 5

6

A6=3ha, te(6)=8’ A4=4ha, te(4)=15’

A3=5ha,te(3) =12’ tf(5-3)

tf(1-2)=L1-2/V1-2 t f(6-3) tf(3-2) tf(2-4)

Điểm tập trung nước khu vực

29 Thời gian tập trung nước T:

 Te : thời gian nước chảy traøn maët về hố thu

nước (5-20 ph)

 Tf : thời gian nước chảy (không áp) cống

về điểm thoát nước A

 i  tất khả nước rơi khu vực & tập trung điểm thu nước xem xét A

i f e

A max(T T )

T  

30

Ví dụ: Thời gian tập trung nước về nuùt

Nút 2:                      ) t t t ( ), t t ( ), t t t ( ), t t ( max T f f e f e f f e f e

(t t ),(t ),(t t )

max

(6)

31 Bài tập: Lấy sơ đồ trước, tính thời gian tập

trung nuớc T về nuùt 4, 5, 6, 3, vaø với:

1-2 2-3 3-5 3-6 2-4

L(km) 0,5 0,6 0,4 0,5 0,8 V(m/s) 1,8 1,6 1,5 1,4 1,2 ĐS: Nút  …………

……… Nút  T1= 30,7 (ph)

32 Bài tập: Tính diện tích khu vực

thốt nướcxét đến vị trí thốt nước sau:

 điểm

33

CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY MẶT(Q)TẠO RA KHI MƯA

(CA) : diện tích “không thấm” tương đương

C: hệ số dòng chảy

I (mm/h, l/s/ha): cường độ mưa

A(m2, ha, km2) : diện tích khu vực

3

QCIA(m / s)

34

QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI

35 Điểm

thoát nước khu vực

Trạm mưa Tiểu

khu thoát nước

Đường ống

Nút m/lưới

36

VỊ TRÍ (ĐIỂM) THOÁT NƯỚC KHU VỰC THIẾT KẾ

 Sông, rạch tự nhiên khu vực

thiết kế

 Địa hình, địa vật

 Các phương án thoát nước khu vực

 Điều kiện thủy văn vị trí

(7)

37

BỐ TRÍ TRỤC THỐT NƯỚC CẤP I KHU VỰC (trục chính)

 Xuất phát từ điểm thoát nước khu vực

 Bố trí theo trục giao thơng

 Theo xu độ dốc của địa hình

 Có thể xem xét phương án cống hộp hoặc bố trí “kép” lưu lượng lớn

38

BỐ TRÍ TRỤC THỐT NƯỚC CẤP II, III,… KHU VỰC

 Xuất phát từ trục cấp cao

 Theo hệ thống giao thông

 Theo xu của địa hình

 Cống cấp thấp bảo đảm thu

nước mưa tiểu khu vực nào của khu vực thiết kế

39

MỘT SỐ LƯU Ý & NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA

40

 Chế độ thủy lực chảy không áp

 Thông thường đó mạng lưới cụt (nhánh cây)

 Nên bố trí mạng lưới đường ống theo xu độ dốc của địa hình, trừ trường hợp đặc biệt cần phải luận chứng



41  Độ dốc đặt cống >

(>=imin)

 Khi cần thiết  bố trí

trạm bơm  tránh tình

trạng đường ống chơn Q SÂU vào lịng đất

42

Trong số trường

hợp khu vực KHƠNG thể nước tự chảy

(8)

43

LOẠI ĐƯỜNG ỐNG

THỐT NƯỚC  Tròn

 Vng (chữ nhật)

44 SẢN PHẨM TRONG ĐK

(mm) ĐK NGOAØI

(mm) HOẠT TẢI TL (Tấn) Cống BTCT D300mm, L=4m 300 400 H10 - X60 0.58 Cống BTCT D400mm, L=4m 400 500 H10 - X60 0.75 Cống BTCT D600mm, L=4m 600 760 H10 - X60 1.78 Cống BTCT D800mm, L=4m 800 960 H10 - X60 2.30 Cống BTCT D1000mm, L=4m 1000 1180 H10 - X60 3.43 Cống BTCT D1200mm, L=4m 1200 1440 H10 - X60 4.45 Cống BTCT D1500mm, L=4m 1500 1740 H10 - X60 5.44 Cống BTCT D2000mm, L=4m 2000 2300 H10 - X60 9.00

45

VÁN KHUÔNG ĐÚC LY TÂM

46

47

(9)

49

50

ƠN

DỊNG CHẢY ỔN ĐỊNH & ĐỀU TRONG ỐNG TRÒN (p/p tra bảng, Phụ lục 3)

Manning 

  (m/s)

n i R V

2 / /

R  bán kính thủy lực,  diện tích ướt i độ dốc ống, h  chiều sâu nước n  hệ số nhám, Q  lưu lượng

3 /

R i nQ Q .

V  

51

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Từ đó:

) D / h ( F i

nQ

3 /

    

h D

Chu vi ướt



A C

B

52 PHƯƠNG PHÁP GIẢI

 Với giá trị đường kính D

Giả thiết giá trị h/D

 Tính

 Thiết lập bảng sau (xem sau)

 Áp dụng: Có F  h/D &  dùng

kết để phục vụ tính khác

 



 / &

F 5/3 3/2

53 D(m)= 0.3 D(m)= 0.4

h/D F(h/D) ω(h/D) F(h/D) ω(h/D)

0.94 0.01352 0.0690 0.0291 0.123 0.93 0.01352 0.0685 0.0291 0.122 0.92 0.01349 0.0680 0.0291 0.121 0.91 0.01345 0.0675 0.0290 0.120 0.90 0.01340 0.0670 0.0289 0.119 0.89 0.01333 0.0665 0.0287 0.118 0.88 0.01325 0.0659 0.0285 0.117 0.87 0.01316 0.0653 0.0283 0.116 0.86 0.01306 0.0647 0.0281 0.115

54

HƯỚNG DẪN CHỌN Dmin KHI ĐÃ CÓ GIÁ TRỊ F

 Xét theo thứ tự ưu tiên từ D bé  D lớn hơn:

F(h/D) Dmin F(h/D) Dmin

<=0.0135 0.3 <=0.335 1.0

<=0.0291 0.4 <=0.545 1.2

<=0.0859 0.6

<=0.988 <=1.607

1.5 1.8

(10)

55

Bài tập 1 Một khu vực có diện tích A=10ha Hệ số dòng chảy C=0.4 Mưa khu vực có dạng:

Khu vực có thời gian tập trung nước T=30 phút

a Tính lưu lượng max (m3/s) chảy qua điểm tập

trung nước khu vực (cống thu) Q=CIA (m3/s)

b Giả thiết cống thu trịn có độ dốc i=10-3,

n=0.018, xem cống chảy không áp Chọn D

(min), tính độ đầy h/D,  V tương ứng (p/lục 3)

) h / mm ( 40 ) ph ( T

3500 I

c 



56

Bài tập 2 Một khu vực có diện tích A=0.25km2

Hệ số dòng chảy C=0.4 Mưa khu vực có dạng:

Khu vực có thời gian tập trung nước T=40 phút

a Tính lưu lượng max (m3/s) chảy qua điểm tập

trung nước khu vực (cống thu)

b Giả thiết cống thu có độ dốc i=10-3 hệ số

nhám n=0.018, xem cống chảy (không áp) Chọn D (min), tính độ đầy h/D,  Vtương ứng

       

ha s / l 50 ) ph ( T

12000 I

c

57 THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI

THOÁT NƯỚC MƯA BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍCH HỢP (TỶ LỆ)

(Rationnel method)

58 MỘT SỐ LƯU Ý

- Áp dụng tính nước khu vực vừa bé (<3-5 km2) Sử dụng nhiều cho khu đô thị

- Thời gian kéo dài mưa cơng thức tính cường độ mưa I lấy thời gian tập trung nước đến điểm xét  lưu lượng thoát Qmax

dùng giá trị thiết kếđường ống tương ứng - Thiết kế trường hợp “bất lợi” 

đoạn ống (D khơng đổi) tính kích thước với Qmax.

59

MỘT SỐ LƯU Ý

 Quy ước: Nước vào hệ thống cống thoát thông qua các điểm thu nước mạng lưới (KHÔNG vào dọc đoạn ống)

60

MỘT SỐ LƯU Ý

- Phương pháp thủy lực  Dòng chảy ỔN

ĐỊNH & ĐỀU  Không thể dùng

trong trường hợp điểm thoát nước khu vực bị ảnh hưởng “triều”

 KHÔNG THỂ ÁP DNG tính cho

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	1 MB