Nghiên cứu mô hình tổng hợp quản lý lưu lượng và chất lượng nước mưa cho khu vực đang diễn ra quá trình đô thị hóa áp dụng cho khu vực maclean, thành phố logan, bang queensland, australia

L IC M N Lu n v n th c s k thu t “Nghiên c u mơ hình t ng h p qu n lý l u l l ng n ng ch t c m a cho khu v c di n q trình th hóa: Áp d ng cho khu v c B c MacLean, thành ph Logan, bang Queensland, Australia” đ c hoàn thành v i s giúp đ t n tình c a th y giáo Khoa K Thu t Tài Nguyên N TS c, đ c bi t th y giáo h ng d n Nhân tác gi g i l i bi t n sâu s c đ n ng Minh H i tr c ti p h ng d n, th y cô Khoa giúp đ nhi t tình, cung c p nh ng tài li u quý cho tác gi hoàn thành Lu n v n th c s Tác gi xin c m n lãnh đ o đ ng nghi p t i Công ty TNHH K thu t tài nguyên n c AQUATIC Vi t Nam, Công ty T v n K thu t Burchills Engineering Solution, Australia t n tình giúp đ , h ng d n t o u ki n t t nh t cho tác gi trình h c t p làm lu n v n Nhân xin bày t lịng bi t n đ n gia đình h t lòng ch m lo v v t ch t tinh th n t t nh t đ yên tâm h c t p Tôi c ng g i c m n t i t t c nh ng ng i b n t p th l p CH19Q1 giúp tơi nhi u q trình h c t p rèn luy n Tr ng H Thu l i Hà N i, tháng n m 2015 Tác gi lu n v n Ph m Th Tuy t C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM CL P–T DO – H NH PHÚC B N CAM K T Kính g i: - Ban Giám hi u tr ng i h c Thu l i - Phòng t o H Sau H tr ng i h c Thu l i Tên là: Ph m Th Tuy t H c viên cao h c l p: 19Q11 Chuyên ngành: K thu t tài nguyên n c Mã h c viên: 118606230028 Theo Quy t đ nh s 139/Q - HTL c a Hi u tr vi c giao đ tài lu n v n ng ng tr ng i h c Thu L i v ih ng d n cho h c viên cao h c đ t n m 2015 Ngày 02 tháng 02 n m 2015 đ c nh n đ tài: “Nghiên c u mơ hình t ng h p qu n lý l u l ng ch t l ng n c m a cho khu v c di n q trình th hóa: Áp d ng cho khu v c B c MacLean, thành ph Logan, bang Queensland, Australia” d is h ng d n c a Ti n s ng Minh H i Tôi xin cam đoan lu n v n k t qu nghiên c u c a riêng tôi, không chép c a N i dung lu n v n có tham kh o s d ng tài li u, thông tin đ c đ ng t i tài li u trang web theo danh m c tài li u tham kh o c a lu n v n Hà N i, tháng n m 2015 Tác gi lu n v n Ph m Th Tuy t M CL C PH N M U CH T NG QUAN NG 1.1 T ng quan v v n đ nghiên c u .5 1.2 T ng quan v nghiên c u th c hi n 1.2.1 Các nghiên c u n c 1.2.2 Các nghiên c u Vi t Nam .12 CH NG C S LÝ THUY T VÀ C S D LI U .16 2.1 Mơ hình qu n lý n c m a XP – SWMM .16 2.1.1 C s lý thuy t mô hình XP-SWMM 16 2.1.2 C s d li u mơ hình XP-SWMM 20 2.2 Mơ hình qu n lý ch t l ng n c đô th -MUSIC 25 2.2.1 C s lý thuy t mơ hình MUSIC 26 2.2.2 C s d li u mơ hình MUSIC 28 2.2.3 Mơ hình t ng h p qu n lý n c m a 30 CH NG NG D NG MƠ HÌNH T NG H P TRONG QU N LÝ L UL NG N C VÀ CH T L NG N C M A CHO KHU V C NGHIÊN C U VÙNG B C MACLEAN, THÀNH PH LOGAN, BANG QUEENSLAND, AUSTRALIA .35 3.1 T ng quan v vùng nghiên c u 35 3.1.1 c m vùng nghiên c u 35 3.1.2 M c tiêu c a nghiên c u 39 3.2 Xây d ng ng d ng mơ hình XP – SWMM qu n lý l u l ng n c m a khu v c nghiên c u 39 3.2.1 Các b c thi t l p mơ hình XP-SWMM 39 3.2.2 Xây d ng mô hình XP – SWMM cho khu v c nghiên c u .41 3.2.3 Phân tích s nh h ng c a q trình th hóa t i khu nghiên c u đ n l u l ng dòng ch y t i c a x c a khu nghiên c u 63 3.2.4 xu t ph ng án tiêu thoát n c qu n lý l u l ng n c m a .65 3.2.5 ng d ng mơ hình XP-SWMM tính tốn thi t k b tr n c t i ch (OSD) u ti t l u l ng n c m a khu v c đô th hóa 69 3.2.6 K t qu mơ hình XPSWMM - ánh giá hi u qu c a b tr t i ch 75 3.3 Xây d ng ng d ng mơ hình MUSIC qu n lý ch t l ng n c m a khu v c nghiên c u 78 3.3.1 Các b c thi t l p mơ hình MUSIC 78 3.3.2 Xây d ng hình MUSIC 79 3.3.3 Phân tích s nh h ng c a q trình th hóa khu nghiên c u đ n ch t l ng n c h l u khu nghiên c u 90 3.3.4 Gi i thi u h th ng x lý n c m a d ki n t i khu v c nghiên c u 91 3.3.5 ng d ng mơ hình MUSIC tính tốn thi t k h th ng cơng trình x lý ch t l ng n c 93 3.3.6 ánh giá kh n ng ho t đ ng c a h th ng cơng trình x lý ch t l ng n c 95 3.3.7 Ch ng trình giám sát h th ng cơng trình giai đo n v n hành .98 3.4 K t lu n 99 CH NG K T LU N VÀ KI N NGH 101 TÀI LI U THAM KH O 105 DANH M C B NG B ng 2.1 T n su t thi t k cho h th ng th ng tiêu thoát nh 24 B ng 2.2 T n su t thi t k cho h th ng th ng tiêu thoát l n 24 B ng 2.3 Thông s m a dòng ch y đ c ki n ngh s d ng MUSIC 29 B ng 2.4 Thơng s tính tốn ch t nhi m đ c ki n ngh s d ng MUSIC 30 B ng 2.5 T ng h p m c tiêu thi t k ch t l ng n c m a giai đo n v n hành 31 B ng 3.1 T n su t thi t k h th ng th ng tiêu thoát cho b tr 41 B ng 3.2 C ng đ m a thi t k (mm/gi ) 42 B ng 3.3 T ng l ng m a (mm) 43 B ng 3.4 Phân b m a ng v i tr n m a thi t k 43 B ng 3.5 Phân chia l u v c (ph ng án hi n tr ng) 51 B ng 3.6 Phân chia l u v c (ph ng án ô th hóa) 53 B ng 3.7 Th i gian t p trung n B ng 3.8 Tính tốn l u l c (ph ng án hi n tr ng) .56 ng l theo ph ng pháp thích h p (ph ng án hi n tr ng) 57 B ng 3.9 Th i gian t p trung n B ng 3.10 Tính tốn l u l c (ph ng án th hóa) 58 ng l theo ph ng pháp thích h p (ph ng án th hóa) 59 B ng 3.11 H s th m ban đ u th m n đ nh .60 B ng 3.12 Các thông s l u v c cho ph ng án hi n tr ng .60 B ng 3.13 Các thông s l u v c cho ph ng án th hóa 60 B ng 3.14 L u l ng dòng ch y t mơ hình XP-SWMM (ph ng án hi n tr ng) 61 B ng 3.15 L u l ng dịng ch y t mơ hình XP-SWMM (ph ng án ô th hóa) 62 B ng 3.16 So sánh giá tr đ nh l tính tốn .63 B ng 3.17 So sánh dòng ch y t i m x LPD A 64 B ng 3.18 So sánh dòng ch y t i m x LPD B 64 B ng 3.19 Quan h di n tích đ sâu tính toán cho h th ng OSD .71 B ng 3.20 C u t o c a thoát n c c a cơng trình u ti t OSD 72 B ng 3.21 So sánh l u l ng đ nh l gi a hai 75 B ng 3.22 sâu b u ti t ng v i l Q100 n m (1% AEP) .77 B ng 3.23 sâu b u ti t ng v i l thi t k 20 n m (5% AEP) .77 B ng 3.24 K t qu phân tích ph B ng 3.25 S li u khí t ng án r i ro cao ng v i l Q 100 (1% AEP) .77 ng tr m m a 80 B ng 3.26 Phân chia l u v c mơ hình MUSIC .81 B ng 3.27 Thơng s tính tốn m a – dòng ch y .83 B ng 3.28 Thơng s tính tốn ch t nhi m sinh t khu th hóa .84 B ng 3.29 K t qu tính tốn ch t ô nhi m kh i l u v c 85 B ng 3.30 Tính tốn cơng trình l ng đ ng bùn cát h t thô .94 B ng 3.31 Thông s thi t k c a h th ng x lý n B ng 3.32 Hi u qu c a h th ng x lý ch t l c sinh hóa Bio-retention 94 ng n c đ xu t 96 DANH M C HÌNH Hình 2.1 Phân chia di n tích tính tốn ph Hình 2.2 Q trình m a - dịng ch y theo ph ng pháp Laurenson 18 ng pháp Laurenson .18 Hình 2.3 Các tr m đo m a ngày tr m đo m a liên t c đ vi c c tính c c s d ng ng đ m a thi t k (www.bom.gov.au) 21 Hình 2.4 Phân vùng cho bi u đ phân b m a lãnh th Australia 23 Hình 2.5 Mơ hình m a dịng ch y đ c s d ng MUSIC 27 Hình 2.6 Mơ hình t ng h p qu n lý t ng h p n c m a đô th theo ph ng pháp WSUD .33 Hình 2.7 S đ kh i tính tốn mơ hình XP – SWMM MUSIC 34 Hình 3.1 V trí đ a lý khu v c nghiên c u 35 Hình 3.2 Hi n tr ng s d ng đ t khu v c nghiên c u 36 Hình 3.3 M t b ng khu nghiên c u ph ng án ô th hóa .38 Hình 3.4 Bi u đ phân b m a ng v i tr n m a thi t k có kho ng th i gian l p l i nh h n 30 n m 48 Hình 3.5 Bi u đ phân b m a ng v i tr n m a thi t k có kho ng th i gian l p l i l n h n 30 n m .49 Hình 3.6 D li u m a mơ hình XP-SWMM 50 Hình 3.7 Phân chia l u v c ph ng án hi n tr ng 52 Hình 3.8 Phân chia l u v c ph ng án th hóa 54 Hình 3.9 L u l ng ng v i kho ng l p l i 100 n m (1%) cho l u v c hi n tr ng t mơ hình XPSWMM .61 Hình 3.10 L u l ng ng v i kho ng l p l i 100 n m (1%) cho l u v c th hóa t mơ hình XP-SWMM 62 Hình 3.11 Thơng s thi t k kênh d n n c theo công th c Mannings 66 Hình 3.12 M t c t n hình c a cơng trình phân tán dịng ch y .67 Hình 3.13 M t c t n hình c a h th ng tiêu n c khu v c nghiên c u 68 Hình 3.14 h th ng k t h p b tr t i ch v i h th ng l c sinh hóa .70 Hình 3.15 ng quan h di n tích đ sâu c a b tr mơ ph ng XP-SWMM 71 Hình 3.16 H th ng n Hình 3.17 H th ng qu n lý n c kh i b tr mơ hình XP-SWMM 72 c m a đ xu t cho khu nghiên c u 73 Hình 3.18 M t c t thi t k h th ng qu n lý n c m a cho khu nghiên c u 74 Hình 3.19 Bi u đ so sánh gi a dòng ch y đ nh l ph ng v i Q100 n m cho hai ng án hi n tr ng d (đã u ti t) 76 Hình 3.20 Bi u đ khí t ng t ghi th i đo n phút s d ng mô hình MUSIC 80 Hình 3.21 Phân chia l u v c cho tính tốn ch t l Hình 3.22 Hàm l ng n c MUSIC 82 ng nhi m tính t mơ hình MUSIC 86 Hình 3.23 Bi u đ so sánh giá tr trung bình n m c a TSS b ng mơ hình MUSIC k t qu tính tốn b ng mơ hình Colobus b i EMSS (ngu n CRCCH, 2002) 87 Hình 3.24 Bi u đ so sánh giá tr trung bình n m c a TP b ng mơ hình MUSIC k t qu tính tốn b ng mơ hình Colobus b i EMSS (ngu n CRCCH, 2002) 88 Hình 3.25 Bi u đ so sánh giá tr trung bình n m c a TN b ng mơ hình MUSIC k t qu tính tốn b ng mơ hình Colobus b i EMSS (ngu n CRCCH, 2002) 89 Hình 3.26 S đ h th ng x lý n c m a đ xu t 91 Hình 3.27 M t c t n hình c a h th ng l c n c sinh hóa 92 Hình 3.28 H th ng x lý n c sinh hóa mơ ph ng mơ hình MUSIC 95 Hình 3.29 H th ng x lý n c m a k t qu mơ hình MUSIC 97 DANH M C T VI T T T AEP T n su t n m v AHD M c th y chu n c a Australia (Australian Height Datum) ARI Kho ng th i gian l p l i trung bình (đ l p l i) (Average Recurrence Interval) ARR Phân ph i m a – dòng ch y c a Australia (Australian Rainfall Runoff) BS H th ng l c n CL H s th m n đ nh (Continuing Loss) CSF Cơng trình l ng đ ng bùn cát h t thơ(Coarse Sediment Forebays) EXT L u v c bên ngồi đ vào khu Nghiên c u(External Catchment) IFD S li u c IL H s th m ban đ u (Initial Loss) LPD MUSIC OSD QUDM QWQG t (Annual Exceedance Probability) c sinh hóa (Bio-Retention System) ng đ m a thi t k (Intensity Frequency Duration) i mx n c cho phép c a thành ph (Lawfull/Legal point of discharge) Mơ hình Qu n lý ch t l ng n c đô th MUSIC (Model for Urban Stormwater Improvement Conceptualisation) B tr n H c t i ch (On-site Detention) ng d n thi t k h th ng tiêu th Queensland (Queensland Urban Drainage Manual) H ng d n qu n lý ch t l ng n c đô th Queensland (Queensland Water Quality Guidelines) RL Cao trình sau đào l y theo cao trình chu n (Reduced Level) SIT Th i gian t p trung n TSS Hàm l TP T ng ph t TN T ng Nit WSUD Thi t k đô th nh y c m v n XP- Mơ hình Qu n lý n SWMM c đ n c a vào tiêu chu n (Standard Inlet Time) ng ch t l l ng c (Water Sensitive Urban Design) c m a XP – SWMM (Stormwater Management Model) PH N M TÍNH C P THI T C A U TÀI th hóa q trình t t y u phát tri n kinh t - xã h i, xu th tích c c t o nên đ ng l c m i cho n n kinh t c a m i qu c gia Vi t Nam hi n nay, b i c nh đô th hóa nhanh v i s quan tâm ch a m c v v n đ qu n lý, b o v môi tr ng n c quy ho ch xây d ng đô th d n đ n tình tr ng ng p úng c c b ô nhi m ngu n n c m t nghiêm tr ng x y th ng xuyên đô th l n Trên th gi i, vi c mơ hình t ng h p đ qu n lý l u l n c m a cho khu v c đô th đ l u v c Tuy nhiên ng ngu n c th c hi n nhi u, đ c bi t quy mô ti u Vi t Nam, thi u s li u nhi u h n ch v kinh t k thu t nên v n đ ch a đ lý n ng ch t l c m a đô th đ c quan tâm m c Nhi u d án đ tài v qu n c th c hi n, nhiên d án đ tài m i đ th c hi n quy mô l n V n đ qu n lý n c c m a cho ti u l u v c, đ c bi t l u v c d ki n di n q trình th v n đ c p thi t nh m đ m b o q trình th hóa khơng làm nh h ng đ n kh n ng tiêu thoát n th ng hi n tr ng đ ng th i không làm nh h ng đ n ch t l nhiên, đ th c hi n nghiên c u v v n đ qu n lý n h i r t nhi u d li u mà hi n qu n lý l u l ng ch t l ng n cc ah c m a Tuy c m a cho ti u l u v c địi Vi t Nam ch a có Do đó, vi c tri n khai v n đ ng ngu n n c đô th khu v c th gi i (có s li u đ y đ ) nh m rút h c áp d ng cho u ki n c a Vi t Nam h t s c c n thi t Khu v c nghiên c u n m t i s 18, đ ng Trace, B c Maclean, thành ph Logan v i di n tích 3.53 Khu nghiên c u n m ngo i thành thành ph Logan Ph n l n di n tích đ t c a khu nghiên c u hi n t i đ t tr ng, v i b m t đ c b o ph b i b i c Có hai ngơi nhà t n t i khu v c nghiên c u Hi n t i, khu v c nghiên c u ch a phát tri n (hình 1) Trong t ng lai, khu v c nghiên c u s ... Australia; xu t bi n pháp cơng trình phi cơng trình đ qu n lý l u l • ch t l ng n IT NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U c Nghiên c u lý thuy t v qu n lý l u l ng ch t l nghiên c u th hóa t i B c Maclean, thành. .. c nghiên c u ch a phát tri n (hình 1) Trong t ng lai, khu v c nghiên c u s phát tri n thành khu th ng m i mà c th tr ng cao đ ng nông nghi p cơng ngh Australia (hình 2) Hình Hi n tr ng khu nghiên. .. .33 Hình 2.7 S đ kh i tính tốn mơ hình XP – SWMM MUSIC 34 Hình 3.1 V trí đ a lý khu v c nghiên c u 35 Hình 3.2 Hi n tr ng s d ng đ t khu v c nghiên c u 36 Hình 3.3 M t b ng khu nghiên