V. Những kết quả đạt được
2.4.2 Giới thiệu một số phương phỏp, mụ hỡnh tớnh toỏn tiờu thoỏt nước mưa
biến. Lựa chọn mụ hỡnh tớnh toỏn thoỏt nước cho khu vực.
- Kỹ thuật tớnh toỏn tiờu thoỏt nước với cỏc lưu vực đụ thị cú khoảng giữa thế kỷ XIX. Nhỡn chung cỏc phương phỏp tớnh toỏn tiờu thoỏt nước cho cỏc đụ thị ở nước ta phần lớn mới ở mức sử dụng cỏc cụng thức kinh nghiệm, cụng thức căn nguyờn dũng chảy để xỏc định lưu lượng lớn nhất cần tiờu và kớch thước cỏc đường cống tiờu. Ở nước ta từ năm 1960 đến nay ỏp dụng rộng rói phương phỏp cường độ giới hạn. Hiện nay tiờu chuẩn Việt Nam cũng đưa phương phỏp cường độ giới hạn vào tớnh toỏn tiờu thoỏt nước mưa cho đụ thị.
Phương phỏp cường độ giới hạn:
Cụng thức tớnh toỏn lưu lượng thoỏt nước mưa:
Trong đú:
q: Cường độ mưa tớnh toỏn, l/s.ha C: Hệ số dũng chảy
F: Diện tớch lưu vực mà tuyến cống phục vụ, ha.
Xỏc định cường độ mưa tớnh toỏn:
Cường độ mưa tớnh toỏn được xỏc định theo cụng thức sau: q A.(1 C.lg P)n (t b) + = + (l/s.ha) [2.2] Trong đú :
q: Cường độ mưa (l/s.ha)
t: Thời gian dũng chảy mưa (phỳt)
P: Chu kỳ lặp lại trận mưa tớnh toỏn (năm)
A,C,b, n : là tham số xỏc định theo điều kiện mưa của địa phương.
Xỏc định thời gian mưa tớnh toỏn:
t = t0+ +t1 t2 (phỳt) [2.3] Trong đú:
t - Thời gian dũng chảy mưa đến điểm tớnh toỏn, (phỳt)
0
t - Thời gian nước mưa chảy trờn bề mặt đến rónh đường, (phỳt)
1
t - Thời gian nước chảy trong rónh đường đến giếng thu, (phỳt)
2
t - Thời gian nước chảy trong cống đến tiết diện tớnh toỏn (phỳt) Tuy nhiờn, phương phỏp cường độ giới hạn cú những nhược điểm là:
+ Khụng xột đến sự thay đổi của của yếu tố thủy lực, thủy văn theo thời gian, chỉ xỏc định được lưu lượng đỉnh (lưu lượng tối đa);
+ Khụng mụ phỏng được quỏ trỡnh chất lượng nước;
- Ngày nay việc phỏt triển ngành cụng nghệ thụng tin với sự trợ giỳp của mỏy tớnh điện tử thỡ việc tớnh toỏn tiờu thoỏt nước trở lờn đơn giản hơn với những mụ hỡnh toỏn hiện đại mụ phỏng hệ thống thoỏt nước đụ thị. Mụ hỡnh khụng những cú thể xỏc định được lưu lượng đỉnh mà cũn xỏc định được tổng lưu lượng dũng chảy.
Trong những năm gần đõy, cỏc dự ỏn tiờu thoỏt nước của cỏc thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chớ Minh, Hải Phũng mụ hỡnh toỏn hiện đại đó được ỏp dụng trong nghiờn cứu tớnh toỏn tiờu thoỏt nước.
Mộ số mụ hỡnh tớnh toỏn tiờu thoỏt nước mưa đụ thị như: mụ hỡnh MOUSE, mụ hỡnh HYDROWORKS, mụ hỡnh SWMM…
Cỏc mụ hỡnh đều cú khả năng kiểm tra hoặc thiết kế hệ thống tiờu thoỏt nước. Tuy nhiờn cỏc mụ hỡnh lại cú những nhược điểm (mụ hỡnh MOUSE - Modelling of Urban Sewers) :
+ Phần mềm tương thớch với GIS + Yờu cầu cơ sở dữ liệu cao, chớnh xỏc.
+ Khụng mụ phỏng được tuyến cống ghộp đụi, chạy song song. + Cú bản quyền, mua mất rất nhiều tiền.
Trong khi mụ hỡnh SWMM lại yờu cầu số liệu đầu vào đơn giản, dễ thu thập, cú khả năng mụ phỏng tuyến cống ghộp đụi. Là phần mềm miễn phớ và được sử dụng nhiều nước.
Qua phõn tớch sơ bộ về phương phỏp tớnh toỏn, mụ hỡnh tớnh toỏn tiờu thoỏt nước, với thời gian nghiờn cứu, viết luận văn cú hạn nờn tỏc giả lựa chọn một mụ hỡnh thớch hợp để tớnh toỏn thoỏt nước cho khu vực, phự hợp với tài liệu thu thập được.
Trong luận văn này tỏc giả lựa chọn mụ hỡnh SWMM (phiờn bản 5.0) để thiết để tớnh toỏn tiờu thoỏt nước cho khu vực.
a. Giới thiệu mụ hỡnh SWMM
Mụ hỡnh SWMM (Storm Water Management Model) là mụ hỡnh động lực học mụ phỏng mưa – dũng chảy cho cỏc khu đụ thị cả về chất và lượng, và tớnh toỏn quỏ trỡnh dũng chảy trờn cỏc đường dẫn.
Mụ hỡnh cú thể mụ phỏng với một trận mưa đơn lẻ hoặc nhiều trận mưa liờn tiếp trong thời gian dài.
SWMM ra đời từ năm 1971, cho đến nay đó trải qua nhiều lần nõng cấp. Mụ hỡnh SWMM được sử dụng rộng rói trờn thế giới cho cỏc cụng tỏc quy hoạch, phõn tớch và thiết kế cỏc hệ thống thoỏt nước mưa, hệ thống thoỏt nước chung, hệ thống thoỏt nước thải và những hệ thống tiờu khỏc trong vựng đụ thị cũng như những vựng khụng phải đụ thị.
b. Cỏc khả năng của mụ hỡnh SWMM
SWMM tớnh toỏn được nhiều quỏ trỡnh thủy lực khỏc nhau tạo thành dũng chảy, bao gồm:
-Lượng mưa biến đổi theo thời gian; -Bốc hơi trờn mặt nước tĩnh;
-Sự tớch tụ và tan tuyết;
-Sự cản nước mưa tại cỏc chỗ địa hỡnh lừm cú khả năng chứa nước; -Ngấm của nước mưa xuống cỏc lớp đất chưa bóo hũa;
-Nước thấm từ nước mặt chảy vào nước ngầm;
-Sự trao đổi giữa dũng chảy nước ngầm và hệ thống tiờu;
SWMM cũng cú những tớnh năng mềm dẻo của một mụ hỡnh thủy lực dựng để diễn toỏn dũng chảy, nhật lưu trong cống, kờnh, hồ, trạm xử lý nước, cỏc cụng tỡnh phõn nước của hệ thống tiờu thoỏt.
-Mụ phỏng cỏc mạng lưới thoỏt nước với những quy mụ khụng giới hạn; -Sử dụng nhiều loại cống cú hỡnh dạng và kớch thước khỏc nhau và cỏc kờnh
tự nhiờn;
-Mụ phỏng cỏc dũng chảy qua cỏc cụng trỡnh đặc biệt như: cụng trỡnh xử lý, trạm bơm,…
-Cú thể xột đến việc nhập lưu hay dũng chảy từ bờn ngoài vào cống như dũng chảy mặt, sỏt mặt, ngầm, nước thải sinh hoạt và nhiều dạng khỏc của dũng chảy;
-Cú thể sử dụng phương phỏp diễn toỏn dũng chảy như nước vật, chảy ngược,…
Ngoài khả năng mụ phỏng dũng chảy mặt, SWMM cũn cú khả năng tớnh toỏn vận chuyển chất ụ nhiễm, xem xột tới nguồn gõy ụ nhiễm và diễn biến nồng độ chất ụ nhiễm trờn hệ thống.
d. Cỏc ứng dụng của mụ hỡnh
Cỏc ứng dụng điển hỡnh của SWMM:
-Thiết kế và xỏc định quy mụ kớch thước những cụng trỡnh của hệ thống thoỏt nước.
-Thiết kế và bố trớ cỏc thành phần của hệ thống tiờu để kiểm soỏt lũ.
-Bố trớ cỏc cụng trỡnh trữ nước (điều hũa nước) và cỏc thiết bị để kiểm soỏt lũ và bảo vệ chất lượng nước
-Xõy dựng bản đồ ngập lụt của hệ thống sụng hoặc kờnh tự nhiờn
-Vạch ra cỏc phương ỏn làm giảm hiện tượng chảy tràn của mạng lưới thoỏt nước hỗn hợp
-Đỏnh giỏ tỏc động của dũng chảy vào và dũng thấm của hệ thống thoỏt nước thải
-Tạo ra cỏc hiệu ứng BMPs để làm giảm tải chất ụ nhiễm khi trời mưa
e. Dữ liệu đầu vào
Cỏc dữ liệu cần thiết cho mụ hỡnh mưa dũng chảy SWMM mụ phỏng hệ thống thoỏt nước bao gồm:
-Cỏc dữ liệu về hệ thống thoỏt nước hiện trạng, cỏc cụng trỡnh hiện cú trong khu vực nghiờn cứu, cỏc hồ điều hũa…
-Cỏc dữ liệu về địa hỡnh, địa chất, cao độ san nền, cao độ hiện trạng của cỏc hố ga, cửa xả…
-Cỏc dữ liệu về thủy văn là mực nước hoặc đường quỏ trỡnh mực nước tại lưu vực tiếp nhận.
-Dữ liệu về mưa của khu vực.