6. CẤU TRÚC BÁO CÁO
2.2.2. Tổ chức mạng lưới thoát nước có khả năng tự thấm một phần
Trên cơ sở giảm lưu lượng nước mưa bằng cách thấm qua môi trường đất xung quanh, mô hình mạng lưới thoát nước mưa mới đang được áp dụng trong các nước, được gọi là “Mô hình thoát nước mưa có khả năng tự thấm một phần” qua hệ thống đường ống, hố ga nhằm phân tán lưu lượng nước vào trong lòng đất thay vì chảy về cửa xả như hiện nay. Quy luật cơ bản về sự chuyển động của dòng thấm được biểu thị bằng định luật Darcy:
v = k.J (2) Trong đó:
J: gradien thấm (độ dốc thủy lực); k: là hệ số thấm của môi trường (cm/s)
Trị số v trong công thức là lưu tốc trung bình của dòng thấm “tượng trưng” khi xem toàn bộ dòng thấm chứa đầy chất lỏng.
Lưu lượng thấm xác định theo công thức: q = v.A (3)
trong đó:
q: lưu lượng thấm; ( cm3/s) v: lưu tốc thấm; (cm/s)
A: diện tích mặt cắt ngang của dòng thấm. (cm2)
Với n lỗ bố trí dòng thấm thì tổng lưu lượng thấm xác định theo công thức: Q = n.q (4)
Như vậy, có thể nhận thấy được việc bố trí dòng thấm hoàn toàn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Môi trường thấm (k) là cát, cát pha, á cát, á sét, sét... Mỗi loại môi trường thấm có độ rỗng tương ứng và cho phép dòng thấm qua nó lớn hay nhỏ.
Gradien thủy lực, thể hiện rõ nhất bởi độ chênh cao từ cao trình mực nước thấm tới vị trí đặt họng thấm.
Số lượng họng thấm được bố trí
Diện tích mặt cắt ngang của ống thấm.
2.2.3. Phương pháp tích nước trong đất SCS
Phương pháp tích nước trong đất (Soil conservation service method - SCS) là một phương pháp được áp dụng ở Hoa Kỳ nhằm tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào. Ta có thể dùng phương pháp SCS để tính dòng chảy từ mưa rào, lượng gia tăng dòng chảy gây ra bởi đô thị hóa là bao nhiêu. Từ đó có các giải pháp cụ thể, phù hợp để tính toán hệ thống thoát nước hơp lý. Nếu gọi:
Pc: độ sâu mưa hiệu dụng P: độ sâu mưa (chưa tổn thất)
Ia: tổn thất ban đầu Fa: độ sâu thấm liên tục S: độ sâu cầm giữ tối đa Ta thấy rằng:
Trong một trận mưa rào, độ sâu hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pc không bao giờ vượt qua độ sâu mưa P, tương tự như vậy, sau khi hình thành dòng chảy thì độ sâu nước bị cầm giữ trong lưu vực Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng độ sâu nứơc cầm giữ tối đa S nào đó.
Lượng mưa Ia bị tổn thất không sinh dòng chảy đó là lượng tổn thất ban đầu ( h0). Từ đó ta có lượng dòng chảy tiềm năng là P-Ia
Trong phương pháp SCS người ta giả thiết rằng: Tỉ số giữa 2 đại lượng có thật Pc và Fa bằng với tỉ số của 2 đại lượng tiềm năng là ( P-Ia) và S. Từ đó ta có thể viết: Fa/S = Pc/( P-Ia)
Từ nguyên lý liên tục của dòng chảy ta có Tổng lượng độ sâu mưa: P = Pc+ Ia + Fa
Giải ra ta tìm được độ sâu mưa hiệu dụng Pc =( P-Ia)2 / P-Ia + S (5) Đây là phương trình cơ bản để tính dòng chảy từ mưa rào.
Từ kết quả nghiên cứu từ trên nhiều lưu vực nhỏ, người ta tìm được quan hệ kinh nghiệm như sau: Ia = 0,2S, thay vào (1) ta có Pc =( P-0,2S)2 / P +0,8S
Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pc bằng các số liệu của nhiều khu vực, người ta đã tìm ra dược họ của các đường cong với kiểu dáng như hình 2.1
Để tiêu chuẩn hoá các đường cong này, người ta sử dụng số liệu của đường cong CN làm thông số. Đó là một số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng (0 - 100). Đối với bề mặt không thấm nước hoặc mặt nước, CN = 100; đối với bề mặt tự nhiên, CN < 100.
Nguồn: GS. TS.Hoàng Hưng, Giáo trình Quản lý tài nguyên nước
Hình 2.1 Đồ thị mô tả các biến số có tổn thất dòng chảy, phương pháp SCS
Khả năng giữ nước lớn nhất của lưu vực (S) và đặc tính của lưu vực có quan hệ với nhau thông qua một tham số là số hiệu đường cong CN:
S= (1000/CN) – 10 (hệ Anh) S= (25400/CN) – 254 (hệ mét)
Các số hiệu của đường cong CN đã được cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ lập thành bảng tính sẵn dựa trên phân loại đất và tình hình sử dụng đất. Trong đó đất được phân loại thành 4 nhóm theo định nghĩa như sau:
Nhóm A: cát tầng sâu, hoàng thổ sâu và phù sa kết tập
Nhóm B: hoàng thổ nông, đất mùn pha cát
Nhóm C: mùn pha sét, mùn pha cát tầng nông, đất có hàm lượng chất hữu cơ
thấp và đất pha sét cao
Nhóm D: đất trương nở rõ rệt khi ướt, đất sét dẻo nặng và đất nhiễm mặn. Nếu lưu vực tạo thành bởi nhiều loại đất và có nhiều hình thức sử dụng đất khác nhau, ta có thể tính một giá trị hỗn hợp của trị số CN.
Các số liệu quan hệ dòng chảy và sử dụng đất nông nghiệp, vùng ngoại ô và trong thành phố (độ ẩm thời kì trước theo điều kiện II, Ia = 0,2S) được trình bày trong Bảng 2.1
Bảng 2.2: Nhóm đất theo phân loại thuỷ văn
Nhóm đất theo phân loại thuỷ văn
Mô tả sử dụng đất
A B C D Đất trồng trọt: không có xử lý bảo quản
: có xử lý bảo quản
91 81 Bãi cỏ hay bãi thả gia súc: điều kiện xấu
: điều kiện tốt 68 39 79 61 86 74 89 90 Đồng cỏ: điều kiện tốt 30 58 71 78
Đất rừng: cây nhỏ, lớp phủ xấu không có bảo vệ : lớp phủ tốt 45 25 66 55 77 70 83 87 Đất trồng, bãi cỏ, công viên, sân gôn, nghĩa địa…
Điều kiện tốt cỏ phủ 75% diện tích hoặc hơn Điều kiện khá cỏ phủ 50% đến 75% diện tích
39 49 61 69 74 79 80 84 Khu thương mại và kinh doanh( 85% không thấm) 89 92 94 95
Khu nhà ở:
Kích thước trung bình lô đất. Số % đất không thấm 1/8 acre hoặc nhỏ hơn 65
1/4 acre hoặc nhỏ hơn 38 1/3 acre hoặc nhỏ hơn 30 1/2 acre hoặc nhỏ hơn 25 1 acre hoặc nhỏ hơn 20
71 61 57 54 51 85 74 72 70 68 90 83 81 80 79 92 87 86 85 84
Bãi để xe có lát, mái nhà, đường xe chạy… 98 98 98 98
Phố và đường sá:
Có lát với lề đường và rãnh thoát nước Rải sỏi Đất 98 76 72 98 85 82 98 89 87 98 91 89
Nguồn: GS. TS. Hoàng Hưng
Quá trình đô thị hóa làm gia tăng dòng chảy. Bởi vì lượng nước mưa cung cấp cho dòng chảy tăng lên do sự gia tăng của các mặt không thấm nước, làm giảm nhỏ lưu lượng thấm như các bãi xe, đường phố, nóc nhà, vỉa hè bê tông v.v. Mặt khác, kênh rạch ngày càng bị lấn chiếm, sử dụng tuỳ tiện, như xây nhà ven kênh rạch, đổ rác xuống lòng kênh v.v. làm cho khả năng tiêu, thoát nước kém.
Ta cũng có thể áp dụng cách phân tích của phương pháp SCS để xác định lượng gia tăng của dòng chảy gây ra do đô thị hóa. Bảng 2.2 phân loại các nhóm độ ẩm của đất thời kỳ trước (AMC) trong tính toán lượng tổn thất dòng chảy của phương pháp SCS.
Bảng 2.3 Quan hệ giữa độ ẩm nhóm đất và lượng tổn thất dòng chảy
Nhóm AMC Tổng lượng mưa 5 ngày trước
Mùa không hoạt động Mùa sinh trưởng Độ ẩm 1 Độ ẩm 2 Độ ẩm 3 Nhỏ hơn 0,5 0,5- 1,1 Trên 1,1 Nhỏ hơn 1,4 1,4-2,1 Trên 2,1
Nguồn: GS. TS. Hoàng Hưng