Hình 4.3: Sơ đồ lưới sai phân
4.3.1. Giới thiệu mơ hình:
Storm Water Management Model (SWMM) được xây dựng ở hai trường San Phansico và Florida (Mỹ) do cơ quan bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ (EPA) xây dựng từ năm 1971 – 1999 để mơ phỏng lượng nước của lưu vực thốt nước đơ thị và tính tốn quá trình chảy tràn từ mỗi lưu vực bộ phận đến cửa nhận nước của nĩ.
SWMM là mơ hình động lượng dịng chảy nước mưa chủ yếu dùng cho các khu đơ thị trong trường hợp riêng lẻ hay mơ hình hố liên tục. Đường dịng chảy cĩ thể được biểu diễn cho hệ thống dẫn nước mặt và nước ngầm, bao gồm phương án tính tốn thuỷ văn động lượng hồn tồn.
Đây là mơ hình vật lý cĩ thể mơ phỏng quá trình dịng chảy do mưa ở lưu vực đơ thị bao gồm cả phần thấm và sau thấm. Sau đĩ tổng hợp diễn tốn theo phương pháp thuỷ lực trên tồn bộ hệ thống tiêu thốt nước đơ thị. Mơ hình cĩ khả năng diễn tốn với bất kỳ trạng thái chảy nào như chảy cĩ áp và khơng cĩ áp, với bất kỳ cấu trúc phức tạp nào của hệ thống thốt nứơc như hồ điều tiết, đập tràn, lỗ vịi và kiểu vận hành của hệ thống trạm bơm. Hai mơ hình quan trọng nhất để diễn đĩan mưa và dịng chảy nằm trong mơ hình tổng hợp SWMM là mơ hình RUNOFF và mơ hình EXTRAN diễn tốn thuỷ lực cho tồn bộ hệ thống dựa trên việc giải hệ phương trình Saint Venant.
Mơ hình đã sử dụng rộng rãi trên thế giới trong tính tốn dịng chảy đơ thị nĩi riêng và lưu vực tự nhiên nĩi chung. Mơ hình đã đưa vào áp dụng ở nước ta từ năm 1990 để đánh giá lượng và chất lượng nước của một lưu vực đơ thị và lưu vực tự nhiên.
Mục đích ứng dụng mơ hình tốn SWMM cho hệ thống thốt nước được ứng dụng và triển khai nhằm:
Xác định các khu vực cần xây mới hoặc mở rộng cống thốt nước mưa để giảm tình trạng ngập lụt đường phố hoặc cung cấp dịch vụ thốt nước thải cho những khu vực mới phát triển.
Ước tính lưu lượng nước lũ trong kênh để xác định vị trí của kênh cần cải thiện nhằm giảm thiểu tình trạng tràn bờ.
Cung cấp cơng cụ quy hoạch để đánh giá việc thực hiện các cống chắn dịng dọc kênh.
Những ứng dụng điển hình cho SWMM bao gồm:
Tính tốn thiết kế hệ thống thốt nước mưa.
Tính tốn ngăn tràn cống chung
Tính tốn hệ thống thốt nước lũ ở kênh hở.
Tính tốn hệ thống chứa nước lũ ngoại vi.
SWMM được các nhà nghiên cứu ở Đại học Florida, tập đồn Camp Dresser and McKee (CDM) và Metcalf and Eddy triển khai cho cơ quan bảo vệ mơi trường Hoa Kỹ (USEPA) từ 1969 – 1971, sau đĩ mơ hình này đã được các nhà nghiên cứu của cơng ty CDM, các hãng kỹ thuật khác, các học giả ở Đại Học Florida và trong những năm gần đây là đại học Bang Oregon mở rộng và cải tiến nhiều lần. Mơ hình được trung tâm thẩm tra quan trắc của USEPA cung cấp miễn phí cho các hệ thống vận hành trong mơi trường MS – DOS.
SWMM được viết theo một chuỗi mơ đun độc lập gồm 4 mơđun: a. RUNOFF
b. EXTRAN c. TRANSPORT
d. STORAGE – RECEIVING & TREATMENT Trong đĩ:
RUNOFF: mơ phỏng dịng chảy sinh ra trên bề mặt hay dưới bề mặt dựa trên các biểu đồ mưa, điều kiện biên, sử dụng đất và địa hình. Nĩ mơ phỏng dịng chảy trong đất và trong ống nhỏ tự do.
EXTRAN: biểu diễn tồn bộ quá trình thuỷ động học của dịng chảy trong kênh hở và cống kín của bất kỳ hệ thống phức tạp nào trên cơ sở mơ hình tốn là phương trình Saint – Venant.
TRANSPORT: diễn tả vận tải chất trên cơ sở chế độ dịng chảy từ mơ hình EXTRAN.
STORAGE and TREATMENT: biểu thị các cơng trình như ao, hồ,… là các cơng trình xử lý nước thải. Cịn RECEIVING biểu thị các cơng trình thu nước như sơng, hồ tập trung nước.
Trên cơ sở nhu cầu thốt nước mưa và triều cường để giải quyết tình hình ngập ở các vùng đơ thị rất bức xúc hiện nay nên hai mơ hình được sử dụng trong đề tài là RUNOFF và EXTRAN.