Hiện nay cú nhiều phần mềm mụ phỏng thủy văn, thủy lực như: Hecras, Mike... Trong nghiờn cứu này tỏc giả lựa chọn mụ hỡnh SWMM đờ̉ mụ tả diễn toỏn dũng chảy trong hệ thống kờnh do yờu cầu số liệu khụng nhiều, kết quả mụ phỏng tương đối chớnh xỏc. Mụ hỡnh quản lý nước mưa SWMM5 là một mụ hỡnh mụ phỏng động lực học dũng chảy nước mưa, thường được sử dụng cho những mụ phỏng đơn lẻ hoặc dài hạn về số lượng và chất lượng dũng chảy cho những khu vực mà diện tớch đụ thị là chủ yếu. Thành phần dũng chảy mặt trong SWMM5 là kết quả của việc thu gom nước từ cỏc bề mặt hứng nước (Subcatchment), đú là nơi nhọ̃n lượng mưa, hỡnh thành dũng chảy và tải lượng ụ nhiễm. Thành phần truyền tải của SWMM5 vọ̃n chuyờ̉n dũng chảy này thụng qua một hệ thống những đường ống, kờnh mương, thiết bị trữ nước/xử lý, bơm và cụng trỡnh điều tiết SWMM5 theo dừi số lượng và chất lượng của dũng chảy sinh ra trong phạm vi mỗi lưu vực thu nước và theo dừi lưu lượng, độ sõu dũng chảy và chất lượng nước trong mỗi ống hoặc kờnh trong suốt thời đoạn mụ phỏng (bao gồm rất nhiều cỏc bước thời gian).
a- Cấu trỳc của mụ hỡnh
SWMM5 quan niệm một hệ thống tiờu là sự nối tiếp của nước và cỏc dũng vọ̃t chất giữa một số gian mụi trường. Cỏc gian mụi trường và cỏc đối tượng của SWMM5 bao gồm:
Gian khụng khớ là nơi mà mưa rơi và chất ụ nhiễm được tớch luỹ vào gian mặt đất. SWMM5 dựng đối tượng Rain gage đờ̉ thờ̉ hiện lượng mưa nhọ̃p vào hệ thống.
Gian mặt đất được biờ̉u thị bằng một hay nhiều đối tượng Subcatchment. Nhọ̃n mưa từ gian khụng khớ sau đú một phần lượng mưa thấm xuống gian nước ngầm, phần dũng chảy mặt và tải lượng ụ nhiễm được đưa vào gian vọ̃n chuyờ̉n.
Gian nước ngầm nhọ̃n lưu lượng thấm từ gian mặt đất và chuyờ̉n một phần dũng thấm này vào gian vọ̃n chuyờ̉n. Gian nước ngầm được mụ phỏng bởi đối tượng Aquifer. Gian vọ̃n chuyờ̉n bao gồm một mạng lưới cỏc đối tượng vọ̃n chuyờ̉n ( kờnh dẫn, đường ống, bơm, cỏc cụng trỡnh điều tiết) và cỏc bộ phọ̃n trữ nước/xử lý, chỳng đưa nước tới
cửa ra hoặc tới cụng trỡnh xử lý. Dũng chảy vào gian này cú thờ̉ đến từ dũng chảy mặt, dũng chảy nước ngầm, dũng chảy vệ sinh khi thời tiết khụ, hoặc dũng chảy vào do người sử dụng quy định. Những thành phần của gian vọ̃n chuyờ̉n được mụ phỏng bởi cỏc đối tượng Node và Link.
Hỡnh 2.9: Cỏc thành phần của hệ thống mụ phỏng bởi SWMM5
Subcatchment: Là một thành phần của hệ thống tiờu. Chia diện tớch vựng nghiờn cứu
thành một số lượng thớch hợp cỏc Subcatchment và xỏc định điờ̉m nước ra cho mỗi Subcatchment. Điờ̉m nước ra của mỗi Subcatchment phải là một nỳt của hệ thống tiờu hoặc một Subcatchment khỏc.
Subcatchment cú thờ̉ được chia thành vựng thấm và vựng khụng thấm. Dũng chảy mặt cú thờ̉ thấm vào lớp đất phớa trờn của vựng diện tớch thấm. Phần diện tớch khụng thấm được chia thành 2 vựng: 1 vựng cú thờ̉ trữ nước, vựng cũn lại thỡ khụng. Dũng chảy mặt từ vựng này cú thờ̉ chảy đến vựng cũn lại của Subcatchment hoặc dũng chảy từ cả 2 vựng đều chảy đến điờ̉m nước ra của Subcatchment.
Quỏ trỡnh thấm của nước mưa vào lớp đất chưa bóo hoà ở vựng thấm nước của một Subcatchment cú thờ̉ sử dụng 3 mụ hỡnh thấm: Horton; Green-Ampt; Đường cong
Trờn mỗi Subcatchment, SWMM5 cũng cú thờ̉ mụ phỏng quỏ trỡnh tớch luỹ, phõn phối lại và tan của tuyết, dũng chảy nước ngầm giữa tầng ngọ̃m nước bờn dưới Subcatchment với một nỳt của hệ thống tiờu, quỏ trỡnh tớch lũy và rửa trụi cỏc chất ụ nhiễm. Đờ̉ mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh này phải khai bỏo cỏc thụng số vào cỏc mục Snow pack, Ground water, Land use của mỗi Subcatchment.
Junction Nodes: Junction là cỏc nỳt của hệ thống tiờu cú nhiệm vụ nối cỏc Link với
nhau. Cỏc nỳt cú thờ̉ là nơi gặp nhau của cỏc kờnh, cỏc giếng thăm trong hệ thống thoỏt nước, hoặc những vị trớ nối đường ống. Những dũng chảy bờn ngoài cú thờ̉ vào hệ thống tiờu ở cỏc nỳt. Khi cỏc kờnh/đường ống làm việc quỏ tải thỡ cú thờ̉ xảy ra hiện tượng ứ nước ở cỏc nỳt. Lượng nước thừa này cú thờ̉ chảy ra khỏi hệ thống thoỏt nước hoặc cho phộp hỡnh thành một ao ở trờn đỉnh của nỳt và sau đú lượng nước đú lại chảy trở lại vào trong nỳt.
Outfall Nodes: Outfalls là những nỳt cuối cựng của hệ thống tiờu, thường được định
nghĩa là điều kiện biờn dưới của diễn toỏn dũng chảy súng động lực học. Đối với những cỏch diễn toỏn dũng chảy khỏc thỡ nú được xem như là một nỳt. Chỉ cú một link cú thờ̉ được nối tới nỳt Outfall.
Flow Divider Nodes: là những nỳt của hệ thống tiờu, nú cú chức năng hướng những dũng chảy vào của nỳt đến kờnh dẫn/đường ống ra khỏi nỳt theo một cỏch xỏc định. Một Flow divider cú khụng nhiều hơn hai conduit (kờnh/đường ống) đi ra khỏi nú. Flow dividers chỉ hoạt động khi diễn toỏn dũng chảy theo mụ hỡnh súng động học, cũn khi diễn toỏn dũng chảy theo mụ hỡnh súng động lực học thỡ nú được xem đơn giản như là một nỳt.
Theo cỏch thay đổi dũng chảy thỡ flow dividers được chia thành 4 loại: Cutoff Divider; Overflow Divider; Tabular Divider; Weir Divider.
Storage Units: là những nỳt của hệ thống tiờu, chỳng thực hiện chức năng trữ nước.
một hồ. Thuộc tớnh trữ nước của một Storage Unit cú thờ̉ được mụ tả như là một hàm của diện tớch bề mặt và độ sõu.
Conduits: là đường ống hoặc kờnh dẫn, chỳng thực hiện chức năng dẫn nước từ một
nỳt này tới một nỳt khỏc trong hệ thống vọ̃n chuyờ̉n. Hỡnh dạng mặt cắt ngang của chỳng cú thờ̉ cú dạng hỡnh học kớn, hở theo tiờu chuẩn hoặc ở dạng tự nhiờn.
Pumps: nối hai nỳt của hệ thống tiờu với nhau, nú cú nhiệm vụ đưa nước từ vị trớ thấp
đến vị trớ cao hơn. Đặc tớnh làm việc của bơm được xỏc định dựa vào Pump curve, nú mụ tả mối quan hệ giữa lưu lượng bơm và cỏc điều kiện ở nỳt vào và nỳt ra của nú. Cú 4 kiờ̉u đường Pump curve. Trạng thỏi làm việc của Pump được người sử dụng lọ̃p trỡnh trong Control rule.
Flow Regulators: Flow Regulator là cỏc cụng trỡnh hoặc thiết bị được sử dụng đờ̉ điều
tiết dũng chảy trong hệ thống vọ̃n chuyờ̉n nước. Chỳng thường được sử dụng đờ̉ điều chỉnh việc xả nước khỏi cỏc cụng trỡnh trữ nước; ngăn cản việc xả nước khụng hợp lý; hướng dũng chảy đến cỏc cụng trỡnh xử lý. SWMM5 cú thờ̉ mụ phỏng cụng trỡnh điều tiết dũng chảy bằng cỏc cụng trỡnh: Orifice, Weir, Outlet.
b. Cơ sở lý thuyết của mụ hỡnh SWMM
Quỏ trỡnh tớnh toỏn dũng chảy mặt được dựa trờn phương trỡnh liờn tục và cụng thức thực nghiệm Manning-Strickler
Trong đú:
i: Cường độ mưa;
L: Chiều dài dũng chảy tràn; f: Cường độ thấm;
B: Chiều rộng tiờ̉u lưu vực; y: Chiều sõu dũng chảy mặt;
Yd: Chiều sõu lớp nước trữ trờn bề mặt lưu vực;
CM : Hệ số đổi đơn vị, CM = 1 (đối với hệ đơn vị một); S: Độ dốc của tiờ̉u lưu vực;
n: Hệ số nhỏm Manning của bề mặt lưu vực.
Cụng thức tớnh thấm theo phương phỏp Horton
f(t) = fc + (fo – fc)e-kt; Trong đú:
K: hằng số chiết giảm tốc độ thấm (decay const) f: tốc độ thấm
Cụng thức tớnh toỏn dũng chảy trờn đường dẫn: phương trỡnh Saint Venant
q t A x Q Trong đú: Q: lưu lượng; A: diện tớch mặt cắt ướt; x: khoảng cỏch dọc theo kờnh, t : thời gian.
CHƯƠNG III Mễ PHỎNG HỆ THỐNG TIấU TRẠM BƠM ĐẠI ÁNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẢI TẠO, NÂNG CẤP