x Trị trung bình Hệ số biến đổ
11.6.3. Phương pháp thiết kế biểu đồ thủy văn
Có một vài quyết định thiết kế chủ yếu bao gồm trong thiết kế kỹ thuật các phương tiện cầm giữ nước mưa bão. Đó là: (1) lựa chọn một sự kiện mưa thiết kế; (2) thể tích trữ cần thiết; (3) mức tháo cho phép cực đại; (4) các nhu cầu và thời cơ kiểm soát ô nhiễm; và (5) nhận dạng các phương pháp và các kỹ thuật lưu giữ thực tế đối với dự án cụ thể.
Một quy trình thiết kế đơn giản đối với các lưu vực lưu giữ được phác thảo rất hữu ích trong thực tế hiện nay.
Xác định các đặc trưng của lưu vực và vị trí của lưu vực cầm giữ.
Xác định đường quá trình dòng chảy vào thiết kế đối với lưu vực cầm giữ bằng cách sử dụng một mô hình mưa - dòng chảy.
Xác định quan hệ lưu lượng - lượng trữ cầm giữ. Xác định quan hệ cao trình - lượng trữ.
Xác định quan hệ cao trình - lưu lượng đối với công trình thoát lưu lượng (cống nước, đập tràn,…).
Phát triển quan hệ lưu lượng - lượng trữ bằng cách sử dụng các quan hệ nêu trên.
Thực hiện các tính toán đã mô tả trong mục 10.3,1 để diễn toán đường quá trình dòng chảy vào đi qua lưu vực cầm giữ bằng cách sử dụng diễn toán thủy văn.
Một khi các tính toán diễn toán được hoàn thành, có thể kiểm tra đỉnh đã giảm để thấy được sự giảm là thích hợp và cũng có thể kiểm tra sự trễ của đỉnh dòng chảy ra.
Bằng cách sử dụng các bước từ 3(b) đến 5, quy trình này có thể được lặp lại đối với các công trình thoát lưu lượng khác nhau.
11.ố. 6hiờ t Hờ chi phí tTi thiểu chễ hỳ thTng cPm giù nưặc mưa cục bC
Các kế hoạch quản lý nước mưa bão toàn diện xem xét các phương pháp giúp giảm nhẹ các ảnh hưởng thủy văn của việc đô thị hoá. Trong nhiều
453
trường hợp, sự cầm giữ theo vị trí có các lợi ích đáng ngờ và sự thay thế vô kế hoạch của nhiều ao cầm giữ có thể làm trầm trọng thêm nguy cơ tiềm ẩn của lũ lụt. Một phương pháp tốt hơn là phát triển một chương trình tích hợp nước mưa cục bộ để lựa chọn các vị trí cầm giữ và điều chỉnh các dòng chảy ra dựa trên chiều rộng của lưu vực hoặc phân tích cục bộ. Một phương pháp xem xét các phương tiện cục bộ rộng hơn như vậy tương phản với việc cầm giữ tại chỗ. Điều này có thể cho phép cải thiện đáng kể hiệu quả kiểm soát nước mưa bão từ các triển khai sau này.
Các vấn đề về tính khả thi của trữ cầm giữ cục bộ là kích thước (dung tích hoặc tổng diện tích) và vị trí của các lưu vực cầm giữ. Các phương pháp thiết kế theo lối cổ truyền có thể được sử dụng trong khuôn khổ của các phương pháp thử sai để xác định chi phí, kích thước tối thiểu (tối ưu) và vị trí của các lưu vực cầm giữ trong một hệ thống cầm giữ cho một lưu vực đô thị. Các phương pháp thiết kế theo lối cổ truyền không tính đến sự tương tác về chi phí của các thành phần khác nhau của các hệ thống kiểm soát dòng chảy do mưa trong một khung tối ưu để tìm thiết kế chi phí tối thiểu.
Một hệ thống lưu vực cầm giữ cục bộ có thể được phân chia thành các chặng đường qua việc sử dụng các đường thoát nước đẳng thời như thể hiện trên hình (11.7.1) để làm cho phù hợp với các yêu cầu của một quy trình DP (Mays và Bedient, 1982; Bennett và Mays, 1985; Taur và cộng sự, 1987). Các đường thoát nước đẳng thời tương tự với đường thoát nước đẳng thời đối với các cống thoát nước mưa. Các chặng đường bao gồm các vị trí hiện có và các vị trí của phương tiện cầm giữ ứng cử. Các biến chặng đường được rời rạc hoá tại mỗi vị trí của phương tiện cầm giữ riêng biệt thành các chặng đường mô tả tập hợp tất cả các kích thước lưu vực cầm giữ có thể và các lưu lượng đỉnh hạ lưu cho phép. Các quyết định được thi hành bởi thuật toán DP tại mỗi chặng đường biến đổi chặng đường hiện hành của hệ thống thành một chặng đường là một kết hợp của kích thước lưu vực cầm giữ, lưu lượng đỉnh có thể cho phép và thiết kế của công trình chỗ thoát nước ra.
Phương trình đệ quy đã sử dụng trong mô hình là: nijk n nijk ni jk n n ilm
n S r S D f S
f ,, , min ,, , , ,, , 1 1,,, (11.7.1) trong đó: rnSn,i,j,k,Dn,i,j,k mô tả chi phí của lưu vực lưu giữ thứ i trên đường thoát nước đẳng thời n của kích thước đã biểu thị bởi chỉ số dưới k và đỉnh dòng chảy phía hạ lưu có thể cho phép có chỉ số dưới j. fn1Sn1,i,l,mmô tả chi phí tối thiểu của hệ thống lưu giữ được nối tiếp với lưu vực lưu giữ
n1,i của kích thước m và đỉnh có thể cho phép có chỉ số l. Vế bên trái của phương trình (11.7.1), fnSn,i,j,k, là chi phí tối thiểu của hệ thống lưu giữ phía thượng lưu được nối tiếp với lưu vực lưu giữ n,i có kích thước lưu vực k và lưu lượng đỉnh có thể cho phép j.
454
Phương trình (11.7.1) chỉ xem xét chỉ một phương tiện cầm giữ gần nhất phía thượng lưu, tháo nước xuống lưu vực cầm giữ phía hạ lưu. Phương trình đệ quy đối với một hệ thống phân nhánh là:
P i m l i n n k j i n k j i n n k j i n n S r S D f S f ,, , min ,, , , ,, , 1 1,,, (11.7.2) trong đó: P là số phương tiện cầm giữ phía thượng lưu có thể thoát nước xuống lưu vực lưu giữ phía hạ lưu i trên chặng đường n.
Hình 11.7.1
áp dụng đường thoát nước đẳng thời đối với các hệ thống lưu vực cầm giữ
Hàm mục tiêu. Mục tiêu của mô hình là nhằm cực tiểu hoá tổng chi
phí về đất và xây dựng đối với một mạng lưới lưu vực cầm giữ toàn vẹn trong khi dòng chảy đỉnh được thoả mãn và các ràng buộc về đất có hiệu lực. Phương trình có liên quan tới chi phí về đất và xây dựng đối với các công trình lưu giữ được biểu diễn bằng:
rnSn,i,j,k,Dn,i,j,k f Lw fCL,AD f V (11.7.3) trong đó: Lw là chiều dài đập nước (ft) đối với công trình dòng chảy ra, CL
là chi phí về đất ($/mẫu Anh), AD là diện tích đất (mẫu Anh) của lưu vực lưu giữ và Vmô tả kích thước trữ tổng cộng (mẫu Anh ft) của lưu vực.
Hai ràng buộc được sử dụng để làm cho các điều kiện thực tế phù hợp với các hệ thống lưu vực lưu giữ. Ràng buộc thứ nhất là cao trình mặt nước cực đại đối với mỗi lưu vực để thể tích cực đại Vmax của lưu vực không bị vượt quá:
455 max max 0 V dt Q Q t out in (11.7.4) Ràng buộc thứ hai đảm bảo lưu lượng đỉnh Qp,n,i từ lưu vực n,i nhỏ hơn hoặc bằng lưu lượng có thể cho phép cực đại Qmax trong lòng dẫn thu nhận:
max ,
, Q
Qpni (11.7.5) trong đó: Qmax được lựa chọn dựa trên các nghiên cứu ngập lụt trong lòng