Chương 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE URBAN TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC
3.1.2 Thiết lập mô hình
Căn cứ các tài liệu thu thập được thiết lập hệ thống thoát nước của Hà Tĩnh trong Mike Urban bao gồm:
- Thiết lập các điểm tập trung nước - Thiết lập các đường ống thoát nước - Thiết lập lưu vực tập trung nước
- Thiết lập mô hình số độ cao và kết nối mô phỏng dòng chảy tràn mặt 2D Bảng 3.1. Dữ liệu hệ thống thoát nước hiện trạng
Dữ liệu Số lượng
Nút
Hố ga 838 Hồ chứa 4 Điểm xả 45
Lưu vực Số lượng 838
Đoạn đường ống thoát nước
Cống tròn 322 Cống hộp 618
Kênh 31
a. Thiết lập các điểm tập trung nước
Hệ thống các điểm tập trung nước bao gồm các hố ga, các cửa xả và hồ điều hòa, hệ thống thoát nước thành phốHà Tĩnh được thiết lập với 838 hố ga, 4 hồđiều hòa và 45 cửa xả.
Hình 3.2: Thông số các hố ga và thiết lập hệ thống hố ga cho TP Hà Tĩnh b. Các đường cống dẫn nước
Hệ thống thoát nước thành phố Hà Tĩnh với tuyến thoát nước gồm 40 tuyến kênh/ cống dọc đường giao thông, các tuyến đường trong thành phố.
Hệ thống thoát nước được thiết lập với 322 đoạn cống tròn, 618 đoạn cống hộp và 31 đoạn kênh hở.
+ Cống tròn có 4 cỡ D600, D700, D800 và D1000 (mm);
+ Cống hộp kích cỡ lớn nhất 2500x1400(mm) tuyến kênh tiêu T3, kích cỡ nhỏ nhất 400x600(mm) tuyến đường 26/3.
Hình 3.3: Thông số đường ống và thiết lập hệ thống đường ống cho TP Hà Tĩnh c. Lưu vực tập trung nước
Các lưu vực tập trung nước được phân chia theo các hố ga, địa hình và hướng dòng chảy và được kết nối với các điểm tập trung nước.
Mỗi lưu vực (catchment) được coi là một lưu vực khép kín. Dòng chảy từ mưa sẽ tập trung tại cửa ra là điểm thấp nhất lưu vực là các hố ga và tham gia vào hệ thống cống.
Trong mô hình đã phân chia ra 837 lưu vực. Các lưu vực được phân chia tự động bằng công cụ Catchment Delineation Wizard theo hố ga, đường cống và địa hình. Tuy nhiên sau bước phân chia tự động cần phải hiệu chỉnh lại các lưu vực này để diện tích lưu vực quanh hố ga, dọc tuyến đường hợp lý hơn.
Hình 3.4: Kết quả phân chia lưu vực (catchment) trong hệ thống thoát nước
d. Thiết lập mô hình sốđộ cao và kết nối mô phỏng dòng chảy tràn mặt 2D
Như đã trình bày ở phần Giới thiệu mô hình tài liệu địa hình là yếu tố quan trọng trong tính toán dòng chảy tràn 2D. Dữ liệu địa hình có độ chính xác càng cao thì kết quả tính dòng chảy tràn mặt càng tốt.
Trong khuôn khổ luận văn sử dụng lớp DEM 10x10m cho toàn khu vực thành phố. Kết hợp lớp DEM với lớp đường phố, lớp sông ngòi, ao hồ, lớp nhà cửa, lớp đất cây xanh bằng phần mềm GIS được lớp địa hình đã xử lý. Lớp bản đồ này được sử dụng kết nối với các hố ga, tính toán dòng chảy 2D từ các hố ga tràn lên bề mặt địa hình.
Hình 3.5. Xử lý số liệu địa hình bằng GIS
Với lớp DEM đã xử lý kết nối các hố ga với lớp địa hình bằng công cụ Couple Node trong 2D Overland Tools. Trước khi kết nối hố ga và lớp địa hình cần xác nhận lớp DEM sẽ tính toán kết nối với thiết lập kích thước lưới và giới hạn vùng tính toán trong 2D Model Settings.
Hình 3.6: Thiết lập trong tính toán dòng chảy tràn 2D Lớp DEM
Lớp đường phố Lớp nhà cửa
Lớp sông ngòi, ao hồ
Lớp đất cây xanh
Lớp DEM đã xử lý
Kết quả thiết lập mô hình hiện trạng thoát nước TP Hà Tĩnh thể hiện trên Mike Urban với sơ đồ mặt bằng và trắc dọc tại các tuyến cống như hình 3.6:
Hình 3.7: Hệ thống thoát nước hiện trạng TP Hà Tĩnh trên CAD và Mike Urban
Trắc dọc nhiều tuyến đường như tuyến đường Hải Thượng Lãn Ông, Nguyễn Du... có sựthay đổi cao độ mặt đất và kích thước cống, hố ga phức tạp.
Hình 3.8: Trắc dọc tuyến đường Hải Thượng Lãn Ông
e. Biên của mô hình
Trong giới hạn của mô hình thoát nước cho thành phố Hà Tĩnh sử dụng:
+ Biên mưa được tính theo lượng mưa giờ.
+ Biên mực nước là mực nước tại các cửa xả.
Thời đoạn tính toán theo hiện trạng thu thập độ sâu ngập tại các vị trí đo đạc.
Bước thời gian tính toán 1 – 10s.
Sử dụng số liệu mưa giờ trạm Hà Tĩnh, giả thiết mưa rải đều trên toàn lưu vực.
+ Dòng chảy mặt được tính từ mưa tập trung tại các hố ga là biên đầu vào của hệ thống thoát nước.
f. Các thông số và hiệu chỉnh các thông số trong mô hình:
Mô hình Mike Urban là mô hình kết hợp tính toán thủy văn với tính toán thủy lực do đó thông số yêu cầu chia thành nhóm thông số thủy văn và nhóm thông số thủy lực.
- Nhóm thông số thủy văn
Mô hình Mike Urban sử dụng mô hình mưa dòng chảy có thông số phân bố do đó cần xác định các thông số cụ thể cho từng lưu vực.
Trong mô hình quá trình thủy văn cho thành phố Hà Tĩnh, dòng chảy từ mưa được tính theo công thức Time – Area với các thông sốđặc trưng:
+ Diện tích lưu vực;
+ Thời gian tập trung nước;
+ Tổn thất ban đầu;
+ Hệ số triết giảm dòng chảy;
+ Phần trăm không thấm.
Trong đó:
Thời gian tập trung nước, tổn thất ban đầu và hệ số triết giảm dòng chảy ước tính ban đầu theo Catchment Processing Tool, mặc định tổn thất ban đầu = 0.0006 và hệ số triết giảm = 0.90, thời gian tập trung nước được tính với vận tốc trung bình bề mặt là 0.3m/s.
Phần trăm không thấm được xác định theo diện tích sử dụng đất, diện tích nhà, diện tích đường giao thông và sử dụng đất.
Bảng 3.2. Phần trăm không thấm nước ban đầu theo các lớp tính toán Lớp dữ liệu Phần trăm không thấm (%)
Nhà ở 100
Đường giao thông 75
Khu vực cây xanh, sử dụng đất 10
Diện tích nhà, đường giao thông, sử dụng đất xác định theo số liệu thu thập và theo ảnh Google Earth xử lý trong phần mềm GIS.
Các thông số thủy văn gồm thời gian tập trung nước và phần trăm không thấm được sau khi ước tính ban đầu cho từng lưu vực tập trung nước sau đó được thay đổi thử dần trong quá trình hiệu chỉnh – kiểm định mô hình theo tài liệu thực đo.
Hình 3.9: Thông số các lưu vực (catchment) trong hệ thống thoát nước - Nhóm thông số thủy lực
Thông số thủy lực hiệu chỉnh trong hệ thống cống là hệ số nhám lòng dẫn và chất liệu cống gồm: hệ số nhám Manning; vật liệu và độ thô nhám của vật liệu.
Với hệ thống thoát nước cho thành phố Hà Tĩnh thông số thủy lực được thiết lập ban đầu cho các hố ga và đường ống cống, các thông số đã được xác định theo thực tế xây dựng nên cơ bản không thay đổi trong quá trình hiệu chỉnh, kiểm định.