3.2.2 Xây dựng mô hình SWMM
3.2.2.3 Mô phỏng lưu vực thoát nước
Lưu vực thoát nước được mô phỏng lại với 73 nút, 71 đoạn cống và 81 tiểu lưu vực với tổng diện tích 378,13 ha (tính cả diện tích các hồ).
Bảng 3.8: Thống kê diện tích các tiểu khu Tiểu lưu vực Diện tích
(ha) Tiểu lưu vực Diện tích (ha)
S1 9.52 S42 1.03
S2 7.44 S43 2.05
S3 3.65 S44 1.35
S4 3.71 S45 1.32
S5 2.85 S46 1.54
S6 23.97 S47 2.30
S7 9.23 S48 2.02
S8 6.42 S49 2.07
S9 17.82 S50 2.06
49
S10 13.48 S51 3.36
S11 12.03 S52 3.38
S12 4.19 S53 2.26
S13 2.36 S54 2.26
S14 12.66 S55 1.6
S15 4.81 S56 2.56
S16 6.24 S57 0.56
S17 3.93 S58 2.12
S18 7.17 S59 2.17
S19 4.5 S60 8.7
S20 6.99 S61 2.34
S21 9.29 S62 11.96
S22 3.35 S63 8.8
S23 9.43 S64 4.88
S24 7.86 S65 4.63
S25 5.10 S66 2.10
S26 2.51 S67 4.62
S27 1.79 S68 10.79
S28 1.65 S69 2.24
S29 3.36 S70 2.06
S30 3.06 S71 2.12
S31 1.97 S72 2.05
S32 1.97 S73 1.44
50
S33 2.27 S74 1.48
S34 1.11 S75 1.07
S35 1.44 S76 3.41
S36 1.33 S77 3.19
S37 0.88 S78 4.11
S38 0.88 S79 2.74
S39 1.14 S80 10.85
S40 1.31 S81 8.94
S41 2.51
51
Hình 3.8: Khai báo các thông số mặc định trong SWMM
Hình 3.9: Các thông số cơ bản trong SWMM
52
Hình 3.10: Sơ đồ mô phỏng khu vực nghiên cứu 3.3. Kiểm nghiệmvà hiệu chỉnh mô hình
Trên cơ sở mô hình đã xây dựng đối chiếu với số liệu thực tế đã thu thập được tại khu vực Thanh Xuân Bắc – Trung Văn, Tác giả đã tiến hành kiểm nghiệm và hiệu chỉnh mô hình để cơ bản khớp về điểm úng ngập, khu vực úng ngập và thời gian úng ngập tương ứng với trận mưa có cường độ tương đương.
Kết quả mô phỏng sau khi kiểm nghiệm như sau:
Bảng 3.9: Thống kêcác nút ngập với trận mưa 24h max, tần suất 5 năm
Node
Hour Maximum Rate Hour of Maximum
Total Flood Volume
Flooded LPS Flooding 10^6 ltr
J6 0.38 142.21 12:30 0.094
53 Node
Hour Maximum Rate Hour of Maximum
Total Flood Volume
Flooded LPS Flooding 10^6 ltr
J9 1.02 284.00 12:30 0.435
J15 0.94 398.00 12:32 0.645
J16 0.31 163.30 12:30 0.094
J18 4.06 935.46 12:30 4.667
J19 0.74 374.23 12:30 0.400
J25 0.91 1967.97 12:35 3.101
J27 0.31 138.05 12:30 0.086
J30 0.46 176.80 12:30 0.122
J32 8.88 370.78 12:30 2.443
J34 11.60 416.71 12:30 3.303
J36 0.67 405.26 12:30 0.399
J37 0.78 161.83 12:18 0.256
J38 1.93 638.97 12:30 1.895
J46 0.18 70.03 12:29 0.029
J53 0.25 54.89 12:30 0.026
J60 0.95 206.80 12:30 0.287
J63 0.26 69.13 12:30 0.035
54
Bảng 3.10: Thống kêcác tuyến cống ngập với trận mưa 24h max, tần suất 5 năm
Conduit
Hours Both Ends Full
Hours Both Upstream
Full
Hours Both Downstream
Full
Hours Above Normal
Flow
Hours Capacity
Limited
C6 0.16 0.36 0.18 0.38 0.36
C9 0.78 1.00 0.82 0.20 1.00
C15 0.77 0.93 0.78 0.94 0.93
C16 0.16 0.30 0.19 0.01 0.30
C18 3.16 4.02 3.31 4.08 4.02
C19 0.30 0.72 0.36 0.73 0.72
C25 0.42 0.89 0.42 0.89 0.89
C27 0.11 0.30 0.13 0.29 0.30
C29 7.08 8.80 7.47 8.98 8.80
C30 0.13 0.44 0.15 0.39 0.44
C31 9.17 11.50 9.63 11.67 11.50
C35 1.07 1.89 1.26 1.90 1.89
C36 0.48 0.75 0.52 0.77 0.75
C37 0.29 0.65 0.34 0.64 0.65
C47 0.01 0.17 0.01 0.17 0.17
C51 0.05 0.24 0.07 0.23 0.24
C59 0.61 0.93 0.67 0.91 0.93
C61 0.07 0.25 0.09 0.25 0.25
Các kết quả tính toán khác được thể hiện trong phụ lục 1: Kết quả mô phỏng bằng mô hình SWMM với trận mưa 24h max tần suất 5 năm.
55
Kết quả tính toán từ mô hình SWMM ta thấy hệ thống thoát nước hiện trạng chưa đáp ứng được yêu cầu thoát nước với trận mưa có tần suất 5 năm. Trên khu vực Thanh Xuân Bắc – Trung Văn lưu vực tả sông Nhuệ còn xuất hiện rất nhiều điểm úng ngập cụ thể:
- Khu vực dân cư gần Đài Phát Thanh Mễ Trì (nút J18, đường ống C18, tiểu lưu vực S10)
- Khu vực dân cư Phùng Khoang (nút J32, đường ống C29, tiểu lưu vực S66) - Khu vực dân cư Phùng Khoang (nút J34, đường ống C31, tiểu lưu vực S62)
- Tuyến đường Lương Thế Vinh (nút J37, J38, đường ống C35, tiểu lưu vực S36, S37, S64)
- Ngoài ra còn có một số vị trí úng ngập khác như đường Nguyễn Quý Đức, Khu tập thể Thanh Xuân Bắc,…
Bảng 3.11: Thống kêcác tiểu khu xảy ra hiện tượng úng ngập với trận mưa 24h max, tần suất 5 năm
TT
Đoạn cống Tiểu khu
ngập Diện tích (ha) Ký hiệu Từ nút Đến nút
1 C6 J6 J7 S2,S3 11,09
2 C9 J9 J8 S4,S7 12,94
3 C15 J15 J14
4 C16 J16 J15 S20,S21 16,28
5 C18 J18 J17 S10 13,48
6 C19 J19 J18 S9,S14 30,48
7 C25 J25 J24
8 C27 J27 J26 S72,S67 6,67
9 C29 J32 J26 S68 10,79
10 C30 J30 J26 S78,S80 14,96
11 C31 J34 J27 S62 11,96
56 TT
Đoạn cống Tiểu khu
ngập Diện tích (ha) Ký hiệu Từ nút Đến nút
12 C35 J38 J39 S61,S66 4,44
13 C36 J37 J38
14 C37 J36 J37 S43,S60 10,75
15 C47 J46 J47 S45 1,32
16 C51 J53 J46 S51, S54 5,62
17 C59 J60 J42 S25,S29 8,46
18 C61 J63 J62 S69 2,24
Tổng cộng 161,68
3.4. Đánh giá ảnh hưởng củabiến đổi khí hậu đến khả năng tiêu thoát nước của hệ thống thoát nước khu vực Thanh Xuân Bắc – Trung Văn.
Nghiên cứu được dựa trên “kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng” của Bộ Tài nguyên & Môi trường (Bộ TN&MT) 2012 để đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lượng mưa. Tuy nhiên, kịch bản này gồm 3 loại kịch bản: B1 – kịch bản phát thải thấp; B2 – kịch bản phát thải trung bình; A2 – kịch bản phát thải cao. Theo khuyến nghị của Bộ TN&MT: “Với sự tồn tại các điểm chưa chắc chắn thì các kịch bản biến đổi khí hậu – nước biển dâng ứng với các kịch bản phát thải khí nhà kính ở cận trên hoặc cận dưới đều có mức độ tin cậy thấp hơn so với kịch bản ở mức trung bình”, nên kịch bản biến đổi khí hậu – nước biển dâng tại Việt Nam trong thế kỉ 21 được lựa chọn trong nghiên cứu này là kịch bản phát thải trung bình B2.
Theo kịch bản này, tương ứng với khu vực nghiên cứu thuộc Hà Nội, lượng mưa năm bình quân trung bình tăng theo các mốc thời kỳ nghiên cứu khác nhau. Vào năm 2030, lượng mưa năm trung bình tăng 1,9%
57
Hình 3.11: Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1980 – 1999 theo kịch bản phát thải trung bình B2
3.5. Đánh giá ảnh hưởng của đô thị hóa đến khả năng tiêu thoát nước của hệ thống thoát nước khu vực Thanh Xuân Bắc – Trung Văn
Quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ ở nước ta, đặc biệt là khu vực Hà Nội.
Khu vực nghiên cứu nằm trong quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của Hà Nội, cơ cấu chuyển dịch từ đất nông nghiệp sang đất dịch vụ, nhà ở và khu cảnh quan. Bề mặt thoát nước của khu vực được bê tông hóa, diện tích không thấm nước trong khu vực ngày càng lớn. Dựa vào quy hoạch phát triển của thành phố được phê duyệt đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050,trên cơ sở số liệu tham khảo từ bộ phận quản lý đô thị Phường Thanh Xuân Bắc, Trung Văn thì các diện tích đất nông nghiệp không sử dụng ở thời điểm hiện tại sẽ được đầu tư xây dựng các khu đô thị mới, tính chất bề mặt thoát nước của khu vực được thể hiện trong bảng dưới đây.
58
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của đô thị hóa đến tính chất bề mặt thoát nước Tính chất bề mặt thoát
nước
Hệ số dòng
chảy Diện tích ha
C*F Ctb
C %F F
Mặt đường atphan 0,77 45 170.16 0,35
0,72 Mái nhà, mặt phủ bê tông 0,80 40 151.25 0,32
Mặt cỏ, công viên i<2% 0,34 15 56.72 0,05
Tổng 100 378.13 0,72
Từ bảng trên ta thấy: Tỷ lệ phần trăm diện tích không trữ nước, không thấm nước trên khu vực vào khoảng 85%. Điều này sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến khả năng tiêu thoát nước của khu vực cũng như mức độ đầu tư cho công trình hạ tầng thoát nước.
3.6. Tính toán dự báo yêu cầu thoát nước của khu vực để ứng phó với biến đổi khí hậu và đô thị hóa.
3.6.1. Tính toán, lựa chọn mô hình mưa thiết kế
Để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống thoát nước, tác giả xây dựng các kịch bản: Mưa 3 giờ max và mưa 24h max tương ứng vớitần suất lặp lại trận mưa tính toán là 5 năm. Để mô phỏng được trận mưa, tác giả sử dụng mô hình Chow (phương pháp khối xen kẽ) để đưa ra mô hình mưa dựa trên đường quan hệ DDF (Dept – Duration – Frequency). Quan hệ DDF là quan hệ Độ sâu - Thời gian mưa – Tần suất mưa.
3.6.1.1 Tần suất mưa
Theo “kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng” của Bộ Tài nguyên & Môi trường (Bộ TN&MT) 2009 vào năm 2030 lượng mưa trung bình năm ở Hà Nội tăng 1,9%. Kết quả tính toán lượng mưa dự báo đến năm 2030 như sau:
Bảng 3.13: Lượng mưa dự báo đến năm 2030 do ảnh hưởng của biến đổi khi hậu tương ứng với tần suất tính toán
Tần suất P (năm)
Lượng mưa (mm)
0.5h 1h 3h 6h 12h 24h 48h 72h
2 48,2 64,6 85,8 98,4 108,6 120,6 250,2 272,3 5 62,6 82,9 107,8 127,2 144,9 164,5 293,8 318,7
59 Tần suất
P (năm)
Lượng mưa (mm)
0.5h 1h 3h 6h 12h 24h 48h 72h
10 71,5 93,5 120,2 143,5 166,1 190,9 335,6 363,4 20 79,8 102,8 130,9 157,7 184,8 214,6 389,7 420,9 3.6.1.2 Xây dựng đường quan hệ DDF
Dựa trên số liệu đo mưa, TS Nguyễn Tuấn Anh – Đại học Thủy Lợi đã nghiên cứu xây dựng đường quan hệ DDF.
(e .LnT f )1 1
d 1 1
H (T)=(b .LnT+c ).d + đối với d ≤ α .Tβ
2 2
(e .LnT f )
d 2 2
H (T)=(b .LnT+c ).d + đối với d > α .Tβ
Với H (T)d : Lượng mưa (mm) d: Thời gian mưa (giờ) T: Chu kỳ lặp lại (năm)
b1, c1, b2, c2, f1, f2, e1, e2, a, b: Các tham số ứng với khu vực Hà Nội:
Bảng 3.14: Giá trị các tham số của đường DDF
b1 c1 b2 c2 f1 f2 e1 e2 α β
12.467 42.694 0.0169 0.2671 42.844 61.174 -0.0148 0.01899 72.043 -0.0318
3.6.1.3 Mô hình mưa thiết kế
Mô hình mưa phân phối tác giả lựa chọn là mô hình của Chow (Phương pháp dạng khối xen kẽ), với hệ số trước đỉnh r = 0,5.
60
Hình 3.12: Mô hình mưa thiết kế trận mưa 24h max, tần suất 5 năm có xét tới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
3.6.2 Kết quả mô phỏng
Bảng 3.15: Thống kêcác nút ngập với trận mưa 24h max, tần suất 5nămứng với quá trình biến đổi khí hậu và đô thị hóa
Node
Hour Maximum Rate Hour of Maximum
Total Flood Volume
Flooded LPS Flooding 10^6 ltr
J6 0.76 319.64 12:30 0.403
J9 1.58 501.28 12:30 0.957
J15 1.36 585.47 12:31 1.218
J16 0.72 454.80 12:30 0.522
J18 4.22 1266.90 12:30 6.077
J19 1.09 938.22 12:30 1.341
61 Node
Hour Maximum Rate Hour of Maximum
Total Flood Volume
Flooded LPS Flooding 10^6 ltr
J25 1.27 2657.61 12:32 5.124
J27 0.67 272.43 12:30 0.325
J30 0.78 435.79 12:30 0.539
J32 10.28 572.13 12:30 3.124
J34 13.68 640.94 12:30 4.143
J36 0.97 777.14 12:30 1.139
J37 1.13 174.53 12:12 0.364
J38 2.45 763.11 12:16 2.721
J42 0.23 32.95 12:32 0.013
J44 0.26 82.44 12:30 0.046
J46 0.38 163.71 12:30 0.171
J47 0.31 91.36 12:17 0.061
J53 0.42 115.44 12:30 0.130
J54 0.24 25.70 12:31 0.012
J60 1.48 325.77 12:30 0.636
J63 0.60 156.61 12:30 0.175
62
Bảng 3.16: Thống kêcác tuyến cống ngập với trận mưa 24h max, tần suất 5 nămứng với quá trình biến đổi khí hậu và đô thị hóa
Conduit
Hours Both Ends Full
Hours Both Upstream
Full
Hours Both Downstream
Full
Hours Above Normal
Flow
Hours Capacity
Limited
C6 0.44 0.74 0.50 0.72 0.74
C9 1.04 1.54 1.13 0.40 1.54
C15 1.03 1.33 1.06 1.34 1.33
C16 0.44 0.70 0.55 0.01 0.70
C18 2.85 4.15 3.17 4.28 4.15
C19 0.70 1.07 0.77 1.07 1.07
C25 0.74 1.24 0.75 1.24 1.24
C27 0.32 0.65 0.37 0.62 0.65
C29 7.33 10.13 8.02 10.36 10.13
C30 0.41 0.77 0.49 0.73 0.77
C31 9.82 13.53 10.89 13.88 13.53
C35 1.42 2.40 1.64 2.32 2.40
C36 0.69 1.09 0.74 1.08 1.09
C37 0.63 0.95 0.68 0.93 0.95
C40 0.01 0.22 0.01 0.10 0.22
C42 0.01 0.25 0.05 0.21 0.25
192.6 0.01 0.30 0.01 0.29 0.30
C47 0.23 0.38 0.25 0.38 0.38
63
Hình 3.13: Kết quả mô phỏng khu vực nghiên cứu
Kết quả tính toán từ mô hình SWMM ta thấy hệ thống thoát nước hiện trạng ngập nặng hơn về diện tích cũng như chiều sâu ngập, lưu lượng ngập do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và đô thị hóa gồm các khu: TT Thanh Xuân Bắc, Phùng Khoang, Lương Thế Vinh, Đài Phát Thanh Mễ Trì, Tố Hữu, Trung Văn, khu dân cư làng Trung Văn. Kết quả cụ thể trong bảng sau:
Bảng 3.17: Thống kêcác tiểu khu xảy ra hiện tượng úng ngập với trận mưa 24h max, tần suất 5 năm theo kịch bản BĐKHvà ảnh hưởng của đô thị hóa đến năm 2030
TT
Đoạn cống Tiểu khu
ngập Diện tích (ha) Ký hiệu Từ nút Đến nút
1 C6 J6 J7 S2,S3 11,09
2 C9 J9 J8 S4,S7 12,94
3 C15 J15 J14
4 C16 J16 J15 S20,S21 16,28
64 TT
Đoạn cống Tiểu khu
ngập Diện tích (ha) Ký hiệu Từ nút Đến nút
5 C18 J18 J17 S10 13,48
6 C19 J19 J18 S9,S14 30,48
7 C25 J25 J24
8 C27 J27 J26 S72,S67 6,67
9 C29 J32 J26 S68 10,79
10 C30 J30 J26 S78,S80 14,96
11 C31 J34 J27 S62 11,96
12 C35 J38 J39 S61,S66 4,44
13 C36 J37 J38
14 C37 J36 J37 S43,S60 10,75
15 C47 J46 J47 S45 1,32
16 C51 J53 J46 S51, S54 5,62
17 C59 J60 J42 S25,S29 8,46
18 C61 J63 J62 S69 2,24
19 C40 J42 J41
20 C59 J60 J42 S29,S25
21 C42 J44 J43 S24 7,88
22 192,6 J47 J48 S56,S41 5,07
Tổng cộng 174,43
Qua kết quả tính toán trên, việccải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước khu vực Thanh Xuân Bắc – Trung Văn là vô cùng cấp thiết để đáp ứng được với quá trình biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của đô thị hóa.