CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CHO KHU TRUNG TÂM THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
3.2. Tính toán thiết kế cống
3.2.1 Tính toán lưu lượng thoát nước mưa
Tính toán lưu lượng thoát nước mưa của tuyến cống theo Điều 4.2.1 TCVN 7957:2008 như sau: Q = q . C .F (l/s)
Trong đó:
C: Hệ số dòng chảy
q: Cường độ mưa tính toán, l/s.ha
F: Diện tích lưu vực mà tuyến cống phục vụ, ha.
Nếu kể đến sự phân bố mưa không đều thì lưu lượng thoát nước mưa của tuyến cống được xác định: Q = η.q.C.F (l/s)
Trong đó: η: Hệ số phân bố (không đều) mưa rào.
- Xác định cường độ mưa tính toán:
Theo Điều 4.2.2 TCVN 7957:2008, cường độ mưa tính toán được xác định theo công thức sau:
n
A.(1 C.lg P)
q (t b)
= +
+ (l/s.ha)
Trong đó:
q - Cường độ mưa (l/s.ha);
t - Thời gian dòng chảy mưa (phút);
P - Chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán (năm), P tra theo Bảng 3, TCVN 7957:2008. Trong khu vực nghiên cứu chọn P = 2 (năm).
A, C, b, n: Hằng số khí hậu phụ thuộc vào điều kiện mưa của địa phương. Theo Phụ lục B của TCVN 7957:2008, với khu vực tính toán là Thái Nguyên, ta chọn được các tham số như sau:
A = 7710 b = 28 C = 0,52 n = 0,85
⇒ Cường độ mưa tính toán: 7710.(1 0,52.lg P)0,85
q (t 28)
= +
+ (l/s.ha)
- Chọn chu kỳ tràn cống:
Chu kỳ tràn cống là thời gian (tính bằng năm) lặp lại trận mưa vượt quá cường độ mưa tính toán (vượt quá sức chuyển tải của cống thoát nước).
Trong khu vực nghiên cứu, chọn chu kỳ tràn cống bằng 2 năm.
- Xác định thời gian mưa tính toán:
Thời gian mưa tính toán được xác định theo Điều 4.2.7 TCVN 7957:2008 t = t0 + + t1 t2 (phút)
Trong đó:
t - Thời gian dòng chảy mưa đến điểm tính toán, (phút)
t0 - Thời gian nước mưa chảy trên bề mặt đến rãnh đường, lấy t0 = 5 phút
t1 - Thời gian nước chảy trong rãnh đường đến giếng thu, (phút)
t2 - Thời gian nước chảy trong cống đến tiết diện tính toán (phút)
- Xác định t1: 1 1
1
t 0,021. L
= ∑ v (phút)
Trong đó:
L1: Chiều dài rãnh đường, m
v1: Tốc độ dòng chảy ở cuối rãnh đường, m/s
Do chưa đủ điều kiện thực tế để tính toán thời gian nước chảy trong rãnh, nên theo “Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế mạng lưới thoát nước” của GS.TS Dương Thanh Lượng, sơ bộ t1 = 1 - 2 phút, lấy t1 = 2 phút.
- Xác định t2: 2 2
2
t 0,017. L
= ∑ v (phút)
Trong đó:
L2- Chiều dài mỗi đoạn cống tính toán, m
v2- Vận tốc chảy trong mỗi đoạn cống tương đương, m/s
⇒ Thời gian tính toán: t = 5 + 2 + t2 = 7 + t2 (phút) - Xác định hệ số dòng chảy:
Hệ số dòng chảy C xác định bằng mô hình tính toán quá trình thấm. Trong trường hợp không có điều kiện xác định thì C phụ thuộc vào tính chất mặt phủ của lưu vực và chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán. Theo Bảng 5, TCVN 7957:2008.
Bảng 3.1: Hệ số dòng chảy Tính chất bề mặt tho át
nước
Hệ số dòng
chảy Diện tích ha
C*F Ctb
C %F F
Mặt đường atphan 0.73 25 81.405 59.43
0.65 Mái nhà, mặt phủ bê tông 0.75 50 162.81 122.11
Mặt cỏ, công viên i < 2 -7% 0.37 25 81.405 30.12
Tổng 100 325.62 211.65
- Xác định hệ số mưa không đều:
Lưu vực tính toán thoát nước mưa có diện tích 325,62 ha ( nằm trong khoảng 300-500 ha). Theo Phụ lục Bảng B.2 TCVN 7957:2008 hệ số phân bố mưa rào η = 0,957
3.2.2 Tính toán thủy lực thoát nước mưa theo phương pháp cường độ giới hạn Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa dựa vào các quy định về kích thước nhất của cống, vận tốc nhỏ nhất nước chảy trong cống, độ dốc nhỏ nhất của cống…
Các quy định này được nêu trong các điều 4.5; 4.6; 4.7 TCVN 7957:2008.
Thiết kế cống thoát nước mưa lấy độ đầy lớn nhất trong cống là h/d = 1 và tính toán thủy lực cống theo điều kiện dòng chảy đầy không áp.
Độ sâu chôn cống đầu tiên cống thoát nước mưa được thiết kế đảm bảo tránh được các tác động cơ học của xe cộ, người đi lại,… ở bên trên mặt đất. Độ sâu chôn cống đầu tiên lấy theo điều 6.2.5 TCVN 7957:2008
Việc tính toán thủy lực cống thoát nước mưa dựa vào “Chương trình tính toán thủy lực cống thoát nước mưa” của GS.TS Dương Thanh Lượng.
Hình 3.3 : Sơ họa chương trình tính toán thủy lực 3.2.3 Kết quả tính toán theo phương pháp cường độ giới hạn
Tính toán thủy lực thoát nước mưa theo phương pháp cường độ giới hạn được thực hiện theo TCVN 7957 – 2008.
Từ bảng thống kê các tuyến cống không đạt, ta thấy tại những vị trí này sẽ gây ngâp cục bộ khi có mưa với tần suất 2 năm do các tuyến cống không đáp ứng được nhu cầu thoát nước, tuyến cống hiện trạng nhỏ hơn so với tính toán.
Kết quả theo tính toán thuỷ lực
Diện tích phụ trách (ha) F 0.95 Chú ý: -
Chiều dài cống (m) l 275.0 -
Th/gian chảy trên cống đoạn t tctr 7.0 -Không bị lắng
Bề rộng cống (mm) D 1000 -Sai số DQ#####
Độ dốc cống i 0.0010
Vận tốc giả thiết (m/s) v 0.99 0.99 vc' Vận tốc (m/s)
Kết quả tính được theo thuỷ văn (CĐGH) 0.93 [Vkl] Vận tốc không lắng cho phép Th/gian chảy trên cống (ph) tc 5.57 5.57 tc' Th/gian chảy trên cống (ph) Th/gian mưa tính toán (ph) t 12.6
0.333 R Bán kính thuỷ lực (m) Lưu lượng theo CĐGH (l/s) Q 227.1 3577.2 Q' Lưu lượng theo CT thuỷ lực
#####
Trị số độ dốc tham khảoCác A 7710 HS nhám n 0.0130
K/nghiệm: i=1/d 0.001 thô C 0.52 HS địa hình r 1.2
Độ dốc m/đất: i= số n 0.85 Hệ số dòng chảy ϕ 0.65
Cao độ đầu cống Z1 mư b 28 Th/gian nước chảy trên mặt t0 5.00 Cao độ cuối cống Z2 thi P 2 Th/gian nước chảy trên rãn tr 2.00 à 0.96 T/g chảy đến cống đầu tiờn t0+tr 7.00 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG THOÁT NƯỚC MƯA
Số liệu cần nhập
Theo TCVN 7957
ệ số phân bố mưa không đ
Bảng 3.2: Thống kê tuyến cống ngập theo phương pháp cường độ giới hạn Đoạn cống Chiều dài
(m)
Kích thước cống (mm)
Ký hiệu Từ Đến Hiện trạng Đề xuất
C60 J73 J64 195 1000 1600
C73 J85 J86 327 1000 1200
C78 J88 J87 404 1000 1600
C79 J87 J86 204 1000 1800
C91 J74 J73 410 1000 1600
C92 J95 J94 245 1000 1200
C74 J86 J64 30 1000 2200
C107 J64 HDH1 599 1800 2200
C54 J57 J56 330 800 1000
C97 J56 HDH1 327 800 1000
C48 J66 J67 400 800 1000
C49 J67 J50 30 800 1000
C71 J84 J83 260 1000 1200
C72 J83 J82 310 1000 1200