CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC KHU TRUNG TÂM THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
2.3 Lựa chọn công cụ mô phỏng hệ thống (đề xuất chọn mô hình SWMM)
Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model) là mô hình động lực học mô phỏng mưa – dòng chảy cho các khu đô thị cả về chất và lượng, và tính toán quá trình dòng chảy trên các đường dẫn.
SWMM ra đời từ năm 1971, cho đến nay đã trải qua nhiều lần nâng cấp. Mô hình SWMM được sử dụng rộng rãi trên thế giới cho các công tác quy hoạch, phân tích và thiết kế liên quan đến dòng chảy do nước mưa.
Các khả năng của mô hình
SWMM tính toán được nhiều quá trình thủy lực khác nhau tạo thành dòng chảy, bao gồm:
- Lượng mưa biến đổi theo thời gian - Bốc hơi trên mặt nước tĩnh
- Sự tích tụ và tan tuyết
- Sự cản nước mưa tại các chỗ địa hình lõm có khả năng chứa nước - Ngấm của nước mưa xuống các lớp đất chưa bão hòa
- Thấm của nước ngấm xuống các tầng chứa nước ngầm - Sự trao đổi giữa nước ngầm và hệ thống tiêu
- Chuyển động tuyến của dòng chảy trên mặt đất và ở các hồ chứa phi tuyến Mô hình SWMM có khả năng mô phỏng linh hoạt về thủy lực dòng chảy hệ thống bao gồm các đường ống, kênh, các công trình trữ nước và xử lý nước, các công trình phân dòng…
Ngoài khả năng mô phỏng dòng chảy mặt, SWMM còn có khả năng tính toán vận chuyển chất ô nhiễm, xem xét tới nguồn gây ô nhiễm và diễn biến nồng độ chất ô nhiễm trên hệ thống.
Các ứng dụng của mô hinh
Các ứng đụng điển hình của mô hình:
- Thiết kế và bố trí các thành phần của hệ thống tiêu để kiểm soát lũ.
- Bố trí các công trình trữ nước (điều hòa nước) và các thiết bị để kiểm soát lũ và bảo vệ chất lượng nước
- Lập bản đồ ngập lụt của hệ thống kênh tự nhiên
- Vạch ra các phương án làm giảm hiện tượng chảy tràn của mạng lưới thoát nước hỗn hợp
- Đánh giá tác động của dòng chảy vào và dòng thấm của hệ thống thoát nước thải
- Tạo ra các hiệu ứng BMP để làm giảm tải chất ô nhiễm khi trời mưa Dữ liệu đầu vào
Các dữ liệu cần thiết cho mô hình mưa dòng chảy SWMM mô phỏng hệ thống thoát nước bao gồm:
- Các dữ liệu về hệ thống thoát nước hiện trạng, các công trình hiện có trong khu vực nghiên cứu, các hồ điều hòa…
- Các dữ liệu về địa hình, địa chất, cao độ san nền, cao độ hiện trạng của các hố ga, cửa xả…
- Các dữ liệu về thủy văn là mực nước hoặc đường quá trình mực nước tại lưu vực tiếp nhận.
- Các dữ liệu về lượng mưa tại các trạm đo mưa gần nhất. Tại trạm Khí tượng Thái Nguyên
Các bước nhập số liệu
- Bước 1: Khai báo các thông số mặc định và các tùy chọn (Project/Defaults):
- Bước 2: Vẽ sơ đồ lưu vực và mạng lưới công trình thoát nước - Bước 3: Khai báo các thông số của hệ thống
Khai báo đối tượng tiểu lưu vực – Subcatchments: (Khu vực nghiên cứu có 15 lưu vực, việc phân chia lưu vực phụ thuộc vào mặt bằng và cao trình mặt đất):
Số liệu về độ dốc được lấy dựa vào bản đồ địa hình, cốt địa hình; hệ số nhám - tra trong phụ lục hệ số nhám Manning đối với dòng chảy trên mặt đất (giáo trình mô phỏng mạng lưới thoát nước bằng SWMM của Trường Đại học Thủy lợi- PGS.TS Dương Thanh Lượng); phần trăm vùng không thấm trong tiểu lưu vực sẽ được lấy số liệu tại bản đồ sử dụng đất.
Khai báo thông số đo mưa - Rain Gages: Sử dụng số liệu mưa theo giờ (mm/h), tính toán lượng mưa theo giờ dựa vào công thức xác định cường độ mưa theo điều 4.3.3 TCVN 7957-2008 và nhập giá trị của trận mưa thiết kế.
Khai báo đối tượng Nút – Junction (nút thu nước ) : cao độ đáy hố ga và chiều sâu max của hố ga sẽ được lấy dựa vào bản thiết kế mạng lưới thoát nước mưa hiện trạng
Khai báo đối tượng tuyến cống thoát nước – Conduit: Hình dạng, chiều sâu, chiều dài các tuyến cống được lấy dựa vào bản thiết kế mạng lưới thoát nước mưa hiện trạng; hệ số nhám manning được tra trong phụ lục hệ số nhám Manning đối với đường dẫn kín (giáo trình mô phỏng mạng lưới thoát nước bằng SWMM của Trường Đại học Thủy lợi- PGS.TS Dương Thanh Lượng), hệ thống cống bê tông thoát nước cũ nên chọn hệ số nhám manning n=0,015 .
Khai báo đối tượng hồ điều hòa - Storage Unit:
Dựa vào hiện trạng ta sẽ nhập mối quan hệ giữa chiều sâu hồ (Dept-m) và diện tích mặt hồ (m2) . Trong khu vực nghiên cứu có 02 hồ điều hòa là hồ Xương Rồng và hồ Cống Ngựa.
Hồ Cống Ngựa có: - Diện tích hồ : F = 19 482 m2 - Dung tích hồ : W = 34 000 m3 - Cao độ của bờ hồ : Csurface = 28.64 m - Cao độ của đáy hồ : Cbottom = 25.58 m - Mức nước tối thiểu : Cmin = 26.78 m
- Mức nước tối đa : Cmax = 28.17 m - Thay đổi của mực nước : 1,39 m.
H ồ Xương Rồng có: - Diện tích hồ : F = 120 356 m2 - Dung tích hồ : W = 421 667 m3 - Cao độ của bờ hồ : Csurface = 26.55 m - Cao độ của đáy hồ : Cbottom = 22.55 m - Mức nước tối thiểu : Cmin = 23.5 m - Mức nước tối đa : Cmax = 25.5 m - Thay đổi của mực nước : 2 m.
Khai báo đối tượng cửa xả – Outfall: Trong khu vực nghiên cứu có 07 cửa xả bao gồm 02 cửa xả tiếp nhận nước từ hồ chứa và đưa ra Sông Cầu và 05 cửa xả trực tiếp ra sông Sông Cầu.
a. Hiện trạng tuyến cống
Hệ thống tuyến cống thoát nước khu vực tương đối hoàn chỉnh, hầu hết các tuyến phố đã có tuyến cống, đảm bảo việc tiêu thoát nước khi có mưa vừa và nhỏ trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, các tuyến cống được xây dựng chưa đồng bộ, xuất hiện các điểm ngập cục bộ khi mưa vừa và lớn
Bảng 2.1: Thống kê các tuyến cống hiện trạng
TT Đường Chiều dài
(m) Hiện trạng
1 Hoàng Văn Thụ 1459 B1000
1260 D1000
2 Minh Cầu 1638 B600
3 Bắc Kạn
67 B1400
1514 B1200
79 B1000
4 Lương Ngọc Quyến 765 B500
1782 B1000
TT Đường Chiều dài
(m) Hiện trạng
400 D500
400 D1000
255 D2000
259 B1600
5 Phan Đình Phùng
680 B1200
1110 B800
458 B2000
37 B1400
55 D800
255 D2300
122 B1000
452 B2300
624 B600
6 Bến Tượng
350 B600
455 D500
330 D800
80 D1500
115 D600
7 Đội Cấn
100 B600
175 B500
185 D1000
8 Cách mạng tháng 8
130 D800
1008 B800
205 B1000
265 B500
9 Phùng Chí Kiên
50 B400
100 B600
250 B1000
530 B1500
355 B800
55 B1500
30 D800
34 B1200
TT Đường Chiều dài
(m) Hiện trạng
10 Hùng Vương
180 B800
30 D700
160 D1000
1100 D1800
11 Nha Trang 30 B1800
715 B1600
12 Nguyễn Du
260 D500
275 B1000
305 B800
b. Cao độ san nền
Thành phố Thái Nguyên có cao độ nền hiện trạng tương đối cao: Cao độ cao nhất khoảng 32 – 32,3 m, cao độ thấp nhất khoảng 26 - 26,2 m. Cao độ trung bình khoảng 29 – 29,2 m.