Trường hợp 1: Lưu lượng Qb=1/3Qđ - Kết quả dự kiến- 123docz.net

V. Kết quả dự kiến đạt được

3.3 Trường hợp 1: Lưu lượng Qb=1/3Qđ

3.3.1 Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa theo tiờu chuẩn

TCVN 7957 – 2008 (Phương phỏp 1)

Dung tớch hồ được xỏc định theo cụng thức sau:

W = K. Qt. tt

Theo bảng tớnh từ cụng thức cường độ giới hạn ở trờn ta cú được

Qt =Qđ= 15.713 (l/s) = 15,713 (m3/s)

Ta cú Qb=1/3Qđ; ∝= 𝑄𝑏

𝑄đ = 1/3 = 0,33 tra bảng 1.2 và bảng 1.3 với khu vực nghiờn cứu thuộc tỉnh Ninh Bỡnh ta cú K=0,5

Thời gian tt= 380 phỳt =380*60 = 22.800 s (theo bảng tớnh toỏn thủy lực tuyến cống, bảng 2.2)

Khi đú ta cú:

Vậy ta cú diện tớch hồ điều hũa là 44782,05 m2

= 4,78ha.

3.3.2 Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa dựa trờn đường quỏ

trỡnh lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh thỏo khỏi hồ (Phương phỏp 2)

Phương phỏp này yờu cầu biết đường quỏ trỡnh lưu lượng chảy vào hồ (Inflow Hydrograph) và lưu lượng đỉnh thỏo khỏi hồ (Release Rate) –xem

hỡnh 1. Dung tớch của hồ điều hũa chớnh là phần diện tớch nằm giữa đường quỏ trỡnh lưu lượng vào và ra khỏi hồ (phần gạch chộo).

Trong phương phỏp này ta giả thiết đường quỏ trỡnh Qthỏo theo thời gian từ 0 đến đỉnh là một đường thẳng.

Theo mục 3.1.2.2ta cú được Qđ= 14,82 m3/s.

Lưu lượng thỏo ra khỏi hồ: Qr=1/3Qđ= 4,94 m3/s.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 4 6 8 10 12 14 16 qr=4.94 m3/s qd=14.82 m3/s q(m3/s) t(h) Hỡnh 3.5: Biểu đồ lưu lượng theo thời gian

Khi đú dựa biểu đồ ta ước tớnh được dung tớch hồ điều hũa: W= 103*3600 = 37.0800 m3

Vậy ta cú diện tớch hồ điều hũa là 92.700 m2

= 9,2ha.

3.3.3 Phương phỏp xỏc định dung tớch hồ điều hũa dựa trờn đường quỏ

trỡnh lưu lượng dạng hỡnh tam giỏc(Phương phỏp 3)

Vs = 0.5 ti (Qi-Qo)

Trong đú:

Vs = dung tớch điều tiết của hồ (m3 )

Qi = 14,82 lưu lượng đỉnh vào hồ (m3 /s)

Qo = 4,94 lưu lượng đỉnh ra khỏi hồ (m3 /s)

ti = 31h = 111.600s thời lượng của dũng chảy vào hồ (s)

tp = thời gian trước đỉnh của dũng chảy vào hồ (s).

Ta cú được biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng với thời gian tại hồ tớnh toỏn. Phương phỏp này khụng nờn ỏp dụng đối với những trường hợp cú đường quỏ trỡnh khụng thể xấp xỉ dạng hỡnh tam giỏc.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 4 6 8 10 12 14 16 qr=4.94 m3/s qd=14.82 m3/s q(m3/s) t(h)

Hỡnh 3.6: Biểu đồ lưu lượng theo thời gian Vậy ta cú được dung tớch hồ là:

Vs = 0.5 ti (Qi-Qo)=0.5*111.600*(14,82-4,94) =550.746 m3

3.3.4 Xỏc định dung tớch hồ điều hũa theo phương phỏp hồi quy (Phương phỏp 4) (Phương phỏp 4)

Phương phỏp này được đề xuất lần đầu tiờn bởi Wycoff và Singh năm

1986.

Cỏc bước tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa theo phương phỏp này như sau: Bước 1. Xỏc định tổng lượng dũng chảy đến Vr = 356 370,84 m3, lưu lượng đỉnh dũng chảy ra khỏi hồ (Qo), thời gian dũng chảy đến Ti=6.3h, thời gian trước đỉnh Tp=3h. (tra bảng 2 phụ lục2)

Bước 2: Tớnh tỷ số Vs/Vr sử dụng số liệu từ bước 1 và phương trỡnh sau:

Vs Vr = 1.291∗ �1−QQ0 i�0.753 (Ti Tp)0.411

Bước 3: Nhõn dung tớch dũng chảy đến (Vr) với tỷ số Vs/Vr đó tớnh ở trờn sẽ được dung tớch điều tiết của hồ.

Khi đú ra cú được Vs Vr = 1.291∗ �1−14.824.94 �0.753 (6.33 )0.411 = 0.70 -> Vs= 0,70*356 370,84 =249 459,6 m3

Ta cú diện tớch hồ điều hũa là 62 364,9 = 6,23ha.

3.3.5 Phương phỏp xỏc định dung tớch hồ điều hũa dựa trờn quỏ trỡnh

dũng đến và đi (Phương phỏp 5)

Theo mục 3.1.2.2 ta cú: Qđ= 14,82 m3/s.

Lưu lượng thỏo ra khỏi hồ: Qr=1/3Qđ= 4,94 m3/s.

Ta chọn Qb= 5m3/s = 18.000 m3/h. Ta chọn hệ thống bơm bao gồm 5 mỏy bơmlưu lượng 1 mỏy bơm Q1b= 3600 m3/h.

Tra theo sổ tay bơm ta cú quan hệ đường đặc tớnhcủa mộtbơm như sau: Bảng: 3.4 Đường đặc tớnh bơm HTD 560 3700 như sau:

H 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

Qb(m3/s) 1.444 1.389 1.333 1.278 1.222 1.167 1.111 1.028 0.944

Hỡnh: 3.7 Đường đặc tớnh bơm HTD 560 3700

Trạm bơm gồm 5 bơm HTD 560 khi đú ta cú được đường đặc tớnh bơm của trạm bơm như sau:

Bảng: 3.5 Đường đặc tớnh của trạm bơm gồm 5 bơm như sau:

H 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 Qb (m3/s) 7.222 6.944 6.667 6.389 6.111 5.833 5.555 5.139 4.722 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Series1 Series2

Hỡnh 3.8 Đường đặc tớnh trạm bơm gồm 5 mỏy bơm.

Sử dụng phương phỏp thử dần, bằng cỏch tăng dần diện tớch hồ từ nhỏ đến lớn trong phần mềm SWMM đến khi hết ngập ta cú được diện tớch hồ điều hũa khi sử dụng bơm là 52.500m2 = 5,25ha (xem phụ lục 4)

3.4 Trường hợp 2: Lưu lượng Qb=1/2Qđ

3.4.1 Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa theo tiờu chuẩn

TCVN 7957 – 2008 (Phương phỏp 1)

Dung tớch hồ cú thể xỏc định theo cụng thức:

W = K. Qt. tt

Theo bảng tớnh từ cụng thức cường độ giới hạn ở trờn ta cú được

Qt =Qđ= 15.713 (l/s) = 15,713 (m3/s)

Ta cú Qb=1/2Qđ; ∝= Qb

Qđ = 1/2 tra bảng 1.2 và bảng 1.3 với khu vực nghiờn cứu thuộc tỉnh Ninh Bỡnh ta cú K=0,3

Thời gian tt= 380 phỳt =380*60 = 22.800 s (theo bảng tớnh toỏn thủy lực tuyến cống)

Khi đú ta cú:

W= 0,3* 15,713*22.800 = 107 476,9 m3

Ta cú diện tớch hồ điều hũa là 26 869,23 m2 = 2,68 ha.

3.4.2 Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa dựa trờn đường quỏ

trỡnh lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh thỏo khỏi hồ. (Phương phỏp 2)

Phương phỏp này yờu cầu biết đường quỏ trỡnh lưu lượng chảy vào hồ (Inflow Hydrograph) và lưu lượng đỉnh thỏo khỏi hồ (Release Rate) . Dung

tớch của hồ điều hũa chớnh là phần diện tớch nằm giữa đường quỏ trỡnh lưu lượng vào và ra khỏi hồ (phần gạch chộo).

Theo mục 3.1.2.2ta cú được Qđ= 14,82 m3/s.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 4 6 8 10 12 14 16 qr=7,4 m3/s qd=14.83 m3/s q(m3/s) t(h)

Hỡnh 3.10 Biểu đồ lưu lượng theo thời gian Khi đú dựa biểu đồ ta ước tớnh được dung tớch hồ điều hũa:

W= 72,05*3600 = 259.380 m3

Ta cú diện tớch hồ điều hũa là 64.845 m2 = 6,48ha.

3.4.3 Phương phỏp xỏc định dung tớch hồ điều hũa dựa trờn đường quỏ

trỡnh lưu lượng dạng hỡnh tam giỏc (Phương phỏp 3)

Cụng thức xỏc định dung tớch hồ điều hũa như sau:

Vs = 0.5 ti (Qi - Qo)

Trong đú:

Vs = dung tớch điều tiết của hồ (m3 )

Qi = 14,82 (m3/s) lưu lượng đỉnh vào hồ (m3 /s)

Qo = 7,4 (m3/s) lưu lượng đỉnh ra khỏi hồ (m3 /s)

ti = 30h = 108.000s thời lượng của dũng chảy vào hồ (s)

tp= thời gian trước đỉnh của dũng chảy vào hồ (s).

Phương phỏp này khụng nờn ỏp dụng đối với những trường hợp cú đường quỏ trỡnh khụng thể xấp xỉ dạng hỡnh tam giỏc.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 2 4 6 8 10 12 14 16 qr=7,4 m3/s qd=14.83 m3/s q(m3/s) t(h) Hỡnh 3.11 Biểu đồ lưu lượng theo thời gian

Vậy ta cú được dung tớch hồ là:

Vs = 0.5 ti (Qi-Qo)=0.5*108.000(14,82-7,4) =399.600 m3

Ta cú diện tớch hồ điều hũa là 99.900m2

= 9,99ha.

3.4.4 Xỏc định dung tớch hồ điều hũa theo phương phỏp hồi quy

(Phương phỏp 4)

Phương phỏp này được đề xuất lần đầu tiờn bởi Wycoff và Singh năm

1986.

Bước 2: Tớnh tỷ số Vs/Vr sử dụng số liệu từ bước 1 và phương trỡnh sau:

Vs Vr = 1.291∗ �1−QQ0 i�0.753 (TTi p)0.411

Bước 3: Nhõn dung tớch dũng chảy đến (Vr) với tỷ số Vs/Vr đó tớnh ở trờn sẽ được dung tớch điều tiết của hồ.

Khi đú ta cú được Vs Vr = 1.291∗ �1−14.837,4 �0.753 (6.33 )0.411 = 0.56 -> Vs= 0,56*356 370,84 = 199 567.67 m3

Ta cú diện tớch hồ điều hũa là 49 891,9 m2 = 4,99ha.

3.4.5 Phương phỏp xỏc định dung tớchhồ điều hũa dựa trờn quỏ trỡnh

dũng đến và đi (Phương phỏp 5)

Theo mục 3.1.2.2 ta cú: Qđ= 14,82 m3/s.

Lưu lượng thỏo ra khỏi hồ: Qr=1/2Qđ= 7,41 m3/s.

Ta chọn Qb= 5m3/s = 18.000 m3/h. Ta chọn hệ thống bơm bao gồm 7

mỏy bơmlưu lượng 1 mỏy bơm Q1b= 3800 m3/h.

Ta cú được đặc tớnh của tổ mỏy bơm gồm 7 bơm như sau: Bảng 3.6: Đường đặc tớnh của trạm bơm gồm 7 bơm như sau:

H 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

Hỡnh 3.12 Đường đặc tớnh trạm bơm.

Sử dụng phương phỏp thử dần, bằng cỏch tăng dần diện tớch hồ từ nhỏ đến lớn trong phần mềm SWMM đến khi hết ngập ta cú được diện tớch hồ điều hũa khi sử dụng bơm là 24.000m2 = 2,4ha (xem phụ lục 4)

3.5 So sỏnh kết quảvà thảo luận

Qua việc tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa với chiều sõu hồ như nhau là

4m ta cú kết quả tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa bằng cỏc phương phỏp như

sau cho 2 trường hợpnhư sau :

Bảng 3.12. Bảng tổng hợp kết quả tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa.

STT Cỏc phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa

Diện tớch hồ (ha) Chờnh lệch so với phương phỏp 5(%) Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 1 Trường hợp 2 1

Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều

hũa theo TCVN 7957 - 2008 (Phương

phỏp 1)

Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa dựa trờn đường quỏ trỡnh lưu lượng vàovà lưu lượng đỉnh thỏo khỏi hồ. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoỏt nước của Mỹ - Phương phỏp 2)

9.2 6.48 75.24 170.00

Phương phỏp tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa dựa trờn đường quỏ trỡnh lưu lượng dạng hỡnh tam giỏc. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoỏt nước của Mỹ - Phương

Phỏp 3)

13.77 9.99 162.29 316.25

Tớnh toỏn dung tớch hũa điều hũa theo

phương phỏp hồi quy. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoỏt nước của Mỹ -

Phương phỏp 4)

6.23 4.99 18.67 107.92

Phương phỏp xỏc định dung tớch hồ điều hũa dựa trờn quỏ trỡnh dũng đến và dũng đi. (Phương phỏp 5)

5.25 2.4 0.00 0.00

Ta thấy phương phỏp 5 ở đõy tỏc giả sử dụng mụ hỡnh toỏn SWMM,

dựng phương phỏp thử dần để xỏc định dung tớch hồ điều hũa. Khi đú sẽ cho ta được kết quả tốt nhất và hợp lý nhất vỡ phương phỏp 5 dựa vào quỏ trỡnh dũng đến và dũng đi thực tế. Tuy nhiờn phương phỏp này đũi hỏi sự cần mẫn của người thiết kế và mất nhiều thời gian. Kết quả tớnh toỏn của phương phỏp 5 được coi là chuẩn để đỏnh giỏ so sỏnh với cỏc phương phỏp tớnh toỏn khỏc.

Ta dễ nhận thấy trong cả 2 trường hợp, phương phỏp đường quỏ trỡnh

lưu lượng dạng tam giỏc (phương phỏp 3) luụn cho sai số lớn nhất vỡ đường quỏ trỡnh khụng xấp xỉ dạng hỡnh tam giỏc. Mặc dự phương phỏp này tương đối đơn giản khi ta chỉ cần biết được cỏc giỏ trị lưu lượng đỉnh và thời gian chảy vào hồ.

Trong 2 trường hợp về lưu lượng thỡ ta cũng thấy được phương phỏp 1

phỏp mà cỏc nhà thiết kế vẫn sử dụng hiện nay khi biết được lưu lượng mưa chảy vào hồ qua bảng tớnh toỏn thủy lực tuyến cống và tt là thời gian tớnh toỏn từ điểm xa nhất đến hồ. Phương phỏp này chỉ cần lập bảng tớnh toỏn thủy lực là ta cú thể xỏc định được cỏc giỏ trị và tớnh toỏn được diện tớch hồ. Mặc dự vậy ta cũng thấy cú sự sai số tương đối lớn, (xem bảng 3.12).

Qua đú ta thấy được mặc dự cỏc phương phỏp tớnh toỏn hồ điều hũa đơn giản xong vẫncú sai số tương đối lớn. Việc ứng dụng phần mềm SWMM vào việc tớnh toỏn dung tớch hồ điều hũa bằng cỏch thử dần diện tớch hồ đũi hỏi thời gian lớn xong cú được dung tớch hồ điều hũa một cỏch chớnh xỏc nhất.

KẾT LUẬNVÀ KIẾN NGHỊ

I. Kếtluận

Sau một thời gian nghiờn cứu với đề tài : ô NGHIấN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HềA CHO HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC Đễ THỊ. ằ, luận văn này đó đề cấp đến cỏc vấn đề

- Tổng quan về hồ điều hũa và cỏc phương phỏp xỏc định dung tớch hồ điều hũa trong cỏc khu đụ thị.

- Đỏnh giỏ được hiện trạng và định hướng phỏt triển của hệ thống thoỏt nước đụ thị Thị trấn Nho Quan, huyện Nho Quan, Tỉnh Ninh Bỡnh.

- Xõy dựng mụ hỡnh mưa thiết kế và ứng dựng mụ hinh thủy lực SWMM để mụ phỏng tớnh toỏn quỏ trỡnh dũng chảy từ lưu vực thoỏt

- Sử dụng 05 phương phỏp để xỏc định dung tớch hồ điều hũa cho lưu vực nghiện cứu, từ đú phõn tớch so sỏnh kết quả dung tớch hồ từ 05 phương phỏp khỏc nhau. Kết quả cho thấy cỏc phương phỏp xỏc định dung tớch hồ theo cụng thức của Mỹ cú sai số lớn lờn đến trờn 100%,

theo tiờu chuẩn TCVN 7957 – 2008 đề cho sai số đến 10% và phương phỏp xỏc định theo quỏ trỡnh dũng đến và đi cho kết quả chớnh xỏc nhất nhưng đũi hỏi nhiều thời gian.

II. Kiến nghị

Do thời gian thực hiện nghiờn cứu cũn hạn chế nờn việc nghiờn cứu đỏnh giỏ cỏc phương phỏp tớnh toỏn thiết kế hồ điều hũa chỉ dừng lại ở 2 trường hợp Qb=1/3Qđ, Qb=1/2Qđ cho 5 phương phỏp tớnh toỏn chớnh ở trờn. Do vậy trong thời gian tới cần cú những nghiờn cứu tiếp theo xem xột cỏc trường hợp khỏc và ở cỏc khu vực khỏc.

Khi thiết cơ sơ bộ thỡ ta nờn sử dụng Phương phỏp 1. Khi thiết kế chi tiết ta nờn sử dụng phương phỏp 5 sẽ cho ta được kết quả chớnh xỏc nhất khi

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. PGS.TS Hoàng Văn Huệ (2002), Giỏo trỡnh thoỏt nước tập 1, NXB Khoa

học và kỹ thuật.

2. PGS.TS Hoàng Văn Huệ (2002), Giỏo trỡnh thoỏt nước tập 2, NXB Khoa

học và kỹ thuật, Hà Nội .

3. GS.TS. Dương Thanh Lượng (2010), Giỏo trỡnh Mụ phỏng mạng lưới thoỏt nước bằng SWMM.

4. Bựi Văn Toàn, 1984, Thoỏt nước mưa trong thành phố, Đại học kiến trỳc Hà nội.

5. TS Nguyễn Tuấn Anh, Bài giảng Thoỏt nước đụ thị

6. Tiờu chuẩn xõy dựng Việt Nam – TCVN 7957:2008 (Thoỏt nước - Mạng lưới bờn ngoài và cụng trỡnh tiờu chuẩn thiết kế)

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Cỏc bảng tớnh toỏn chạy SWMM khi khụng cú hồ.

EPA STORM WATER MANAGEMENT MODEL - VERSION 5.0 (Build 5.0.009)

--- Thoat nuoc Nho Quan

**************** Analysis Options ****************

Flow Units ... CMS

Infiltration Method ... HORTON Flow Routing Method ... DYNWAVE Starting Date ... APR-14-2014 00:00:00 Ending Date ... APR-16-2014 23:00:00 Antecedent Dry Days ... 0.0

Report Time Step ... 00:15:00 Wet Time Step ... 00:15:00 Dry Time Step ... 01:00:00 Routing Time Step ... 2.00 sec

************************** Volume Depth Runoff Quantity Continuity hectare-m mm

************************** --- --- Total Precipitation ... 32.810 389.340 Evaporation Loss ... 0.000 0.000

Infiltration Loss ... 1.946 23.090 Surface Runoff ... 30.889 366.544 Final Surface Storage .... 0.001 0.014 Continuity Error (%) ... -0.079

************************** Volume Volume Flow Routing Continuity hectare-m Mliters

************************** --- ---