5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.LẬP MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC
Số liệu địa hình của lưu vực tiêu trạm bơm Yên Sở được xác định dựa vào bản đồ GIS Quy hoạch thành phố Hà Nội đến năm 2020, tỉ lệ 1:25000.
3.2.2. Số liệu mưa
Tài liệu mưa trạm Láng được sử dụng để mô phỏng mô hình. Mô hình mưa 72 giờ với X=338mm (P=10%); X=350mm (P=9%); X=388 mm (P=5%); X=400mm (P=3%); X=450mm (P=2%); X=500 (P=1%); X=575mm (P=0,3%) được sử dụng làm mô hình mưa tính toán (Bảng 3.1). Số liệu mưa được nhập vào
Time Series và đưa vào Rain Gages.
Bảng 3.1: Lượng mưa tính toán và phân phối mưa theo giờ.
X(m) 338 350 388 400 450 500 575 Tần suất 10% 9% 5% 3% 2% 1% 0,3% 0-1 12.62 13.06 14.48 14.93 16.8 18.66 21.51 1-2 19.39 20.07 22.25 22.94 25.81 28.67 33.05 2-3 22.25 23.03 25.53 26.32 29.61 32.9 37.93 3-4 22.77 23.57 26.13 26.94 30.31 33.67 38.82 4-5 28.37 29.37 32.56 33.56 37.76 41.96 48.37 5-6 0.26 0.27 0.30 0.31 0.35 0.38 0.44 6-7 1.17 1.21 1.34 1.38 1.56 1.73 1.99 7-8 1.04 1.08 1.20 1.23 1.38 1.54 1.78 8-9 1.95 2.02 2.24 2.31 2.6 2.88 3.32 9-10 9.63 9.97 11.05 11.39 12.82 14.24 16.42 10-11 23.68 24.51 27.17 28.02 31.52 35.02 40.37 11-12 16.79 17.38 19.27 19.86 22.35 24.83 28.63 12-13 18.61 19.27 21.36 22.02 24.77 27.52 31.73 13-14 3.9 4.04 4.48 4.61 5.19 5.77 6.65 14-15 10.02 10.37 11.50 11.85 13.34 14.82 17.09 15-16 1.56 1.61 1.78 1.85 2.08 2.31 2.66
X(m) 338 350 388 400 450 500 575 Tần suất 10% 9% 5% 3% 2% 1% 0,3% 16-17 0.26 0.27 0.30 0.31 0.35 0.38 0.44 17-18 6.9 7.14 7.92 8.16 9.18 10.2 11.76 18-19 0.78 0.81 0.90 0.92 1.04 1.15 1.33 19-20 2.34 2.42 2.68 2.77 3.11 3.46 3.99 20-21 5.73 5.93 6.57 6.78 7.63 8.47 9.76 21-22 6.9 7.14 7.92 8.16 9.18 10.2 11.76 22-23 0.39 0.4 0.44 0.46 0.52 0.58 0.67 23-24 0.78 0.81 0.90 0.92 1.04 1.15 1.33 0-1 0.18 0.19 0.21 0.21 0.24 0.27 0.31 1-2 0.18 0.19 0.21 0.21 0.24 0.27 0.31 2-3 0.71 0.73 0.81 0.84 0.94 1.05 1.21 3-4 1.15 1.19 1.32 1.36 1.53 1.7 1.96 4-5 0.27 0.28 0.31 0.32 0.36 0.4 0.46 5-6 2.84 2.94 3.26 3.36 3.78 4.2 4.84 6-7 0.44 0.46 0.51 0.52 0.59 0.65 0.75 7-8 55.83 57.8 64.08 66.05 74.31 82.56 95.18 8-9 11.63 12.04 13.35 13.76 15.48 17.2 19.83 9-10 9.68 10.02 11.11 11.45 12.88 14.32 16.51 10-11 3.73 3.86 4.28 4.41 4.96 5.52 6.36 11-12 4.79 4.96 5.50 5.67 6.38 7.08 8.16 12-13 3.55 3.67 4.07 4.2 4.72 5.25 6.05 13-14 2.04 2.11 2.34 2.41 2.72 3.02 3.48 14-15 4.53 4.69 5.20 5.36 6.03 6.7 7.72 15-16 2.75 2.85 3.16 3.25 3.66 4.07 4.69 16-17 0.89 0.92 1.02 1.05 1.18 1.32 1.52 17-18 0 0 0.00 0 0 0 0.00 18-19 0 0 0.00 0 0 0 0.00 19-20 0 0 0.00 0 0 0 0.00 20-21 0 0 0.00 0 0 0 0.00 21-22 0.8 0.83 0.92 0.95 1.06 1.18 1.36 22-23 0 0 0.00 0 0 0 0.00 23-24 0.89 0.92 1.02 1.05 1.18 1.32 1.52 0-1 10.11 10.47 11.61 11.96 13.46 14.95 17.24 1-2 0.46 0.48 0.53 0.54 0.61 0.68 0.78 2-3 2.6 2.69 2.98 3.08 3.46 3.85 4.44 3-4 0 0 0.00 0 0 0 0.00 ... 23-24
3.2.3. Tiểu lưu vực
Căn cứ vào cao độ địa hình (cao độ tự nhiên và cao độ san nền theo quy hoạch), đường giao thông, các trục tiêu thoát để chia lưu vực tiêu trạm bơm Yên Sở thành các tiểu lưu vực (Subcatchment), như hình 3.2.
Hình 3.2: Các tiểu lưu vực (Subcatchment)
Các thông số được nhập vào mỗi Subcatchment bao gồm diện tích, chiều rộng thuỷ văn, độ dốc, hệ số nhám, lượng mưa điền trũng, mô hình thấm, và thông số nước ngầm. Chọn mô hình thấm cho tất cả các tiểu lưu vực là mô hình Horton.
Chiều rộng thuỷ văn của mỗi subcatchment được tính toán bằng cách chia diện tích của tiểu lưu vực cho chiều dài dòng chảy điển hình. Chiều dài này là trung bình của 3 chiều dài đường dẫn có khả năng trong phạm vi tiểu lưu vực đó. Độ dốc của tiểu lưu vực được xác định là độ dốc trung bình dọc theo các đường dẫn dòng chảy trên.
3.2.4. Các thông số về nút
Các nút được bố trí ở các vị trí: Ở cuối các tuyến cống; Các điểm dọc theo các tuyến kênh nơi mà hình dạng, hướng, độ dốc của kênh khác nhau đáng kể; Giao điểm của các kênh. Sông Tô Lịch được xác định có 30 nút, sông Sét có 11 nút, Sông Lừ có 30 nút, Sông Kim Ngưu có 7 nút. Các thông số của nút được nhập vào
Junction bao gồm: Dòng chảy bên ngoài nhập vào nút, cao độ đáy nút, chiều sâu lớn nhất của nút, chiều sâu nước ban đầu trong nút. Các số liệu của nút được thể hiện ở bảng PL3.1 phụ lục.
3.2.5. Các thông số của mặt cắt sông.
- Các tuyến sông được vạch tuyến trên bản đồ GIS Thành phố Hà Nội. Thông số mô phỏng của các kênh chính là các thông số được lấy theo hiện trạng (xem bảng PL3.2, bảng PL3.3 phụ lục) nhằm mục đích kiểm tra khả năng làm việc của các tuyến kênh này ứng với quy hoạch đô thị hiện tại.
3.2.6. Các công trình điều tiết
Các cống trên hệ thống bao gồm: Cống điều tiết Hồ Tây A, Cống điều tiết Hồ Tây B, Cống Xả Nghĩa Đô, Cửa điều tiết Lừ Sét, Cửa xả Thanh Liệt, Cửa xả Văn Điển, Cửa xả Đồng Chì. Khi mô phỏng cống trong mô hình SWMM5 cần khai báo tên cống, tên nút vào, nút ra, chiều cao của cống, chiều rộng cống, chiều cao của ngưỡng cống, chỉ số xả.
3.2.7. Các Hồ điều hòa
Mô phỏng hồ điều hoà trong mô hình SWMM5 cần khai báo các thông số sau: Dòng chảy từ bên ngoài vào hồ, cao trình đáy hồ, chiều sâu nước ban đầu, chiều sâu nước lớn nhất, đường quan hệ F~h. Đường quan hệ F~h mỗi hồ được xây dựng trên cơ sở diện tích của hồ ứng với các mực nước chết, mực nước dâng bình.
3.2.8. Các thông số mô phỏng chế độ bơm và đặc tính máy bơm.
Lấy các cấp lưu lượng thiết kế của trạm bơm Yên Sở là bội số của 18 m3/s và coi một cấp lưu lượng được tạo ra bởi một máy bơm tương đương (một nhóm các máy bơm giống nhau được coi là một máy bơm tương đương có đường đặc tính chung xây dựng theo phương pháp cộng lưu lượng). Với mỗi phương án lưu lượng
thiết kế trạm bơm QTK, tùy theo mực nước bể hút, cũng là mực nước hồ Yên Sở ZYS, mà đề xuất quy trình vận hành trạm bơm với số máy chạy thích hợp. Đường đặc tính máy bơm được lấy của một máy thực tế sao cho phù hợp với cột nước địa hình của trạm bơm Yên Sở.
Bảng 3.2:Chế độ chạy máy của trạm bơm
Phương án QTK (m3/s) Tổng số máy
Số máy chạy khi mực nước hồ Yên Sở bằng hoặc lớn hơn: +3,3 +3,6 +3,9 +4,2 90 5 2 4 5 108 6 2 4 6 126 7 2 4 6 7 144 8 2 4 7 8 162 9 2 5 8 9 180 10 2 5 8 10
Hình 3. 3. Mô phỏng đường đặc tính máy bơm. 3.3. PHƯƠNG ÁN QUẢN LÝ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ỨNG VỚI QUY HOẠCH ĐÔ THỊ HIỆN TRẠNG.
3.3.1. Đánh giá khả năng làm việc của trạm bơm đầu mối Yên Sở
Để đánh giá khả năng làm việc của trạm bơm Yên Sở và hệ thống kênh tiêu chính của khu vực, cần xem xét các điều kiện sau:
- Hệ thống tiêu thực hiện việc tiêu úng với các trận mưa 72 giờ (3 ngày) lớn nhất có tổng lượng khác nhau: X=338mm (P=10%); X=350mm (P=9%); X=388 mm (P=5%); X=400mm (P=3%); X=450mm (P=2%); X=500 (P=1%); X=575mm (P=0,3%). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giả định quy mô trạm bơm khác nhau, với các cấp lưu lượng thiết kế của trạm bơm QTK là: 90, 108, 126, 144, 162, 180 m3/s.
- Khống chế mực nước hồ Yên Sở ZmaxYS không được vượt quá mức cho phép [ZmaxYS]=4,5 m để không làm úng ngập khu vực hồ và các vùng lân cận cũng như để thu được nước từ hầu hết các điểm trong lưu vực nghiên cứu về đầu mối thông qua các tuyến cống và kênh dẫn nước.
lượng X là bao nhiêu, nghĩa là tìm mối liên hệ giữa các đại lượng QTK, X. Đặt ra các cấp lưu lượng thiết kế trạm bơm để tính toán như sau: Phương án 1: QTK = 90 m3/s. Phương án 2: QTK = 108 m3/s. Phương án 3: QTK = 126 m3/s. Phương án 4: QTK = 144 m3/s. Phương án 5: QTK = 162 m3/s. Phương án 6: QTK = 180 m3/s.
3.3.2. Đánh giá khả năng làm việc của hệ thống kênh.
Đánh giá khả năng tải nước hệ thống đường dẫn cho 4 sông tiêu chính (Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu) ứng với cấp lưu lượng thiết kế trạm bơm Yên Sở thực tế hiện nay đã đưa vào hoạt động là QTK=90m3/s và lưu lượng dự kiến của trạm bơm Yên Sở trong tương lai theo quyết định số 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Chính phủ phê duyệt quy hoạch tiêu nước hệ thống Sông Nhuệ sẽ nâng tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm Yên Sở lên 145 m3/s:
• Đánh giá khả năng làm việc của hệ thống kênh dẫn ứng với 2 cấp lưu lượng + Phương án 1: Lưu lượng thiết kế của trạm bơm Yên Sở là 90 m3/s. + Phương án 4: Lưu lượng thiết kế của trạm bơm Yên Sở là 144 m3/s.
Tương ứng với các trận mưa 72 giờ (3 ngày) lớn nhất có tổng lượng khác nhau: X=338mm (P=10%); X=350mm (P=9%); X=388 mm (P=5%); X=400mm (P=3%); X=450mm (P=2%); X=500 (P=1%); X=575mm (P=0,3%).
3.3.3. Kết quả tính toán:
Chạy chương trình cho từng trường hợp và xác định giá trị các yếu tố thủy lực của tất các phần tử của hệ thống thoát nước (chẳng hạn, lưu lượng tại các đường dẫn và các máy bơm, mực nước tại các nút, các hồ...). Các đại lượng này được SWMM biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau: bằng số, bảng biểu, đồ thị, hình vẽ,... theo không gian và theo thời gian. Kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở cho các phương án như sau:
3.3.3.1. Đánh giá khả năng làm việc của trạm bơm Yên Sở.
a) Phương án 1: Lưu lượng thiết kế của trạm bơm Yên Sở QTK = 90 m3/s. + Với trận mưa có X=338mm (P=10%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.4.
Hình 3. 4: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=90 m3/s, X=338 mm.
Từ đồ thị hình 3.4 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,6m.
+ Với trận mưa có X=350mm (P=9%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.5.
Hình 3.5: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=90 m3/s, X=350 mm
Từ đồ thị hình 3.5 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,75m.
+ Với trận mưa có X=388mm (P=5%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.6
Từ đồ thị hình 3.6 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,22m.
+ Với trận mưa có X=400mm (P=3%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.7
Hình 3.7: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=90 m3/s, X=400 mm
Từ đồ thị hình 3.7 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,32m.
+ Với trận mưa có X=450mm (P=2%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.8
Hình 3. 8: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=90 m3/s, X=450 mm
Từ đồ thị hình 3.8 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,50m.
+ Với trận mưa có X=500mm (P=1%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.9
Hình 3. 9: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=90 m3/s, X=500 mm
Từ đồ thị hình 3.9 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,50m.
+ Với trận mưa có X=575mm (P=0,3%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.10
Hình 3. 10: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=90 m3/s, X=575 mm
Từ đồ thị hình 3.10 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,50m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Với cấp lưu lượng thiết kế QTK=90 m3/s, tương ứng với mỗi trận mưa khác nhau nhìn vào đồ thị ta xác định được mực nước lớn nhất trong hồ Yên Sở ZmaxYS khác nhau, các thông số được thể hiện ở bảng 3.3.
Bảng 3. 3: Mực nước lớn nhất trong hồ Yên Sở ứng với lưu lượng thiết kế trạm bơm QTK=90 m3/s, và các lượng mưa tính toán.
Lượng mưa (mm) 338 350 388 400 450 500 575 ZmaxYS(m) 4,60 4,75 5,22 5,32 5,50 5,50 5,50
b) Phương án 4: Lưu lượng thiết kế của trạm bơm Yên Sở QTK = 144 m3/s. + Với trận mưa có X=338mm (P=10%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.11
Hình 3. 11: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=144 m3/s, X=338 mm
Từ đồ thị hình 3.11 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,12m.
+ Với trận mưa có X=350mm (P=9%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.12
Hình 3. 12: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=144 m3/s, X=350mm
Từ đồ thị hình 3.12 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,17m.
+ Với trận mưa có X=388mm (P=5%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.13
Hình 3. 13: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=144 m3/s, X=388mm
Từ đồ thị hình 3.13 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,5m.
+ Với trận mưa có X=400mm (P=3%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.14.
Hình 3. 14: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=144 m3/s, X=400mm
Từ đồ thị hình 3.14 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,59m.
+ Với trận mưa có X=450mm (P=2%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.15.
Từ đồ thị hình 3.15 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=4,93m.
+ Với trận mưa có X=500mm (P=1%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.16.
Hình 3. 16: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=144 m3/s, X=500mm
Từ đồ thị hình 3.16 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,40m.
+ Với trận mưa có X=575mm (P=0,3%) ta có kết quả về quá trình mực nước tại hồ Yên Sở như ở hình 3.17.
Hình 3. 17: Quá trình mực nước hồ Yên Sở ứng với QTK=144 m3/s, X=575mm
Từ đồ thị hình 3.17 ta thấy mực nước hồ Yên Sở đạt ZYSmax=5,49m.
* Với cấp lưu lượng thiết kế QTK=144 m3/s, tương ứng với mỗi trận mưa khác nhau nhìn vào đồ thị ta xác định được mực nước lớn nhất trong hồ Yên Sở ZmaxYS khác nhau, các thông số được thể hiện ở bảng 3.4.
Bảng 3. 4: Mực nước lớn nhất trong hồ Yên Sở ứng với lưu lượng thiết kế trạm bơm QTK=144 m3/s, và các lượng mưa tính toán.
Lượng mưa
(mm) 338 350 388 400 450 500 600
Áp dụng các bước tính toán đã tiến hành với phương án 1 và phương án 4 đã trình bày ở trên cho các phương án 2, phương án 3, phương án 5, phương án 6 với các cấp lưu lượng lần lượt QTK là: 108, 126, 162, 180 m3/s. Kết quả được trình bày ở các hình vẽ PL3.1 đến hình vẽ PL3.36 phụ lục.
Kết quả
+ Từ tổ hợp các trường hợp trên ta có bảng tổng hợp các thông số như bảng 3.5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3. 5 Mực nước lớn nhất trong hồ Yên Sở ứng với các trường hợp lưu lượng thiết kế trạm bơm và lượng mưa tính toán
Lượng mưa (mm) 338 350 388 400 450 500 575 QTK (m3/s) Mực nước lớn nhất trong hồ Yên Sở (m)
90 4,6 4,75 5,21 5,32 5,50 5,50 5,50 108 4,32 4,52 4,93 5,10 5,49 5,50 5,50 126 4,27 4,35 4,67 4,77 5,30 5,49 5,50 144 4,12 4,17 4,50 4,59 4,93 5,40 5,49 162 4,07 4,11 4,30 4,39 4,75 5,18 5,43 180 4,07 4,11 4,17 4,18 4,62 4,90 5,38 + Vẽ đồ thì cho các thông số trong bảng 3.5 ta có đồ thị như hình 3.18
4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 300 350 400 450 500 550 600 90 108 126