Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
1

Tp Hoà Chí Minh. Tháng 5 năm 2008
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
2
PHẦN III : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
I . Giới thiệu phần mềm SWMM :
Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model ) là mô hình động lực
học mô phỏng mưa – dòng chảy cho các khu vực đô thị cả về chất và lượng, và tính
toán quá trình chảy tràn từ mỗi lưu vực bộ phận đến cửa nhận nước của nó.
Mô hình vừa có thể mô phỏng cho từng sự kiện ( từng trận mưa đơn lẻ ), vừa có
thể mô phỏng liên tục.
Mô hình này do Metcalf và Eddy xây dựng năm 1971, là sản phẩm của 1 hợp
đồng kinh t
ế giữa trường ĐH Florida và tổ chức bảo vệ môi trường Hoa kỳ EPA (The
U.S.Environment Protection Agency ).
Khi mới ra đời mô hình chạy trên môi trường DOS. Mô hình liên tục được cập
nhập và phiên bản mới nhất là SWMM 5.0 chạy trên môi trường WINDOW. Phiên
bản mới này được viết lại bởi một bộ phận trong phòng thí nghiệm nghiên cứu Quản lý

Hình 1: Các khối xử lý chính trong mơ hình SWMM

Trong sơ đồ trên bao gồm các khối sau:
¾ Khối “dòng chảy” (Runoff block) tính tốn dòng chảy mặt và ngầm dựa trên
biểu đồ q trình mưa (và/hoặc tuyết tan) hàng năm, điều kiện ban đầu về sử dụng đất
và địa hình.
¾ Khối “truyền tải” (Transport block) tính tốn truyền tải vật chất trong hệ
thống nước thải.
¾
Khối “chảy trong hệ thống” (Extran block) diễn tốn thủy lực dòng chảy
phức tạp trong cống, kênh…
¾ Khối “Trữ/xử lý“ (Strorage/Treatment block) biểu thị các cơng trình tích
nước như ao hồ…và các cơng trình xử lý nước thải, đồng thời mơ tả ảnh hưởng của
Dòng chảy
(Khối Runoff)
Nhận nước
(KhốiReceiving)
Truyền tải

o Quy hoạch hồ chứa phòng lũ.
SWMM xem xét mọi quá trình thủy văn tạo dòng chảy trên lưu vực đô thị như :
o Quá trình mưa.
o Bốc hơi bề mặt nước.
o Tuyết tan.
o Tổn thất tích tụ trên tán lá cây và tổn thất điền trũng.
o Tổn thất thấm.
o Thẩm thấu của nước vào các tầng nước ngầm.
o Dòng chảy sát mặt.
o Dòng chảy tràn trên bề mặt.
Sự biến đổi về mặt không gian trong mọi quá trình được khắc phục bởi vi
ệc
chia nhỏ khu vực nghiên cứu thành nhiều lưu vực con đồng nhất.
SWMM cũng có tất cả những tính năng mền dẻo của một mô hình thủy lực
dùng để diễn toán dòng chảy, nhập lưu trong cống, kênh, hồ, trạm xử lý nước, các
công trình phân nước của hệ thống tiêu thoát nước như :
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
5
o Tính toán được các hệ thống lớn phức tạp.
o Sử dụng nhiều loại cống có hình dạng và kích thước khác nhau và các
kênh hở.
o Mô hình hóa được các bộ phận phức tạp trong hệ thống như: hồ chứa,
các trạm xử lý nước, trạm bơm tiêu …
o Có thể xét đến nhập lưu hay dòng chảy từ bên ngoài vào cống như
dòng chảy mặt, sát mặ
t, ngầm, nước thải sinh hoạt và nhiều dạng khác của dòng chảy.
o Có thể sử dụng phương pháp diễn toán dòng chảy sóng động học hay

1.Tính toán lượng mưa hiệu quả.
Việc tính toán lượng mưa hiệu quả được thực hiện bằng phương pháp khấu trừ
tổn thất do thấm, điền trũng, bốc hơi từ bề mặt đất, điền trũng, và do thấm.
PEF (t) = N (t) – VP (t) – F (t) – W (t) (2.2)
Trong đó : PEF : Lượng mưa hiệu quả (mm).
N : Lượng mưa (mm).
P : Lượng bốc hơ
i bề mặt (mm).
F : Lượng thấm vào trong đất (mm).
W(t) : Lượng trữ bề mặt – tổn thất điền trũng (mm).
t : Thời gian.
Lượng mưa : được đưa vào mô hình bằng giá trị lượng mưa hoặc cường độ mưa
theo thời đoạn.
Lượng bốc hơi bề mặt : lượng bốc hơi bề mặt được người sử dụng nhập vào mô
hình, có thể được tính theo phương pháp sau:
- Phương pháp cân bằng năng lượng:

nr
RE 0353,0=
Trong đó: E
r
: Lượng bốc hơi(mm/ngày).
R
n
: Bức xa thực(W/m
2
).
- Phương pháp khí động lực:

)(

u
B
;
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
T
T
e
as
3,273
27,17
exp611
;
asha
eRe
=

Trong đó: E
a
: Lượng bốc hơi (mm/ngày).
u
2
: Tốc độ gió (m/s) đo tại chiều cao z
2

nào đó, sau đó giảm dần theo quan hệ số mũ cho đến khi đạt tới một giá trị
không đổi f
∞
. Mô hình thấm Horton được áp dụng cho để tính cho trận mưa 1
đỉnh và dạng đường cong mưa biến đổi không lớn.
effff
p
)(
00 ∞
−+=
-kt
(2.4)
Trong đó: f
p
(mm/s): Cường độ thấm vào đất.
f
∞
(mm/s): Cường độ thấm nhỏ nhất tại thời điểm bão hòa.
f
0
(mm/s): Cường độ thấm lớn nhất tại thời điểm ban đầu t=0.
t (s) : Thời gian tính từ lúc bắt đầu trận mưa rơi.
k (T
-1
): Hằng số chiết giảm.
Các thông số f
∞
, f
0
, k hoàn toàn xác định đường cong thấm f

≥ Fs thì f = f p và fp=Ks (1+
F
IDMS.
)
Trong đó: f: Cường độ thấm vào đất (mm/s).
f
p
: Cường độ thấm tiềm năng (mm/s).
i: Cường độ mưa (mm/s).
F: Lượng thấm tích luỹ (mm).
F
s
: Cường độ thấm tích luỹ đến trạng thái bão hoà (mm).
S: Sức hút mao dẫn trung bình (mm).
IDM: Độ thiếu hụt ẩm ban đầu.
Ks: Hệ số thấm thuỷ lực bão hoà (mm/s).
Theo EULER (1989) lượng bốc hơi ngày được tính theo công thức
VP(mm)=1,58 +(0,96+0,0033i)sin{2
π
/365(i-148)] (2.6)
Trong đó i: Ngày tính theo nămthủy văn.
i=1 Ngày 1 tháng 1.
i=365 Ngày 31 tháng 10 năm sau.
VP : Lượng bốc hơi ngày thứ i
Lượng trữ bề mặt rất khó xác định do tính phức tạp của lưu vực đô thị, do vậy
thành phần này thường được đánh giá qua điều tra và sau đó hiệu chỉnh qua mô hình.
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79

WQ −= (2.8)
Trong đó: W : Chiều rộng trung bình lưu vực (m).
n: Hệ số nhám Manning.

Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
10
IV. Cấu tạo mạng lưới thoát nước trong SWMM
SWMM dùng tập hợp các nút ( node ), các đoạn ống nối với các nút, hồ điều
hòa, cửa xả, bơm…. Để mô tả hệ thống mạng lưới thoát nước.
Cấu tạo mạng lưới hệ thống thoát nước bao gồm các thành phần :
Subcatchment( lưu vực), Raingage(trạm mưa), Junction(nút),Storage Units( hồ điều
hòa),Conduits(đường ống), Pumps(bơm), Regulatiors(van điều khiển hay van một
chiều ), Outfalls(cửa xả), mố
i liên hệ của từng bộ phân được thể hiện trong sơ đồ sau
đây

¾ Bước 3: Khai báo các thơng số của hệ thống.
¾ Bước 4: Chạy mơ phỏng.
¾ Bước 5: Xem xét kết quả.
¾ Bước 6: Hiệu chỉnh thơng số đầu vào và mơ phỏng lại (nế
u cần).
a) Bước 1:
Khai báo các thơng số mặc định và các tùy chọn (Project/Defaults):
o Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng Hình 5
: Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng
9 Tuỳ chọn để giữ nguyên các ký hiệu dùng cho các
project khác
Ỉ
Trạm đo mưa
Ỉ
Tiểu lưu vực
Ỉ
Nút
Ỉ
Cửa xả
Ỉ
Cửa chia nước

Hệ số nhám Maning của phần không
thấm & vùng thấm
Ỉ
Lượng nước trữ lại trên vùng không
thấm
Ỉ
Lượng nước trữ lại trên vùng thấm
Ỉ
Phần hoàn toàn không thấm

Ỉ
Giá trò cho nút
Ỉ
Chiều sâu max của nút
Ỉ
Chiều dài conduit (m)
Ỉ
Loại Conduit
Ỉ
Hệ số nhám của Conduit
Ỉ
Đơn vò tính ( CMS – m
3
/s )
Ỉ
Phương pháp tính : Dynamic Wave
cho dòng chảy không ổn đònh
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :


Ký hiệu nhãn Ỉ

Thể hiện các giá trò trên màn hình Ỉ

Thể hiện ký hiệu ống Ỉ

Loại mũi tên Ỉ

Màu nền Ỉ
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
15
Có thể nhập 1 sơ đồ dạng File hay tạo sơ đồ biểu diễn ( trong đề tài này là tạo
sơ đồ biểu diễn hoàn toàn mới ).
Để xóa File mặt bằng đô thị vừa dẫn ta vào
View
Æ
Back drop
Æ
Unload.
Dùng các biểu tượng của lưu vực, cống, nút…. Mô phỏng mặt bằng khu vực.
Do đặc điểm khu vực ở phía bắc có 1 con kênh dùng để dẫn nước thải nên dựa
vào đặc điểm này ta vạch hai tuyến thoát nước chính thu toàn bộ nước thải và nước
mưa của lưu vực sau đó thải ra kênh, nhằm tận dụng khả năng tự làm sạch của hồ và
điều tiết lưu lượng nước thải trong khu vực trước khi thải ra kênh thì nức thải sẽ d
ược
dẫn vào hồ điều tiết.

Lưu vực 7 1.89 Lưu vực 16 0.82
Lưu vực 8 1.37 Lưu vực 17 0.77
Lưu vực 9 0.88
Bảng 2 : Diện tích các lưc vực
Vì đây là khu đơ thị mới được trải nhựa ở tất cả các con đường nên diện
tích vùng thấm gần như chủ yếu trong các nhà dân do đó ta chọn diên tích này
bằng 25% diện tích tồn bộ lưu vực, việc phân chia lưu vực dựa vào mặt bằng
và cao trình mặt đất.

Hình 11:Giao diện nhập số liệu cho lưu vực
Ỉ
Trạm mưa phụ trách
Ỉ
Nút nhận nùc
Ỉ
Diện tích lưu vực ( ha)
Ỉ
Chiều rộng chảy tràn (m)
Ỉ
Độ dốc mặt đất ( %)
Ỉ
Tỷ lệ diện tích không thấm
Ỉ
Hệ số nhám Maning của vùng không
thấm & vùng thấm
Ỉ
Lớp nước trữ trên vùng không thấm
& vùng thấm ( mm)
Ỉ
Tỷ lệ diện tích hoàn toàn không trữ (%)

ệu của trận mưa (Data sourse – Timeseries)
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
18
o Đơn vị tính ( mm, inch )
o Nhập giá trị trận mưa thiết kế : curves Æ Time Series

Hình 13: Chuỗi thời gian mưa Hình 14: Đường đặc tính của trận mưa
c.3. Khai báo đối tượng Nút – Junction ( nút thu nước )

Là điểm kết nối giữa các kênh hở, các hố ga chính trong hệ thống cống, hoặc
là điểm nối giữa các đường ống cống, dòng chảy bên ngoài có thể đổ vào các
Junctions này.
Nút thu nước là nơi thu nhận toàn bộ lượng nước trên tiểu lưu vực đó (bao
gồm nước mưa chảy tràn trên lưu vực, nước thải). Độ sâu chôn cống được nhập
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
19
thơng qua độ sâu ban đầu của nút, thơng thường cống thốt nước phải đặt sâu là
để đảm bảo cho nó khơng bị phá hoại do tác động cơ học gây nên đồng thời
cũng nhằm để đảm bảo 1 độ dốc cần thiết, sơ bộ có thể lấy bằng 1,5 m.
20
o Khai báo thơng số Inflow của Junction ( lưu lượng nhập thêm vào nút )
Hinh17: Giao diện nhập giá trị lưu lượng cho nút

- Q chảy vào hệ thống đến từ nơi khác
- Khai báo bằng chuỗi thời gian
Ỉ Nước thải sinh hoạt

Ỉ Khai báo bằng giá trò trung bình

Ỉ Khai báo bằng Time Pattern
Dòng chảy phát sinh từ lưu vực khác, có nguồn gốc từ mưa,
Được khai báo bằng Thủy đồ đơn vò (Unit Hydrograph) và diện
tích lưu vực.
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
21
c.4. Khai báo đối tượng tuyến thốt nước – Conduit
Là các đường ống cống, các kênh có khả năng vận chuyển nước từ nút này đến
nút khác trong hệ thống tiêu thốt nước. Hình dạng mặt cắt ngang của đường ống cống
và kênh có rất nhiều hình dạng: tam giác, tròn, hình thang, hình vng, chữ nhật …các
tham số đầu vào của các đường ống và kênh bao gồm:

Tận dụng điều kiện tự nhiên có sẵn nhằm làm giảm chi phí xây dựng trạm xử lý
cũng như góp phần điều hòa lưu lượng dòng chảy trong hệ thống trước khi nước thải
được xả ra kênh sẽ được dẫn vào hồ, sau đó từ hồ nước sẽ theo cống dẫn và xả ra
ngoài cửa xả.

Trong SWMM - EXTRAN sử dụng chương trình Storage để diễn toán hồ chứa.
Quá trhình diễn toán sông - hồ theo sơ đồ tổng quát như sau:
Hình 19: Sơ đồ tổng quát diễn toán dòng chảy qua hồ chứa.
Phương trình mô phỏng hồ chứa là phương trình cân bằng thể tích theo mối
quan hệ trên trong bước thời gian
Δ
t :

OI
t
V
−=
Δ
Δ
( 2.9)
Trong đó:

OI − Là lượng dòng chảy vào và ra hồ chứa trong thời đoạn Δ t (m
3
/s)
V Là lượng nước trong hồ chứa (m
3

Ỉ Diện tích khu trữ (m
2
)
Ỉ Hệ số xét đến bốc hơi ( 0 -1)
Ỉ Đường cong hình dạng hồ
- Tên đường cong dung tích – Storage
Curve
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
24
Hinh 22: Giao diện nhập dữ liệu của cửa xả
III. Các phương án tính tốn
Trong đề tài này tính cho hai trường hợp
Trường hợp 1 : Nhằm kiểm tra khả năng chuyển tải nước thải trong cống và
khả năng điều tiết của hồ chứa nên trường hợp này của chỉ xét ở một ảnh hưởng nhỏ
của nước triều đến hệ thống thốt nước.
Trường hợp 2 : Để đề tài phù hợp với thực tế và tận dụng hết khả n
ăng mơ
phỏng của phần mềm thì trong trường này ta xét tới ảnh hưởng của mức nước triều lên

Vào General chọn:
o lựa đơn vị lưu lượng: CMS (m
3
/s)
o mơ hình thấm: Horton
o phương pháp lộ trình sóng: sóng động học – Dynamic Wave
o và ấn định việc khơng cho ngập: Allow Ponding Hình 23: Giao diện mơ phỏng hệ thống thốt nước
Chọn thời điểm bắt đầu q trình mơ phỏng, kết thúc mơ phỏng ( do lượng mưa giờ
lớn nhất là lúc 16 – 17 - 18 giờ ngày 25/9/1997 nên chọn thời điểm mơ tả từ 15h30 và
kết thúc lúc 20h.

Dòng ổn đònh Ỉ
Động học Ỉ
Sóng động học Ỉ