CAM KẾT
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết
quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu
vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào
của Nhà trường.
Tác giả Lê Đắc Vĩnh MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1
I. Sự cần thiết của đề tài 1
II. Mục tiêu nghiên cứu 2
III. Nội dung nghiên cứu 2
IV. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
V. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3
VI. Kết quả dự kiến đạt được 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC
ĐÔ THỊ 4
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống thoát nước đô thị 4
1.1.1. Khái niệm về hệ thống thoát nước đô thị 4
2.2. Mô hình tính toán, mô phỏng hệ thống thoát nước 18
2.2.1. Giới thiệu mô hình SWMM 19
2.2.2. Các khả năng của mô hình SWMM 19
2.2.3. Các ứng dụng của mô hình 20
2.2.4. Dữ liệu đầu vào 21
2.2.5. Phương pháp tính toán 21
2.3. Phương pháp tính toán thoát nước mưa theo cường độ giới hạn 29
2.3.1. Xác định lưu lượng mưa tính toán 29
2.3.2. Chu kỳ tràn cống 30
2.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán 30
2.3.4. Xác định thời gian mưa tính toán 30
2.3.5. Xác định hệ số dòng chảy 31
2.4. Kết luận chương 2 32 CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG
THOÁT NƯỚC HIỆN TẠI CỦA THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ, TỈNH QUẢNG
TRỊ 33
3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu 33
3.1.1. Điều kiện tự nhiên 33
3.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội 37
3.2. Thực trạng thoát nước của thành phố Đông Hà 38
3.2.1. Thoát nước mưa 38
3.2.2. Nước thải sinh hoạt 38
3.2.3. Đánh giá hiện trạng thoát nước của khu vực 39
3.3. Đánh giá hiện trạng hệ thống kỹ thuật hạ tầng thành phố đông hà 39
4.2. Tính toán và mô phỏng theo mô hình SWMM 73
4.3. Lựa chọn phương án cải tạo, nâng cấp hệ thống thoát nước 79
4.4. Giải pháp quy hoạch hệ thống thoát nước bền vững 83
4.5. Giải pháp tổ chức, quản lý vận hành và nâng cấp hệ thống thoát nước 86
4.5.1. Giải pháp tổ chức 86
4.5.2. Giải pháp quản lý vận hành hệ thống thoát nước 87
4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 87
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Mối quan hệ IDF 15
Hình 2.2: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp khối xen kẽ 17
Hình 2.3: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp tam giác 17
Hình 2.4: Quan niệm về dòng chảy mặt 22
Hình 2.5: Mô hình nước ngầm hai vùng 23
Hình 3.1: Vị trí thành phố Đông Hà trên bản đồ tỉnh Quảng Trị 34
Hình 3.2: Vị trí khu vực nghiên cứu trên bản đồ thành phố Đông Hà 43
Hình 3.3: Bản đồ khu vực nghiên cứu thoát nước 44
Hình 3.4: Đường tần suất lượng mưa 1 ngày max – trạm Đông Hà 47
Hình 3.5: Đường tần suất lượng mưa 3 ngày max – trạm Đông Hà 48
Hình 3.6: Mô hình mưa thiết kế với trận mưa 72h max 50
Hình 3.7: Giao diện khai báo các thông số mặc định và các tùy chọn 54
Hình 3.8: Giao diện khai báo các thông số cơ bản trong SWMM 55
Bảng 3.2: Tần suất lượng mưa 1 ngày max – trạm Đông Hà 45
Bảng 3.3: Tần suất lượng mưa 3 ngày max – trạm Đông Hà 45
Bảng 3.4: Quan hệ lượng mưa – thời gian theo tần suất mưa 10% 49
Bảng 3.5: Bảng thống kê diện tích các tiểu khu 52
Bảng 3.6: Bảng thống kê tuyến cống hiện trạng 53
Bảng 3.7: Bảng kết quả các nút ngập 59
Bảng 3.8: Bảng thống kê thời gian ngập đầy các đoạn cống 60
Bảng 4.1: Các thông số khí hậu cho tỉnh Quảng Trị 68
Bảng 4.2: Hệ số dòng chảy 68
Bảng 4.3: Thống kê tuyến cống ngập theo phương pháp cường độ giới hạn 70
Bảng 4.4: Tổng hợp chiều dài các tuyến cống làm lại theo phương pháp cường độ
giới hạn 72
Bảng 4.5: Bảng thống kê tuyến cống ngập và đề xuất cải tạo nâng cấp 73
Bảng 4.6: Tổng hợp chiều dài các tuyến cống làm lại theo mô hình SWMM 75
Bảng 4.7: So sánh kết quả của phương pháp cường độ giới hạn và SWMM 80
Bảng 4.8: So sánh tổng chiều dài cống cần thay theo phương pháp cường độ giới
hạn và SWMM 82
1 PHẦN MỞ ĐẦU
I. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Thoát nước và xử lý nước thải, vệ sinh môi trường là những nội dung quan
trọng trong quy hoạch, xây dựng và quản lý đô thị. Tại các khu vực đang đối mặt
với tình trạng hạ tầng kém phát triển, môi trường bị ô nhiễm do nước thải, tình hình
về phát triển đô thị, phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội của địa phương trong hiện
tại và tương lai.
Đông Hà là thành phố trực thuộc tỉnh Quảng Trị, với hệ thống cơ sở hạ tầng
phát triển chưa hoàn toàn đồng bộ và bộ máy quản lý còn non trẻ, hiện cũng đang
gặp phải những vấn đề khó khăn như các đô thị khác trong nước, đặc biệt là hệ
thống thoát nước của thành phố đang tồn tại nhiều tiêu cực gây ảnh hưởng không
nhỏ đến đời sống người dân cũng như mỹ quan, môi trường của đô thị. Vậy nên cần
xem xét, nghiên cứu tính toán thiết kế cải tạo hệ thống thoát nước của khu vực để
đảm bảo khả năng thoát nước, không gây ô nhiễm môi trường, góp phần phát triển
đô thị một cách bền vững.
Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu cải tạo và nâng cấp hệ thống
thoát nước bền vững thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị " là rất cần thiết và mang
tính thực tiễn hiện nay.
II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu các bài toán và đưa ra giải pháp nâng cao hiệu quả cho hệ thống
thoát nước thành phố, đảm bảo chức năng thoát nước của hệ thống.
- Đề xuất giải pháp thoát nước mang tính bền vững cho thành phố.
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Thu thập tài liệu và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống thoát nước của
thành phố.
- Phân tích, tính toán các bài toán về hệ thống thoát nước dựa trên cơ sở khoa
học và thực tiễn, nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống hạ tầng kỹ thuật
của thành phố. 3 - Phân tích và lựa chọn các giải pháp cụ thể nhằm khắc phục và nâng cao tính
hiệu quả của hệ thống thoát nước thành phố.
1.1.1. Khái niệm về hệ thống thoát nước đô thị
Hệ thống thoát nước đô thị là tổ hợp những công trình, thiết bị và các giải pháp
kỹ thuật để thực hiện nhiệm vụ thoát nước cho đô thị.
Các hệ thống thoát nước đô thị:
+ Hệ thống thoát nước chung: Là hệ thống mà tất cả các loại nước thải (sinh
hoạt, sản xuất, nước mưa) được xả chung vào một mạng lưới và dẫn đến công trình
làm sạch.
+ Hệ thống thoát nước riêng: là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới đường
ống riêng để dẫn từng loại nước thải khác nhau đến công trình làm sạch. Theo cấu
tạo hệ thống thoát nước riêng có thể phân thành các loại sau: Hệ thống riêng hoàn
toàn; Hệ thống riêng không hoàn toàn; Hệ thống riêng một nửa.
+ Hệ thống thoát nước hỗn hợp: Là tổng hợp của các hệ thống trên. Hệ thống
này thường gặp ở các thành phố lớn, đã có hệ thống thoát nước chung nay cần cải
tạo và mở rộng thì phải xây thêm các công trình phục vụ cho mạng lưới thoát nước.
1.1.2. Vai trò của hệ thống thoát nước đối với sự phát triển của đô thị
Một đô thị hiện đại là đô thị phải có hệ thống cơ sở hạ tầng đáp ứng được nhu
cầu phát triển của đô thị đó, và hệ thống thoát nước đóng một vai trò rất quan trọng
trong toàn bộ hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật đó. Đối với những đô thị có địa hình
phức tạp, khả năng tiêu thoát nước tự chảy kém thì vai trò của nó lại càng được đẩy
lên cao hơn.
Với tốc độ đô thị hóa ngày càng cao trên nền của hệ thống hạ tầng xây dựng
không đồng bộ, còn nhiều chắp vá thì tất yếu sẽ dẫn đến khả năng đáp ứng nhu cầu 5 thoát nước của hệ thống cho đô thị ngày càng bị giảm sút. Và đến đây, người ta phải
tìm cách nâng cấp cải tạo lại hệ thống nhằm khắc phục những hạn chế hiện có để
đảm bảo yêu cầu thoát nước.
nước, bền để chống ăn mòn và sự mài mòn, trơn để giảm sức cản thủy lực và giá
thành rẻ.
+ Các loại vật liệu như: Ống sành, ống bê tông – bê tông cốt thép, ống
phibrôximăng, ống gang, thép.
1.2.4. Độ sâu chôn cống và độ dốc đường ống
+ Độ sâu chôn cống phụ thuộc vào phương pháp thi công, vào vật liệu ống,
điều kiện địa chất, đại chất thủy văn và các điều kiện kinh tế kỹ thuật khác.
+ Độ dốc đường ống chọn trên cơ sở đảm bảo độ dốc tối thiểu, ngoài ra còn
phụ thuộc đường kính ống. Nên bố trí cống dọc theo độ dốc đường để hạn chế chiều
sâu đào cống.
1.3. ĐÔ THỊ HÓA VÀ VẤN ĐỀ THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ
1.3.1. Khái niệm thủy văn đô thị
Thủy văn đô thị là một bộ phận của thủy văn học chuyên nghiên cứu những
quy luật vận động của nước trên các lưu vực đô thị (cả về số lượng và chất lượng).
Trong vấn đề thoát nước, thủy văn đô thị chủ yếu nghiên cứu các quy luật hình
thành dòng chảy từ mưa phục vụ cho tính toán quy hoạch, thiết kế và điều hành các
hệ thống tiêu thoát nước trên các lưu vực đô thị. Để có thể xây dựng được hệ thống
thoát nước đảm bảo yêu cầu thì thủy văn đô thị đóng một vai trò rất quan trọng.
1.3.2. Đô thị và quá trình đô thị hóa
Trong vài thế kỷ gần đây, sản xuất xã hội nói chung, sản xuất công nghiệp nói
riêng được cuộc cánh mạng khoa học kỹ thuật tiếp sức đã làm cho quá trình đô thị
hoá phát triển với tốc độ chưa từng có. 7 Quá trình đô thị hóa phát triển, nhiều quy luật của tự nhiên, môi trường trên
lưu vực đô thị như chu trình khí tượng thủy văn bị biến dạng không ngừng và ngày
càng thêm sâu sắc.
1.4.1. Nghiên cứu về thoát nước đô thị trên thế giới
Dân số thế giới sống trong các thành phố lớn ngày càng tăng nhanh. Đáp ứng
nhu cầu đó, diện tích đất đô thị cũng ngày càng gia tăng, trong khi đó cơ sở hạ tầng
về cấp thoát nước cho đô thị không đáp ứng kịp thời. Hiện nay trên thế giới nhiều
thành phố lớn vẫn đang bị úng ngập và lũ lụt đe dọa.
Các chuyên gia về quy hoạch và thoát nước đô thị trên thế giới đã từ hơn 30
năm nhận ra rằng cách tốt nhất để đương đầu với ngập lụt trong đô thị không phải là
xây thêm trạm bơm, đắp thêm đê hay lắp đặt thêm cống mà chúng ta cần thêm
không gian cho nước. Đó là giải pháp bền vững hơn khi không làm biến đổi dòng
chảy đột ngột như xây đập, đắp đê hay tôn nền công trình. Gia tăng không gian cho
mặt nước và cây xanh tự nhiên không chỉ làm giảm nguy cơ ngập lụt mà còn tạo
cảnh quan cho đô thị.
Gần đây Ngân hàng thế giới đã nghiên cứu và đưa ra cuốn cẩm nang “Hướng
dẫn quản lý tổng hợp rủi ro ngập lụt đô thị trong thế kỷ 21”. Theo cẩm nang này,
giải pháp hiệu quả nhất để quản lý nguy cơ lũ lụt là áp dụng phương pháp tiếp cận
tổng hợp, trong đó kết hợp cả hai biện pháp cấu trúc và phi cấu trúc, bao gồm xây
dựng hệ thống kênh thoát nước và dẫn lũ; kết hợp “đô thị xanh” như đất ngập nước
và vùng đệm môi trường; xây dựng hệ thống cảnh báo lũ lụt; quy hoạch sử dụng đất
để chống ngập lụt.
Đại học Quốc gia Singapore (NUS) với ý tưởng nghiên cứu: áp dụng các bề
mặt thẩm thấu cho những con đường nhỏ và vỉa hè nhằm ngăn chặn tình trạng lũ lụt
cục bộ tại đô thị bằng cách làm chậm lại dòng nước đổ vào cống rãnh sau mưa lớn.
Những bề mặt thẩm thấu có một lớp bêtông rỗ và một lớp sỏi. Khoảng 30-40%
khoảng trống giữa lớp bê tông và sỏi này được dùng để tích nước, sau đó nước sẽ
chảy qua một lớp vải thẩm thấu trước khi được xả qua những đường nhỏ đổ vào
cống. Toàn bộ quá trình này có thể giúp trữ số nước mưa đổ xuống trong vài giờ. 9
ngập khi gặp những trận mưa lớn, hoặc nước thuỷ triều dâng. 10 Ngập úng đô thị không chỉ do nguyên nhân đô thị hóa mà sự ảnh hưởng của
biến đổi khí hậu. Các thiên tai như hạn hán, bão, lũ lụt xảy ra thường xuyên. Đa số
các thành phố lớn và khu công nghiệp lớn đều tập trung ở vùng đồng bằng trũng
thấp, khu vực ven biển. Đây là những khu vực rất dể bị tổn thương do biến đổi khí
hậu (BĐKH) gây ra. Sự phát triển đô thị cũng đang đối mặt với nhiều thách thức
mang tính toàn cầu về kinh tế, môi trường, năng lượng và đặc biệt là tác động của
BĐKH gây ra.
Ở Việt nam, đến nay đã có một số nghiên cứu về tác động của BĐKH hoặc
quá trình đô thị hóa đến tiêu thoát nước như:
- Nghiên cứu “BĐKH châu Á: Nghiên cứu cho Việt Nam” do Viện Quy hoạch
Thủy lợi chủ trì thực hiện năm 1994 đã có đánh giá bước đầu tác động của BĐKH
tới nguồn nước, các vùng ven biển ở Việt Nam và đề xuất các biện pháp thích ứng,
giảm thiểu tác hại cho các ngành kinh tế khác nhau.
- Tài liệu“Thoát nước đô thị bền vững” của PGS. TS. Nguyễn Việt Anh,
trường Đại học Xây dựng. Tác giả đưa ra các phương thức tiếp cận và mô hình
thoát nước cho các đô thị Việt Nam. Từ đó đề xuất tổ chức thoát nước cho các đô
thị Việt Nam và đưa ra mộ số mô hình quản lý nước đô thị.
* Giải pháp thoát nước bền vững đã được áp dụng tại Việt Nam:
Cách tiếp cận của thoát nước mưa bền vững là thoát chậm, không phải thoát
nhanh, tránh lượng mưa tập trung lớn tại một điểm của hệ thống thoát nước trong
thời gian ngắn. Tiết diện cống sẽ khó thể đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém mà
nước vẫn tràn cống, gây ngập đường, lụt nhà. Vì vậy, phải tổ chức thoát nước mưa,
kết hợp các biện pháp khác nhau một cách đồng bộ, sao cho dòng chảy được tập
trung chậm khi vào hệ thống thoát nước mà không gây ngập. Sử dụng hồ điều hòa
triển cũng như không làm ảnh hưởng đến đời sống xã hội của người dân và bền
vững cho môi trường. Các phương pháp tính toán sẽ được giới thiệu trong chương 2
của luận văn này.
12 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG
THOÁT NƯỚC MƯA ĐÔ THỊ
Để có thể tính toán được hệ thống thoát nước mưa cho đô thị, tác giả dựa vào các cơ
sở lý thuyết như sau:
+ Số liệu thu thập, xây dựng mô hình mưa thiết kế cho khu vực.
+ Tính toán hệ thống thoát nước theo phương pháp mô phỏng hệ thống bằng mô
hình SWMM.
+ Tính toán hệ thống thoát nước bằng phương pháp cường độ giới hạn.
2.1. MƯA VÀ MƯA THIẾT KẾ
Một trận mưa rào tại một vị trí được đặc trưng bởi:
+ Thời gian mưa (phút, ngày, giờ)
+ Tổng lượng mưa (mm)
+ Phân bố mưa theo thời gian
Dùng thiết bị đo mưa tự ghi để đo quá trình một trận mưa thực.
2.1.1. Đặc trưng của mưa thiết kế
+ Chu kỳ lặp lại thiết kế (tần suất mưa)
+ Thời gian mưa (phút, ngày, giờ)
+ Độ sâu mưa (lượng mưa, mm)
+ Biểu đồ quá trình mưa hay phân bố theo thời gian của mưa.
14 Trong đó:
H
d
(T) = Lượng mưa (mm)
D = thời gian mưa (giờ)
T = Chu kì lặp lại (năm)
b1, c1, b2, c2, e1, f1, e2, f2, a, b là các tham số được cho trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Giá trị tham số của đường DDF
2.1.4. Quan hệ cường độ mưa - thời gian mưa - tần suất
Quan hệ cường độ mưa - thời gian mưa - tần suất (Intensity - Duration – Frequency)
được viết tắt là IDF.
Các độ sâu mưa thiết kế được chuyển thành cường độ mưa theo công thức sau:
i = h/d = A/d
n
(mm/h)
Quan hệ IDF có dạng như hình sau: 15
Hình 2.1: Mối quan hệ IDF
+ Sau khi lựa chọn chu kì xuất hiện lại trận mưa thiết kế, ta đọc cường độ mưa
i cho mỗi thời gian mưa Δt, 2Δt, 3Δt…từ một đường IDF tương ứng với chu kỳ xuất
hiện lại đã chọn và tính độ sâu mưa tích lũy (h) bằng cách nhân cường độ mưa với
thời gian mưa (h = i*t).
+ Lấy hiệu số giữa hai giá trị liên tiếp của độ sâu mưa lũy tích, ta sẽ tính được
độ sâu mưa thiết kế ứng với mỗi Δt và được gọi là các khối: (h(n* Δt)-h((n-1) Δt).
+ Các khối được sắp xếp với cường độ mưa lớn nhất được xếp ở giữa hoặc ở
thời gian xuất hiện đỉnh, các khối còn lại được sắp xếp theo thứ tự giảm dần và
được chia đều ở bên phải và bên trái của khối trung tâm. 17
Hình 2.2: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp khối xen kẽ
c. Phương pháp mô hình mưa tam giác
Phương pháp này được đề xuất bởi Yen và Chow (1980)
Với mô hình mưa tam giác có cạnh đáy là thời gian mưa Td, chiều cao h là
cường độ mưa. Khi biết độ sâu mưa P và thời gian mưa Td ta xác định được cường
độ mưa là chiều cao h.
Hình 2.3: Mô hình mưa thiết kế xây dựng theo phương pháp tam giác
Copyright: Tài liệu đại học ©