1

Lời cảm ơn
Để hoàn thành chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Cấp Thoát
Nước – trường Đại học Thủy Lợi khóa học 20 (2012 - 2014), cần hoàn thiện
luận văn tốt nghiệp cuối khóa.
Trong quá trình học tập cũng như làm luận văn, tác giả đã nhận được sự
quan tâm, giúp đỡ của của Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào tạo đại học
và sau đại học, Khoa Kỹ Thuật Quản Lý Tài Nguyên Nước và toàn thể các
thầy, cô giáo.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn
Tuấn Anh – Người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã hết lòng giúp đỡ,
tận tình giảng giải cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp
20CTN, các anh, chị khóa trước đã động viên, đóng góp ý kiến và hỗ trợ
trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.

Xin chân thành cảm ơn!
Ngày tháng năm
2014
Học viên
Đỗ Anh Đông

Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
2


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 7

I. Tính cấp thiết của đề tài 7
II. Mục đích của đề tài 8
III. Phạm vi nghiên cứu 8
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 8
1. Cách tiếp cận 8
2. Phương pháp nghiên cứu 8
V. Kết quả dự kiến đạt được 8
CHƯƠNG 1: 9
TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 9
TÍNH TOÁN DUNG TÍCH HỒ ĐIỀU HÒA 9
1.1. Khái niệm về hồ điều hòa 9
1.2. Tình hình sử dụng hồ tại các đô thị hiện nay tại một số đô thị tại Đồng
Bằng Bắc Bộ 9

1.3. Tổng quan các phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa 14
1.3.1 Phương trình cơ bản 14
1.3.2 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa theo TCVN 7957 - 2008
(Phương pháp 1) 15

1.3.3 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình
lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới
thoát nước của Mỹ - Phương pháp 2) 17

1.3.4 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình lưu
lượng dạng hình tam giác. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ -
Phương Pháp 3) 18

DUNG TÍCH THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HÒA 30
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
5

3.1 Tính toán xác định kích thước các tuyến cống và đường quá trình lưu lượng
đến hồ 30

3.1.1 Xác định kích thước các tuyến cống 30
3.1.2 Xác định lưu lượng đến hồ từ lưu vực thoát nước 34
3.1.2.1 Xác định mô hình mưa thiết kế 34
3.1.2.2 Ứng dụng mô hình SWMM để mô phỏng quá trình mưa – dòng
chảy của lưu vực nghiên cứu. 38

3.2 Xác định dung tích hồ điều hòa 42
3.3 Trường hợp 1: Lưu lượng Q
b
=1/3Q
đ
42
3.3.1 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa theo tiêu chuẩn TCVN
7957 – 2008 (Phương pháp 1) 42

3.3.2 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình
lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ (Phương pháp 2) 43

3.3.3 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá trình
lưu lượng dạng hình tam giác (Phương pháp 3) 43

3.3.4 Xác định dung tích hồ điều hòa theo phương pháp hồi quy (Phương pháp
4)…… 45

II. Kiến nghị 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
PHỤ LỤC 58
Phụ lục 1: Các bảng tính toán chạy SWMM khi không có hồ. 58
Phụ lục 2: Các bảng tính toán chạy SWMM khi có hồ điều hòa và bơm trong
trường hợp Q
b
=1/3Q
đ
. 67
Phụ lục 3: Các bảng tính toán chạy SWMM khi có hồ điều hòa và bơm trong
trường hợp Q
b
=1/2Q
đ
. 77 Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
7

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Mục tiêu đầu tiên của “Định hướng phát triển thoát nước đô thị Việt
Nam đến năm 2020” đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định
số 35/1999/QĐ-TTG ngày 05-03-1999 là xóa bỏ tình trạng ngập úng thường
xuyên trong mùa mưa ở các đô thị loại I và loại II.
Hồ điều hòa có vai trò điều tiết nước mưa nhằm giảm bớt kích thước của
cống dẫn, công suất trạm bơm nước. Hồ điều hòa trong các đô thị thường tận
dụng hồ tự nhiên để giảm kinh phí xây dựng, nhưng trong một số trường hợp

sư, người thiết kế thuận tiên hơn cho việc lựa chọn phương pháp tính toán cho
các khu vực.
III. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp tính toán hồ điều hòa, ứng dụng cho hệ
thống thoát nước Thị Trấn Nho Quan, Huyện Nho Quan, Tỉnh Ninh Bình.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận công trình thực tế;
- Tiếp cận lý thuyết phân tích hệ thống và tối ưu hóa;
- Tiếp cận các nghiên cứu trước đây về bài toán thiết kế tối ưu.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa;
- Phương pháp kế thừa.
- Phương pháp mô hình toán.
- Phương pháp phân tích tổng hợp.
V. Kết quả dự kiến đạt được
Lựa chọn đề xuất được một phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa
hợp lý, thuận tiện nhất cho các kỹ sư thiết kế.
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
9

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN DUNG TÍCH HỒ ĐIỀU HÒA
1.1. Khái niệm về hồ điều hòa
Hồ điều hòa có nhiệm vụ điều tiết, tăng và giảm lưu lượng dòng chảy
nước mưa trong hệ thống thoát nước nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí
xây dựng, quản lý hệ thống thoát nước.
Ngoài mục đích chống ngập, hồ điều hòa còn được xem là giải pháp cải
thiện môi trường, tạo mỹ quan đô thị. Quá trình đô thị hóa đã làm cho nhiệt

nước khá lớn được trữ lại không tham gia dòng chảy trên các sông, sẽ có ảnh
hưởng đến quá trình dòng chảy về đập Thanh Liệt (giai đoạn tự chảy). Hầu
hết các hồ điều hoà tại Hà Nội đều liên kết trực tiếp với hệ thống tiêu bằng
đường cống hoặc kênh dẫn mà không có cống điều tiết nên dòng chảy vào và
ra khỏi hồ tự nhiên và không được kiểm soát. Việc vận hành hệ thống hồ phải
thông qua vận hành hệ thống tiêu, không thể tiến hành vận hành đơn lẻ từng
hồ trong hệ thống.
Trên thực tế nhóm hồ thượng lưu có khả năng điều tiết với lượng nước
lớn nhưng phát huy tác dụng kém do nằm ở địa hình cao, diện tích phụ trách
nhỏ hơn nhiều so với khả năng của hồ. Nhóm hồ trung lưu có tác dụng tốt về
mặt lý thuyết xong trên thực tế do bị bồi lắng, công trình nối tiếp giữa hồ và
hệ thống kênh không tốt nên không phát huy hết khả năng. Nhóm hồ hạ lưu
chỉ tham gia điều tiết giảm tải cho công trình đầu mối. Tổng diện tích hồ điều
hoà 952,9 ha chiếm 5,559% diện tích 9 quận nội thành (17.142 ha trừ quận Hà
Đông).
1.2.2. Thành phố Hải Phòng
Các hồ nước trong thành phố đều được sử dụng để điều hoà nước mưa
và chứa nước thải. Hồ điều hòa chính của khu vực nội thành bao gồm: hồ An
Biên (22 ha), hồ Tiên Nga (2,5 ha), hồ Dư Hàng (7 ha); hồ Sen (2 ha), hồ
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
11

Thượng Lý (2 ha), hồ Tam Bạc (5 ha), hồ Lâm Tường (2 ha), hồ Phương Lưu
(24 ha). Tổng diện tích các hồ điều hoà là 66,50 ha, so với diện tích 7 quận
nội thành 24.376 ha (năm 2009) chiếm 0,27%. Phần lớn các hồ có độ sâu
trung bình từ 1,0 - 1,5 m, dung tích tham gia điều hòa nước mưa nhỏ thường
chỉ chiếm 1/3 dung tích hồ.
Thực tế, hiệu quả điều tiết của các hồ này chưa cao vì công trình nối tiếp
giữa hồ và hệ thống kênh thoát nước chưa đủ khẩu độ, mực nước hồ thường
xuyên duy trình ở mức cao cho mục đích vui chơi giải trí, tạo cảnh quan…làm

1,07% diện tích tự nhiên của khu vực nội thành thành phố Hưng Yên.
Các hồ lớn đều có đường cống nối với hệ thống thoát nước thành phố
nên việc điều tiết nước mưa tương đối hiệu quả, xong các hồ tự nhiên nhỏ
nằm rải rác không có đường ống kết nối đồng bộ nên vai trò điều hòa nước
mưa giảm nhiều. Các hồ lớn kết hợp với công viên nên đồng thời thực hiện
hai nhiệm vụ là tạo cảnh quan và điều tiết nước, các hồ vừa và nhỏ chủ yếu
thực hiện một nhiệm vụ là tạo cảnh quan hoặc dùng cho các hộ nuôi trồng
thủy sản. Ngập úng xảy ra thường xuyên và trên nhiều điểm của thành phố
khi lượng mưa lớn hơn 100mm, vai trò của hồ điều hòa chỉ thể hiện rõ đối với
những trận mưa nhỏ, đối với những trận mưa lớn thì hiệu quả giảm úng ngập
không đáng kể do dung tích điều hòa nhỏ. Thực trạng quản lý và vận hành hệ
thống tiêu nước mưa ở Hưng Yên chưa coi trọng đúng mức vai trò hồ điều
hòa và vận hành chưa khoa học làm giảm khả năng điều tiết. Các hồ không
được nạo vét thường xuyên, không được khơi thông dòng chảy kết nối với hệ
thống tiêu, phải giữ mức nước cao trong hồ để phục vụ cho nhiệm vụ vui chơi
giải trí hay nhiệm vụ nuôi trồng thủy sản.
1.2.5. Thành phố Bắc Ninh
Thành phố Bắc Ninh được nâng cấp từ Thị xã Bắc Ninh lên thành phố
năm 2006 gồm 9 phường với tổng diện tích tự nhiên 2.334 ha, đến năm 2010
điều chỉnh địa giới thành phố Bắc Ninh gồm 13 phường và 06 xã với diện tích
tự nhiên 8.028ha. Với diện tích được điều chỉnh thì vùng đô thị lõi đã hoàn
thiện hạ tầng đô thị chiếm khoảng 50%, diện tích còn lại đang trong giai đoạn
đô thị hóa. Nếu chỉ tính trong vùng lõi gồm 9 phường và 01 xã thì gồm các hồ
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
13

lớn là hồ Đồng Trầm (20ha), hồ Thành Cổ (10ha), hồ Thị Cầu (18ha); hồ ga
(2ha); hồ Văn Miếu (11ha), khu vùng trũng dọc đường quốc lộ 1b thuộc
phường Đáp Cầu và phường Thị Cầu (40ha), ngoài ra các hồ loại nhỏ có diện
tích nhỏ hơn 2ha phân bố rải rác. Tỷ lệ diện tích hồ điều hòa khoảng 105ha

Tỷ lệ diện tích
hồ/diện tích đô thị
(%)
1 Hà Nội 952,9 17.142 5,56%
2 Hải Phòng 66,5 24.376 0,27%
3 Hải Dương 37,5 7.139 0,53%
4 Hưng Yên 50,0 4.686 1,07%
5 Bắc Ninh 105,0 2.334 4,50%
Nhìn chung, việc sử dụng hồ vào mục đích điều hòa nước mưa chưa hiệu
quả với các lý do như sau:
- Các hồ phân bố không hợp lý trong hệ thống đã giảm khả năng điều tiết.
- Tỷ lệ diện tích hồ trên diện tích đô thị còn thấp ở một số thành phố như Hải
Phòng, Hải Dương, Hưng Yên.
- Các hồ ở vị trí có địa hình cao sẽ khó cho việc điều tiết nước mưa vào và ra.
- Dung tích điều tiết thực tế của các hồ giảm do bị lấn chiếm, bồi lắng hoặc ô
nhiễm, sử dụng cho mục đích khác.
- Kết nối giữa hồ và hệ thống tiêu kém khiến khả năng điều tiết của hồ giảm.
- Vận hành hồ chưa khoa học, việc nước và ra khỏi hồ không có sự kiểm soát.
1.3. Tổng quan các phương pháp xác định dung tích hồ điều hòa
1.3.1 Phương trình cơ bản
Phương trình cơ bản để tính toán điều tiết nước mưa như sau:
Q. dt  q. dt = F. dt = dW (1.1)
Trong đó:
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
15

Q: là lưu lượng dòng chảy đến hồ, (m
3
/s)
q : là lưu lượng dòng chây đi khỏi hồ, (m

toán căn cứ vào biểu đồ lưu lượng nước mưa và chế độ làm việc của trạm
bơm. Đối với các trạm bơm có nhỏ hoặc đối với cống dẫn thì dung tích hồ có
thể xác định theo công thức của Makop:
W = K. Q

. t


Trong đó:
Q
t
: là lưu lượng mưa chảy vào hồ, (m
3
/s)
t
t
: là thời gian tính toán kể từ điểm xa nhất của lưu vực thoát nước tới hồ, (s)
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
16

K: hệ số biến đổi phụ thuộc vào thời gian dòng chảy từ hồ, có thể xác định
theo công thức
K = (1)
.

(ở đ
ây =




0,2 0,85 1,15 0,5 0,3 0,32 0,8 0,07
0,25 0,69 0,87 0,55 0,25 0,27 0,85 0,04
0,3 0,85 0,69 0,6 0,21 0,22 0,9 0,02
0,35 0,5 0,57 0,65 0,16 0,17 - -

Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
17

Bảng 1. 3: xác định thông số khí hậu n.
Tên địa phương n Tên địa phương n
Cửa Tùng 0,5 Đà Nẵng 0,7
Bắc Kạn 0,5 Hòn Gai 0,65
Nam Định 0,65 Tuyên Quang 0,7
Hà Giang 0,6 Hòa Bình 0,6
Hà Nội 0,5 Vĩnh Yên 0,65
Hải Dương 0,6 Ninh Bình 0,65
Hải Phòng 0,5 Thái Nguyên 0,6
Hưng Yên 0,5 Huế 0,5
Bảo Lộc 0,54 Đà Lạt 0,7
Bắc Giang 0,6 Sài Gòn 0,7
Ba Xuyên 0,7 Nha Trang 0,7
1.3.3 Phương pháp tính toán dung tích hồ điều hòa dựa trên đường quá
trình lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Theo sổ tay thiết
kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 2)
Phương pháp này yêu cầu biết đường quá trình lưu lượng chảy vào hồ
(Inflow Hydrograph) và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ (Release Rate) –xem
hình 1. Dung tích của hồ điều hòa chính là phần diện tích nằm giữa đường
quá trình lưu lượng vào và ra khỏi hồ (phần gạch chéo). Theo phương pháp
này ta giả thiết đường quá trình Q
tháo

i
= lưu lượng đỉnh vào hồ (m
3
/s)
Q
o
= lưu lượng đỉnh ra khỏi hồ (m
3
/s)
t
i
= thời lượng của dòng chảy vào hồ (s)
t
p
= thời gian trước đỉnh của dòng chảy vào hồ (s).
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
19

Phương pháp này không nên áp dụng đối với những trường hợp có
đường quá trình không thể xấp xỉ dạng hình tam giác.

Hình 1.2. Phương pháp đường quá trình lưu lượng hình tam giác
1.3.5 Tính toán dung tích hòa điều hòa theo phương pháp hồi quy. (Theo
sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 4)
Phương pháp này được đề xuất lần đầu tiên bởi Wycoff và Singh năm
1986.
Các bước tính toán dung tích hồ điều hòa theo phương pháp này như sau:
Bước 1. Xác định tổng lượng dòng chảy đến Vr, lưu lượng đỉnh dòng
chảy ra khỏi hồ (Qo), thời gian dòng chảy đến ti, thời gian trước đỉnh tp.
Bước 2: Tính tỷ số Vs/Vr sử dụng số liệu từ bước 1 và phương trình sau:

S

 S

=
I

+ I

2
t 
Q

+ Q

2
t
Để giải phương trình này có thể sử dụng các phương pháp khác nhau
như : lập bảng, đồ thị hoặc thử dần dựa trên mô hình toán SWMM.
Ở trong luận văn này để giải phương trình trên tác giả sử dụng mô hình
toán SWMM. Tức là chọn lưu lượng bơm (Q
b
), chọn máy bơm sau đó mô
phỏng hệ thống, giả thiết dung tích hồ điều hòa. Nếu có ngập thì điều chỉnh
dung tích hồ điều hòa đến khi hết ngập thì ta có được dung tích thiết kế của
hồ điều hòa.

1.4. Giới thiệu mô hình toán SWMM
Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model) là mô hình
động lực học dòng chảy mặt do nước mưa tạo nên, mô phỏng mưa – dòng

22

- 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

Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
23

CHƯƠNG 2:
TÌNH HÌNH CHUNG CỦA THỊ TRẤN NHO QUAN,
HUYỆN NHO QUAN, TỈNH NINH BÌNH
2.1 Điều kiện tự nhiên
2.1.1 Vị trí địa lý và giới hạn nghiên cứu:
Phần nội thị được mở rộng bao gồm: Thị trấn Nho Quan, xã Đồng
Phong, và một phần các xã: Lạc Vân, Phú Sơn, Lạng Phong có diện tích
1402,55ha.
2.1.2 Địa hình
Thị trấn Nho Quan và các xã Phú Sơn, Đồng Phong, Lạng Phong thuộc
Vùng bán sơn địa, xã Lạc Vân thuộc đồng chiêm trũng. Địa hình tương đối
bằng phẳng, chủ yếu là đất ruộng canh tác và dân cư đang sinh sống. Quỹ đất
núi, sông ngòi, hồ ao chiếm tỷ lệ nhỏ.
Khu vực phía Nam đê sông Lạng, hướng nền dốc từ Bắc xuống Nam.
Trên những trục đường chính dân cư 2 bên đường đã tôn nền nên có cốt cao
độ lớn hơn khu vực xung quanh. Khu vực dân cư cao độ từ 2,5m đến 5.0 m,

đến tháng 10, mùa lạnh bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 4 hàng năm.
+ Lượng mưa
Lượng mưa trung bình cả năm 1900mm. Mưa tập trung chủ yếu vào mùa
hạ từ tháng 5 đến tháng 11, trung bình trên 100mm/tháng. Trong mùa mưa
lượng mưa chiếm trên 80% tổng lượng mưa cả năm. Tháng 8 – 9 có lượng mưa
lớn nhất trong năm (trung bình 300 – 400mm). Vào mùa đông lượng mưa
chiếm khoảng 10 – 20% tổng lượng mưa, chủ yếu là dạng mưa nhỏ, mưa phùn.
Mưa phùn thường xảy ra vào nửa sau mùa đông và kéo dài nhiều ngày duy trì
một tình trạng ẩm ướt thường xuyên.
Bão: Thường xuất hiện vào tháng 7, 8, 9 gây mưa to gió lớn, lũ lụt.
2.1.4 Thuỷ văn
Thị trấn chịu ảnh hưởng chế độ thuỷ văn của sông Lạng, gây lũ lụt hàng
năm cho các xã phía Bắc sông Lạng đến cốt cao độ 4-4,5m. Mức lụt cao nhất
Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp 20CTN
25

là 5,5m (năm 1985) có tần suất 2%. Tuy nhiên thị trấn Nho Quan nằm trong
đê Năm Căn nên không bị lụt, chỉ bị úng tạm thời.
Sông Lạng: bắt nguồn từ Hoà Bình chảy vào Nho Quan (tại xã Thạch
Bình) và đổ ra sông Bôi tại xã Đức Long. Đây là con sông khá lớn, chảy cắt
ngang huyện và là nguồn cung cấp nước ngọt chủ yếu cho khu vực trung tâm
huyện và các xã lân cận.
2.1.5 Tài nguyên khoáng sản
Huyện Nho Quan có nguồn tài nguyên khoáng sản khá phong phú, trong đó
quan trọng nhất là đá vôi và đá đôlomit với trữ lượng lớn, bên cạnh đó còn có
các loại khoáng sản khác nhưng trữ lượng không lớn như than bùn, than đá…
2.1.6 Tài nguyên du lịch
Nho Quan có tiềm năng du lịch tương đối phong phú, có thể phát triển
đủ các loại hình du lịch như: du lịch sinh thái, cảnh quan, tâm linh, lễ hội …
trong số đó quan trọng nhất là Vườn quốc gia Cúc Phương, động Vân