CƠ SỞ II
---------[\----------
BỘ NÔNG NGHIỆP & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
www.tainguyennuoc.vn

2
MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................................................2
LỜI MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................3
U
PHẦN I : NỘI DUNG ĐỀ TÀI...........................................................................................5
I. Thông tin chung đề tài................................................................................................................ 5

II . Nội dung khoa học công nghệ của đề tài :................................................................................ 5

PHẦN II : LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC..............................7
I. Lý Thuyết Cơ Bản Về Mạng Lưới Thoát Nước......................................................................... 7

1. Nhiệm vụ của hệ thống thoát nước và các loại nước thải :.......................................................................7

2. Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước:........................................................................................ 8

II. Tính toán về mạng lưới thoát nước ........................................................................................... 9

PHẦN III : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM .............................................................................11
I . Giới thiệu phần mềm SWMM :................................................................................................ 11


1. Các thông số đầu vào..............................................................................................................................22

2. Các bước thực hiện mô phỏng một Project : ........................................................................................24

Hình 10: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong mô hình SWMM................................................... 27

III. Các phương án tính toán......................................................................................................... 36

IV. Nội dung tính toán ................................................................................................................... 37

PHẦN V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................55
Kết luận:.......................................................................................................................................... 55

Kiến nghị :....................................................................................................................................... 57

CÁC TÀI LIỆU ĐÃ THAM KHẢO ........................................................................................58
www.tainguyennuoc.vn

3

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại hiện nay “ môi trường và phát triển bền vững ” là những vấn đề
được nhiều nước và nhiều tổ chức quốc tế quan tâm. Ở một khía cạnh nào đó để góp
phần đảm bảo cho môi trường không bị suy thoái và phát triển một cách bền vững thì
phải chú ý giải quyết vấn đề “ xử lý nước thải và vệ sinh môi trường ” một cách hợp lý
“Thoát nước thải sinh hoạt ” là một vấn đề cấp bách cho mọi người, mọi nước
trên thế giới. Vấn đề ô nhiễm nước đã làm cho loài người mắc nhiều bệnh tật mà đáng

hạn chế, nên đề tài này chắc chắn còn nhiều hạn chế. Rất mong nhận được đóng góp
xây dựng của các bạn sinh viên và những người quan tâm để đề tài được hữu ích hơn
cho công tác nghiên cứu và ứng dụng sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Triệu Ánh Ngọc đã tận tình hướng dẫn
và các giáo viên chuyên môn khác đã chỉ bảo và góp ý kiến cho chúng em hoàn thành
tốt đề tài này.
www.tainguyennuoc.vn

5
PHẦN I : NỘI DUNG ĐỀ TÀI
I. Thông tin chung đề tài
1.Tên đề tài : “ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWMM TRONG TÍNH TOÁN MÔ

www.tainguyennuoc.vn

6
vẫn đang tiến hành xây dựng các đường cống thoát nước để phục vụ cho các nhu cầu
trước mắt. Song do chưa có quy hoạch cụ thể hoặc dự án, nên việc xây dựng đều có
tính chất chắp vá, đối phó, cục bộ, nếu cứ tiếp tục sẽ gây nên các lãng phí và rất khó
khăn cho việc cải tạo sau này. Nhu cầu về thoát nước đã dần trở nên bức bách, đòi hỏi
hệ thống thoát nước phải sớm được xây dựng. Dự án này sẽ giúp cho việc xây dựng hệ
thống thoát nước hợp lý, hoàn thiện và có hiệu quả hơn trên địa bàn toàn khu vực.
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
E Tìm hiểu về thuật toán được sử dụng trong phần mềm, khả năng mô phỏng thủy
lực trong thoát nước. Phạm vi ứng dụng của đề tài.
E Thu thập các tài liệu địa hình, địa chất, khí tuợng thủy văn… của lưu vực tính toán,
trên cơ sở đó tiến hành vạch tuyến mạng lưới thoát nuớc, tính toán lượng mưa tiêu
ứng với tần suất 90%, lượng nước thải của lưu vực.
E Ứng dụng phần mềm SWMM để kiểm tra khả năng tự chảy của đường ống, dao
động mực nước trong các công trình( hồ), ảnh hưởng của thủy triều tới lưu vực.
4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài :
E Nghiên cứu mô hình thuật toán được sử dụng tính toán trong phần mềm, và ứng
dụng khả năng mô phỏng của phần mềm để tính toán cho mạng thoát nước đô thị.
E Tính toán tiêu thoát nước cho 1 lưu vực đô thị (Trong đề tài này là khu dân cư tái
định cư xã Vĩnh Lộc B – huyện Bình Chánh – Tp Hồ Chí Minh).
hộ gia đình bao gồm : nước đã qua bồn tắm, vòi hoa sen, chậu giặt trong nhà tắm, máy
giặt và bồn giặt…
o Nước thải sản xuất : Thải ra sau qua trình sản xuất. Thành phần và
tính chất phụ thuộc vào lĩnh vực công nghiệp, nguyên liệu tiêu thụ, công nghệ sản
xuất…mà khác nhau rất nhiều .

www.tainguyennuoc.vn

8
2. Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước:
Mạng lưới thoát nước có thể gồm một hay một vài cống góp chính phục vụ cho
một vài lưu vực thoát nước. Lưu vực thoát nước là một phần diện tích của đô thị hay
của xí nghiệp công nghiệp mà nước thải cho chảy tập trung về một cống nước chính.
Phần ranh giới lưu vực là các đường phân thủy. Các cống góp chính thường đặt theo
đường tụ thủy.
Hệ thống thoát nước thường thiết kế theo nguyên tắc tự chảy, khi cống đặt quá
sâu thì dùng máy bơm nâng lên cao sau đó lại tiếp tục tự chảy.
Vạch tuyến mạng lưới thoát nước tiến hành theo thứ tự sau:
¾ Phân chia lưu vực thoát nước.
¾ Xác định vị trí trạm xử lý, vị trí xả nước vào nguồn.
¾ Vạch tuyến cống góp chính cống góp lưu vực, cống đường phố tuân theo
các nguyên tắc sau :
o Phải hết sức lợi dụng địa hình đặt cống thoát nước thoát nước theo
chiều nước tự chảy từ phía đất cao đến phía đất thấp của lưu vực đảm bảo lượng nước
thải lớn nhất tự chảy theo cống, tránh đào đắp nhiều tránh đặt nhiều trạm bơm lãng
phí.
o Đặt cống đường phố thật hợp lý để tổng chiều dài là ngắn nhất tránh
trường hợp nước chảy vòng vo, tránh đặt cống sâu.
Phụ thuộc vào địa hình diện tích của các tiểu khu nhà ở, quy hoạch kiến trúc
biện pháp thi công xây dựng và sự phân khu quản lý hành chính của đô thị mà có thể

, khi tính toán chỉ mới biết được lưu
lượng, còn 3 giá trị chưa biết là v,
ω
,I, do đó không thể giải được mà phải tính toán lựa
chọn hợp lý dần. Người ta đã lập sẵn
các bảng tính toán, các biểu đồ và toán đồ để tiện
sử dụng trong khi thiết kế.
Trong các bảng số, ứng với mỗi đường kính d (hoặc đường kính kênh mương )
và độ dốc i, dẫn ra các thông số về lưu lượng, tốc độ với độ đầy từ 0,05 đến 1d. Dựa
theo lưu lượng Q và độ dốc địa hình, với độ đầy lựa chọn h/d, ta lựa chọn đường kính
cống, sau đó chọn i và xác định V.
Xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn cống :
Căn cứ vào giai đoạn xây dựng quy hoạch hệ thống mạng lưới thoát nước được
chia ra các đoạn có độ dài khác nhau. Đoạn cống tính toán là khoảng cách giữa hai
điểm (giếng thăm) mà lưu lượng dòng chảy quy ước là không đổi. Để xác định lưu
lượng tính toán cần nắm các khái niệm sau :
¾ Lưu lượng dọc đường: Lượng nước từ các khu nhà thuộc lưu vực nằm dọc 2
bên cống đổ vào đoạn cống.
¾ Lưu lượng chuyển qua: Lượng nước từ đoạn cống phía trên đổ vào điểm đầu
của đoạn cống.
¾ Lưu lượng cạnh sườn: Lượng nước từ cống nhánh của cạnh sườn đổ vào
điểm đầu của đoạn cống.

www.tainguyennuoc.vn

10
¾ Lưu lượng tập trung: Lượng nước chuyển qua đoạn cống từ các đơn vị thải
nước lớn từ các đơn vị nằm riêng biệt ở phía trên đoạn cống (xí nghiệp công nghiệp,
trường học, nhà tắm công cộng).
Lưu lượng dọc đường là 1 đại lượng biến đổi tăng dần từ số 0 ở đầu đoạn cống

tb
qN
=

(2.1)

Trong đó :
ngđ
tb
Q
: Lưu lượng trung bình ngày đêm ( m
3
/ngđ).
N : Dân số tính toán ( người).
q : Tiêu chuẩn thải nước ( l/người.ngđ).
tc
Trong các khu công nghiệp người ta chia ra làm các phân xưởng nóng và phân
xưởng lạnh, dựa vào số công nhân, số ca làm việc, tiêu chuẩn dùng nước của từng
công nhân trong các phân xưởng nóng và lạnh ta tính được lưu lượng nước thải ngày
đêm của từng xí nghiệp công nghiệp.
www.tainguyennuoc.vn

11



12
Mơ hình SWMM mơ phỏng các dạng mưa thực tế trên cơ sở lượng mưa (biểu
đồ q trình mưa hàng năm) và các số liệu khí tượng đầu vào khác cùng với hệ thống
mơ tả
(lưu vực, vận chuyển, hồ chứa / xử lý) để dự đốn các trị số chất lượng và khối lượng
dòng chảy. Dòng chảy
(Khối Runoff)

Nhận nước
(KhốiReceiving)
Truyền tải chảy
mặt
(Khối transport)
Chảy trong hệ
thống
(Khối Extran)
Trữ / Xử lý
(Khối torage/Treatment)
những khu vực mới phát triển.
o Ước tính lưu lượng nước lũ trong kênh và các chi lưu để xác định vị
trí của kênh cần cải thiện nhằm giảm thiểu tình trạng tràn bờ.
o Cung cấp công cụ quy hoạch để đánh giá việc thực hiện các cống chắn
dòng dọc kênh.
Những ứng dụng điển hình của SWMM :
o Quy hoạch hệ thống thoát nước mưa.
o Quy hoạch ngăn tràn cống chung.
o Quy hoạch hệ thống thoát nước lũ ở kênh hở.
o Quy hoạch cống ngăn lũ.
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.

www.tainguyennuoc.vn

14
o Dòng chảy tràn trên bề mặt.
Sự biến đổi về mặt không gian trong mọi quá trình được khắc phục bởi việc
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 :
o Tính toán được các hệ thống lớn phức tạp.

các đường ống, kênh dẫn, các hồ điều hòa, trạm bơm, trạm xử lý của hệ thống tiêu
thoát nước đô thị .
SWMM cho phép tính toán dòng chảy cả về chất và lượng trong từng lưu vực con, tốc
độ chảy, chiều sâu chảy, chất lượng nước trong từng đoạn ống cống, kênh dẫn trong
quá trình mô phỏng bao gồm nhiều bước thời gian.

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 hơi 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

⎛
=
z
z
u
B
;
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
T
T
e
as
3,273
27,17
exp611
;
asha
eRe =
Trong đó: E
a
: Lượng bốc hơi (mm/ngày).
u
2

đỉnh và dạng đường cong mưa biến đổi không lớn.
0
∞
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
p
và được người sử

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)

www.tainguyennuoc.vn

18
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.
3.Tính toán dòng chảy mặt

n: Hệ số nhám Manning. www.tainguyennuoc.vn

19
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), mối liên hệ của từng bộ phân được thể hiện trong sơ đồ sau
đây


o Khí hậu : nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, cận xích
đạo, trong năm có hai mùa rõ rệt : mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng
12 đến tháng 4 năm sau .
o Thuỷ văn : chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ triều sông Nhà Bè theo
chế độ bán nhật triều không đều.
o Địa chất : Khu vực xây dựng hầu hết là đất ruộng lúa, ao hồ và sông
rạch, đất ở chiếm tỉ lệ rất nhỏ.
2. Hiện trạng chuẩn bị kỹ thuật và thoát nước mưa:
Hiện trạng xây dựng khá dày đặc, cao độ nền và độ dốc nền nhỏ vì vậy việc
thoát nước có nhiều hạn chế (cao độ đáy cống bị mực nước triều khống chế).
Nhìn một cách tổng thể, trên toàn Khu vực chưa có hệ thống thoát nước mặt
hoàn chỉnh. Cống qua đường: Khu vực hiện có khoảng hơn 40 cống qua đường với các
loại kết cấu bao gồm cống ngầm, có kích thước từ (Φ1000-Φ1500) và cống bản có
kích thước từ (1200 x2600)mm đến (3000-2500)mm, chất lượng cống còn tương đối
tốt, tuy nhiên nhiều cống đã bị tắc (do dòng chảy lũ mang theo nhiều bùn, cát và ý
thức của người dân chưa cao).

www.tainguyennuoc.vn

22
Các khu vực thường bị ngập úng: Tập trung chủ yếu tại xã Vĩnh lộc B
Đánh giá hiện trạng:
Trong mùa mưa lũ hiện tượng ngập úng vẫn thường xuyên xảy ra trong địa bàn
thị xã, đặc biệt là khu vực do những nguyên nhân chính như sau:
o Mạng lưới thoát nước hiện có chưa đầy đủ và hoàn chỉnh.
o Các cống đã xây dựng chưa làm việc hết công suất tính toán.
o Dòng chảy bị lấn chiếm do tình trạng xây dựng thiếu quản lý (công trình
xây dựng trên lòng kênh, mương, các đìa tôm lấn chiếm dòng chảy sông.
o Hệ thống kênh mương, các trục tiêu chính không được nạo vét trước
mùa mưa lũ, cửa sông bị bồi lắng nên dòng chảy lũ không kịp thoát đã

Lưu
lượng
(l/s)
1 - 2 134.80 14.13
2-3 183.50 6.77
3-4 134.60 2.70
4-5 92.00 1.74
5-6 122.70 2.13
6-7 154.30 2.35
8-9 126.20 35.17
9-10 122.50 5.42
10-11 202.60 6.60
11-12 125.40 2.88
12-13 145.50 3.13
Bảng 1: Chiều dài, lưu lượng trong các đoạn ống
b.Lưu lượng nước mưa
Vì đây là vùng đô thị nên tần suất được chọn dùng để tính toán mưa là 90%, từ
chuỗi số liệu mưa giờ nhiều năm, ta lập bảng tính mưa ngày lớn nhất tương ứng với
một năm .Sau đó vẽ đường tần suất ứng với chuỗi số liệu mưa của nhiều năm

Hình 4:

Đường tần suất mưa ngày ứng với tần suất 90%

Ứng với lượng mưa có tần suất là 90 % = 221.08 mm ta có được năm điển hình
là : năm 1997 với X= 247.3 mm.

www.tainguyennuoc.vn

24

Cửa chia nước
Ỉ
Vùng trữ tạm nước
Ỉ
Ống dẫn ( kênh, ống, sông )
Ỉ
Bơm
9 Tuỳ chọn để giữ nguyên các ký hiệu dùng cho các
project khác
Hình 5
:
Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng
www.tainguyennuoc.vn

25

o Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lưu vực

Hình 6: Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lưu vực

o Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đường dẫn.

Ỉ
Diện tích lưu vực ( ha)
Ỉ
Bề rộng lưu vực ( m)
Ỉ

cho dòng chảy không ổn đònh
Hình 7: Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đường dẫn.
www.tainguyennuoc.vn