i
N

L IC M
Xin chân thành c m n Ban giám hi u Tr

ng

i h c Th y l i, Phòng

t o đ i h c và sau đ i h c, Khoa K thu t qu n lý tài nguyên n
th y, cô giáo c a nhà tr

ào

c và toàn th các

ng đã giúp đ tác gi trong quá trình làm Lu n v n này

c ng nh trong su t th i gian h c t p t i tr
lòng bi t n sâu s c t i GS.TS. D

ng.

ng Thanh L

c bi t, h c tác gi xin bày t
ng, ng

i th y tr c ti p h


Nguy n Quang Tuy n


ii
L I CAM OAN
Tôi xin cam đoan r ng, lu n v n “ ng d ng mô hình toán đ nghiên c u
đánh giá kh n ng thoát n

c qu n C u Gi y (L u v c sông Tô L ch - Hà N i)

và đ xu t các gi i pháp c i t o - nâng c p” là công trình nghiên c u khoa h c
c a riêng tôi. Các s li u là trung th c, k t qu nghiên c u c a lu n v n này ch a
t ng đ

c s d ng trong b t c m t lu n v n nào khác mà đã b o v tr

c.

Tôi xin cam đoan m i s giúp đ cho vi c th c hi n lu n v n đã đ
n và các thông tin, tài li u tham kh o đ u đ

cc m

c ghi rõ ngu n g c trích d n.

Ngày 28 tháng 11 n m 2015
Tác gi

Nguy n Quang Tuy n


1.1.2

Vi t Nam ..............................................................................................5

1.2 Gi i thi u m t s mô hình mô ph ng thoát n

c đô th .................................7

1.2.1 Mô hình SWMM .......................................................................................7
1.2.2 Mô hình Sobek .......................................................................................10
1.2.3 Mô hình Mike Urban .............................................................................11
1.2.4 Mô hình StormNet ..................................................................................13
CH

NG II: C

THOÁT N

S

LÝ THUY T CHO MÔ HÌNH TOÁN TH Y L C

C Ô TH ........................................................................................16

2.1 C s lý thuy t cho mô hình toán th y l c .....................................................16
2.1.1 Mô hình th y l c Mike Urban .................................................................16
2.1.2 Mô hình th y l c SWMM.........................................................................18
2.2 L a ch n mô hình toán mô ph ng m a dòng ch y ........................................23
2.3 D li u đ u vào mô hình m a SWMM ..........................................................25
2.3.1 D li u đ u vào .......................................................................................25


3.2.2 Hi n tr ng h trong khu v c ..................................................................38
3.2.3 Tình tr ng ng p úng trong vùng ............................................................39
3.3 Thi t l p mô ph ng tính toán thoát n

c ......................................................45

3.3.1 Tính toán, l a ch n mô hình m a thi t k .............................................45
3.3.2 Mô ph ng hi n tr ng h th ng b ng SWMM ........................................50
3.3.3 K t qu mô ph ng ..................................................................................53
3.4
CH

ánh giá kh n ng làm vi c c a h th ng ....................................................54
NG IV:

THOÁT N
4.1

XU T PH

NG ÁN C I T O, NÂNG C P H TH NG

C QU N C U GI Y .....................................................................55

xu t các ph

4.1.1 Theo ph

ng án c i t o, nâng c p h th ng thoát n


4.3.3 Quan tr c và qu n lý thông tin d li u ..................................................66
K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................67
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................68
PH L C .................................................................................................................69
Ph l c 1: Th ng kê di n tích các tuy n c ng ......................................................69


v
Ph l c 2: Tính toán th y l c các tuy n c ng ......................................................76
Ph l c 3: K t qu tính toán theo ph

ng pháp c

ng đ gi i h n .....................80

Ph l c 4: K t qu mô ph ng b ng mô hình SWMM ..........................................83
Ph l c 5: Tr c d c m t s tuy n c ng...............................................................120


vi
DANH M C HÌNH V
Hình 2.1: S đ minh h a m c n

c

các b

c th i gian ti p theo .......................18


Hình 3.14:

Hình 4.1: S h a ch

ng n

c c a l u v c ng v i tr n m a 24h max 54

ng trình tính toán th y l c.....................................................58

Hình 4.2:

ng quan h l

ng n

cph

ng án 1 ..................................................63

Hình 4.3:

ng quan h l

ng n

cph

ng án 2 ..................................................64


ng án 2 ................119

Hình PL 5.1: Tr c d c tuy n c ng đ

ng Hoàng Qu c Vi t (đo n 1) ...................120

Hình PL 5.2: Tr c d c tuy n c ng đ

ng Hoàng Qu c Vi t (đo n 2) ...................120

Hình PL 5.3: Tr c d c tuy n c ng đ

ng Tr n Qu c Hoàn – Tô Hi u ..................121

Hình PL 5.4: Tr c d c tuy n c ng đ

ng C u Gi y...............................................121

Hình PL 5.5: Tr c d c tuy n c ng đ

ng Nguy n Khánh Toàn ............................122


vii
DANH M C B NG BI U
B ng 2.1: B ng th ng kê các tuy n c ng hi n tr ng .................................................26
B ng 2.2: B ng t ng h p kích th
B ng 2.3: Th ng kê l
B ng 3.1: L



B ng 4.5: K t qu tính toán ph

ng án h đi u hòa .................................................63

B ng PL3.1: B ng so sánh k t qu tính theo ph
B ng PL3.2: B ng t ng h p kh i l

ng pháp c

ng đ gi i h n ........80

ng c ng làm l i ..............................................82

B ng PL4.1: K t qu mô ph ng l u v c thoát n

c hi n tr ng ...............................83

B ng PL4.2: K t qu mô ph ng l u v c thoát n

c ph

ng án 1 .........................100

B ng PL4.3: K t qu mô ph ng l u v c thoát n

c ph

ng án 2 .........................109



c.

M t khác, tình hình th i ti t càng ngày càng di n bi n ph c t p khó d đoán.
H th ng thoát n
thoát n

c chung lâu n m đã xu ng c p, b b i l ng làm thu h p ti t di n

c d n đ n ph i th

do đó không th đáp ng đ

ng xuyên duy trì n o vétgây t n kèm nhi u kinh phí,...
c yêu c u thoát n

c hi n t i c ng nh t

ng lai.

Vì v y vi c nghiên c u đánh giá c ng nh mô ph ng, h th ng thoát n

ckhi

xét đ n h đi u hòa nh m t o các c s khoa h c đ đ xu t các gi i pháp c i t o,
nâng c p h th ng thoát n

c qu n C u Gi y l u v c sông Tô L ch – Hà N i là h t

s c c n thi t và có ý ngh a th c ti n.

H th ng thoát n

c qu n C u Gi y(l u v c sông Tô L ch - Hà N i)


2
IV. CÁCH TI P C N VÀ PH

NG PHÁP NGHIÊN C U

1. Cách ti p c n
-

Ti p c n th c t :
thoát n

-

i kh o sát, nghiên c u, thu th p các s li u c a h th ng

c.

Ti p c n h th ng: Ti p c n, tìm hi u, phân tích h th ng t t ng th đ n chi
ti t, đ y đ và h th ng.

-

Ti p c n các ph

2. Ph


Ph

ng pháp mô hình th y v n, th y l c

c đô th trên th gi i.


3
CH
1.1 S l

NG I: T NG QUAN V V N

c v các ph

NGHIÊN C U

ng pháp ti p c n nghiên c u thoát n

c đô th

1.1.1 Trên th gi i
Hi n nay dân s th gi i s ng trong các thành ph l n ngày càng t ng nhanh.
áp ng nhu c u đó, di n tích đ t đô th c ng ngày càng gia t ng, trong khi đó c
s h t ng v c p thoát n

c cho đô th không đáp ng k p th i. Hi n nay trên th

gi i nhi u thành ph l n v n đang b úng ng p và l l t đe d a. Các chuyên gia v

ti p c n t ng h p, trong đó k t h p c hai bi n pháp c u trúc và phi c u trúc, bao
g m xây d ng h th ng kênh thoát n
ng p n

c và vùng đ m môi tr

c và d nl ; k t h p “đô th xanh” nh đ t

ng; xây d ng h th ng c nh báo l l t; quy ho ch

s d ng đ t đ ch ng ng p l t.
i h c Qu c gia Singapore (NUS) v i ý t
th m th u cho nh ng con đ

ng nghiên c u: áp d ng các b m t

ng nh và v a hè nh m ng n ch n tình tr ng l l t c c

b t i đô th b ng cách làm ch m l i dòng n

c đ vào c ng rãnh sau m a l n.Nh ng

b m t th m th u có m t l p bêtông r và m t l p s i. Kho ng 30-40% kho ng tr ng
gi a l p bê tông và s i này đ
v i th m th u tr

c khi đ

trình này có th giúp tr s n


ng tr n nhà. N

cl đ

c hút vào các gi ng và x ra sông Eldo.

Anh th đô London r t d ng p l t, đ c bi t khi nh ng c n bão m nh khi n
n c sông Thames dâng cao. Tuy nhiên, ng i dân London có th yên tâm nh
công trình đê ch n n c trên sông Thames mang tên Thames Barrier, b t đ u đi vào
ho t đ ng t n m 1982. Skift đ a tin, công trình dài n a kilomet, bao g m 10 c ng
thép cao b ng tòa nhà 5 t ng. Theo C quan Môi tr

ng Anh, h th ng ng n l này

s t n t i đ n n m 2070.
Hà Lan theo The Guardian, Hà Lan đ c coi là m t trong nh ng qu c gia đi
đ u v l nh v c phòng ng a l l t. Không ch t o ra nh ng con kênh ch ng ch t đ
d n n c, chính ph Hà Lan còn xây d ng h th ng rào ch n ng n l
Maeslantkering, bao g m các đ p n
không gây c n tr giao thông đ

c di đ ng v a giúp ng n l hi u qu v a

ng th y.

Hay qu c gia thu c khu v c ông Nam Á là Campuchia sau tr n l l ch s
vào tháng 11/2011 khi n nhi u khu v c t nh Siem Reap b ng p l t n ng n . D i
s ch đ o c a B Tài nguyên n c và Khí t ng Campuchia, chính quy n t nh đã
xây d ng m t đ p n c đ n th Ta Soum đ ng n l t l i.
ng th i, ng i dân

cđ

c

c xây d ng d a trên

c đô th . Hi n trên th gi i, nghiên c u


5
thoát n

c đô th đã có nhi u thành t u và đ

c phân theo các h

ng nh bán kinh

nghi m, th c nghi m, mô hình.v.v Các mô hình mô ph ng thoát n
s trên vi c s đ hóa m t hay nhi u chi u.

cđ

cđ tc

ây là nh ng mô hình th y l c, th y

v n đ ng l c h c mô ph ng m a dòng ch y, d báo l , t i u hóa h th ng thoát
n


c hi n nay th

c xây d ng.

ng dùng bao g m: Sobek, Mike

Urban,Stormnet,SWMM .
1.1.2
N

Vi t Nam
c ta n m trong khu v c nhi t đ i gió mùa m

1000 - 2000 mm/n m. L
c

tv il

ng m a trung bình

ng m a t p trung h u h t vào các tháng mùa m a v i

ng đ m a l n và có s bi n đ ng m ng theo không gian, nguyên nhân gây ra là

do bão, áp th p nhi t đ i, dông…
C ng nh

các đô th khác trên th gi i, các đô th

m nh, dân s t ng nhanh; đ c bi t là sau ngày đ t n

r ng và th c s

tr

thành đ ng l c

chính thúcđ y phát tri n kinh t . C ng nh các đô th khác trên th gi i, s phát
tri n đô th t i Vi t Nam c ng đang b c l nhi u h n ch và y u kém v h t ng k
thu t và ô nhi m môi tr

ng. Nhi u công trình h t ng k thu t nói chung đang

tình tr ng xu ng c p, vi c đ u t xây d ng m i còn ch m và ch a đáp ng nhu c u.
H th ng thoát n
n

c th i, n

c c a các đô th t i Vi t Nam th

c m a, h th ng này h u h t đ

nhau, ch t l

ng chung cho t t c các lo i

c xây d ng qua nhi u th i k khác

ng quy ho ch còn ch a cao, ch a hoàn ch nh, thi u đ ng b trong đó



thành ph H i An đ n n m 2020” c a tác gi Hu nh Vi t Bi - Ki m tra k t qu tính
toán thoát n

c m a b ng mô hình th y l c SWMM.

- Lu n v n “Nghiên c u c i t o quy ho ch h th ng thoát n

à N ng” c a tác gi Nguy n Thi n - Tính toán dòng ch y

khuê trung, thành ph

trong đô th , môhình qu n lý n
-

c khu dân c

c m a b ng SWMM

án “Quy ho ch khu dân c Ph

c M Trung đ n n m 2020” có áp d ng

mô hình k t h p mô hình Autocad civil 3D - Stormnet đ thi t k tính toán và qu n
lý m ng l

i thoát n

c m a.



dùng cho các đô th .Thành ph n Runoffc a SWMM đ c p đ n m t t h p các ti u
l u v c nh n l

ng m a (k c tuy t), t o thành dòng ch y và v n chuy n ch t ô

nhi m. Ph n mô ph ng dòng ch y tuy n c a SWMM đ c p đ n s v n chuy n
dòng ch y n
đi u ti t n
kh i l

c m t qua m t h th ng các ng, các kênh, các công trình tr ho c
c, các máy b m và các công trình đi u ch nh n

ng và ch t l

ng c a n

c trong m i đ

th i gian mô ph ng bao g m nhi u b

c.SWMM xem xét

ng ng và kênh d n trong su t

c th i gian.

SWMM ra đ i b t đ u t n m 1971 và đ n nay đã tr i qua m t s l n nâng c p
l n, SWMM luôn luôn đ

c, xem k t qu

tiêu và h th ng đ

nhi u d ng khác nhau. Có th quan sát b n đ vùng

ng d n theo mã màu, xem các dãy s theo th i gian, các b ng

bi u, hình v m t c t d c tuy n d n n
Phiên bàn m i nh t c a SWMM đ
nguyên n

c và các phân tích xác su t th ng kê.
c xu t trình b i phòng C p thoát n

c và Vi n nghiên c u qu n lý r i ro qu c gia, C c b o v môi tr

c,tài
ng

Hoa K , v i s giúp đ t công ty t v n CMD Inc.
Mô hình SWMM mô ph ng các d ng m a th c t trên c s l
đ quá trình m a hàng n m) và các s li u khí t

ng m a (bi u

ng đ u vào khác cùng v i h

th ng mô t (l u v c, v n chuy n, h ch a / x lý) đ d đoán các tr s ch t l
và kh i l


ng - các

nh h

c

ng c a các

c toán chi phí c b n


9
Kh i “nh n n

c” (Receiving block) Môi tr

ng ti p nh n.

M c đích ng d ng mô hình toán SWMM cho h th ng thoát n

c đ

c tri n

khai nh m:
-

Xác đ nh các khu v c c n xây m i ho c m r ng c ng thoát n


c(đi u hòa n

c) và các thi t b c a chúng đ

c.

- L p b n đ ng p l t c a các h th ng kênh t nhiên.
- V ch ra các ph
n

ng án làm gi m hi n t

ng ch y tràn c a m ng l

i thoát

c h n h p.
-

ánh giá tác đ ng c a dòng ch y tràn vào và dòng th m lên s ch y tràn

c a h th ng thoát n

c th i

- T o ra hi u ng c a BMP đ làm gi m s t i ch t ô nhi m khi tr i m a.
u nh

c đi m SWMM:
u đi m:


li u và trao đ i thông tin v i nhau.
+ Nh

c đi m:

- Không có s liên k t v i các mô hình khác, trong vi c xây d ng c s d
li u và xu t k t qu , do v y k t qu th hi n ch a chi ti t.
- Không mô ph ng đ

c hai chi u, t o đ

c b n đ ng p l t, do v y đ i v i

các yêu c u th hi n b n đ v trí ng p thì ph n m m ch a th c hi n đ

c.

1.2.2 Mô hình Sobek
Tính n ng c b n:
B mô hình 1D/2D Sobek là m t b mô hình m nh m đ d báo l , t i u hóa
h th ng thoát n
dòng n

c, đi u khi n h th ng d n n

c l , hình thái sông, ng p m n và ch t l

ch c trách, các hãng nghiên c u và các tr



c và thoát n

c, h th ng n

c th i và n

c m a.

ng trình:

Mô hình cho phép b n mô ph ng s t

ng tác c a n

c và các quá trình n

c

có liên quan trong th i gian và không gian. B ph n m m h u nh đã s d ng đ
mô hình hóa h th ng n

c tích h p qu n lý n

đ nh chính sách. Sobek bao g m m t s ch
đ

c, thi t k , lên k ho ch và ho ch

ng trình th nghi m và đã xác nh n,


c m t cách t t nh t.

G m nhi u modul đ n l , đáp ng cho các yêu c u khác nhau trong tính
toán.

+ Nh
-

c đi m:

V i bài toán l n, ph c t p ph n m m m t nhi u th i gian x lý.
ây là ph n m m th

đ

c ph n m m th

ng m i, khó download.

Vi t Nam đ

c ti p c n

ng là thông qua vi c h tr th c hi n các d án do phía

Hà Lan tài tr
-

Giao di n ch a thân thi n, v i ng

c m a và n

c trong thành ph bao g m h th ng c p n

c, h th ng thoát

c th i trong m t h th ng thoát th i g p ho c riêng bi t. M t s

ng d ng đi n hình c a ph n m m Mike Urban:
L p mô hình H th ng thoát n

c:

-

L p mô hình h th ng thoát n

c th i và n

c m a.

-

Qu n lý h th ng n

-

L p k ho ch t ng th thoát n

-

T i u hoá và thi t k các gi i pháp v n hành theo th i gian th c (Real-Time
Control Solution)

-

L p mô hình theo th i gian th c (RTC Model) nhúng trong các gi i pháp v n
hành theo th i gian th c (RTC Solution)

L p mô hình H th ng c p n
-

Qu n lý áp l c n

c:

c và áp l c khu v c

c tính nhu c u n

c t i nút c p

-

Phân tích l u l

ng dòng ch y và áp l c trong đ

-

D báo tu i c a n


CS – PipeFlow: Mô ph ng dòng ch y không n đ nh trong ng và kênh d n.

-

CS – Control:

c xem là có kh n ng v n hành giám sát theo th i gian

th c các đ p tràn, c a x , máy b m…Nó cho phép mô t ho t đ ng c a các
thi t b đi u khi n và đ a ra lô gic rõ ràng v cách th c v n hành c a thi t b
đi u khi n.
-

CS – Rainfall-Runoff: Mô ph ng l

ng m a – dòng ch y theo th i gian

trong khu v c, theo sóng đ ng l c, h ch a tuy n tính…
-

CS – Pollution Transport: Mô ph ng s lan truy n và khu ch tán các ch t ô
nhi m trong đó có c bùn cát. Bao g m c l p mô hình ch t l
l p mô hình lan truy n các ch t ô nhi m t n

ng n

c khi

c m t xu ng h th ng th i.


Thu n ti n cho vi c gi i quy t các bài toán v a và nh

+ Nh
-

i s d ng.

c đi m:
Không bi t đ
ng

c ph n lõi (ph n thu t toán, t ch c ch

ng trình,…) nên

i s d ng không th c i biên, c p nh t mà ph i qua n i bán, khi đó ph i

tr thêm ti n và m t th i gian ch đ i.
-

Khi ph i tính các bài toán l n thì đòi h i nhi u th i gian tính trên máy,
không thu n ti n cho giai đo n ch y và hi u ch nh vì ph i ch y r t nhi u l n
m i hi u ch nh đ

-

c m t tham s nên t n nhi u th i gian.

chính xác c a k t qu tính, đ c bi t cho các bài toán lan truy n ch t nhi u

m a ph c t p. StormNeT có th s d ng cho:

c


14

-

H th ng tiêu thoát n
rãnh thoát n

c trên đ

ng giao thông (g m các c a thu

c m a).

-

M ng l

-

Thi t k thoát n

-

T đ ng hóa quá trình xác đ nh kích th


thoát n

ng n

c.
c th i sinh ho t, tr m b m nâng n

c chung) và SSO(h th ng thoát n

c, CSO (h th ng

c riêng).StormNeT là mô hình

duy nh t k t h p các mô hình th y l c, th y v n ph c t p v i nhau vànghiên
c u ch t l

ng n

c trong giao di n đ h a thân thi n d s d ng. Cung c p

cho c h SIvà h US.
Các tính n ng c a mô hình
-

Tích h p v i Autocad Land Desktop và Civil 3D, ho c ho t đ ng tr c ti p
trong Civil 3D.

-

H


ng thoát, nh ng c ng n

v sinh thành th .

c mua tiên ti n, m nh, và toàn

c th i s n có đ phân tích và thi t k

c thu n

c m a và nh ng đ

ng c ng


15
-

StormNET là mô hình duy nh t mà k t h p th y h c, th y l c h c và ch t
l

-

ng n

c ph c t p trong m t giao di n hoàn toàn đ th , d s d ng.

Ph n m m có th v a làm quy ho ch c i t o, quy ho ch m i, làm quy ho ch
t ng th đ n quy ho ch chi ti t. . .

CH

NG II: C

S

LÝ THUY T CHO MÔ HÌNH TOÁNTH Y L C
THOÁT N

C Ô TH

2.1 C s lý thuy t cho mô hình toán th y l c
2.1.1 Mô hình th y l c Mike Urban
Mike Urban là m t công c m nh m đ thành l p mô hình tính toán th y l c
dòng ch y cho ngành c p thoát n

c. ây là m t công c r t d s d ng, mang tính

tr c quan h n nhi u n u so v i các công c mi n phí nh Epanet, Us-Epa. Ngoài ra
nó có kh n ng tích h p hoàn toàn v i các h th ng Gis, qu n lý tài s n khác nh
ArcGis, wams, wwms. Các mô hình th y l c trong Mike Urban đ

c nghiên c u

b i đ i ng các chuyên gia giàu kinh nghi m c a DHI.
Mike Urban g m 3 module chính: Mike Urban Model Manager, Collection
System (CS) module, Water Distribution modules
Mike Urban Model Manager: Là mô hình qu n lý trong môi tr
g m m t chu i các gói d li u qu n lý, trong đó có hai mô hình ch
làSwwm5 và Epanet, đ


c đô th , là mô hình chi ti t nh t và s n có cho các h th ng thoát n

c đô

c chia ra hai thành ph n chính: module b m t và mô hình th y đ ng l c

h c. Các module chuy n đ i b m t s li u m a thành dòng vào h th ng đ

ng

ng cho t ng ti u l u v c trong h th ng, trong khi mô hình th y đ ng l c h c tính


17
toán dòng ch y trong h th ng đ
module trên b m t.

ng ng b ng cách s d ng dòng ch y t các

đây ta ch xét mô hình th y đ ng l c h c trong thoát n

c đô

th , đi n hình là mô hình Mouse th y đ ng l c h c (HD)
Các k thu t tính toán áp d ng trong Mouse th y đ ng l c (HD) s d ngh
ph

ng trình Saint-Venant(g m 2 ph



c áp d ng đ tính toán dòng ch y và m c n

m iđ

ng ng, trong khi các " nút " ma tr n đ

trong nút
Ph

các b

c trong ng t i các nút

c s d ng đ tính toán m c n

c

c th i gian m i.

ng trình (1) đ a ra giá tr x p x sai phân h u h n c a các ph

t i m t nút:

H n +1 − H n
H n +1 − H n
A cr =∆Q + QCorrection (1)
A cr = ∆Q,
∆t
∆t



18

Hình 2.1: S đ minh h a m c n
T hình trên ta th y n
d a trên m t c m bi n đ
Qcorrection:L u l

c

các b

c th i gian ti p theo

c sau đi u ch nh s có m c n

cm iđ

c tính toán

c đ t ngay t i nút. T i m c Hn + 1 ta có thêm giá tr

ng đi u ch nh

H n +1 − H n
A cr =∆Q + QCorrection (2)
∆t
2.1.2 Mô hình th y l c SWMM
Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model) là mô hình