BTL Mạng Lưới cấp Thoát nước

0 0 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG TÀI NGUYÊN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC Mã MH EN4001 ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA GVHD ThS Nguyễn Quang Trường NHÓM 7 – L01 TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 1 năm 2022 Báo cáo Mạng lưới Cấp thoát nước nhóm 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Khoa Môi trường Tài nguyên 1 BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM STT MSSV HỌ TÊN NHIỆM VỤ KẾT QUẢ GHI CHÚ 1 1810961 Đào Nguyễn Mai Hưng Tính toán mạng lưới thoát.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BÁO CÁO

BÀI TẬP LỚN MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC

Mã MH: EN4001

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI

THOÁT NƯỚC MƯA GVHD: ThS Nguyễn Quang Trường

NHÓM 7 – L01

BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM

QUẢ

GHI CHÚ

1 1810961 Đào Nguyễn Mai Hưng

Tính toán mạng lưới thoát nước mưa

Đề xuất giải pháp kỹ thuật

Trình bày báo cáo

100%

2 1813747 Trần Thị Trúc Quyên

Tính toán mạng lưới thoát nước mưa

Tính toán khối lượng đất đào đất đắp

100%

3 1712493 Nguyễn Huỳnh Yến Nhi Tính toán mạng lưới

thoát nước mưa 100%

4 1811623 Nguyễn Phạm Thành Chung

Đề xuất giải pháp kỹ thuật

Vẽ CAD

100%

5 1814733 Phan Lê Hạnh Uyên Đề xuất giải pháp kỹ

6 1813160 Nguyễn Mạnh Hoài Nam Tìm kiếm thông tin 100%

7 1811639 Phạm Thành Công Tìm kiếm thông tin 100%

NHẬN XÉT,

ĐÁNH GIÁ

CỦA GIẢNG

VIÊN

MỤC LỤC

I - NHẬN MẶT BẰNG KHU DỰ ÁN 3

1 Thông tin lưu vực thiết kế (diện tích khu dự án và độ dốc địa hình) 3

2 Dữ liệu nguồn thoát nước 3

3 Dữ liệu trận mưa thiết kế 3

II - BỐ TRÍ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA 5

1 Lựa chọn phương án tuyến 5

2 Tính toán sơ bộ thủy lực mạng lưới thoát nước mưa 6

3 Xác định các thông số của mạng lưới 9

III - ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG TRƯỜNG HỢP BỊ ẢNH HƯỞNG BỞI TRIỀU CƯỜNG 10

1 Gia tăng khả năng thấm 11

2 Thu nước mưa 13

3 Điều tiết tại chỗ 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

I - NHẬN MẶT BẰNG KHU DỰ ÁN

1 Thông tin lưu vực thiết kế (diện tích khu dự án và độ dốc địa hình)

- Diện tích khu dự án: 384450 m2

- Diện tích lưu vực I: 75142,5 m2

- Diện tích lưu vực II: 159605 m2

- Diện tích lưu vực III: 149703 m2

- Diện tích khu nhà: 162400 m2

- Diện tích khu công viên cây xanh: 52800 m2

- Diện tích mặt đường: 169214 m2

- Diện tích mái nhà, mặt phủ bê tông chiếm 42% tổng diện tích khu dự án

- Diện tích khu công viên cây xanh chiếm 14% tổng diện tích khu dự án

- Diện tích mặt đường chiếm 44% tổng diện tích khu dự án

- Độ dốc dựa theo độ dốc nhỏ nhất của cống: i = 1/D

- Chiều dài cống I, II, III: 582,5 m

2 Dữ liệu nguồn thoát nước

- Mực nước lớn nhất: +2.0m

- Mực nước nhỏ nhất: +1.5m

3 Dữ liệu trận mưa thiết kế

Trận mưa thiết kế (Tham khảo tiêu chuẩn TCXDVN 51-2008) cho khu vực dự án

II - BỐ TRÍ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA

(không xét đến ảnh hưởng triều cường)

1 Lựa chọn phương án tuyến

Chia khu dự án thành 3 lưu vực

- Lưu vực I (theo bản vẽ CAD)

- Lực vực II (theo bản vẽ CAD)

- Lưu vực III (theo bản vẽ CAD)

2 Tính toán sơ bộ thủy lực mạng lưới thoát nước mưa

Công thức tính cường độ trận mưa thiết kế:

q = A(1 + C×lgP)

(t + b) 𝑛

Trong đó:

Q - Cường độ mưa (l/s.ha)

P - Chu kỳ lặp lại của mưa (năm)

T - Thời gian mưa (phút)

A, C, b, n - Hằng số khí hậu phụ thuộc vào điều kiện mưa của địa phương

Tra bảng:

- Chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán P (bảng 3-2): 5 năm

- Hằng số khí hậu trận mưa thiết kế TP Hồ Chí Minh (bảng PL 2-1):

A = 11650; C = 0,58; b = 32; n = 0,95

- Thời gian mưa t = 180 phút

Công thức tính lưu lượng nước chảy trong cống:

Công thức tính đường kính D trong trường hợp cống chảy đầy:

D = [3,208×𝑛×𝑄

3 8

Trong đó:

- D - Đường kính trong trường hợp cống chảy đầy (m)

- Q - Lưu lượng nước mưa chảy trong cống (m3/s)

- Tuyến cống II: D = 1500mm, imin = 1/D = 0,00067

- Tuyến cống III: D = 1200mm, imin = 1/D = 0,00083

Kết quả tính toán sơ bộ:

ΣCiAi (m 2 )

T (phút)

q (l/s.ha)

Q (m 3 /s)

F (h/D) hàm

độ đầy

D chọn h/D

ω diện tích mặt cắt ướt

(phút)

D cống chảy đầy (m)

Tính toán khối lượng đất đào đất đắp:

3 Xác định các thông số của mạng lưới

- Vật liệu làm cống: cống tròn bê tông cốt thép

- Kích thước cống:

Lưu vực I - Tuyến cống I: D = 1 m

Lưu vực II - Tuyến cống II: D = 1,5 m

Lưu vực III - Tuyến cống III: D = 1,2 m

- Độ dốc đặt cống:

Lưu vực I - Tuyến cống I: imin = 1/D = 0,001

Lưu vực II - Tuyến cống II: imin = 1/D = 0,00067

Lưu vực III - Tuyến cống III: imin = 1/D = 0,00083

- Khối lượng đất đào và đất đắp:

Lưu vực I: M = 9946,071 tấn, V = 3683,73 m3

Lưu vực II: M = 14947,42 tấn, V = 5536,08 m3

Lưu vực III: M = 11833,37 tấn, V = 4382,73 m3

III - ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG TRƯỜNG HỢP BỊ ẢNH HƯỞNG BỞI TRIỀU CƯỜNG

NHÓM GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU DÒNG CHẢY TRÀN

Các hiện tượng mưa cực đoan là nguyên nhân khí hậu gây ra ngập lụt đô thị, và dự kiến sẽ gia tăng trong tương lai do biến đổi khí hậu Dòng chảy tràn đô thị không chỉ phụ thuộc vào cường độ của các trận mưa mà còn phụ thuộc vào mức độ thấm của đất Trong môi trường tự nhiên, nước mưa được rửa và lọc từ từ từ và qua đất Trong môi trường đô thị, các bề mặt không thấm nước cản trở sự thẩm thấu của nước tự nhiên và gây ra dòng chảy tràn nhanh chóng đến các hệ thống tiếp nhận cuối cùng Trong trường hợp có lượng mưa lớn, dòng chảy vượt quá khả năng tiếp nhận của hệ thống thoát nước có thể gây ra lũ lụt tạm thời cho các không gian đô thị Do biến đổi khí hậu, các hiện tượng cực đoan dự kiến sẽ gia tăng, tạo thêm

áp lực lên hệ thống thoát nước đô thị và làm trầm trọng thêm tình trạng kém hiệu quả của chúng

Hệ thống thoát nước đô thị bền vững (SuDS) là hệ thống cấu trúc được xây dựng để quản lý dòng chảy đô thị có xu hướng bắt chước hệ thống thoát nước tự nhiên và khai thác hệ thống thoát nước do các yếu tố tự nhiên cung cấp SuDS thường kết hợp thảm thực vật và đất trong các công trình nhân tạo với mục đích tăng độ thấm tự nhiên của đất, cũng có tác động tích cực đến việc bổ sung nước ngầm Các giải pháp được đưa ra dưới đây kết hợp với SuDS thành một hệ thống tổng thể trong việc giảm thiểu ngập lụt đô thị, tái sử dụng nước mưa

1 Gia tăng khả năng thấm

Giải pháp sử dụng nhựa đường xốp (porous asphalt) và vật liệu có khoảng trống (sỏi, gạch)

Nhựa đường xốp (porous asphalt) là một loại vật liệu có độ xốp cao cho phép nước mưa thấm qua toàn bộ bề mặt vào các lớp đất bên dưới, thúc đẩy quá trình lọc và loại bỏ chất ô nhiễm Giải pháp này cho phép lưu trữ nước mưa vào các lớp đất và tầng chứa nước, điều tiết dòng chảy tràn, tiết kiệm chi phí vì thông thường không cần ống thoát nước Mặt thấm sử dụng các vật liệu đặc biệt này để cải thiện sự thấm nước mưa qua bề mặt đô thị là hai công nghệ điển hình dưới đây

1.1 Mặt đường thấm nước (Permeable Pavements)

Hệ thống mặt đường thấm có bề mặt thấm (1) được đặt trên một lớp nền chứa nước (4) phủ

đá hoặc sỏi có khe hở (2) và lớp vật liệu lọc (3) (Hình 1.1.1) Một lớp vải lọc (5) thường được đặt ở dưới cùng của lớp nền để ngăn các hạt mịn từ lớp đất bên dưới (6) theo nước lẻn vào lớp nền chứa nước Có thể đặt một ống dẫn đục lỗ bên trên lớp nền chứa nước để phòng ngừa trường hợp lượng nước mưa thấm xuống quá lớn gây úng nước Là một giải pháp hữu dụng trong việc điều tiết nước mưa, mặt đường thấm nước mang lại nhiều lợi ích như lọc nước, phục hồi thủy văn tự nhiên, giảm tiếng ồn trên mặt đường và đặc biệt là giảm thiểu dòng chảy tràn

Hình 1.1 Nước mưa rơi trên mặt đường thấm được thấm xuống lớp nền (4) có tác dụng như

một bể chứa thẩm thấu nước mưa

1.2 Mặt đường giữ nước (Water-Retaining Pavements)

Mặt đường giữ nước là một loại mặt đường làm từ nhựa đường xốp hoặc xi măng xốp có tác dụng giữ nước ở lớp trên cùng một cách tối ưu và thoát nước qua quá trình bay hơi (Hình 1.2) Những mặt đường này được chế tạo bằng cách đổ đầy các vật liệu thấm nước vào lỗ rỗng của lớp bê tông thấm Các chất độn có thể là xỉ, vữa, rêu, mô ưa nước và các môi trường giữ nước khác Nước mưa rơi trên mặt đường này hoặc chảy đến từ bề mặt kín xung quanh được giữ lại ở lớp mặt, thoát ra ngoài do bay hơi Mặc dù mặt đường giữ nước chủ yếu được thiết kế

để giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị thông qua làm mát bay hơi, chúng có thể giữ lại một lượng nước đáng kể và do đó giảm lượng nước chảy tràn, đặc biệt là khi lượng mưa nhỏ Tùy thuộc vào vật liệu độn và độ sâu của lớp độn, thông thường mặt đường giữ nước có thể giữ lượng nước mưa khoảng 15 kg/m2 Có thể thu được một lượng lớn hơn bằng cách tối ưu hóa cấu trúc của lớp giữ nước Do đó, mặt đường giữ nước là một công nghệ hiệu quả trong việc giảm nguy cơ ngập lụt đô thị

Hình 1.2 Nước được trữ ở lớp mặt, lượng nước tràn thấm xuống lớp nền

2 Thu nước mưa

Giải pháp thu gom, điều tiết và tái sử dụng một phần nước mưa

Nước mưa thay vì chảy tràn trực tiếp xuống cống thoát nước mưa sẽ được giữ lại trong các

hệ thống dưới đây, sau đó được xử lý hoặc tái sử dụng một phần Đây là một nhóm giải pháp hữu hiệu trong việc giảm thiểu dòng chảy tràn, tuy nhiên các công nghệ này thường yêu cầu một diện tích lớn để xây dựng và vận hành

2.1 Mái nhà xanh (Green Roofs)

Mái nhà xanh, hay còn được gọi là mái nhà thực vật, mái nhà sinh thái hay mái nhà tự nhiên, được xây dựng bằng cách thêm một lớp thực vật và giá thể trồng trọt lên sàn mái của một mái nhà truyền thống Một mái nhà xanh điển hình có sáu lớp bao gồm thực vật, đất trồng, lớp vật liệu lọc, lớp thoát nước, lớp chắn rễ và màng chống thấm (Hình 2.1)

Hình 2.1 Nước mưa rơi trên mái nhà xanh được giữ lại và trữ trong các lớp thực vật và đất, lượng nước mưa chảy tràn được lọc qua lớp lọc và dẫn ra đường ống nước xuống

Mái nhà xanh mang lại nhiều lợi ích về môi trường như làm lớp cách nhiệt cho các tòa nhà, tạo môi trường sống cho động vật hoang dã, tăng tính thẩm mỹ cho cảnh quan, hấp thụ carbon dioxit và những chất ô nhiễm khác Đối với vấn đề thoát nước cho đô thị, mái nhà xanh được

sử dụng như một cơ sở điều tiết trước HTTN để giảm thiểu dòng chảy tràn Nước mưa rơi trên mái xanh được giữ lại và lưu trữ trong các lớp của mái nhà xanh, lượng nước mưa tràn

ra được lọc và đi vào các ống dẫn xuống và cuối cùng thải ra các đường ống thoát nước lân cận Sau đó, mái nhà xanh sẽ xử lý lượng nước mưa đã hấp thụ qua quá trình bốc hơi đất và thoát hơi nước của cây, thiết lập lại để hấp thụ nước mưa trong những trận mưa tiếp theo

Thùng mưa là một thùng chứa nhỏ được lắp đặt gần một tòa nhà tư nhân để thu nước mưa từ ống thoát nước trên mái nhà cho những mục đích sử dụng khác không dùng để uống (Hình 2.2) Thùng mưa thường được kết nối với khu vực thấm nước như vườn mưa hoặc giếng khô đầy sỏi Theo nghiên cứu của Jennings, một thùng mưa 189l dùng để chứa nước mưa từ một mái nhà rộng 186 m2 đủ để tưới cho khu vườn rộng 14 m2 ở Cleveland (OH, Hoa Kỳ), có thể giảm 1,4 - 3,2% lượng nước mưa chảy ra hàng năm từ mái nhà Tương tự, một mô hình được nghiên cứu bởi Litofsky và Jennings đã phát hiện ra rằng thùng mưa 235l có thể giảm 3 - 44% dòng chảy từ mái nhà truyền thống, tùy thuộc vào thời tiết địa phương và cường độ mưa Đối với lượng mưa nhỏ, tất cả nước mưa sẽ được giữ lại trong một thùng rỗng Nhưng một thùng mưa sau khi chứa đầy nước, sẽ không chứa được lượng nước mưa chảy tràn và trữ nước mưa trong các trận mưa tiếp theo Ngoài ra, chủ nhà phải thường xuyên đổ nước để khôi phục khả năng trữ nước của thùng Do đó, việc sử dụng thùng mưa không chỉ bị hạn chế bởi kích thước thùng mà còn cả sự tham gia của chủ nhà

Hình 2.2 Thùng mưa là một thùng chứa nhỏ được lắp đặt gần một tòa nhà để thu gom nước

mưa từ ống xả xuống Phần nước tràn có thể được xả ra vườn mưa

2.3 Kênh thấm nước mưa (Infiltration Trenches)

Kênh thấm, còn được gọi là mương thấm hoặc rãnh thấm, là một kênh chứa đầy sỏi hoặc đá dăm để chứa nước mưa (Hình 2.3) Các hốc của đá và sỏi giữ nước mưa tạm thời, thấm dần qua bề mặt đất-đá Do các hốc của đá có giới hạn nên các kênh thấm thường bị tràn trong

nằm dưới đáy kênh vài mét Để duy trì tính thấm của lớp đất bên dưới, nước mưa chảy tràn cần được xử lý trước khi vào kênh bằng lớp lắng hoặc bằng ống thủy lực dẫn nước mưa vào kênh Nếu các hạt mịn và chất lắng không được tách khỏi kênh, đặc biệt là trong quá trình xây dựng, kênh có thể sẽ bị tắc nghẽn vĩnh viễn

Hình 2.3 Kênh thấm là một rãnh được lấp đầy bằng đá và sỏi để trữ nước mưa giảm thiểu

dòng chảy tràn

2.4 Vườn mưa

Vườn mưa, còn gọi là khu vực xử lý sinh học hay vườn lọc sinh học, đang được áp dụng ở các khu đất công và tư nhân trong khu vực đô thị để giảm lưu lượng đỉnh và giảm lượng nước mưa tràn vào các đường ống thoát nước địa phương mà không cần xử lý Một vườn mưa được xây dựng bằng cách thay thế đất tự nhiên bằng giá thể xốp để tạo thành một hố nông lõm cho thực vật phát triển và để giữ dòng chảy từ các bề mặt kín gần đó (Hình 2.4) Vườn mưa phải khô nhanh chóng sau trận mưa để ngăn ngừa sự sinh sản của muỗi Vườn mưa thường nằm gần một tòa nhà, đóng vai trò là điểm cuối để thấm dòng chảy từ mái nhà, sân trong hoặc bãi

cỏ của tòa nhà Quá trình này làm giảm dòng chảy cục bộ, giảm lưu lượng đỉnh và phục hồi lại nước ngầm cho địa phương Dietz và Clausen đã xây dựng một khu vườn mưa bằng đất thấm tốt ở độ sâu 0,6 m với một đường ống đục lỗ bên dưới Họ phát hiện ra rằng chỉ 0,8% dòng chảy ra khỏi vườn là chảy tràn, có nghĩa là phần lớn dòng chảy (99,2%) cuối cùng thải

ra ngoài dưới dạng dòng chảy dưới bề mặt Hiệu suất thủy văn của một vườn mưa cũng phụ thuộc vào khí hậu địa phương và thiết kế của vườn

Hình 2.4 Một vườn mưa được xây dựng bằng cách thay thế đất tự nhiên bằng các giá thể

tăng trưởng để cây cối phát triển, giúp lưu trữ và lọc nước mưa

2.5 Dải lọc thực vật (Vegetated Filter Strips)

Dải lọc thực vật, còn được gọi là dải lọc sinh học hay dải đệm, là một kỹ thuật kiểm soát sự phân tán nước mưa một cách đồng nhất khi dòng chảy trên mặt đất chảy qua một khu vực thực vật có độ dốc nhẹ để gia tăng sự thẩm thấu (Hình 2.5) Điển hình của hệ thống này là một dải lọc với cỏ thấp, thảm cỏ hoặc cây thân gỗ nhỏ để làm cho dòng chảy tràn chảy đều qua bề mặt dải Do đó, sự thấm và lưu giữ nước của dải lọc thực vật bị ảnh hưởng bởi độ dốc, chiều dài và loài thực vật của dải Tuy nhiên, vì dải lọc thực vật chủ yếu được thiết kế để ngăn chặn và làm chậm dòng chảy để cải thiện chất lượng dòng chảy, nên khả năng giảm thiểu dòng chảy của dải lọc thực vật bị hạn chế Dải lọc thực vật phải được cắt tỉa định kỳ để giữ dòng chảy trên mặt đất trên dải Ngoài ra, dải lọc thực vật yêu cầu diện tích để xây dựng, do

đó, vị trí thích hợp nhất cho một dải như vậy là bờ dốc bên của nền đường đắp

2.6 Đầm lưu trữ sinh học (Swales)

Đầm lưu giữ sinh học hay mương sinh thái, là những vùng đất được đào trũng và phủ bên trên bằng một lớp thực vật mặt và một lớp trung gian lọc trên đất tự nhiên thành một ao nước mưa, nước sau khi thấm qua lớp thực vật và lớp lọc sẽ thấm xuống lớp độn (Hình 2.6) Chất độn trong ao đào là nơi chứa nước mưa Nước đi qua lớp độn sẽ ngấm xuống các lớp đất bên dưới

Ở những khu vực đất có độ thấm thấp, các đường ống thoát nước được chôn trong các rãnh

để chuyển nước dư sang hệ thống thoát nước gần đó Tại các khu vực mà nước ngầm ở mức nông, một ụ nước ngầm thường hình thành dưới vùng sình lầy, làm giảm tốc độ thấm Trong trường hợp này, các đường ống đục lỗ thường được chôn dưới đáy của đầm lầy để chuyển nước dư sang các cống thoát nước gần đó

Hình 2.6 Đầm lưu trữ sinh học

2.7 Soakaways

Soakaways là những khoang ngầm quy mô nhỏ chứa đầy sỏi và đá để thu nước mưa và thấm dần nước mưa vào lớp đất xung quanh Cơ chế thu nước và thấm nước mưa của soakaways tương tự như kênh thấm nước mưa Tuy nhiên, soakaway được chôn dưới lòng đất, không tốn nhiều diện tích để xây dựng Soakaways được xây dựng cục bộ trong một khu vườn mưa hoặc sân sau, nơi nước từ các ống dẫn xuống và từ các bề mặt kín khác có thể chảy vào soakaways thông qua dòng chảy hấp dẫn (Hình 2.7) Một soakaway thường được kết hợp với một đường ống để dẫn lượng nước dư chảy đến hệ thống cống thoát nước của địa phương nhằm tránh ngập lụt khi mưa lớn Bằng cách giải phóng từ từ lượng nước mưa bị giữ trong khoang vào lớp đất xung quanh, công nghệ này có thể giảm thiểu lưu lượng dòng chảy cục bộ và làm giảm lưu lượng đỉnh Vì soakaways không đòi hỏi diện tích lớn để xây dựng, chúng thường được đề xuất cho các khu vực đô thị hóa mật độ cao