Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu trên địa bàn thành phố Hà Nội

- Về phạm vi đối tượng, các nghiên cứu của đề tài được giới hạn tập trung vào các công trình tiêu nước chủ yếu trạm bơm đầu mối, hồ điều hòa, các trục tiêu chính, các công trình điều tiế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ VĂN TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ VĂN TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Chuyên ngành : Quy hoạch quản lý tài nguyên nước

Mã số : 62-62-30-01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 GS TS Dương Thanh Lượng

2 GS TS Nguyễn Quang Kim

HÀ NỘI, 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian miệt mài nghiên cứu dưới sự giúp đỡ của các nhà khoa học, các nhà chuyên môn và các cơ quan, đơn vị với những ý kiến góp

ý sâu sắc và cung cấp nhiều tài liệu quý báu, đến nay công việc nghiên cứu

đã đạt được những kết quả nhất định để có thể viết lên luận án này

Từ đáy lòng mình, tác giả luận án xin chân thành cảm ơn GS TS Dương Thanh Lượng và GS TS Nguyễn Quang Kim, những người hướng dẫn khoa học đã tận tình dìu dắt, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Chân thành cảm ơn Bộ môn Cấp thoát nước, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi với vai trò là cơ quan đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập và nghiên cứu khoa học trong những năm tháng là nghiên cứu sinh của Nhà trường

Chân thành cảm ơn Phòng Quản lý xây dựng công trình, lãnh đạo Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Hà Nội đã tạo điều kiện và thời gian cho tác giả đi học tập và làm luận án

Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên, giúp đỡ và gửi gắm nơi tôi

Hà Nội, tháng 6 năm 2017 Tác giả luận án

Lê Văn Trường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả tính toán trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Lê Văn Trường

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt v

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vẽ viii

MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1

II Mục tiêu nghiên cứu 1

III Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2

IV Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu 3

VI Những đóng góp mới của luận án 3

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Giới thiệu vùng nghiên cứu 5

1.1.1 Vị trí địa lý 5

1.1.2 Điều kiện tự nhiên 5

1.1.3 Tình hình và nguyên nhân úng ngập ở vùng nghiên cứu 10

1.1.4 Hiện trạng các công trình tiêu chủ yếu 13

1.1.5 Hướng phát triển chung không gian của đô thị 18

1.1.6 Hướng phát triển mạng lưới giao thông 18

1.1.7 Định hướng khống chế cao độ san nền 20

1.2 Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội 21

1.3 Tổng quan các nghiên cứu về thoát nước cho khu vực 22

1.3.1 Nghiên cứu thoát nước của JICA 22

1.3.2 Nghiên cứu trong QH937 22

1.3.3 Nghiên cứu trong QH1259 25

1.3.4 Nghiên cứu trong QH4673 27

1.3.5 Nghiên cứu trong QH725 27

1.3.6 Các nghiên cứu khác 28

1.3.7 Nhận xét về thông số các công trình tiêu nước theo các nghiên cứu quy hoạch 30

1.4 Kết luận chương 1 38

XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP TIÊU THOÁT NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 41

2.1 Xây dựng bài toán tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước 41

2.1.1 Khái quát về bài toán tối ưu hóa 41

2.1.2 Bài toán tối ưu hóa thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước 46

2.2 Lựa chọn phương pháp tính toán tiêu nước 50

2.2.1 Khái quát về chọn phương pháp và mô hình tính toán tiêu nước mặt 50

2.2.2 Phương pháp thuỷ nông và mô hình hồ chứa mặt ruộng 51

2.2.3 Phương pháp cường độ giới hạn 55

2.2.4 Phương pháp mô hình Transfert 60

2.2.5 Phương pháp mô hình Mike 62

2.2.6 Phương pháp mô hình SWMM 65

2.2.7 Chọn phương pháp và mô hình tính toán tiêu thoát nước 75

2.3 Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước nghiên cứu 76

2.3.1 Các loại đối tượng cần mô phỏng 76

2.3.2 Các số liệu đầu vào cơ bản của mô hình 82

2.3.3 Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước 88

2.3.4 Thiết lập mô hình hệ thống tiêu thoát nước trên SWMM 89

2.3.5 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 93

2.4 Kết luận chương 2 97

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 99

3.1 Dự kiến giải pháp tiêu thoát nước ở lưu vực nghiên cứu 99

3.1.1 Dự kiến giải pháp chung 99

3.1.2 Bố trí các trạm bơm tiêu đầu mối 101

3.1.3 Bố trí hệ thống hồ điều hòa 104

3.1.4 Phân tích thủy lực 112

3.1.5 Xác định quan hệ ràng buộc giữa quy mô trạm bơm và hồ điều hòa 121

3.1.6 Xác định các giá trị lưu lượng và diện tích hồ tối ưu 126

3.2 Một số đề xuất về giải pháp tiêu thoát nước và bố trí công trình chủ yếu 134 3.2.1 Các trạm bơm 134

3.2.2 Các hồ điều hoà 138

3.2.3 Hệ thống kênh trục 140

3.2.4 Các cống điều tiết chính 142

3.2.5 Hình thức tiêu nước của hệ thống kênh trục và trạm bơm đầu mối 142

3.2.6 Phối hợp vận hành các trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu quả tiêu nước143 3.3 Kết luận chương 3 145

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146

I Kết luận 146

1 Về kết quả nghiên cứu 146

2 Về những đóng góp mới của luận án 147

II Kiến nghị 147

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 149

TÀI LIỆU THAM KHẢO 150

PHỤ LỤC 154

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

QH108 Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 (kèm theo Quyết định

số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20/6/2008 của Thủ tướng Chính phủ) QH1259 Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn

đến năm 2050 (kèm theo Quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ)

QH4673 Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến

năm 2030 (kèm theo Quyết định số 4673/2012/QĐ-UBND ngày 03/7/2012 của UBND TP Hà Nội)

QH725 Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm

2050 (kèm theo Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/5/2013 của Thủ tướng Chính phủ)

QH937 Quy hoạch tiêu nước hệ thống sông Nhuệ (kèm theo Quyết định

937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chính phủ) SWMM Storm Water Management Model - Mô hình quản lý ngập úng do mưa

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (0C) 5

Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%) 6

Bảng 1.3 Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm) , 7

Bảng 1.4 Lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất (đơn vị: mm) 7 Bảng 1.5 Các mực nước lớn nhất sông Hồng tại trạm Hà Nội (m) 8

Bảng 1.6 Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Liên Mạc (m) 8

Bảng 1.7 Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Nam Thăng Long (m) 8

Bảng 1.8 Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Yên Sở (m) 8

Bảng 1.9 Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Đông Mỹ (m) 8

Bảng 1.10 Mực nước lớn nhất thiết kế sông Đáy (m) 9

Bảng 1.11 Mực nước lớn nhất (m) trên sông Nhuệ qua một số năm điển hình 10

Bảng 1.12 Mực nước báo động (m) tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng 10

Bảng 1.13 Một số thông số về đê sông Nhuệ qua các thời kỳ 14

Bảng 1.14 Bảng sánh nghiên cứu về công trình trạm bơm 30

Bảng 1.15 Bảng sánh nghiên cứu về công trình hồ điều hoà 32

Bảng 1.16 Bảng so sánh nghiên cứu về các kênh trục lớn 33

Bảng 2.1 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông, phân phối theo mưa điển hình (mm) 84

Bảng 2.2 Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Nội, phân phối theo mưa điển hình (mm) 84

Bảng 2.3 Lượng mưa 72 giờ TS 10% phân phối theo mưa tam giác (mm) 86

Bảng 2.4 Mực nước tính toán (m) tại cửa xả các trạm bơm 87

Bảng 2.5 Mức độ mô phỏng của mô hình tương ứng với chỉ số Nash-Sutcliffe 94

Bảng 3.1 Giá trị “nền” thông số lưu lượng thiết kế Q của các trạm bơm tiêu đầu mối 104

Bảng 3.2 Bố trí hệ thống hồ điều hòa ứng với giá trị diện tích F ban đầu - trường hợp “nền” 107

Bảng 3.3 Các trường hợp diện tích hồ điều hòa (ha) theo các tỷ lệ diện tích 111

Bảng 3.4 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(+1)=Qmax=637,8m3/s 114

Bảng 3.5 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(+1)=637,8m3/s 114

Bảng 3.6 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−0)=611,0m3/s 115

Bảng 3.7 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−0)=611,0m3/s 115

Bảng 3.8 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−1)=558,0m3/s 116

Bảng 3.9 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−1)=558,0m3/s 116

Bảng 3.10 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−2)=503,0m3/s 117

Bảng 3.11 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−2)=503,0m3/s 117

Bảng 3.12 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−3)=448,1m3/s 118

Bảng 3.13 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−3)=448,1m3/s 118

Bảng 3.14 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−4)=393,1m3/s 119

Bảng 3.15 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−4)=393,1m3/s 119

Bảng 3.16 Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−5)=338,1m3/s 120

Bảng 3.17 Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−5)=Qmin=338,1m3/s 120

Bảng 3.18 Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - Lưu vực Tây Hà Nội 123

Bảng 3.19 Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - LV Hiền Giang 124

Bảng 3.20 Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - LV Đông Mỹ 125

Bảng 3.21 Chi phi xây dựng các trạm bơm 127

Bảng 3.22 Xác định mức chi phí xây dựng hồ điều hòa 128

Bảng 3.23 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Tây Hà Nội 130

Bảng 3.24 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Hiền Giang 131

Bảng 3.25 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Đông Mỹ 132

Bảng 3.26 Giá trị tối ưu của tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm và diện tích hồ điều hòa F đối với từng lưu vực thành phần 133

Bảng 3.27 Các giá trị tối ưu và các giá trị lân cận của tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm và diện tích hồ điều hòa đối với từng lưu vực thành phần 133

Bảng 3.28 Đề xuất điều chỉnh việc bố trí và quy mô các trạm bơm 135

Bảng 3.29 Các thông số thiết kế chính của trạm bơm đầu mối 138

Bảng 3.30 Đề xuất điều chỉnh bố trí các hồ điều hòa cần xây dựng mới 139

Bảng 3.31 Đề xuất thông số hệ thống kênh trục 140

Bảng PL1.1 Nội dung đề xuất của quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch JICA - Lưu vực Tô Lịch 155

Bảng PL1.2 Nội dung đề xuất của quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch JICA - Lưu vực sông Nhuệ 156

Bảng PL1.3 Thông số các hồ điều hòa phía tây đô thị trung tâm (theo QH1259) 157

Bảng PL1.4 Dự kiến tổng quy mô công trình đầu mối tiêu thoát nước mưa cho Thủ đô Hà Nội theo QH725 (riêng vùng tả Đáy) 157

Bảng PL1.5 Công trình đầu mối chính tiêu thoát nước mưa cho Thủ đô Hà Nội dự kiến theo QH725 158

Bảng PL2.1 Thống kê tóm tắt các mô hình tính toán tiêu thoát nước đô thị 159

Bảng PL3.1 Chi phí xây dựng một số trạm bơm 161

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Vị trí lưu vực nghiên cứu trên bản đồ TP Hà Nội 6

Hình 1.2 Các phân khu đô thị thuộc đô thị trung tâm Hà Nội theo QH1259 18

Hình 1.3 Phân vùng tiêu lưu vực Sông Nhuệc 23

Hình 1.4 Quan hệ giữa hệ số tiêu thiết kế q của trạm bơm đầu mối và tỷ lệ diện tích được đô thị hóa f (khi không có hồ điều hòa) 29

Hình 2.1 Bài toán tối ưu với ràng buộc dạng phương trình 43

Hình 2.2 Bài toán tối ưu với ràng buộc dạng bất phương trình 43

Hình 2.3 Bài toán tối ưu với hỗn hợp các ràng buộc dạng phương trình và bất phương trình 43 Hình 2.4 Quét hàm mục tiêu 2 thông điều khiển với bước không đổi 45

Hình 2.5 Quét tìm giá trị tối ưu trong không gian hai chiều với bước thay đổi 46

Hình 2.6 Sơ đồ thuật toán tối ưu hóa với hai thông số điều khiển lưu lượng Q và diện tích hồ điều hòa F của hệ thống tiêu thoát nước 49

Hình 2.7 Sơ đồ công trình tiêu nước mặt ruộng lúa 52

Hình 2.8 Biểu đồ hệ số tiêu của mặt ruộng 52

Hình 2.9.Sơ đồ tính toán thời gian dòng chảy 58

Hình 2.10 Xác định cường độ tiêu theo phương pháp Transfert 62

Hình 2.11 Quan niệm về dòng chảy mặt 68

Hình 2.12 Đồ thị thấm Horton 69

Hình 2.13 Sơ đồ thấm Green-Amp 69

Hình 2.14 Mô hình nước ngầm hai vùng 70

Hình 2.15 Ví dụ về sự thể hiện các đối tượng vật lý dùng để mô hình hóa một hệ thống tiêu 76

Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống tiêu nghiên cứu và bố trí các công trình tiêu chủ yếu 83

Hình 2.17 Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 1 - trạm Hà Đông 84

Hình 2.18 Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 1 - trạm Hà Nội 84

Hình 2.19 Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 2 (dạng tam giác) - trạm Hà Đông 86

Hình 2.20 Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 2 (dạng tam giác) - trạm Hà Nội 86

Hình 2.21 Vẽ sơ đồ mạng lưới thoát nước và phân chia tiểu lưu vực trên bản CAD 87 Hình 2.22 Minh họa hệ thống tiêu thoát nước được sơ đồ hoá dưới dạng ảnh 89 Hình 2.23 Hệ thống tiêu của toàn bộ lưu vực nghiên cứu mô phỏng trên SWMM 91

Hình 2.24 Một phần bản đồ làm việc SWMM trên nền ảnh hệ thống khu vực gấn TB Liên Mạc 92

Hình 2.25 Đồ thị lượng mưa của trận mưa 24÷28/5/2016 đưa vào trong mô hình 94

Hình 2.26 Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ ngày 24÷28/5/2016 94

Hình 2.27 Đồ thị lượng mưa của trận mưa 22÷26/5/2012 đưa vào trong mô hình 95

Hình 2.28 Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ ngày 22÷26/5/2012 95

Hình 2.29 Đồ thị lượng mưa của trận mưa 17÷21/8/2012 đưa vào trong mô hình 96

Hình 2.30 Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ 17÷21/8/2012 96

Hình 3.1 Lưới quét trong không gian hai chiều (f, Q) 113

Hình 3.2 Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Tây Hà Nội 123

Hình 3.3 Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHĐ(Q, F)=4,5 - LV Tây Hà Nội 123

Hình 3.4 Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Hiền Giang 124

Hình 3.5 Quan QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHG(Q, F)=3,6 - LV Hiền Giang 124

Hình 3.6 Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Đông Mỹ 125

Hình 3.7 Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxĐM(Q, F)=3,9 - LV Đông Mỹ 125

Hình 3.8 Đồ thị quan hệ giữa phí xây dựng trạm bơm và lưu lượng trạm CTB~Q 127

Hình 3.9 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Tây Hà Nội 130

Hình 3.10 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Hiền Giang 131

Hình 3.11 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Đông Mỹ 132

Hình 3.12 Mực nước tại Yên Sở ZYS và tại Hiền Giang ZHG khi hai TB hỗ nhau 144

Hình 3.13 Đường quá trình lưu lượng qua cống Thanh Liệt trong trường hợp (b), TB Hiền Giang hỗ trợ TB Yên Sở 144

Hình PL3.1 Mực nước tại Hà Đông QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) 161

Hình PL3.2 Mực nước tại Liên Mạc - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) 162

Hình PL3.3 Mực nước tại Yên Sở - QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%) 162

Hình PL3.4 Mực nước tại Đông Mỹ - QĐM=35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 ha (f=0,62%) 162

Hình PL3.5 Mực nước tại Hiền Giang - QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%) 163

Hình PL3.6 Mực nước trên sông Nhuệ lúc 16 giờ mô phỏng 163

Hình PL3.7 Mực nước trên sông La Khê lúc 16 giờ mô phỏng 163

Hình PL3.8 Mực nước trên sông Tô Lịch lúc 16 giờ mô phỏng 164

Hình PL3.9 Mực nước trên sông Lừ lúc 16 giờ mô phỏng 164

Hình PL3.10 Mực nước trên sông Sét lúc 16 giờ mô phỏng 164

Hình PL3.11 Mực nước trên sông Kim Ngưu lúc 15 giờ mô phỏng 165

Hình PL3.12 Mực nước trên sông Om lúc 16 giờ mô phỏng 165

Hình PL3.13 Mực nước trên sông Đăm lúc 16 giờ mô phỏng 165

Hình PL3.14 Mực nước trên sông Cầu Ngà lúc 16 giờ mô phỏng 166

Hình PL3.15 Mực nước trên kênh Liên Hồng - Yên Thái lúc 16 giờ mô phỏng 166

Hình PL3.16 Mực nước trên kênh Đông La lúc 16 giờ mô phỏng 166

Hình PL3.17 MN trên tuyến cống từ đường H.Q Việt - kênh Phú Đô lúc 13 giờ mô phỏng 167

Hình PL3.18 MN trên tuyến cống từ đường Nghĩa Tân - Đồng Bông lúc 13 giờ mô phỏng 167

Hình PL3.19 Mực nước tại Hà Đông (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) 167

Hình PL3.20 Mực nước tại Yên Sở (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%) 168

Hình PL3.21 Mực nước tại Đông Mỹ (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QĐM=35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 ha (f=0,62%) 168

Hình PL3.22 Mực nước tại Hiền Giang (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%) 168

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Với tổng diện tích tự nhiên 3.344,6 km2, dân số trên 6,5 triệu người, không chỉ là Thủ đô có quy mô lớn thứ 17 trên thế giới mà còn là địa phương đứng đầu cả nước về diện tích tự nhiên, đứng thứ hai về diện tích đô thị và thứ hai về dân số sau TP Hồ Chí Minh Hà Nội còn là một trung tâm chính trị, kinh tế và văn hoá lớn của cả nước Trong những năm gần đây cùng với TP Hồ Chí Minh, Hà Nội là một điểm rất nóng của cả nước về tình trạng úng ngập Hàng năm cứ vào mùa mưa, không chỉ khu vực nội thành

mà rất nhiều khu vực ngoại thành đều bị úng ngập với mức độ lớn mà điển hình nhất là trận mưa úng xảy ra vào những ngày cuối tháng 10 đầu tháng 11 năm 2008 đã làm hầu hết các khu vực của TP Hà Nội và các vùng lân cận bị ngập sâu nhiều ngày liền Úng ngập ở Hà Nội không chỉ có tác động tiêu cực đến mọi mặt của đời sống kinh

tế - xã hội mà còn ảnh hưởng xấu đến hình ảnh của một thủ đô đang trong quá trình phát triển để hướng tới một đô thị văn minh, hiện đại Trong nhiều năm qua trên địa bàn Hà Nội đã có nhiều dự án quy hoạch tiêu nước được nghiên cứu, nhiều công trình tiêu được đầu tư xây dựng nhưng tình trạng úng ngập vẫn chưa cải thiện nhiều Trong rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng nói trên, có nguyên nhân quan trọng là chưa có những

cơ sở khoa học thực sự xác đáng để đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu phù hợp với các điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của khu vực

Vì những lý do trên, việc tìm giải pháp tiêu nước hợp lý và có hiệu quả cho thành phố Hà Nội nói chung và của đô thị trung tâm Hà Nội nói riêng đang là mối quan tâm lớn của các cấp, các ngành, các nhà chuyên môn và toàn thể nhân dân Thủ đô, và đó

cũng là lý do để hình thành đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu trên địa bàn thành phố Hà Nội” trong đề tài nghiên

cứu ở Luận án này

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xây dựng được cơ sở khoa học về đề xuất giải pháp tiêu nước, xác định quy mô công trình tiêu nước chủ yếu phù hợp với điều kiện tự nhiên và quá trình phát triển kinh

tế - xã hội của TP Hà Nội trong tình hình đang mở rộng đất đô thị

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống tiêu thoát nước mưa đô thị và các giải pháp tiêu nước của hệ thống đó

- Về phạm vi đối tượng, các nghiên cứu của đề tài được giới hạn tập trung vào các công trình tiêu nước chủ yếu (trạm bơm đầu mối, hồ điều hòa, các trục tiêu chính, các công trình điều tiết chính) trong hệ thống tiêu thoát nước Các đối tượng khác (mạng

lưới thoát nước tiểu khu, mạng lưới thoát nước đường phố hoặc khu vực, các hồ nhỏ ) được đưa vào hệ thống như là các thông số đầu vào đã biết

- Về phạm vi không gian, các nghiên cứu được giới hạn ở vùng tiêu đô thị trung tâm của thành phố Hà Nội

IV NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Nội dung nghiên cứu

Luận án sẽ đi sâu nghiên cứu cơ sở khoa học các vấn đề chính sau đây:

1) Đánh giá các nghiên cứu về thoát nước đô thị TP Hà Nội

2) Xây dựng bài toán tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cơ bản của các công trình tiêu nước chủ yếu

3) Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm của TP Hà Nội và tiến hành các phân tích thủy lực - thủy văn của hệ thống đã được mô phỏng với các lời giải khác nhau của toán tối ưu hóa được lập

4) Đề xuất giải pháp kỹ thuật, cải tiến bố trí một số công trình tiêu nước chủ yếu

2 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau:

1) Phương pháp kế thừa

Tiếp thu và sử dụng có chọn lọc kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước về những vấn đề liên quan đến đề tài vào trường hợp cụ thể của TP Hà Nội

2) Phương pháp điều tra thu thập và phân tích tổng hợp

Điều tra, thu thập, phân tích, đánh giá và tổng hợp các tài liệu để từ đó xây dựng cơ

sở dữ liệu phục vụ cho công việc nghiên cứu

3) Phương pháp thống kê xác suất

Dùng để tính toán xác định các đặc trưng khí tượng, thủy văn thiết kế phục vụ nghiên cứu đề tài

4) Phương pháp phân tích hệ thống

Phân tích hệ thống tiêu thoát nước một cách đồng bộ nhất tới mức có thể Hệ thống

sẽ bao gồm các phần tử thủy lực và mối liên hệ chúng, đồng thời xét mối liên hệ của hệ thống với môi trường bên ngoài thông qua các điều kiện biên

5) Phương pháp phân tích tối ưu

Phương pháp này được sử dụng để xác định quy mô và thông số cơ bản của các

công trình tiêu nước trong vùng nghiên cứu với việc xây dựng bài toán tối ưu, bao gồm các công việc: lập hàm mục tiêu, xác định các thông số điều khiển, lựa chọn phương pháp giải và tìm lời giải tối ưu

6) Phương pháp mô hình toán thủy văn - thủy lực

Phương pháp này được sử dụng để phục vụ tính toán xác định các công trình tiêu nước phù hợp, kiểm tra các ràng buộc của các thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước về đảm bảo khống chế úng ngập Trong nghiên cứu sẽ phân tích một số mô hình toán thủy văn - thủy lực chuyên dụng và lựa chọn mô hình phù hợp để áp dụng

V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU

Ý nghĩa khoa học: Luận án cung cấp phương pháp luận khoa học đáng tin cậy về

việc áp dụng bài toán tối ưu hóa với sự trợ giúp của mô hình SWMM trong tính toán tiêu thoát nước cho các khu đô thị trong quá trình phát triển

Ý nghĩa thực tiễn: Qua nghiên cứu này, đã đề xuất được giải pháp tiêu nước, bố trí

các công trình tiêu chính chính của hệ thống tiêu thoát nước trên địa bàn thành phố Hà Nội cùng với quy mô và các thông số cơ bản của các công trình đó Kết quả nghiên cứu

có thể được tham khảo trong các công tác: lập quy hoạch chi tiết, thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội và các khu vực khác có điều kiện tương tự

VI NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1) Xây dựng và giải thành công bài toán tối ưu hóa quy mô của công trình tiêu nước trong hệ thống tiêu thoát nước, trong đó có các trạm bơm đầu mối và các hồ điều hòa nước mưa, với sự trợ giúp của mô hình SWMM

2) Mô hình hóa toàn bộ hệ thống tiêu thoát nước của đô thị trung tâm mới của TP

Hà Nội một cách đồng bộ từ các tiểu lưu vực (các khu phố, các ô đất nông nghiệp) đến toàn bộ vùng nghiên cứu rộng lớn, từ mạng lưới thoát nước đường phố hoặc mạng kênh cấp dưới đến công trình đầu mối, bao gồm hầu hết các loại đối tượng của hệ thống cùng các thuộc tính của chúng một cách khá đầy đủ và chi tiết Từ đó, mô hình có khả năng biểu diễn gần sát với bản chất vật lý của các quá trình hoạt động của hệ thống Mô hình này có thể được áp dụng cho các công việc khác như công tác điều hành, vận hành và duy tu hệ thống tiêu thoát nước

3) Đề xuất bố trí các công trình chính của hệ thống tiêu thoát nước của đô thị trung tâm TP Hà Nội, bao gồm: các trạm bơm, các hồ điều hoà, các kênh trục, các cống điều tiết chính và các thông số cơ bản của các công trình đó Đặc biệt, đề xuất bố trí trạm bơm tiêu đầu mối Hiền Giang tại vị trí cuối lưu vực nơi Sông Nhuệ cắt đường VĐ4 để hoàn thiện việc tạo thành một vùng tiêu độc lập, chủ động tiêu nước cho một vùng có

mức ưu tiên chống ngập cao của Thủ đô Đồng thời, đưa ra biện pháp phối hợp làm việc giữa các trạm bơm đầu mối (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ, Hiền Giang) nhằm tăng hiệu quả chống úng cũng như giảm thiểu quy mô thiết kế công trình

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU

1.1 GIỚI THIỆU VÙNG NGHIÊN CỨU

1.1.1 Vị trí địa lý

Hà Nội nằm về phía Tây Bắc của trung tâm vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng,

có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc, Hà Nam, Hòa Bình phía Nam, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía Đông, Hòa Bình và Phú Thọ ở phía Tây Sau khi

mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, thành phố có diện tích 3.325 km2, nằm ở cả hai bên bờ sông Hồng, nhưng tập trung chủ yếu bên hữu ngạn

Lưu vực của hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội ở nghiên cứu này được giới hạn trong phạm vi đường VĐ4 và đê hữu sông Hồng (Hình 1.1 ) với các giới hạn:

- Phía bắc, đông bắc và đông được giới hạn bởi đê hữu sông Hồng;

- Phía tây được giới hạn bởi đê tả sông Đáy;

- Phía nam và tây nam được giới hạn bởi đường Vành Đai 4

Tổng diện tích lưu vực tiêu này là 37.050 ha, hoàn toàn nằm trong ranh giới đô thị trung

tâm TP Hà Nội phần phía nam sông Hồng theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội

Vị trí lưu vực nghiên cứu trên bản đồ TP Hà Nội

b Độ ẩm

Độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 83÷85% Ba tháng mùa xuân là thời kỳ

ẩm ướt nhất, độ ẩm trung bình tháng đạt 88÷90% hoặc cao hơn Các tháng cuối mùa thu

và đầu mùa đông là thời kỳ khô hanh nhất Độ ẩm trung bình tháng có thể xuống dưới 80% Độ ẩm cao nhất có ngày đạt tới 98% và thấp nhất có thể xuống tới 64%

Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Hà Nội 82 85 88 88 84 84 85 87 86 83 81 82

Hà Đông 78 83 820 83 85 790 810 820 800 810 800 81

Nguồn: [1]

c Bốc hơi

Lượng bốc hơi bình quân năm ở vùng này đạt khoảng 1.000 mm Các tháng đầu mùa mưa (V, VI, VII) lại là các tháng có lượng bốc hơi lớn nhất trong năm Lượng bốc hơi bình quân tháng V đạt trên 100 mm Các tháng mùa Xuân (II÷IV) có lượng bốc hơi nhỏ nhất là những tháng có nhiều mưa phùn và độ ẩm tương đối cao

Bảng 1.3 Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

1971 với giá trị thực đo chưa hoàn nguyên do vỡ đê, tràn đê và phân chậm lũ của đỉnh

lũ đo ngày 20/8/1971 là Hmax=14,43 m, Qmax=25.000 m³/s

Các bảng dưới đây là những số liệu mực nước đặc trưng của sông Hồng

Bảng 1.5 Các mực nước lớn nhất sông Hồng tại trạm Hà Nội (m)

b Sông Đáy

Sông Đáy dài khoảng 240 km, bắt nguồn từ đập Đáy tại địa phận huyện Đan Phượng Trong trường hợp khẩn cấp sông Đáy được nối với sông Hồng qua đập Đáy để phân lũ Trước khi có đập Đáy nước lũ sông Hồng phân sang sông Đáy lớn nhất là trận

lũ tháng 8/1932 với lưu lượng 2.850 m³/s, tương đương với mực nước tại Hà Nội 11,90

m Kể từ năm 1937, khi đập Đáy được xây dựng cho đến lúc hòa bình lập lại, đập Đáy mới chỉ vận hành 3 lần (1940, 1945 và 1947) Nếu đập Đáy không làm việc thì mực nước và lưu lượng trong sông Đáy đoạn từ Tân Lang trở lên chỉ phụ thuộc vào lượng mưa nội bộ lưu vực Hiện trạng sông Đáy như sau:

Đoạn từ Tân Lang đến Ninh Bình, chế độ thủy lực sông Đáy còn chịu ảnh hưởng của thủy triều và sông Hồng qua sông Đào Nam Định

Đoạn sông Đáy từ đập Đáy đến Mai Lĩnh dài 32 km, chiều rộng đoạn sông giữa 2

đê trên dưới 3.000 m; lòng dẫn chủ yếu của sông là dòng chảy tràn giữa 2 đê

Đoạn từ Mai Lĩnh đến Ba Thá dài 27 km, khoảng cách hai nơi rộng nhất là 4.000

m, hẹp nhất là 700 m; lòng sông hẹp, tác dụng dẫn lũ trên bãi sông là chủ yếu

Đoạn từ Ba Thá đến Tân Lang dài 51 km lòng sông rộng hơn nhưng ít bãi Khoảng cách giữa hai đê thay đổi từ 1.500 m (tại Phù Lưu) đến 300 m (ở Bột Xuyên); tác dụng dẫn lũ chủ yếu là trong lòng sông, nhưng lòng sông tại đây hẹp, thoát lũ kém

Đoạn từ Tân Lang đến Phủ Lý dài 13 km, lòng sông tuy rộng và sâu hơn, song khả năng thoát lũ cũng bị hạn chế do ảnh hưởng của đoạn sông phía trên bị co hẹp

Theo số liệu thống kê, trong nhiều năm gần đây mực nước tại các cửa tiêu chính của hệ thống trên sông Đáy đều tăng cao đáng kể, hạn chế khả năng tiêu tự chảy

Bảng 1.10 Mực nước lớn nhất thiết kế sông Đáy (m)

Nối sông Nhuệ với sông Đáy còn có các sông: Duy Tiên, Vân Đình, La Khê, Ngoại

Độ và một số sông nhỏ khác tạo thành một mạng lưới tưới tiêu cho hệ thống Sông Duy Tiên dài 21 km; sông Vân Đình dài 11,8 km nối sông Nhuệ với sông Đáy qua cống Vân Đình; kênh La Khê dài 6,8 km nối sông Nhuệ với sông Đáy qua cống La Khê

Bảng 1.11 Mực nước lớn nhất (m) trên sông Nhuệ qua một số năm điển hình

Vị trí Mực nước xuất hiện lớn nhất (m)

530 mm tại trạm Hà Đông, 487 mm tại Vân Đình, 405 mm tại Láng Lượng mưa 5 ngày lớn nhất đạt 835 mm tại Hà Đông, 577 mm tại Láng, 784,8 mm tại La Khê, 708,4 mm tại Vân Đình Ở vùng LV sông Nhuệ lượng mưa 1 ngày max có tần suất từ 0,74÷1,19%, lượng mưa 5 ngày max có tần suất từ 0,77÷2,0% Mưa lớn đã gây gập úng nghiêm trọng trên diện rộng trong LV sông Nhuệ và vùng trung du sông Đáy:

- Mực nước cao nhất là 6,28 m tại hạ lưu cống Liên Mạc; 6,20 m tại đập Hà Đông, 6,31 m tại cống La Khê; 4,60 m tại đập Đồng Quan; 3,77 m tại Vân Đình; 4,47 m tại cống Nhật Tựu và 4,64 m tại cống Lương Cổ (15h ngày 02/11/2008)

- Trên sông Đáy tại Ba Thá mực nước cao nhất đạt 6,14 m (3h ngày 03/11/2008),

tại Phủ Lý là 4,62 m (15h ngày 02/11/2008) cao hơn mực nước lũ tháng 9/1985 là 0,16

m, tương ứng tần suất P=4%

- Tính đến ngày 03/11/2008, Hà Nội có khoảng trên 56.500 ha rau màu, gần 2.400

ha lúa mùa muộn chưa kịp thu hoạch, 2.700 ha hoa, 2.200 ha cây ăn quả và hơn 9.700

ha nuôi thủy sản ở các huyện ngoại thành bị ngập và mất trắng

- Theo thống kê chưa đầy đủ, tổng thiệt hại về cơ sở hạ tầng, nhà cửa và sản xuất nông nghiệp của Hà Nội ước tính khoảng 3.132 tỷ đồng, chưa kể thiệt hại về sản xuất công nghiệp, xây dựng và môi trường

2 Tình hình úng ngập gần đây nhất năm 2016

Từ 23 giờ ngày 24/5 đến 5 giờ ngày 25/5, trên địa bàn Hà Nội xảy ra mưa lớn đã làm cho nhiều tuyến phố bị úng ngập cục bộ Trong vòng 7 giờ lượng mưa đo được tại Vân Hồ là 187,1 mm; Cầu Giấy 277,8 mm; Mễ Trì 235,5mm; Ngã Tư Sở 228,7 mm; Xuân Đỉnh 196,9 mm; Hồ Tây 168,5 mm; Lương Định Của 193,6 mm; Trúc Bạch 206,9 mm; Nam Từ Liêm 214,1 mm; Thanh Liệt 252 mm; Hoàng Quốc Việt 249 mm và các nơi khác xấp xỉ 200 mm Mưa xảy ra trên diện rộng, tập trung tại khu vực phía Tây Tại nội thành, lúc 6 giờ sáng ngày 25/5, có 26 điểm úng ngập, gồm: Khu vực Mỹ Đình - Mễ Trì; phố Trần Bình, Phan Văn Trường, Hoàng Quốc Việt (trước ĐH Điện lực), đường Phạm Văn Đồng (trước Công ty Cầu 7, ngã tư Xuân Đỉnh - Tân Xuân); ngã

ba Dương Đình Nghệ - Nam Trung Yên, Hoa Bằng, Đội Cấn, Mạc Thị Bưởi, Minh Khai (chân cầu Thanh Trì); Hoàng Mai, Nguyễn Chỉnh, Thanh Đàm, ngã tư Huỳnh Thúc Kháng - Nguyên Hồng, Định Công, Thái Thịnh (viện Châm cứu); đường Trường Chinh (Viện Y học hàng không - Tôn Thất Tùng); Quan Nhân, Vũ Trọng Phụng, Nguyễn Huy Tưởng, Cự Lộc; Nguyễn Trãi (trước ĐH Khoa học xã hội và nhân văn và trước số nhà 497); các đường Triều Khúc, Lê Trọng Tấn, Tô Hiệu, Văn Quán - Hà Đông với mức

độ nước ngập từ 0,2 ÷ 0,5 m Việc tiêu thoát nước ở khu Mỹ Đình - Mễ Trì gặp khó khăn do mực nước sông Nhuệ tại thượng lưu ở cống Hà Đông có mức cao (lớn hơn +5,0 m) Để khắc phục, thành phố cho mở cống Thanh Liệt để tiêu một phần nước sông Nhuệ qua TB Yên Sở, nhằm tiêu rút nước cho khu vực Mỹ Đình

Tại trận mưa này, hầu hết các điểm úng ngập trên không thuộc LV Yên Sở mà thuộc vùng chưa có công trình tiêu đầu mối Tuy nhiên, một số điểm thuộc lưu vực tiêu trạm bơm Yên Sở vẫn còn bị ngập cục bộ mà nguyên nhân là do các tuyến cống đường phố tại đó chưa hoàn chỉnh

3 Nguyên nhân úng ngập

a Thủy thế bất lợi

Sông Hồng là sông lớn chảy qua địa phận, có khả năng nhận nước tiêu rất lớn; nhưng mực nước ở sông này thường rất cao trong mùa mưa nên nước trong các lưu vực

hai bên sông không tiêu tự chảy được mà phải dùng bơm Các sông chính nội địa gồm

có sông Đáy và sông Nhuệ, trong đó sông Đáy cũng có khả năng nhận nước tiêu tương đối lớn, nhưng khả năng tiêu tự chảy vào các sông này cũng hạn chế Các sông nội địa khác như sông Đăm, sông Cầu Ngà, sông Om đều có độ dốc lòng sông nhỏ và độ uốn khúc lớn, khả năng tiêu thoát nước kém

Nước trong toàn bộ lưu vực đều đổ vào sông Nhuệ, rồi vào sông Đáy tại TP Phủ Lý qua cống Lương Cổ, sau đó theo sông Đáy ra biển Tuy nhiên, mực nước sông Nhuệ và sông Đáy thường xuyên cao khi có mưa lớn; chỉ cần trận mưa khoảng 100 mm / ngày là mực nước sông Nhuệ tại cống Hà Đông đã cao trên +4,5 m, làm cho nước ở các khu vực không tiêu ra kịp thời được Để tiêu hết lượng nước úng trong lưu vực cần một thời gian khá lâu sau mưa để chờ mực nước sông Nhuệ và sông Đáy ở phía hạ lưu giảm dần

b Mưa lớn

Hàng năm trên lưu vực, trung bình có khoảng 4 ÷ 5 đợt mưa có lượng mưa ngày đạt

từ 50 ÷ 100 mm và có khoảng 1 ÷ 2 trận mưa có lượng mưa ngày trên 150 mm Lượng mưa 1 ngày lớn nhất có thể đạt từ 300 ÷ 550 mm, 3 ngày lớn nhất có thể đạt 450 ÷ 770

mm, lượng mưa 5 ngày lớn nhất có thể từ 500 ÷ 830 mm

Nhiều loại hình thời tiết có khả năng gây ra mưa lớn: hội tụ, bão, áp thấp nhiệt đới, trong đó có khoảng 80% các trận mưa lớn là do bão sinh ra Các năm 1963, 1968, 1973,

1978, 1980, 1985, 1994, 1996, 2007, 2008, 2016, đặc biệt là năm 2008, mưa lớn gây ngập lụt kéo dài trên diện rộng ở cả vùng nội thành và ngoại thành Hà Nội

c Công trình tiêu thoát nước chưa đồng bộ

Hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội chưa được xây dựng đồng bộ Có nơi mạng lưới kênh trục đã tương đối tốt, nhưng mạng lưới thoát nước đường phố lại chưa hoàn chỉnh, chẳng hạn như ở khu vực nội đô lịch sử, vì vậy chưa thể giải quyết được hàng chục điểm úng ngập thường xuyên hiện nay

Ngược lại, ở một số khu đô thị mới tại khu vực nội đô mở rộng, hệ thống thoát nước nội bộ được xây dựng khá hoàn chỉnh nhưng nước mưa thoát ra bên ngoài hết sức khó khăn, ví dụ như ở các khu đô thị Mỹ Đình - Mễ Trì; Nam Trung Yên, Văn Quán, Định Công, Đô Nghĩa, Bắc An Khánh, Nam An Khánh trong khi nguồn nhận nước sông Nhuệ có mực nước thường xuyên cao khi có mưa lớn như đã mô tả trên đây

Theo các quy hoạch gần đây và sơ tính toán lại thì tổng công suất yêu cầu của các trạm bơm tiêu đầu mối của toàn lưu vực (chưa kể phần lưu vực dưới cống Hà Đông) là khoảng 503 m3/s, nhưng đến nay mới thực hiện được 114 m3/s (của 3 trạm bơm Yên Sở, Đào Nguyên, Nam Thăng Long) Như vậy, một nguyên nhân chính của tình trạng úng ngập là sự thiếu hụt công suất bơm đầu mối Sau đây là sự mô tả sơ lược về tình hình úng ngập ở một số trận mưa điển hình

1.1.4 Hiện trạng các công trình tiêu chủ yếu

1 Các trạm bơm tiêu

* Trạm bơm Yên Sở:

Được xây dựng hoàn thành (cả 2 giai đoạn) vào ngày 25/09/2010

Vị trí đặt tại K78+100 đê hữu sông Hồng

Gồm có 15 tổ bơm trục ngang (Q=5 m3/s, H=10 m, N= 650KW) và 5 tổ bơm chìm hỗn lưu (Q=3 m3/s, H=10 m, N=400 KW)

Lưu lượng thiết kế trạm: 90 m3/s

Diện tích tiêu thiết kế: 7.753 ha

* Trạm bơm Đào Nguyên:

Được xây dựng năm 1986

Vị trí đặt tại K12+800 đê tả Đáy

Gồm 25 máy loại máy 2500 m3/h

Lưu lượng thiết kế trạm: 17,3 m3/s

Diện tích tiêu thiết kế: 2.200 ha

Diện tích tiêu thực tế: 1.874 ha

Trạm đã xuống cấp, hư hỏng nặng, đang có kế hoạch cải tạo nâng cấp

* Các trạm bơm tiêu ra sông Nhuệ

- TB Cổ Nhuế: Q=12 m3/s, Flv=1.520 ha (xây 2016)

- TB Đồng Bông 1: Q=20 m3/s, Flv=1.360 ha (xây 2016)

- TB Đồng Bông 2: Q=9 m3/s, Flv=1.470 ha (xây 2016)

- TB Cầu Biêu: 5 máy 4000 m3/h, Q=5,6 m3/s (xây 2001)

- TB Hữu Hoà: 4 máy 2500 m3/h, Q=2,8 m3/s (xây 2004)

- TB Khê Tang 2: 10 máy 8000 m3/h, Q=22,2 m3/s (xây 2005)

- TB Sái: 5 máy 4000 m3/h, Q=5,6 m3/s (đã cũ, xuống cấp, dự kiến bỏ )

- TB Siêu Quần: 5 máy 2500 m3/h, Q=2,8 m3/s (xây 2005)

- TB Hoà Bình: 14 máy 2500 m3/h, Q=9,7 m3/s (xây 1992, đã xuống cấp)

- TB Thạch Nham: 5 máy 8000 m3/h, Q=11,1 m3/s (xây 2014)

- TB Đại Áng: 5 máy 2500 m3/h, Q=2,8 m3/s (đã cũ, đã xuống cấp)

- TB Đan Thần: 4 máy 1000 m3/h, Q=1,1 m3/s (đã cũ, dự kiến bỏ)

- TB Đan Nhiễm: 7 máy 1000 m3/h, Q=2,8 m3/s (đã cũ, dự kiến bỏ)

Đối với các trạm bơm tiêu nước ra sông Nhuệ, trừ những trạm bơm mới được thiết

kế sau năm 2011 (thời điểm có QH937 và QH1259), thường được tính toán với tiêu chuẩn phục vụ nông nghiệp nên hệ số tiêu rất thấp và chỉ đạt khoảng 3 ÷ 6 l/s/ha, vì vậy quy mô các trạm bơm này đều rất nhỏ so với yêu cầu tiêu nước cho đô thị

2 Các trục tiêu chính trong lưu vực

a Trục tiêu Sông Nhuệ

Sông Nhuệ dài 74 km, bắt đầu từ cống Liên Mạc (nối với sông Hồng) và đổ vào sông Đáy tại Phủ Lý Các thông số cơ bản của sông Nhuệ:

- Lưu lượng thiết kế tiêu là Q=143,75 m3/s tại Hà Đông; Q=286 m3/s tại Lương Cổ

- Đáy sông có cao trình +1,00 m tại đầu sông (hạ lưu cống Liên Mạc), −0,81 m tại thượng lưu cống Hà Đông; −2,5 m tại cuối sông (thượng lưu cống Lương Cổ)

- Độ dốc đáy sông i=0,5÷1,0×10−4

- Đê sông có cao trình biến đổi từ +7,5 m tại Liên Mạc đến +6,0 m tại Lương Cổ

Bảng 1.13 Một số thông số về đê sông Nhuệ qua các thời kỳ

Về tình hình chống lũ, chỉ đề cập những năm gần đây, nhiều trường hợp vào những thời điểm mưa lớn, hệ thống đê sông Nhuệ bị sự cố mà sau đây là một số ví dụ:

- Năm 1994, từ ngày 29÷31/8, trên toàn hệ thống có mưa lớn với lượng mưa bình quân là 408 mm Mực nước sông tại Đồng Quan lên tới +4,92 m, cao hơn mức thiết kế

9 cm và cao hơn mức báo động 3 tới 62 cm Toàn bộ đê sông Nhuệ, đặc biệt đoạn từ Đồng Quan đến Lương Cổ bị uy hiếp nghiêm trọng, trong đó có đoạn ở Phượng Dực, Vân Từ, Chuyên Mỹ (Phú Xuyên), Giáp Ba (Kim Bảng) bị nước tràn qua Nhiều đoạn chân đê và mái đê phía đồng đi qua ao, hồ hoặc vùng trũng xuất hiện các cung trượt nguy hiểm Có những đoạn đê dài hàng trăm mét đi qua vùng đất yếu và đất cát bị thẩm lậu mạnh,

có nguy cơ mất ổn định như đoạn qua Hoàng Tây (Kim Bảng), Vực Ngũ (Duy Tiên)

- Năm 2008, với tình hình mưa như đã mô tả trên đây, toàn bộ tuyến đê sông Nhuệ

b Trục tiêu kênh La Khê

Chiều dài kênh: 6,8 km

Tiêu ra sông Đáy với Q = 60 m3/s

Mặt đê rộng từ 4,0 ÷ 5,0 m, cao độ đê từ +6,0 ÷ +7,5 m, mái m=1,3÷1,5

Cao trình đáy kênh: +0,00 m

c Trục tiêu sông Tô Lịch

Kênh có nhiệm vụ dẫn nước từ LV tiêu Tô Lịch về hồ Yên Sở Chiều dài toàn bộ kênh là 12,31 km tính từ cầu Hoàng Quốc Việt đến vị trí giao với Quốc lộ 1

Kênh có mặt cắt hình thang, đã được kiên cố hóa ở DA thoát nước Hà Nội giai đoạn

I, có các thông số: chiều dài L, bề rộng đáy bđáy, chiều cao lòng kênh H, cao trình đáy Zđáy, hệ số mái m như sau:

Đoạn 1 (L=1.001 m):

- Tại K0+00: bđáy=7,0 m, H=4,2 m, Zđáy=3,00 m, m=1,5

- Tại K1+00: bđáy=16,0 m, H=4,9 m, Zđáy=1,93 m, m=2,0

Đoạn 2 (L=4.215 m):

- Tại K1+50: bđáy=19,0 m, H=4,9 m, Zđáy=1,93 m, m=2,0

- Tại K5+216: bđáy=19,0 m, H=4,9 m, Zđáy=1,65 m, m=2,0

Đoạn 3 (L=4.948 m):

- Tại K5+266: bđáy=21,5 m, H=4,9 m, Zđáy=1,64 m, m=2,0

- Tại K10+164: bđáy=21,5 m, H=4,9 m, Zđáy=0,957 m, m=2,0

Đoạn 4 (L=150 m):

- Tại K5+266: bđáy=22,0 m, H=4,8 m, Zđáy=0,944 m, m=2,0

- Tại K10+164: bđáy=22,0 m, H=4,8 m, Zđáy=0,920 m, m=2,0

Đoạn 5 (L=2.000 m):

- Tại K10+164: bđáy=22,0 m, H=4,8 m, Zđáy=0,920 m, m=2,0

- Tại K12+313: bđáy=22,0 m, H=5,33 m, Zđáy=0,665 m, m=2,0

3 Các cống trên các trục tiêu

a Cống Liên Mạc

Vị trí: K53+700 đê sông Hồng (K0+304 sông Nhuệ)

Cống hộp lộ thiên bằng bê tông cốt thép, có cầu giao thông ở +15,5 m

Có 4 cửa lấy nước rộng: 3,0 m và một cửa thông thuyền rộng: 6,0 m

Cao trình đáy cống: +1,00 m

Các chỉ tiêu thiết kế:

+ Mực nước thiết kế tưới đầu vụ: TL: +3,77 m, HL: +3,72 m

+ Mực nước tưới max TL: +4,00 m, HL: +3,87 m

+ Mực nước tưới bình thường TL: +3,16 m, HL: +3,12 m

+ Lưu lượng qua cống tưới vụ Đông Xuân: QTK = 36,25 m3/s

+ Mực nước thiết kế chống lũ: TL / HL = +14,35 / +7,00 m

b Cống điều tiết hạ lưu Liên Mạc (cống Liên Mạc 2)

Vị trí: K1+104 đê sông Nhuệ

Cống hộp lộ thiên bằng BTCT M200, phía trên có kết hợp cầu giao thông H30 Cống có 3 cửa, trong đó có 2 cửa 6,0×4,0 m và một cửa thông thuyền 6,0×7,0 m Cao trình đáy cống: +0,50 m, cao trình 2 bờ: +10,0 m

Cống có 2 cửa:

+ Khoang điều tiết rộng 16,0 m, cửa van clape bản lề dưới

+ Khoang thông thuyền rộng 6,0 m, cửa van trục đứng kiểu cánh cửa bằng thép Cao trình đáy cống: −0,81 m

Cao trình đáy sân tiêu năng: −1,60 m

Cao trình đỉnh cánh van: +4,00 m

Cao trình đỉnh trụ pin: +4,50 m

Các chỉ tiêu thiết kế:

+ Mực nước điều tiết tưới max: +4,0 m, min: +2,30 m

+ Mực nước thiết kế chống lũ TL: +5,80 m, HL: +3,00 m

Lưu lượng thoát lũ qua cống: Qmax=143,75 m3/s

d Cống La Khê (cống Yên Nghĩa)

Vị trí: K19+850 đê tả sông Đáy

Cống có hai cửa rộng: 4,5 m, cao: 3,55 m, cửa van hình cung

Cao trình đáy cống: +0,40 m

Mực nước thiết kế chống lũ:

+ Thiết kế cũ: phía sông: +10,50 m, phía đồng: +3,245 m, ΔH=7,255m

+ Thiết kế mới (khi phân lũ vào sông Đáy): phía sông: +11,80 m

+ Lưu lượng thoát lũ lớn nhất: Qmax=60 m3/s

e Cống Thanh Liệt

Vị trí: K0+150 trên mương Thanh Liệt (nối sông Tô Lịch với sông Nhuệ)

Cống có hai cửa rộng: 11,5 m, cao: 3,55 m

Có 2 cửa van phẳng, mỗi cửa rộng: 11,5 m, cao: 5,0 m

Cao trình đáy cống: +0,70 m

Lưu lượng thoát lũ thiết kế lớn nhất: Qmax=45 m3/s

Cống mở để tiêu tự chảy từ sông Tô Lịch sang sông Nhuệ khi mực nước phía hạ lưu thấp hơn +3,5 m và đóng lại khi cao hơn +3,5 m để tránh lũ sông Nhuệ tràn vào nội thành (cũ), khi đó nước được bơm ra sông Hồng qua TB Yên Sở

f Cống Ngân Hàng

Vị trí: Tại đầu sông Om nối với mương Yên Sở

Cống có hai cửa, mỗi cửa rộng: 2,5 m, cao: 4,0 m; cửa van phẳng

Vị trí: Tại đầu kênh Đồng Trì - Đông Mỹ nối với kênh hút TB Yên Sở

Cống hộp hai cửa, mỗi cửa rộng: 1,5 m, cao: 3,5 m; cửa van phẳng

Cao trình đáy cống: +2,41 m

Cao trình đỉnh trụ pin TL: +6,69 m

Chiều dài cống: 6,4 m

Mực nước thiết kế chống lũ: phía TL: +4,50 m, phía HL: +4,30 m

1.1.5 Hướng phát triển chung không gian của đô thị

Theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến 2030 và tầm nhìn đến 2050 [2],

Hà Nội có đô thị trung tâm từ đường VĐ4 trở vào (Hình 1.2 ) Đô thị trung tâm bao gồm:

- Khu vực nội đô lịch sử (từ hữu ngạn sông Hồng đến đường VĐ2), với các phân

khu đô thị có ký hiệu là A

- Khu vực nội đô mở rộng (từ VĐ2 đến vành đai xanh sông Nhuệ), với các phân khu

đô thị có ký hiệu là B

- Chuỗi khu đô thị khu vực phía nam sông Hồng ở phía đông đường VĐ4, bao gồm

các đô thị: Đan Phượng - Từ Liêm; Hoài Đức - Từ Liêm; Hà Đông - Từ Liêm - Thanh Oai; Thanh Trì - Thường Tín, với các phân khu đô thị có ký hiệu là S

- Chuỗi khu đô thị phía Bắc sông Hồng, bao gồm các đô thị: Mê Linh - Đông Anh;

Đông Anh; Long Biên - Gia Lâm - Yên Viên), với các phân khu đô thị có ký hiệu là N

- Xen giữa các phân khu đô thị là các vành đai xanh, với ký hiệu là GS ở phía nam

và GN ở phía bắc

Bên ngoài đô thị trung tâm có các đô thị vệ tinh là: Hòa Lạc, Sơn Tây, Xuân Mai, Phú Xuyên - Phú Minh và Sóc Sơn, các đô thị sinh thái, các thị trấn huyện và các vùng nông nghiệp - nông thôn

Như vậy, đường VĐ4 cùng với đê sông Hồng và đê sông Đáy sẽ hình thành đường bao của lưu vực tiêu khép kín của đô thị trung tâm Hà Nội phần phía nam sông Hồng Vùng này là vùng nghiên cứu về vấn đề tiêu thoát nước trong Luận án này

1.1.6 Hướng phát triển mạng lưới giao thông

Bố trí mạng lưới giao thông đô thị có liên quan và ảnh hưởng nhiều đến bố trí mạng lưới thoát nước, trong đó có các tuyến cống đường phố, cống tiểu khu và mạng lưới kênh

hở Sau đây là định hướng các tuyến đường chủ yếu của đô thị Hà Nội theo QH1259 [2]

a Đường bộ đối ngoại

- Xây dựng các tuyến đường vành đai kết nối các quốc lộ hướng tâm về Hà Nội: đường VĐ4 là tuyến đường cao tốc vùng thủ đô dài khoảng 150 km, trong đó đoạn phía nam sông Hồng dài khoảng 60 km

- Xây mới các tuyến cao tốc dọc các hành lang kinh tế quan trọng và các tuyến hướng tâm từ cảng hàng không và các đô thị vệ tinh, đô thị đối trọng kết nối trực tiếp với thủ đô

- Cải tạo nâng cấp mở rộng các quốc lộ hướng tâm QL1; QL2; QL3; QL6; QL32

- Xây dựng hệ thống công trình giao thông: 8 cầu, 1 hầm qua sông Hồng và 3 cầu qua sông Đuống, một số cầu qua các sông khác

Các phân khu đô thị thuộc đô thị trung tâm Hà Nội theo QH1259 [2]

b Đường trong đô thị trung tâm

- Chỉ tiêu mật độ mạng lưới đường tính đến đường chính khu vực: 4,0÷6,0 km/km2;

có lượng giao thông lớn như: VĐ2 đoạn phía Nam, VĐ3

- Đối với chuỗi đô thị phía đông VĐ4: Xây dựng mới các trục chính liên kết các khu đô thị mới Các tuyến song song với sông Nhuệ liên kết các đô thị và các trục hướng tâm, kết nối đô thị mới với trung tâm đô thị hiện có

1.1.7 Định hướng khống chế cao độ san nền

Theo QH1259 [2] thì quy hoạch san đắp nền phải kết hợp chặt chẽ với quy hoạch thoát nước mưa Cao độ nền được phân theo vùng tiêu tự chảy và vùng tiêu động lực để tránh tình trạng nước ở vùng cao tập trung về khu vực trũng và nơi có khu dân cư hoặc vùng sản xuất nông nghiệp

Cao độ nền khống chế Z của từng đô thị sẽ được lựa chọn phụ thuộc vào chế độ thuỷ văn của sông, suối đi qua, ảnh hưởng trực tiếp tới đô thị

Đối với đất dân dụng: Z = HP + 0,3 m;

Đối với đất công nghiệp: Z = HP + (0,5÷0,7) m

Tần suất P tuỳ thuộc vào từng vị trí, tuân thủ với quy chuẩn hiện hành, mức độ quan trọng, không mâu thuẫn với các quy hoạch đã được duyệt và hài hoà với các khu vực đã xây dựng liền kề Đối với LV Sông Nhuệ: P=1%; đối với các sông nội đồng không có trạm theo dõi thuỷ văn, cao độ lựa chọn cao hơn cao độ ruộng từ 1,0÷1,5 m

Cao độ xây dựng khống chế đối với các thị trấn, dân cư nông thôn căn cứ vào mực nước lớn nhất gây úng ngập hàng năm Thông thường tôn cao hơn nền ruộng từ 0,7 ÷ 1,5 m Chỉ tôn nền những khu vực cần thiết như những khu ruộng, khu trũng, còn các

ao hồ nhỏ, các thùng đấu dự kiến sẽ phát triển đô thị, công nghiệp

Đối với các khu vực đã xây dựng nhiều mà cao độ hiện tại thấp, không thể tôn nền, cần hạ thấp mực nước ở miệng xả của khu vực

1.2 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ HÀ NỘI

Hệ thống tiêu thoát nước của đô thị Hà Nội cho đến thời điểm trước khi mở rộng địa giới hành chính năm 2008 là hệ thống tiêu thoát nước thuộc lưu vực sông Tô Lịch, nằm ở khu vực nội đô từ toàn bộ khu vực hữu ngạn sông Hồng đến vành đai xanh sông Nhuệ Đây là hệ thống chung cho tất cả các loại nước mưa, nước thải sinh hoạt và công nghiệp Do địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, độ dốc tự nhiên nhỏ (khoảng 0,0003), địa hình chia cắt nên không thuận lợi cho thoát nước tự chảy

Công trình thoát nước cho nội thành bao gồm hệ thống đường cống ngầm, các sông mương và các hồ điều hoà Nước thải và nước mưa đổ vào 4 trục sông chính là Tô Lịch,

Lừ, Sét, Kim Ngưu sau đó qua cống Thanh Liệt đổ vào sông Nhuệ Sông Nhuệ là cửa tiêu thoát chính, nhưng con sông này còn phải đảm bảo tưới tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp cho ngoại thành Hà Nội và tỉnh Hà Nam, vì thế luôn giữ mực nước cao

Hệ thống thoát nước đô thị Hà Nội ban đầu do một kỹ sư người Pháp thiết kế và được xây dựng vào năm 1938−1939 ở phần đất nội đô lịch sử Các đường ống chính đặt

ở cao trình từ 4,3  5,1 m, độ dốc đường ống trong phạm vi 0,00067  0,0044 Hệ thống cống ngầm này dài tổng cộng 66 km và được nối thông với 4 con sông nội địa và hồ Trúc Bạch để đảm bảo tiêu nước cho 1.008 ha nội thành hồi đó Theo thiết kế khả năng tiêu lớn nhất của hệ thống này là 36,36 m3/s

Sau nhiều năm phát triển, hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội đã tăng đáng kể

về quy mô và số lượng các hạng mục công trình Chưa kể các đô thị phía đông đường VĐ4, hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội hiện nay tập trung trên lưu vực sông Tô Lịch với diện tích khoảng 7.750 ha được chia thành 7 tiểu lưu vực là Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, Hoàng Liệt, Yên Sở và Hồ Tây, gồm toàn bộ các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Đống Đa, một phần các quận Thanh Xuân, Hoàng Mai, Cầu Giấy Diện tích các tiểu lưu vực cụ thể như sau: LV Hồ Tây: 9,30 km2; LV sông Tô Lịch: 19,2 km2; LV sông Lừ: 10,20 km2; LV sông Kim Ngưu: 17,3 km2; LV sông Sét:7,10

km2; LV Hoàng Liệt: 8,10 km2; LV Yên Sở: 5,50 km2

Trước đây, hướng thoát nước chính của lưu vực sông Tô Lịch là tự chảy vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt với lưu lượng 30 m3/s và khi mực nước sông Nhuệ thấp dưới mức +3,5 m Tuy nhiên, khi có mưa gây úng, mực nước sông Nhuệ thường dâng cao rất nhanh và kéo dài nhiều ngày sau mưa Khi mực nước sông Nhuệ cao hơn 4,5 m thì nước mưa trong lưu vực phải thoát ra sông Hồng nhờ cụm công trình tiêu Yên Sở Cụm công trình đầu mối Yên Sở bao gồm TB Yên Sở CS 90 m3/s, các kênh dẫn vào trạm bơm, kênh xả ra sông Hồng, hồ điều hoà Yên Sở với tổng diện tích 203 ha, trong đó diện tích mặt nước là 130 ha được xây dựng từ DA thoát nước Hà Nội Như vậy, hướng thoát lũ

ra sông Nhuệ của lưu vực sông Tô Lịch hiện nay được xem là hướng tiêu phụ

Sau khi DA thoát nước Hà Nội [3] [4], gồm DA giai đoạn I và DA giai đoạn II hoàn thành vào năm 2015, về cơ bản lưu vực sông Tô Lịch đã được xây dựng và cải tạo tương đối hoàn chỉnh với các hạng mục công trình đầu mối gồm có cụm công trình Yên Sở, các sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét Tuy nhiên, các tiểu lưu vực Hồ Tây, Hoàng Liệt, Yên Sở vẫn đang trong quá trình xây dựng hoàn chỉnh hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hiện nay, Hà Nội đang trong quá trình đô thị hóa nhanh chóng với việc chuyển đất nông nghiệp thành đất đô thị Hướng mở rộng chính là về phía tây và tây nam với việc hình thành một chuỗi đô thị phía đông đường VĐ4 là từ Đan Phượng đến Thanh Trì với các phân khu đô thị: S1, S2, S3, S4 và S5, xen giữa các phân khu đô thị đó là các vành đai xanh Tại chuỗi đô thị này, hệ thống tiêu thoát nước đang phát triển từ hệ thống tiêu nước cho đất nông nghiệp sang hệ thống tiêu thoát nước đô thị

1.3 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THOÁT NƯỚC CHO KHU VỰC 1.3.1 Nghiên cứu thoát nước của JICA

1 Phạm vi quy hoạch

Dự án thoát nước Hà Nội [3] [4] [5] [6] được tổ chức JICA (Nhật Bản) tài trợ, hoán thành nghiên cứu từ năm 1994 và cơ bản hoàn thành xây dựng vào năm 2015 Phạm vi quy hoạch là khu vực nội đô lịch sử và vùng lân cận với tổng diện tích 135,4 km2 (gồm hai phần: LV sông Tô lịch 77,5 km2 và LV sông Nhuệ 55,9 km2) Các nội dung chủ yếu liên quan đến tiêu thoát nước trong quy hoạch này được tóm tắt như sau:

a Mục tiêu quy hoạch

Chống ngập úng thành phố và vùng lân cận với các điều kiện: 1) Chu kỳ bảo vệ là

10 năm (tần suất 10%) ứng với lượng mưa 310 mm/2ngày đối với sông và mương thoát nước; 2) Chu kỳ 5 năm ứng với lượng mưa 70 mm/h đối với hệ thống cống Xử lý nước thải để cải thiện môi trường thành phố

2 Nội dung quy hoạch thoát nước

Quy hoạch là một nghiên cứu tổng thể về thoát nước đô thị và xử lý nước thải trong

TP Hà Nội, được lập phù hợp với Quy hoạch phát triển TP Hà Nội đến năm 2010, bao gồm: 1) Quy hoạch thoát nước, 2) Quy hoạch bảo tồn hồ, và 3) Quy hoạch xử lý nước thải Nội dung đề xuất của phần quy hoạch thoát nước mưa được liệt kê theo ở các bảng sau (Bảng PL1.1 và Bảng PL1.2)

1.3.2 Nghiên cứu trong QH937

Vùng nghiên cứu nằm trong Hệ thống thủy lợi Sông Nhuệ Theo Quy hoạch tiêu nước hệ thống Sông Nhuệ [7], giải pháp tiêu nước liên quan được mô tả như sau:

Phân vùng tiêu lưu vực Sông Nhuệ [7]

Vùng tiêu ra sông Hồng Vùng tiêu ra sông Đáy Vùng tiêu vào Sông Nhuệ Vùng tiêu vào sông Duy Tiên và sông Châu

1 Phân vùng tiêu

Tổng diện tích tiêu toàn hệ thống Sông Nhuệ là 107.530 ha, chia thành các vùng:

- Vùng tiêu ra sông Hồng (28.175 ha) Gồm đất của các quận huyện Ba Đình, Hoàn

Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, và một phần của Hà Đông, Tây Hồ, Cầu Giấy, Thanh Xuân, Từ Liêm, Thanh Trì, Thường Tín, Phú Xuyên

- Vùng tiêu ra sông Đáy (36.820 ha) Gồm đất của các quận huyện Đan Phượng,

Hoài Đức, Từ Liêm, Hà Đông, Thanh Oai, Ứng Hòa, Thường Tín, Phú Xuyên và một phần của Duy Tiên, Hà Nam

- Vùng tiêu ra sông Nhuệ và sông Châu (41.535 ha) Gồm đất của các huyện Thường

Tín, Phú Xuyên, Thanh Oai và một phần của huyện Duy Tiên, Kim Bảng và TP Phủ Lý của tỉnh Hà Nam

2 Tiêu chuẩn tính toán hệ số tiêu

Đối với khu vực nội thành Hà Nội, tính với mưa 24 giờ lớn nhất, tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa giờ nào tiêu hết giờ ấy

Đối với khu vực ngoại thành Hà Nội và các khu vực khác: tính với mưa 3 ngày max, tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa 3 ngày, tiêu 5 ngày

3 Hệ số tiêu

Phía đông sông Tô Lịch: q = 17,9 l/s/ha;

Phía tây sông Tô Lịch: q = 19,7 l/s/ha;

Khu vực ngoại thành Hà Nội và các khu vực khác: q = 6 ÷ 8 l/s/ha

4 Các công trình tiêu nước chủ yếu

* Khu vực nội thành Hà Nội:

Khu vực này thuộc nội thành Hà Nội (các quận phía nam Sông Hồng) và các huyện

Từ Liêm, Đan Phượng, Hoài Đức

Cải tạo sông Nhuệ đoạn từ Liên Mạc đến Hà Đông, kè gia cố hai bờ sông, nâng cấp

2 tuyến đường ven sông Nhuệ

Xây dựng một số trạm bơm, nâng cấp các trạm bơm hiện có:

- Vùng tiêu nước ra sông Hồng (19.353 ha): Xây mới TB Liên Mạc I và II với CS

170 m3/s, tiêu cho 9.200 ha Xây dựng TB Nam Thăng Long với CS 9 m3/s, tiêu cho

450 ha Xây dựng TB Yên Sở III với CS 55 m3/s kết hợp TB Yên Sở I+II (đã có với CS

90 m3/s), tiêu cho 7.753 ha Xây mới TB Đông Mỹ với CS 35 m3/s, tiêu cho 1.995 ha

- Vùng tiêu ra sông Đáy (9.800 ha): Xây mới TB Yên Nghĩa với CS 120 m3/s, tiêu cho 6.300 ha Xây mới TB Yên Thái, CS 54 m3/s, kết hợp nâng cấp TB Đào Nguyên có

CS 15 m3/s, tiêu cho 3.500 ha

- Vùng tiêu ra sông Nhuệ (990 ha): Xây dựng TB Ba Xã với CS 20 m3/s, tiêu cho 990 ha

* Khu vực ngoại thành Hà Nội

Nạo vét đoạn sông Nhuệ từ Hà Đông đến Lương Cổ, dài 45 km; nâng cấp hai tuyến

đê dọc sông Cải tạo nâng cấp các cống tiêu Nhật Tựu, Lương Cổ

Xây dựng một số trạm bơm, nâng cấp các trạm bơm hiện có:

- Vùng tiêu ra sông Hồng (9.882 ha): Nâng cấp TB Bộ Đầu với CS 15 m3/s, tiêu cho 1.150 ha Bổ sung khả năng tiêu cho hai trạm bơm Khai Thái và Yên Lệnh đã có, nâng CS lên 50 m3/s, tiêu cho 8.672 ha

- Vùng tiêu ra sông Đáy (27.020 ha): Nâng cấp TB Phương Trung, Cao Xuân Trung,

Ngọ Xá, cùng TB Vân Đình đã có, đưa tổng CS lên 60 m3/s, tiêu cho 10.800 ha Sửa chữa TB Ngoại Độ I, xây mới TB Ngoại Độ II với tổng CS 50 m3/s, tiêu cho 9.220 ha Xây mới TB Quế III, cùng các TB đã có, đưa tổng CS lên 348 m3/s, tiêu cho 41.535 ha Quy mô các trạm bơm tiêu nước đối với lưu vực nghiên cứu được liệt kê ở Bảng 1.14 , Bảng 1.15 , Bảng 1.16

1.3.3 Nghiên cứu trong QH1259

1 Về lưu vực và hướng thoát nước

Theo QH1259 [2], về cơ bản thoát nước mưa đô thị phải phù hợp với quy hoạch tiêu thuỷ lợi, toàn TP Hà Nội chia thành 3 lưu vực chính, trong đó có LV Tả Đáy

Ở đô thị trung tâm, cơ bản tuân thủ các quy hoạch đã được phê duyệt Rà soát, kiểm tra tính toán với các chỉ tiêu theo QH937 để điều chỉnh cho phù hợp theo nguyên tắc khu vực nào chỉ tiêu quy hoạch đã được duyệt thấp hơn hoạch mới thì được xem xét bổ sung, khu vực nào bằng hoặc cao hơn được giữ nguyên

Với LV Yên Sở, về cơ bản tuân thủ như quy hoạch đã được duyệt trong Quy hoạch thoát nước [5] do JICA lập

Hướng tiêu, công trình đầu mối của các lưu vực con nằm giữa sông Nhuệ và Vành Đai 4 phù hợp với QH937 [7]

2 Công trình đầu mối

Tại đô thị trung tâm, chuyển đổi chức năng một số trạm bơm thuỷ lợi thành các trạm bơm thoát nước đô thị Cụ thể là nâng cấp các TB Đào Nguyên, Ba Xã; xây mới các trạm bơm Yên Nghĩa, Đông Mỹ, Liên Mạc, Yên Thái Các công trình đầu mối sẽ được lựa chọn quy mô và CS cho phù hợp với từng giai đoạn quy hoạch

3 Lựa chọn hệ thống cống

Tại các khu vực của đô thị đang sử dụng cống chung, không có điều kiện xây dựng

hệ thống cống nước thải riêng sẽ xây dựng giếng tách, cống bao nước bẩn tại cuối các tuyến cống chính trước các miệng xả, đưa về trạm xử lý tập trung Các khu vực xây mới trong đô thị cũ, các đô thị vệ tinh dự kiến sẽ xây dựng hệ thống tiêu thoát nước riêng hoàn toàn Các thị tứ, thị trấn, làng xóm, xây dựng hệ thống tiêu thoát nước hoàn chỉnh Lựa chọn hệ thống thoát nước riêng hoặc nửa riêng tuỳ thuộc vào tính chất, quy mô

6 Hệ thống hồ điều hoà

Khu vực Hà Nội cũ tuân thủ theo tính toán của Quy hoạch 108, đề nghị bố trí tỷ lệ

hồ khoảng 5÷7% tổng diện tích lưu vực Khu vực mở rộng (phía Tây sông Nhuệ đến sông Đáy) sẽ xây dựng các hồ điều hòa Liên Mạc, Yên Thái, Yên Nghĩa Tại những lưu vực diện tích không đáp ứng được chỉ tiêu này thì được tính toán đủ dung tích chứa

để giảm thiểu ngập úng cho đô thị khi mưa lớn Tận dụng chức năng tổng hợp của hồ điều hoà, vừa điều hoà nước vừa có chức năng tạo cảnh quan đô thị

7 Giải pháp tổ chức thoát nước mưa

+ Đặc biệt, đối với sông Nhuệ, khẩn trương cải tạo và nâng cấp để đáp ứng yêu cầu tiêu an toàn khi phải làm việc với mực nước cao

+ Tạo ra những hệ thống tiêu liên hoàn, đặc biệt là trong đô thị trung tâm

+ Có quỹ đất dự phòng dành cho hệ thống công trình tiêu

+ Xoá bỏ tình trạng ngập úng thường xuyên trong mùa mưa ở các đô thị

- Giải pháp tiêu nước cho các lưu vực: Tô Lịch, Tả Nhuệ, Hữu Nhuệ và các lưu vực tiêu nước ra sông Đáy bao gồm các trạm bơm và các hồ điều hòa được thống kế ở Bảng 1.14 , Bảng 1.15 , Bảng 1.16 và Bảng PL1.3

1.3.4 Nghiên cứu trong QH4673

Theo Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến năm

2030 [8], đối với vùng Tả Đáy quy hoạch tiêu thoát nước được tóm tắt như sau:

- Đẩy nhanh tiến độ thực hiện các dự án, công trình tiêu nước trong lưu vực hệ thống thủy lợi sông Nhuệ theo QH937

- Nâng cấp TB Đào Nguyên 25 m3/s để cùng TB Yên Thái tiêu cho trên 3.770 ha diện tích trong lưu thuộc huyện Hoài Đức

- Xây mới TB Cao Viên CS 24 m3/s tiêu ra sông Đáy để cùng với các trạm bơm: Khê Tang 1, Khê Tang 2 tiêu nước cho 4.608 ha khu đô thị phía nam đường 6 của quận

Hà Đông và các xã: Bích Hòa, Bình Minh, Cao Viên của huyện Thanh Oai

- Nâng cấp, cải tạo, nạo vét các kênh, trục tiêu trong vùng

Nói chung, các công trình tiêu nước ở quy hoạch này vẫn được giữ như trong QH937 nhưng có cập nhật QH1259 (liệt kê ở Bảng 1.14 , Bảng 1.15 , Bảng 1.16 )

1.3.5 Nghiên cứu trong QH725

Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 [9] là

sự phát triển và làm chi tiết hơn QH1259 Nội dung cụ thể liên quan đến đô thị trung tâm phía nam của Hà Nội như sau:

a Tiêu thoát lũ và phân vùng tiêu thoát nước

Tiêu thoát lũ qua Hà Nội phải tuân thủ theo Quy hoạch phòng chống lũ hệ thống sông Hồng - Thái Bình và Quy hoạch phòng chống lũ chi tiết của TP Hà Nội Phối hợp với quy hoạch thủy lợi để bảo đảm tiêu thoát nước đô thị ra các sông

TP Hà Nội bao gồm 3 vùng tiêu chính là: 1) Tả Đáy, 2) Hữu Đáy và 3) Bắc Hà Nội, trong đó vùng Tả Đáy được thoát nước bằng bơm cưỡng bức bao gồm các lưu vực thoát nước đô thị là các lưu vực: Yên Sở, Đông Mỹ, Tả Nhuệ, Hữu Nhuệ

b Quy hoạch thoát nước mưa

Phát huy tối đa thoát nước mặt bằng tự chảy, tăng diện tích thấm nước mưa, bố trí hệ thống công trình trữ và chứa nước hợp lý để điều hòa nước mưa, kết hợp với giải pháp bơm nước cưỡng bức hợp lý; hạn chế chuyển đổi mặt nước hiện có sang mục đích khác Đối với khu vực đô thị:

- Cải tạo, xây dựng mới hệ thống mạng lưới cống, kênh, sông và các trạm bơm thoát nước, các công trình thấm, trữ và chứa nước mưa

- Cải tạo, bảo tồn và giảm thiểu ô nhiễm môi trường các hồ hiện có, phát huy chức năng tổng hợp của các hồ điều hòa, hồ cảnh quan

- Khu vực đô thị cũ: Cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước hiện có, xây dựng

bổ sung hoàn thiện hệ thống tiêu thoát nước chung để thoát nước mưa, kết hợp giải pháp xây dựng mới các công trình thu gom và truyền dẫn nước thải về nhà máy xử lý

- Khu vực đô thị mới: Xây dựng hệ thống thoát nước riêng đồng bộ với phát triển

hạ tầng đô thị bao gồm mạng lưới thoát nước mưa, kênh mương, hồ điều hòa, trạm bơm

và các công trình thoát nước tại chỗ (thấm, trữ nước mưa ) Nước mưa được thoát ra sông, kênh, hồ; tiến tới xử lý ô nhiễm do nước mưa trong tương lai

- Mạng lưới thoát nước mưa gồm kênh mương, hồ, cống thoát nước chính đã được quy hoạch về hướng tuyến, quy mô theo từng lưu vực, tiểu lưu vực thoát nước sẽ được tính toán

cụ thể trong giai đoạn lập các dự án ĐTXD bảo đảm phù hợp với điều kiện thực tế

- Dự kiến xây dựng công trình chính tiêu thoát nước mưa cho đô thị Hà Nội được liệt kê ở Bảng 1.14 , Bảng 1.15 , Bảng 1.16 , Bảng PL1.4 và Bảng PL1.5

1.3.6 Các nghiên cứu khác

1 Nhóm kết quả nghiên cứu trong luận văn cao học và luận án tiến sĩ

1) Luận án tiến sĩ của Nguyễn Song Dũng (2004) “Nghiên cứu đề xuất một số giải

pháp quản lý điều hành hệ thống thoát nước sông Tô Lịch - TP Hà Nội” [10] đã phân

tích hiện trạng thoát nước lưu vực sông Tô Lịch, từ đó đề xuất một số giải pháp quản lý điều hành hệ thống tiêu thoát nước Nghiên cứu này sử dụng phần mềm SWMM để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước Hà Nội, tuy nhiên chỉ thực hiện cho lưu vực sông Tô Lịch, và chưa mô phỏng máy bơm

2) Luận án tiến sĩ của Lưu Văn Quân (2015) “Nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống hồ

điều hoà nhằm giảm tổng mức đầu tư hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp đất nông nghiệp

- đô thị” [11] có thể coi là nghiên cứu gần đây nhất về hồ điều hòa của hệ thống tiêu

thoát nước đô Hà Nội Đã thiết lập bài toán tối ưu để xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà nhằm giảm chi phí đầu tư hệ thống tiêu cho LV Tây Hà Nội (18.600 ha) và đã đề xuất tỷ lệ diện tích hồ điều hoà tối ưu là f=2,0%÷3,82% tuỳ thuộc hình thức bố trí hồ là tập trung tại đầu mối trạm bơm hay phân tán trên kênh cấp dưới Nếu bố trí hồ tập trung tại đầu mối trạm bơm thì f=2,91% ứng với CS trạm bơm đầu mối Q=622,85 m3/s Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa đưa vào mô phỏng mạng cống thoát nước đường phố theo quy hoạch mới (QH725); chưa mô phỏng máy bơm; vị trí các hồ điều hòa được giả định mà chưa cập nhật theo quy hoạch; kết quả đưa ra quy mô

hồ điều hòa và trạm bơm như vậy là quá lớn, cần nghiên cứu đánh giá thêm Nghiên cứu này sử dụng phần mềm SWMM để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước

3) Luận văn thạc sĩ của Đặng Tiến Dũng (1999) “Nghiên cứu mô hình tiêu nước

mặt cho khu vực Nam Hà Nội (Luận văn thạc sĩ kỹ thuật) [12] Trong luận văn đã sử

dụng phương pháp “Transfert” cho khu vực nội thành và phương pháp “hồ chứa mặt ruộng” cho khu vực ngoại thành để xác định quá trình lưu lượng tiêu; đồng thời phân tích sự điều tiết của hệ thống hồ tìm ra quan hệ giữa quy mô TB Yên Sở với diện tích

và dung tích hồ điều hoà

4) Một số luận văn thạc sĩ với nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung giải quyết các bài toán về tiêu nước cho nông nghiệp, về ảnh hưởng của kết cấu hệ thống thủy lợi vùng

đa canh tác đối với chế độ tiêu nước mặt cũng như ảnh hưởng của việc chuyển đổi cơ cấu sử dụng đất đến hệ số tiêu nước mặt cho một số hệ thống thủy nông lớn và điển hình

ở vùng đồng bằng Bắc Bộ Những năm gần đây đã có một số đề tài luận văn nghiên cứu

về tiêu nước cho đô thị và đã đạt được kết quả nhất định Các luận văn này chủ yếu nghiên cứu cho các lưu vực nhỏ và cục bộ của hệ thống tiêu, nên chưa đề ra cơ sở khoa học cho một giải pháp tiêu tổng thể

2 Nhóm các bài báo

1) Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2009) “Mô phỏng hệ thống thoát nước TP

Hà Nội và xác định giải pháp tiêu nước tổng thể” [13] xác định các thông số cơ bản của

các công trình chủ yếu trong hệ thống gồm: 1) Các trạm bơm (cột nước, mực nước bể hút ); 2) Quy mô, kích thước các trục tiêu chính cần cải tạo và làm mới (sông Nhuệ, kênh La Khê, kênh Đông La ); 3) Vị trí, quy mô kích thước của các hồ điều hòa (diện tích, cao trình đáy, độ sâu ) Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ giới hạn vào LV Tây Hà Nội và chưa đưa vào hệ thống cống thoát nước đường phố Mặt khác, chỉ phân tích xác định diện tích hồ điều hòa tối ưu, còn lượng các trạm bơm đầu mối được giữ như QH937 Nghiên cứu này sử dụng phương pháp SWMM để tính toán

2) Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2010) “Xác định quan hệ giữa lưu lượng

thiết kế trạm bơm Yên Sở và mức đảm bảo tiêu úng của hệ thống thoát nước nội thành

Hà Nội” [14] đánh giá khả năng tiêu của TB Yên Sở theo các mức CS Tiến hành phân

tích mức đảm bảo tiêu của TB Yên Sở theo các phương án CS khác nhau Nghiên cứu này sử dụng phương pháp SWMM để tính toán

3) Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2004) “Xác định quy mô hợp lý của hồ

điều hoà trước trạm bơm [15] tính toán điều tiết phối hợp giữa trạm bơm đầu mối và hồ

với các quy mô giả định khác nhau từ đó có thể thiết lập ra quan hệ giữa dung tích hồ theo lưu lượng thiết kế của trạm bơm đầu mối (tính thử cho cụm đầu mối Yên Sở) Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Transfert để tính toán tiêu nước

3 Nhóm các đề tài nghiên cứu khoa học

1) Lê Quang Vinh (2007) Rà soát bổ sung quy hoạch tiêu nước cho hệ thống thủy

lợi Sông Nhuệ (đề tài cấp Bộ) Đã tổng hợp và đánh giá quá trình và nguyên nhân thay

đổi hệ số tiêu, lưu lượng tiêu của từng khu vực trong đó có xét ảnh hưởng của quá trình