tiểu luận môn học thoát nước đô thị

Sơ đồ hệ thống thoát nước chung Là hệ thống thu cả ba loại nước thải nước mưa, sinh hoạt và sản xuất vào một mạng lưới đường ống chung dẫn ra ngoài phạm vi thành phố đến công trình làm s

Trong phạm vi tiểu luận môn học “Thoát nước đô thị”, tác giả xin đề cập tới các nội dung sau:

1 : Các loại hệ thống thoát nước? Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng?

2: Tính toán mạng lưới thoát nước mưa có hồ điều hòa Ví dụ cho tuyến có trên 3 hồ điều hòa.

3 : Công thức cường độ mưa.

+ Các loại công thức cường độ mưa Phạm vi ứng dụng.

+ Tìm các thông số trong công thức cường độ mưa phù hợp với biểu đồ mưa đã cho ( Khu vực Hà Nội).

Bài làm:

Câu 1 : Các loại hệ thống thoát nước? Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng?

1.1 Các loại hệ thống thoát nước:

Định nghĩa: Hệ thống thoát nước là tổ hợp gồm những dụng cụ, đường ống và các công trình

thực hiện ba chức năng: Thu gom, vận chuyển và xử lý nước thải trước khi xả ra sông, suối, hồ và biển

Các loại nước thải: Nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất, nước mưa.

Xét trên phương diện vận chuyển và làm sạch cho cả ba loại nước thải, ta có các hệ thống thoát nước sau:

1.1.1 Hệ thống thoát nước chung:

Hình 1 Sơ đồ hệ thống thoát nước chung

Là hệ thống thu cả ba loại nước thải (nước mưa, sinh hoạt và sản xuất) vào một mạng lưới đường ống chung dẫn ra ngoài phạm vi thành phố đến công trình làm sạch hoặc xả ra nguồn tiếp nhận Nhiều trường hợp người ta xây dựng các giếng tràn tách nước mưa tại những điểm cuối của đoạn cống góp nhánh và đầu các cống góp chính để xả ra phần lớn lượng nước mưa của những trận

GHI CHÚ

1 Mạng lưới thoát nước đường phố

2 Giếng thu nước mưa

3 Cống bao3’ Cống góp nhánh

4 Giếng tách nước mưa

5 Cửa xả nước mưa

6 Mạng lưới thoát nước của xí nghiệp

7 Cống xả

8 Trạm xử lý nước thải

mưa to kéo dài, đổ ra nguồn nước gần đó nhằm giảm bớt kích thước cống và giảm bớt lưu lượng

nước thải tới trạm bơm, lên công trình xử lý và toàn bộ nước thải khi không mưa và cả nước mưa

đầu trận mưa để xử lý (hình 1)

1.1.2 Hệ thống thoát nước riêng:

Là hệ thống có hai mạng lưới đường ống riêng biệt

Một mạng lưới đường ống vận chuyển nước thải có nồng độ chất bẩn lớn là nước thải sinh hoạt

và nước thải sản xuất tới công trình làm sạch Đây là mạng lưới thoát nước sinh hoạt và sản xuất

Mạng lưới đường ống khác có thể là rãnh, mương hay cống vận chuyển nước mưa có nồng độ

chất bẩn ít hơn đổ ngay vào sông, hồ hay suối không qua công trình làm sạch Mạng lưới này gọi

là mạng lưới thoát nước mưa

Nước thải sản xuất thải nước vào hệ thống nước thải sinh hoạt phải thỏa mãn các điều kiện:

- Nước thải sản xuất không có hóa chất gây ăn mòn vật liệu đường ống, giếng thăm và các

công trình xử lý, lấy pH làm chỉ tiêu để xét

- Không có các hóa chất mà phản ứng giữa chúng tạo thành cặn lắng

- Không có nhiều cặn vô cơ như sắt, sỏi, xỉ đất, cao lanh, xi măng…

- Không có chất độc hại và chất phóng xạ

Chi tiết các thành phần ô nhiễm được quy định tại cột C trong TCVN 5945:2005 Nước thải

công nghiệp – Tiêu chuẩn thải Trong trường hợp không thỏa mãn các điều kiện trên thì

trước khi xả ra hệ thống thoát nước thành phố thì phải tổ chức xử lý cục bộ ngay trong phạm

vi xí nghiệp, nhà máy

Khi nhà máy, xí nghiệp áp dụng hệ thống cấp nước tuần hoàn thì nước thải sản xuất vận

chuyển bằng hệ thống mạng lưới riêng, và nước được xử lý sơ bộ trước khi cấp lại cho quy

trình sản xuất

Hình 2 Sơ đồ hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn.

GHI CHÚ

1 Mạng lưới thoát nước mưa

2 Mạng lưới thoát nước sinh hoạt

3 Cống thu nước thải chính

4 Trạm bơm chính

5 Ống áp lực

6 Xí nghiệp công nghiệp

7 Cống xả nước đã xử lý

Hệ thống thoát nước riêng lại được chia thành các dạng sau:

- Hệ thống thoát nước riêng hoàn chỉnh: Áp dụng cho các thành phố có diện tích lớn Ở đây nước mưa được thu từ các rãnh sau đó tập trung vào các ống kín có kích thước lớn chảy thẳng tới sông,

hồ hoặc suối nơi gần nhất, không qua công trình làm sạch Một mạng lưới đường ống còn lại dùng để vận chuyển nước thải có nồng độ chất bẩn lớn là nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất tới công trình làm sạch

- Hệ thống thoát nước riêng không hoàn chỉnh: Áp dụng cho các thành phố, thị xã, thị trấn, khu

công nghiệp có diện tích nhỏ và độ dốc mặt đất san nền thuận lợi Ở đây nước mưa được chảy

trong rãnh xây, mương đào thẳng tới sông, hồ hoặc suối Nước thải sinh hoạt và nước thải sản

xuất chảy trong ống kín tới công trình làm sạch

I.3 Hệ thống thoát nước nửa riêng (riêng không hoàn toàn hay riêng phần hay riêng một

nửa):

Là hệ thống trong đó ở những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới độc lập, người ta xây dựng giếng tràn – tách nước mưa Tại những giếng này, khi lưu lượng nước mưa ít (cơn mưa nhỏ hay ở giai đoạn đầu của trận mưa của những trận mưa lớn kéo dài) chất lượng nước mưa bẩn, nước mưa

sẽ chảy vào mạng lưới thoát nước sinh hoạt, theo cống góp chung dẫn lên trạm xử lý; khi lưu lượng nước mưa lớn (các trận mưa kéo dài, ví dụ, sau 20 phút đầu của những trận mưa lớn), chất lượng tương đối sạch, nước mưa sẽ tràn qua giếng tách theo cống xả ra nguồn tiếp nhận (hình 3) Lúc này hệ thống thoát nước sinh hoạt và sản xuất phải đặt sâu hơn đường ống thoát nước mưa

Hình 3 Sơ đồ hệ thống thoát nước nửa riêng

1.1.3 Hệ thống thoát nước kết hợp:

Là hệ thống kết hợp cả 3 loại: Hệ thống chung, hệ thống riêng, hệ thống nửa riêng Hệ thống này

áp dụng cho cải tạo hệ thống thoát nước thành phố hay một khu dân cư làm mới trong thành phố

đó Tổng hợp thành một hệ thống hỗn hợp

Xuất hiện trong trường hợp mở rộng thành phố đã có hệ thống thoát nước chung hoặc ở những thành phố lớn mà mỗi khu vực của nó có đặc điểm riêng về địa hình, mật độ xây dựng, mức độ trang bị trang bị tiện nghi cấp thoát nước trong nhà ở mỗi khu vực ấy ứng dụng một loại hệ thống thoát nước Như vậy hệ thống thoát nước kết hợp bao gồm hệ thống thoát nước chung có cống bao và hệ thống thoát nước riêng Khu phố cũ của thành phố có hệ thống thoát nước chung được cải tạo thành hệ thống riêng hay hệ thống chung có cống bao, hay hệ thống thoát nước nửa riêng

GHI CHÚ

1 Mạng lưới thoát nước mưa

2 Mạng lưới thoát nước SH

3 Cống thu nước thải chính

SH M

Hình 4 Sơ đồ hệ thống thoát nước hỗn hợp

Ngoài các hệ thống thoát nươc kể trên, còn có:

- Hệ thống thoát nước chân không: Áp dụng cho các khu phố hẹp, không cần độ dốc

- Hệ thống cống nông: Sử dụng cho nước xả ra từ bể tự hoại

1.2 Ưu nhược điểm của các hệ thống thoát nước:

1.2.1 Ưu điểm của các hệ thống thoát nước:

1.2.1.1 Hệ thống thoát nước chung:

- Trong đô thị chỉ có một hệ thống thoát nước, tổng chiều dài mạng lưới thoát nước được rút ngắn, giảm được 30 – 40% so với hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn

- Đảm bảo tốt nhất về phương diện vệ sinh, vì nước mưa trước khi đổ ra sông hồ cũng đã được làm sạch ở mức độ cần thiết

1.2.1.2 Hệ thống thoát nước riêng:

- Chỉ phải bơm và làm sạch lượng nước thải sinh hoạt và sản xuất – công trình xử lý nhỏ

- Mạng lưới thoát nước thành phố thường xuyên sử dụng hết khả năng vận chuyển và tự làm sạch cao Lưu lượng và tốc độ nước trong ống tương đối đều giữa các mùa trong năm

1.2.1.3 Hệ thống thoát nước nửa riêng:

Nước thải được làm sạch hoàn toàn trước khi xả ra nguồn tiếp nhận: nước thải sinh hoạt, sản xuất

và nước mưa đợt đầu bị ô nhiễm

1 Hệ thống thoát nước chung

2 Hệ thống thoát nước riêng 1 nửa

3 Hệ thống thoát nước riêng

Khi cải tạo sẽ có 3 trường hợp:

1: = 1 + 32: = 2 + 33: = 1 + 2 + 3

1.2.2.1 Hệ thống thoát nước chung:

- Ống thoát nước phải lớn để đủ sức vận chuyển cả lượng nước mưa, không được phép để tràn ống gây ngập lụt trong thành phố, dù chỉ là tức thời

- Công suất các trạm bơm, trạm làm sạch phải lớn và như vậy là trong thời gian không có mưa khả năng thoát nước của hệ thống thoát nước chung không sử dụng hết, gây ra lắng đọng, dẫn đến quản lý vận hành: nạo vét… tốn kém và gây ra mùi hôi (Các miền có mưa to, mưa theo mùa không nên ứng dụng hệ thống thoát nước chung)

- Hệ thống thoát nước chung đòi hỏi phải bỏ chi phí xây dựng ra cùng một lúc

1.2.2.2 Hệ thống thoát nước riêng:

- Xét về phương diện (lý thuyết) vệ sinh kém hơn so với những hệ thống khác Vì phần chất bẩn trong nước mưa không được xử lý mà xả trực tiếp vào nguồn tiếp nhận, nhất là giai đoạn đầu của mùa mưa hoặc thời gian đầu của các trận mưa lớn, khi công suất của nguồn tăng lên không đáng kể, điều kiện pha loãng kém, dễ làm cho nguồn bị quá tải bởi chất bẩn

- Tổng chiều dài đường ống thoát nước lớn (tăng 30 – 40% so với hệ thống cống chung)

1.2.2.3 Hệ thống thoát nước nửa riêng:

- Vốn đầu tư xây dựng ban đầu cao, vì phải xây dựng song song 2 hệ thống mạng lưới đồng thời

- Đường ống góp chung của mạng thoát nước sinh hoạt và sản xuất phải đặt sâu hơn hệ thống thoát nước mưa, vì vậy quản lý vận hành gặp khó khăn

1.2.2.4 Hệ thống thoát nước tổng hợp:

Tồn tại nhiều loại hệ thống thoát nước đồng thời, do vậy việc quản lý và vận hành cũng phúc tạp hơn

1.3 Phạm vi áp dụng các hệ thống thoát nước:

1.3.1 Hệ thống thoát nước chung:

- Phù hợp với giai đoạn đầu xây dựng của hệ thống riêng, trong nhà có xây dựng bể tự hoại

- Phù hợp với những đô thị hoặc khu vực đô thị xây dựng nhà cao tầng, mật độ dân cư lớn: + Bên cạnh có nguồn tiếp nhận lớn cho phép xả nước thải vào với mức độ yêu cầu xử lý thấp

+ Điều kiện địa hình có độ dốc thuận lợi cho thoát nước

+ Nơi có cường độ mưa nhỏ hoặc mưa điều hòa các mùa trong năm

1.3.2 Hệ thống thoát nước riêng:

Hệ thống riêng hoàn chỉnh:

- Phù hợp cho những đô thị có diện tích lớn

- Phù hợp những nơi có cường độ mưa lớn, mưa theo mùa.

Hệ thống riêng không hoàn chỉnh:

- Hệ thống riêng không hoàn toàn thì phù hợp với những vùng ngoại ô hoặc giai đoạn đầu xây dựng hệ thống thoát nước của các đô thị

- Phù hợp với những thị xã, thị trấn, khu đô thị độc lập, khu công nghiệp có diện tích nhỏ và mặt đất san nền thuận lợi

1.3.3 Hệ thống thoát nước nửa riêng:

Hệ thống nửa riêng phù hợp với:

- Những nơi có nguồn tiếp nhận yêu cầu chất lượng cần được bảo vệ ở mức độ cao: Nguồn nước loại A, bãi tắm, thể thao dưới nước…

- Phù hợp với đô thị có diện tích tương đối lớn

1.3.4 Hệ thống thoát nước tổng hợp:

- Phù hợp với đô thị lớn

- Đô thị có nhiều giai đoạn phát triển khác nhau

- Đô thị phát triển có diện tích mở rộng ở nhiều thời điểm, thời gian và điều kiện kinh tế ở các thời điểm đó cũng khác nhau

1.3.5 Hệ thống thoát nước chân không, Hệ thống cống nông:

- Phù hợp với các đô thị nhỏ, áp dụng cho thoát nước sinh hoạt có bể tự hoại và sản xuất đã

- Hệ thống thoát nước chân không và hệ thống cống nông cũng phù hợp cho các tiểu khu,

đô thị phân tán để dẫn nước ra cống thoát nước chính của thành phố lớn

Như vậy, mỗi một loại hệ thống thoát nước đều có những ưu khuyết điểm và phạm vi áp dụng hiệu quả Tùy theo điều kiện cụ thể, tính chất phục vụ lâu dài, ổn định của các công trình, thiết bị trên hệ thống và điều kiện kinh tế Trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật và vệ sinh mà lựa chọn

hệ thống này hay hệ thống kia cho thích hợp

Câu 2: Tính toán mạng lưới thoát nước mưa có hồ điều hòa Ví dụ cho tuyến có trên 3 hồ điều hòa.

2.1 Tính toán hệ thống thoát nước mưa có hồ điều hòa:

Trong quy hoạch hệ thống thoát nước mưa, ta phải chú ý tới các ao hồ để điều hòa lượng nước mưa lớn nhằm giảm kích thước, độ sâu chôn cống và công suất của trạm bơm thoát nước mưa

Ngoài ra hồ điều hòa có nhiệm vụ điều tiết, tăng và giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa một cách tự nhiên nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí xây dựng, mặt khác có thể điều chỉnh lưu lượng để phục vụ cho các mục đích tưới tiêu sản xuất công nghiệp.

Hồ điều hòa nước mưa cũng có tác dụng nguồn bổ cập tốt nhất cho các tầng chứa nước ngầm Hiện nay nhiều đô thị mới áp dụng xây dựng các hồ dọc các lộ giao thông lớn, kèm theo các bờ

kè bằng đá hộc và mặt phủ bờ hồ, vỉa hè là cỏ để bổ cập bổ sung nguồn nước ngầm, đồng thời giải quyết vấn đề ngập nước cục bộ do diện tích còn lại của đô thị đã bị bê tông hóa

Một số nghiên cứu thực tế cũng chỉ ra rằng sử dụng giếng khoan với tầng lọc phù hợp và lấy nước từ các hồ chứa nước mưa để bổ cập cho tầng nước ngầm là cách làm hiệu quả hiện nay tại các đô thị

Khi tính toán dung tích hồ điều hòa và kích thước các công trình, cần căn cứ vào các số liệu về diện tích, tính chất thoát nước của lưu vực, tài liệu khí hậu, thủy văn, địa chất công trình

Tiêu chuẩn phòng lũ được biểu thị bằng tần suất hay chu kì xuất hiện lưu lượng dòng chảy lớn nhất trong khoảng thời gian nhất định Phương trình cơ bản để tính toán điều tiết nước mưa như sau:

Q.d t – q d t = F d t= dW (*)

Trong đó: Q: lưu lượng dòng chảy đến hồ ,m³/s

q: lưu lượng dòng chảy đi khỏi hồ ,m³/s

Trong đó: Q,q : lưu lượng trung bình đến và đi ra khỏi hồ trong thời gian mưa ,m³/s

W: dung tích nước trong hồ lúc trước và sau mưa , m³

dt :thời gian mưa , s

Phương trình (*) là phương trình vi phân tương đối phức tạp Người ta thường dùng phương trình (**) để giải bằng cách lập bảng, biểu đồ hay giản đồ

Đối với những trạm bơm có công suất lớn thì dung tích hồ phải được tính toán căn cứ vào biểu

đồ lưu lượng nước mưa và chế độ làm việc của trạm bơm Đối với những trạm bơm nhỏ hoặc với cống dẫn thì dung tích hồ có thể xác định theo công thức của Makop:

W= K.Q t.t t (***)

Trong đó : Q : lưu lượng vào hồ , m³/s

t t : thời gian tính toán kể từ điểm xa nhất tới hồ , s

K : hệ số biến đổi phụ thuộc vào thời gian chảy từ hồ , có thể xác định

K= (1-δ)1.5 , Q o/Q

Q o : lưu lượng nước mưa không chảy vào hồ

Q:lưu lượng nước mưa tính toán

(Các hệ số K và δ lấy theo bảng 7 – “TCVN 7957:2008 Thoát nước – Mạng lưới và Công trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế”)

Thời gian dòng chảy từ hồ xác định theo công thức:

0.00016 0,5

max

W T

=

µTrong đó : W : thế tích của hồ m3

Trong đó : q1 : lưu lượng nước mưa của lưu vực bản thân

q0 : lưu lượng nước không xả vào hồ của lưu vực phía trước hồ

qtb : lưu lượng tháo cạn trung bình từ hồ

2.2 Tính toán hệ thống thoát nước mưa có trên 3 hồ điều hòa:

Lưu lượng chảy đến đoạn 0 - 1

Q 0-1 = ψq1F (m3/s)

HỒ SỐ 1

HỒ SỐ 2

HỒ SỐ 3

Trong đó : ψ : hệ số dòng chảy

F : diện tích lưu vực , ha

q1 : cường độ mưa ,q1 = A/tn

t ( l/s.ha)Thể tích dòng chảy đối với 1 đơn vị diện tích lưu vực ứng với thời gian tính toán:

W0 = (60.q1.t1 )/1000 = 0,06 q1.t1 ( m3/ha)

t1 : thời gian mưa tính toán (s)

Do có hồ chứa nên lưu lượng dòng chảy trong cống sẽ giảm đi do diện tích triết giảm của hồ:

F0 = W/W0 (ha)Trong đó : F0 : diện tích triết giảm của hồ ,ha

W0: thể tích dòng chảy ứng với đơn vị diện tích lưu vực trong thời gian mưa tích toán W: thể tích của hồ

+ Lưu lượng chảy đi từ hồ số 1

q2-3 = μq2(F1 + F2 – F0) (l/s)

Trong đó : μ : hệ số dòng chảy

q2: cường độ mưa

F1,F2: diện tích lưu vực số 1 và số 2

F0: diện tích triết giảm của hồ

+ Lưu vực chảy đi từ hồ số 2

q4-5= μq3(F1+F2+F3-F0’) (l/s)Trong đó : F0 = (W1+ W2)/W0

+ Lưu lượng chảy đi từ hồ số 3

q6-7 = μq3(F1+F2+F3+F4-F0’’) (l/s)Trong đó : F0’’= (W1+W2+W3)/W0

Nếu trường hợp có nhiều hồ trên cống thoát nước thì công thức tổng quát tính lưu lượng chảy đi

từ hồ sẽ là:

qi-1= μq1(∑F1+- F0’) (l/s)Trong đó : F0’’ = ∑W1/W0 = ∑W1/0,06qt

Câu 3: Công thức cường độ mưa.

+ Các loại công thức cường độ mưa Phạm vi ứng dụng.

+ Tìm các thông số trong công thức cường độ mưa phù hợp với biểu đồ mưa đã cho ( Khu vực Hà Nội).

3.1 Công thức tính cường độ mưa:

Cường độ mưa đặc trưng cho lượng nước mưa rơi xuống trong đơn vị thời gian trên một đơn vị diên tích, được đo bằng các máy móc, thiết bị khí tượng

Người ta phân biệt cường độ mưa theo: Cường độ mưa theo lớp nước i = h/t (mm/phút) và cường

độ mưa theo thể tích: (q,l/s.ha)

Cường độ mưa tính theo lớp nước là tỷ số giữa chiều cao lớp nước mưa rới xuống với thời gian mưa :

i = h/t (mm/ph) (1)

Cường độ mưa tính theo thể tích là lượng nước mưa rơi xuống tính bằng l/s.ha:

Q = 166,7.i (l/s.ha) (2)

Trong đó : h - chiều cao lớp nước mưa, mm;

t - thời gian mưa, phút;

166,7 – Mô đun chuyển đổi cường độ mưa tính theo lớp nước sang cường độ mưa

Biểu đồ biểu diễn các công thức cường độ mưa

A = Ao+ BlgP = Ao(1 + ClgP)

i – Cường độ mưa tính theo lớp nước (mm/phút)

t – Thời gian mưa (phút)

m – Là số lần phát sinh

n – Là tổng số trận mưa

P – là chu kỳ mưa

A, b, n, m, c: Các hằng số khí hậu phụ thuộc vào khí hậu từng địa phương

Trong các công thức trên:

Châu Âu sử dụng công thức 3 để tính (Biểu đồ mưa theo hình Pharabol)

Việt Nam sử dụng công thức 1 và 2 (Biểu đồ mưa theo hình Pharabol và đường thẳng)

Mỹ, Anh, Nhật hay sử dụng công thức 2 (Biểu đồ mưa theo đường thẳng)

Công thức (1):

Tính toán theo công thức này, ở đây b phải biết trước, bằng cách tra tọa độ log.

k: Số điểm tính toán: Với các điểm có tung độ: 10, 15, 30, 45, 90, 120… trong đồ thị logarit.

i: Cường độ mưa (mm/phút) t: Thời gian mưa (phút)