Nghiên cứu mô hình tổng hợp quản lý lưu lượng và chất lượng nước mưa cho khu vực đang diễn ra quá trình đô thị hóa áp dụng cho khu vực bắc maclean, thành phố logan, bang queensland, australia

Hình 2.1 Phân chia di n tích tính toán trong ph ng pháp Laurenson ..... ngu n: http://www.ewater.com.au/products/music/music-overview/... ngu n: http://xpsolutions.com... Hình 2.1 Phân c

L I C M N

Lu n v n th c s k thu t “Nghiên c u mô hình t ng h p qu n lý l u l ng và ch t

l ng n c m a cho khu v c đang di n ra quá trình đô th hóa: Áp d ng cho khu

v c B c MacLean, thành ph Logan, bang Queensland, Australia” đã đ c hoàn thành v i s giúp đ t n tình c a các th y cô giáo trong Khoa K Thu t Tài Nguyên

N c, đ c bi t là th y giáo h ng d n Nhân đây tác gi g i l i bi t n sâu s c đ n

TS ng Minh H i đã tr c ti p h ng d n, các th y cô trong Khoa đã giúp đ nhi t tình, cung c p nh ng tài li u quý cho tác gi hoàn thành Lu n v n th c s này

Tác gi xin c m n lãnh đ o và các đ ng nghi p t i Công ty TNHH K thu t tài nguyên n c AQUATIC Vi t Nam, Công ty T v n K thu t Burchills Engineering Solution, Australia đã t n tình giúp đ , h ng d n và t o đi u ki n t t nh t cho tác

gi trong quá trình h c t p và làm lu n v n

Nhân đây con xin bày t lòng bi t n đ n gia đình đã h t lòng ch m lo v v t ch t

và tinh th n t t nh t đ yên tâm h c t p

Tôi c ng g i c m n t i t t c nh ng ng i b n trong t p th l p CH19Q1 đã giúp tôi nhi u trong quá trình h c t p và rèn luy n Tr ng H Thu l i

Hà N i, tháng n m 2015

Tác gi lu n v n

Ph m Th Tuy t

C L P – T DO – H NH PHÚC

B N CAM K T

Kính g i: - Ban Giám hi u tr ng i h c Thu l i

- Phòng ào t o H và Sau H tr ng i h c Thu l i

Tên tôi là: Ph m Th Tuy t

H c viên cao h c l p: 19Q11

Chuyên ngành: K thu t tài nguyên n c

Mã h c viên: 118606230028

Theo Quy t đ nh s 139/Q - HTL c a Hi u tr ng tr ng i h c Thu L i v

vi c giao đ tài lu n v n và ng i h ng d n cho h c viên cao h c đ t 1 n m 2015 Ngày 02 tháng 02 n m 2015 tôi đã đ c nh n đ tài: “Nghiên c u mô hình t ng h p

qu n lý l u l ng và ch t l ng n c m a cho khu v c đang di n ra quá trình đô

th hóa: Áp d ng cho khu v c B c MacLean, thành ph Logan, bang Queensland, Australia” d i s h ng d n c a Ti n s ng Minh H i

Tôi xin cam đoan lu n v n là k t qu nghiên c u c a riêng tôi, không sao chép c a

ai N i dung lu n v n có tham kh o và s d ng các tài li u, thông tin đ c đ ng t i trên các tài li u và các trang web theo danh m c tài li u tham kh o c a lu n v n

Hà N i, tháng n m 2015

Tác gi lu n v n

Ph m Th Tuy t

PH N M U 1

CH NG 1 T NG QUAN 5

1.1 T ng quan v v n đ nghiên c u 5

1.2 T ng quan v các nghiên c u đã th c hi n 6

1.2.1 Các nghiên c u n c ngoài 6

1.2.2 Các nghiên c u Vi t Nam 12

CH NG 2 C S LÝ THUY T VÀ C S D LI U 16

2.1 Mô hình qu n lý n c m a XP – SWMM 16

2.1.1 C s lý thuy t mô hình XP-SWMM 16

2.1.2 C s d li u mô hình XP-SWMM 20

2.2 Mô hình qu n lý ch t l ng n c đô th -MUSIC 25

2.2.1 C s lý thuy t mô hình MUSIC 26

2.2.2 C s d li u mô hình MUSIC 28

2.2.3 Mô hình t ng h p qu n lý n c m a 30

CH NG 3 NG D NG MÔ HÌNH T NG H P TRONG QU N LÝ L U L NG N C VÀ CH T L NG N C M A CHO KHU V C NGHIÊN C U VÙNG B C MACLEAN, THÀNH PH LOGAN, BANG QUEENSLAND, AUSTRALIA 35

3.1 T ng quan v vùng nghiên c u 35

3.1.1 c đi m vùng nghiên c u 35

3.1.2 M c tiêu c a nghiên c u 39

3.2 Xây d ng và ng d ng mô hình XP – SWMM trong qu n lý l u l ng n c m a khu v c nghiên c u 39

3.2.1 Các b c thi t l p mô hình XP-SWMM 39

3.2.2 Xây d ng mô hình XP – SWMM cho khu v c nghiên c u 41

3.2.3 Phân tích s nh h ng c a quá trình đô th hóa t i khu nghiên c u đ n l u l ng dòng ch y t i c a x c a khu nghiên c u 63

3.2.4 xu t ph ng án tiêu thoát n c và qu n lý l u l ng n c m a 65

3.2.5 ng d ng mô hình XP-SWMM tính toán thi t k b tr n c t i ch (OSD) đi u ti t l u l ng n c m a trong khu v c đô th hóa 69

3.2.6 K t qu mô hình XPSWMM - ánh giá hi u qu c a b tr t i ch 75

3.3 Xây d ng và ng d ng mô hình MUSIC trong qu n lý ch t l ng n c m a khu v c nghiên c u 78

3.3.3 Phân tích s nh h ng c a quá trình đô th hóa khu nghiên c u đ n

ch t l ng n c h l u khu nghiên c u 90

3.3.4 Gi i thi u h th ng x lý n c m a d ki n t i khu v c nghiên c u 91

3.3.5 ng d ng mô hình MUSIC trong tính toán và thi t k h th ng công trình x lý ch t l ng n c 93

3.3.6 ánh giá kh n ng ho t đ ng c a h th ng công trình x lý ch t l ng n c 95

3.3.7 Ch ng trình giám sát h th ng công trình trong giai đo n v n hành 98

3.4 K t lu n 99

CH NG 4 K T LU N VÀ KI N NGH 101

TÀI LI U THAM KH O 105

B ng 2.2 T n su t thi t k cho h th ng th ng tiêu thoát l n 24

B ng 2.3 Thông s m a dòng ch y đ c ki n ngh s d ng trong MUSIC 29

B ng 2.4 Thông s tính toán ch t ô nhi m đ c ki n ngh s d ng trong MUSIC 30 B ng 2.5 T ng h p các m c tiêu thi t k ch t l ng n c m a trong giai đo n v n hành 31

B ng 3.1 T n su t thi t k h th ng th ng tiêu thoát cho b tr 41

B ng 3.2 C ng đ m a thi t k (mm/gi ) 42

B ng 3.3 T ng l ng m a (mm) 43

B ng 3.4 Phân b m a ng v i các tr n m a thi t k 43

B ng 3.5 Phân chia l u v c (ph ng án hi n tr ng) 51

B ng 3.6 Phân chia l u v c (ph ng án ô th hóa) 53

B ng 3.7 Th i gian t p trung n c (ph ng án hi n tr ng) 56

B ng 3.8 Tính toán l u l ng l theo ph ng pháp thích h p (ph ng án hi n tr ng) 57

B ng 3.9 Th i gian t p trung n c (ph ng án ô th hóa) 58

B ng 3.10 Tính toán l u l ng l theo ph ng pháp thích h p (ph ng án ô th hóa) 59

B ng 3.11 H s th m ban đ u và th m n đ nh 60

B ng 3.12 Các thông s l u v c cho ph ng án hi n tr ng 60

B ng 3.13 Các thông s l u v c cho ph ng án ô th hóa 60

B ng 3.14 L u l ng dòng ch y t mô hình XP-SWMM (ph ng án hi n tr ng) 61

B ng 3.15 L u l ng dòng ch y t mô hình XP-SWMM (ph ng án ô th hóa) 62 B ng 3.16 So sánh giá tr đ nh l tính toán 63

B ng 3.17 So sánh dòng ch y t i đi m x LPD A 64

B ng 3.18 So sánh dòng ch y t i đi m x LPD B 64

B ng 3.19 Quan h di n tích và đ sâu tính toán cho h th ng OSD 71

B ng 3.20 C u t o c a thoát n c ra c a công trình đi u ti t OSD 72

B ng 3.23 sâu b đi u ti t ng v i l thi t k 20 n m (5% AEP) 77

B ng 3.24 K t qu phân tích ph ng án r i ro cao ng v i l Q100 (1% AEP) 77

B ng 3.25 S li u khí t ng và tr m m a 80

B ng 3.26 Phân chia l u v c trong mô hình MUSIC 81

B ng 3.27 Thông s tính toán m a – dòng ch y 83

B ng 3.28 Thông s tính toán ch t ô nhi m sinh ra t khu đô th hóa 84

B ng 3.29 K t qu tính toán các ch t ô nhi m ra kh i l u v c 85

B ng 3.30 Tính toán công trình l ng đ ng bùn cát h t thô 94

B ng 3.31 Thông s thi t k c a h th ng x lý n c sinh hóa Bio-retention 94

B ng 3.32 Hi u qu c a h th ng x lý ch t l ng n c đ xu t 96

Hình 2.1 Phân chia di n tích tính toán trong ph ng pháp Laurenson 18

Hình 2.2 Quá trình m a - dòng ch y theo ph ng pháp Laurenson 18

Hình 2.3 Các tr m đo m a ngày và các tr m đo m a liên t c đ c s d ng trong vi c c tính c ng đ m a thi t k (www.bom.gov.au) 21

Hình 2.4 Phân vùng cho bi u đ phân b m a trên lãnh th Australia 23

Hình 2.5 Mô hình m a dòng ch y đ c s d ng trong MUSIC 27

Hình 2.6 Mô hình t ng h p qu n lý t ng h p n c m a đô th theo ph ng pháp WSUD 33

Hình 2.7 S đ kh i tính toán trong mô hình XP – SWMM và MUSIC 34

Hình 3.1 V trí đ a lý khu v c nghiên c u 35

Hình 3.2 Hi n tr ng s d ng đ t khu v c nghiên c u 36

Hình 3.3 M t b ng khu nghiên c u ph ng án ô th hóa 38

Hình 3.4 Bi u đ phân b m a ng v i các tr n m a thi t k có kho ng th i gian l p l i nh h n 30 n m 48

Hình 3.5 Bi u đ phân b m a ng v i các tr n m a thi t k có kho ng th i gian l p l i l n h n 30 n m 49

Hình 3.6 D li u m a trong mô hình XP-SWMM 50

Hình 3.7 Phân chia l u v c ph ng án hi n tr ng 52

Hình 3.8 Phân chia l u v c ph ng án ô th hóa 54

Hình 3.9 L u l ng ng v i kho ng l p l i 100 n m (1%) cho các l u v c hi n tr ng t mô hình XPSWMM 61

Hình 3.10 L u l ng ng v i kho ng l p l i 100 n m (1%) cho các l u v c ô th hóa t mô hình XP-SWMM 62

Hình 3.11 Thông s thi t k kênh d n n c theo công th c Mannings 66

Hình 3.12 M t c t đi n hình c a công trình phân tán dòng ch y 67

Hình 3.13 M t c t đi n hình c a h th ng tiêu thoát n c khu v c nghiên c u 68

Hình 3.14 h th ng k t h p b tr t i ch v i h th ng l c sinh hóa 70

Hình 3.17 H th ng qu n lý n c m a đ xu t cho khu nghiên c u 73

Hình 3.18 M t c t thi t k h th ng qu n lý n c m a cho khu nghiên c u 74

Hình 3.19 Bi u đ so sánh gi a dòng ch y đ nh l ng v i Q100 n m cho hai ph ng án hi n tr ng và d (đã đi u ti t) 76

Hình 3.20 Bi u đ khí t ng t ghi th i đo n 6 phút s d ng trong mô hình MUSIC 80

Hình 3.21 Phân chia l u v c cho tính toán ch t l ng n c trong MUSIC 82

Hình 3.22 Hàm l ng ô nhi m tính t mô hình MUSIC 86

Hình 3.23 Bi u đ so sánh giá tr trung bình n m c a TSS b ng mô hình MUSIC và k t qu tính toán b ng mô hình Colobus b i EMSS (ngu n CRCCH, 2002) 87

Hình 3.24 Bi u đ so sánh giá tr trung bình n m c a TP b ng mô hình MUSIC và k t qu tính toán b ng mô hình Colobus b i EMSS (ngu n CRCCH, 2002) 88

Hình 3.25 Bi u đ so sánh giá tr trung bình n m c a TN b ng mô hình MUSIC và k t qu tính toán b ng mô hình Colobus b i EMSS (ngu n CRCCH, 2002) 89

Hình 3.26 S đ h th ng x lý n c m a đ xu t 91

Hình 3.27 M t c t đi n hình c a h th ng l c n c sinh hóa 92

Hình 3.28 H th ng x lý n c sinh hóa mô ph ng trong mô hình MUSIC 95

Hình 3.29 H th ng x lý n c m a và k t qu mô hình MUSIC 97

DANH M C T VI T T T

AEP T n su t n m v t quá (Annual Exceedance Probability)

AHD M c th y chu n c a Australia (Australian Height Datum)

ARI Kho ng th i gian l p l i trung bình (đ l p l i) (Average Recurrence Interval)

ARR Phân ph i m a – dòng ch y c a Australia (Australian Rainfall Runoff)

BS H th ng l c n c sinh hóa (Bio-Retention System)

CL H s th m n đ nh (Continuing Loss)

CSF Công trình l ng đ ng bùn cát h t thô(Coarse Sediment Forebays)

EXT L u v c bên ngoài đ vào khu Nghiên c u(External Catchment)

IFD S li u c ng đ m a thi t k (Intensity Frequency Duration)

IL H s th m ban đ u (Initial Loss)

LPD i m x n c cho phép c a thành ph (Lawfull/Legal point of discharge)

MUSIC Mô hình Qu n lý ch t l ng n c đô th MUSIC

(Model for Urban Stormwater Improvement Conceptualisation)

OSD B tr n c t i ch (On-site Detention)

QUDM H ng d n thi t k h th ng tiêu thoát đô th Queensland

(Queensland Urban Drainage Manual)

QWQG H ng d n qu n lý ch t l ng n c đô th Queensland

(Queensland Water Quality Guidelines)

RL Cao trình sau khi đào l y theo cao trình chu n (Reduced Level)

SIT Th i gian t p trung n c đ n c a vào tiêu chu n (Standard Inlet Time)

PH N M U

1 TÍNH C P THI T C A TÀI

ô th hóa là quá trình t t y u trong phát tri n kinh t - xã h i, là xu th tích c c t o nên đ ng l c m i cho n n kinh t c a m i qu c gia Vi t Nam hi n nay, trong b i

c nh đô th hóa quá nhanh cùng v i s quan tâm ch a đúng m c v v n đ qu n lý,

b o v môi tr ng n c trong quy ho ch xây d ng đô th đã d n đ n tình tr ng

ng p úng c c b và ô nhi m ngu n n c m t nghiêm tr ng x y ra th ng xuyên các đô th l n

Trên th gi i, vi c các mô hình t ng h p đ qu n lý l u l ng và ch t l ng ngu n

n c m a cho các khu v c đô th đã đ c th c hi n nhi u, đ c bi t trên quy mô ti u

l u v c Tuy nhiên Vi t Nam, do thi u s li u và nhi u h n ch v kinh t k thu t nên v n đ này ch a đ c quan tâm đúng m c Nhi u d án và đ tài v qu n

lý n c m a đô th đã đ c th c hi n, tuy nhiên các d án và đ tài này m i đ c

th c hi n trên quy mô l n V n đ qu n lý n c m a cho ti u l u v c, đ c bi t là các l u v c đang và d ki n di n ra quá trình đô th là v n đ c p thi t nh m đ m

b o quá trình đô th hóa không làm nh h ng đ n kh n ng tiêu thoát n c c a h

th ng hi n tr ng và đ ng th i không làm nh h ng đ n ch t l ng n c m a Tuy nhiên, đ th c hi n các nghiên c u v v n đ qu n lý n c m a cho ti u l u v c đòi

h i r t nhi u d li u mà hi n nay Vi t Nam ch a có Do đó, vi c tri n khai v n đ

qu n lý l u l ng và ch t l ng ngu n n c đô th các khu v c trên th gi i (có

s li u đ y đ ) nh m rút ra các bài h c áp d ng cho đi u ki n c a Vi t Nam là h t

s c c n thi t

Khu v c nghiên c u n m t i s 18, đ ng Trace, B c Maclean, thành ph Logan

v i di n tích 3.53 ha Khu nghiên c u n m ngo i thành thành ph Logan Ph n

l n di n tích đ t c a khu nghiên c u hi n t i là đ t tr ng, v i b m t đ c b o ph

b i cây b i và c Có hai ngôi nhà t n t i trong khu v c nghiên c u Hi n t i, khu

v c nghiên c u là ch a phát tri n (hình 1) Trong t ng lai, khu v c nghiên c u s

phát tri n thành khu th ng m i mà c th là tr ng cao đ ng nông nghi p và công ngh Australia (hình 2)

Hình 1 Hi n tr ng khu nghiên c u

Hình 2 B n đ đô th hóa d ki n trong khu nghiên c u

V i vi c đô th hóa nh trên, s s d ng đ t c a khu v c nghiên c u thay đ i đáng

k - t đ t tr ng v i b m t đ c bao ph b i l p cây b i và c tr thành khu v c

th ng m i v i ph n l n b m t đ c bê tông hóa Vi c này d n đ n s gia t ng dòng ch y m t c a khu v c nghiên c u, gây ra tác đ ng đ n ch đ dòng ch y h

l u ng th i quá trình đô th hóa c ng làm gia t ng hàm l ng các ch t ô nhi m

t i h l u mà c th là hàm l ng ch t l l ng (TSS); t ng ph t pho (TP) và t ng Nit (TN) Do đó, c n thi t ph i nghiên c u mô hình t ng h p nh m tính toán và đánh giá các tác đ ng tiêu c c này; t đó, đ xu t và thi t k các bi n pháp công trình và phi công trình nh m gi m thi u các tác đ ng tiêu c c c a quá trình đô th hóa t i khu v c nghiên c u t i môi tr ng h l u

Do đó, h c viên ch n đ tài này đ nghiên c u nh m đánh giá hi u qu c a các bi n pháp công trình (thông qua hai mô hình toán XP – SWMM và MUSIC) và các bi n pháp phi công trình mà c th là h th ng pháp lý, chính sách và các tiêu chu n k thu t trong qu n lý và b o v ngu n n c và môi tr ng T đó đ a ra nh ng g i ý

và ki n ngh v m t k thu t c ng nh chính sách cho các nhà qu n lý và ho ch

đ nh chính sách Vi t nam trong qu n lý và b o v ngu n n c và môi tr ng cho các khu v c đang đô th hóa n c ta

2 M C ÍCH C A TÀI

• ng d ng mô hình toán t ng h p đ đánh giá s thay đ i c a l u l ng và

ch t l ng n c m a do quá trình đô th hóa t i B c Maclean, thành ph Logan, bang Queensland, Australia;

• xu t các bi n pháp công trình và phi công trình đ qu n lý l u l ng và

ch t l ng n c

3 I T NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U

Nghiên c u lý thuy t v qu n lý l u l ng và ch t l ng n c m a cho khu v c nghiên c u đô th hóa t i B c Maclean, thành ph Logan, bang Queensland, Australia

4 CÁCH TI P C N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U

Cách ti p c n:

• Ti p c n k th a các ph ng pháp nghiên c u m i c a các n c phát tri n trên th gi i;

CH NG 1 T NG QUAN 1.1 T ng quan v v n đ nghiên c u

ô th hóa là xu th t t y u đ i v i s phát tri n kinh t - xã h i c a b t k các qu c gia trên th gi i ô th hóa th ng làm thay đ i đáng k m c đích s d ng đ t c a khu v c di n ra quá trình đô th hóa: t b m t đ c bao ph b i th m th c v t tr thành b m t bê tông hóa Vi c này d n đ n s gia t ng dòng ch y m t N c m a sinh dòng ch y trên khu v c đô th hóa c ng mang theo ch t ô nhi m và bùn cát, làm nh h ng t i ch t l ng n c h l u

Tr c n m 1960, Australia c ng nh ng h u h t các n c phát tri n khác nh Anh,

M cho r ng n c m a đô th là m t m i hi m h a đ i v i s c kh e con ng i và

c nh quan đô th Do đó, các h th ng tiêu thoát n c m a đô th đ c thi t k đ

v n chuy n nhanh chóng ngu n n c này v các sông su i mà không quan tâm đ n các tác đ ng t i môi tr ng và h sinh thái c a khu v c h l u N c m a x nhanh chóng ra các sông su i mang theo ch t ô nhi m và bùn cát t các b m t không

th m, d n đ n sông su i h l u b ô nhi m do gia t ng ch t r n l l ng, hàm l ng

ph t pho và nit S gia t ng l u l ng dòng ch y do gia t ng di n tích b m t không th m c ng làm thay đ i s n đ nh và hình thái c a sông su i (Roy, 2008)

Nhi u nghiên c u đ c th c hi n vào nh ng n m 1960 Australia nh m ch ra tác

đ ng c a n c m a đô th đ n s ô nhi m ngu n n c sông su i h l u Tuy nhiên,

v n đ này ch đ c nghiên c u và xem xét m t cách nghiêm túc b i chính ph và các nhà khoa h c Australia vào nh ng n m 1990 Ph ng pháp ti p c n m i trong quy ho ch và phát tri n đô th đ c đ a ra nh m gi m thi u các tác đ ng c a quá trình phát tri n đô th đ n tài nguyên n c và môi tr ng, đó là ph ng pháp Thi t

k đô th nh y c m v n c (Water Sensitive Urban Design - WSUD) WSUD là

ph ng pháp ti p c n trong thi t k và quy ho ch đô th mà vi c qu n lý n c m a,

n c ng m và n c th i đô th đ c ph i h p ch t ch trong thi t k đô th nh m

h n ch s suy thoái môi tr ng và ngu n n c Ph ng pháp WSUD đ c chính

quy n liên bang thông qua t i Australia b t đ u t nh ng n m 1990 (Council of Australian Government, 2009)

Ph ng pháp WSUD xem n c m a đô th là m t ngu n tài nguyên ch không ph i

là m i phi n toái hay nguy h i nh trong ph ng pháp qu n lý n c m a đô th truy n th ng Vi c này kéo theo s thay đ i trong quy ho ch và thi t k đô th đ c

bi t là thi t k h th ng tiêu thoát n c đô th H th ng tiêu thoát theo ph ng pháp qu n lý truy n th ng đ c thi t k đ nhanh chóng x n c m a vào các sông

su i h l u thì v i ph ng pháp WSUD h t ng đô th và h th ng tiêu thoát đ c thi t k sao cho n c m a đ c x lý t i ngu n (t i n i phát tri n) tr c khi x ra

h l u nh m h n ch tác đ ng c a khu phát tri n đ n ch t l ng n c c ng nh l u

l ng n c khu v c h l u (Ngu n – Waterbydesign.com.au)

Nh m đ m b o các nguyên t c và tiêu chí trong b o v tài nguyên n c và môi

tr ng đô th theo ph ng pháp WSUD, chính quy n liên bang, chính quy n bang

và h i đ ng các thành ph đã ph i h p v i nhi u chuyên gia và các nhà khoa h c đ phát tri n h th ng chính sách, các quy đ nh và h ng d n trong thi t k và quy

ho ch đô th Chính quy n bang Queensland xây d ng nhi u tài li u nh m h ng

d n các nhà quy ho ch đô th c ng nh các k s thi t k trong quy ho ch và phát tri n đô th , trong đó hai tài li u c b n nh t là: H ng d n thi t k h th ng tiêu thoát đô th Queensland QUDM 2013 – Queensland Urban Drainage Manual và

H ng d n qu n lý ch t l ng n c đô th Queensland QWQG2009– Queensland

Water Quality Guidelines

th ng thoát n c đô th b n v ng (Sustainable Urban Drainage System – SUDS)

đ c s d ng v i s t p trung ch y u vào vi c b o v s c kh e c ng đ ng, b o v các giá tr c a tài nguyên n c, b o t n đa d ng sinh h c và b o v ngu n tài nguyên thiên nhiên cho th h t ng lai T ng t , M và Canada ph ng pháp

SUDS đ c bi t đ n v i khái ni m Phát tri n tác đ ng th p ( Low – Impact Development – LID) v i cách ti p c n khuy n khích s t ng tác c a các quá trình

t nhiên v i môi tr ng đô th nh m b o v và tái t o l i h sinh thái trong qu n lý tài nguyên n c Ph ng pháp LID tr ng tâm vào vi c b o t n và s d ng các đ c

đi m t nhiên k t h p v i các h th ng th y v n quy mô nh nh m gi m thi u các tác đ ng tiêu c c c a quá trình đô th hóa Ph ng pháp LID c ng t ng t nh

ph ng pháp Th c hành qu n lý t i u (Best Management Practices - BMP) M

và P h ng pháp phát tri n và thi t k đô th tác đ ng th p (Low Impact Urban Design and Development – LIUDD) New Zealand (Qianqian Zhou, 2014)

Cùng v i s phát tri n c a ph ng pháp Thi t k đô th nh y c m v n c, có r t

nhi u các nghiên c u đã đ c th c hi n trên ph m vi toàn th gi i T i an M ch,

ch ng trình nghiên c u quy mô qu c gia đã đ c th c hi n bao g m các nghiên

c u v Tài nguyên n c khu v c đô th và Nghiên c u 2BG “ Black, Blue & Green” nh m t ng h p h th ng c s h t ng đ m b o phát tri n b n v ng tài nguyên n c đô th T i Anh, hi p h i thông tin và nghiên c u công nghi p xây

d ng (CIRIA) đã th c hi n nghiên c u phát tri n h th ng thoát n c đô th b n

v ng và phát hành các tài li u, v n b n v các nghiên c u đã th c hi n và h ng

d n thi t k h th ng T i Th y i n, trung tâm nghiên c u chi n l c đã th c hi n nghiên c u l n trong 6 n m v Qu n lý tài nguyên n c b n v ng v i tr ng tâm vào

b o v giá tr tài nguyên n c đô th (Qianqian Zhou, 2014)

b Công c mô hình trong Thi t k đô th nh y c m v n c (WSUD)

V i s ra đ i c a ph ng pháp ti p c n Thi t k đô th nh y c m v n c trong

qu n lý tài nguyên n c đô th , nhu c u th c ti n đ t ra r ng các chuyên gia qu n lý

n c đô th c n có m t h th ng công c h tr đ mô ph ng, đánh giá hi u qu c a

các bi n pháp k thu t và các chi n l c tr c khi đ a ra quy t đ nh Trong b i

c nh đó, các nhà khoa h c trên th gi i đã phát tri n r t nhi u b ph n m m th ng

m i c ng nh phi th ng m i đ mô ph ng, thi t k h th ng qu n lý s l ng, ch t

l ng n c đô th , có th k tên m t s mô hình đi n hình đây nh XP – SWMM, SWMM 5 (EPA), Mike Urban, MUSIC, E2

Mô hình Qu n lý n c m a XP – SWMM (Stormwater Management Model)

Mô hình XP – SWMM do các nhà khoa h c M phát tri n đã đ c s d ng r ng rãi

t i M và nhi u qu c gia trên th gi i trong đó có Australia Mô hình XP-SWMM

đ c đánh giá là m t công c hi u qu trong qu n lý đô th theo ph ng pháp WSUD t i Australia ây là b ph n m m dùng đ mô ph ng đ ng l c h c n c

m a, mô ph ng trên h th ng sông, mô ph ng ng p l t, đánh giá ô nhi m n c, và đánh giá các h th ng t ng h p Mô hình t ng h p tính toán dòng ch y m t chi u t

th ng l u đ n h l u, k t h p v i mô hình hai chi u tính toán dòng ch y tràn b

m t Do đó, khi mô ph ng h th ng ng i s d ng có th đánh giá đi u gì th c s

x y ra cho h th ng n c m a/n c th i, khi n ng đ ch t ô nhi m t ng ho c khi có

m t v n đ nóng v môi tr ng

Mô hình đã đ c s d ng h n 25 n m và đã đ c đánh giá b i c quan Qu n lý các

v n đ kh n c p c a liên bang M (Federal Emergency Management Agency - FEMA) c ng nh đ c c quan qu n lý v môi tr ng c a Anh (UK Environment Agency) ki m ch ng i u đó đã t o cho XP – SWMM tr thành m t trong nh ng

phát tri n ph n m m MUSIC thành công c mô ph ng di n bi n ch t l ng n c

m a, đ ng th i thi t k và đánh giá hi u qu c a h th ng x lý ch t l ng n c

m a khu v c đô th Các nhà thi t k phát tri n đô th c a Australia đã đánh giá

r ng v i b mô hình MUSIC s d dàng h n r t nhi u trong vi c đ t đ c nh ng

tiêu chu n v Thi t k đô th nh y c m v n c (WSUD) T các t ch c c a chính

ph đ n các nhóm qu n lý l u v c, r t nhi u t ch c đã gi i thi u mô hình MUSIC

là sáng ki n đ b o v môi tr ng h sinh thái th y sinh khu v c đô th

(ngu n: http://www.ewater.com.au/products/music/music-overview/)

Mô hình MUSIC đ c chính quy n các thành ph Australia khuy n khích s

d ng nh là m t công c đ đánh giá m c đ hi u qu c a WSUD, t đó giúp các nhà qu n lý đ a ra đ c quy t đ nh trong quy ho ch phát tri n đô th (Weber, 2008; Fletcher, 2001)

V i nh ng u đi m n i tr i c a mình, mô hình XP – SWMM và mô hình MUSIC

đã tr thành b công c hi u qu và đ c s d ng ph bi n nh t t i Australia, Anh,

c ng nh ng d ng t i m t s n c nh M , Canada, và m t s n c châu á nh

Nh t B n, Malaysia trong t ng h p qu n lý n c m a cho khu v c đô th

M t s nghiên c u ng d ng mô hình XP – SWMM và MUSIC trong thi t k h

th ng qu n lý n c m a theo ph ng pháp WSUD

Nghiên c u t i vùng Connells point, Kogarah, Australia

Vùng Connells point, Kogarah, Australia đ ng tr c v n đ v ng p úng c c b trong su t h n 15 n m Các nghiên c u cho th y do đ c tr ng vùng có th y tri u và

l ng m a r t l n mà h th ng thoát n c hi n t i không đ t i đ v n chuy n

l ng n c ra kh i vùng đã gây ra hi n t ng ng p úng c c b x y ra th ng xuyên trên các tuy n ph Ngoài ra, khi m a l n x y ra cu n theo ch t b n gây ra ô nhi m ngu n n c tr c khi đ ra v nh Do đó, h i đ ng thành ph Kogarah đã ti n hành

Nghiên c u nâng c p h th ng n c m a c a vùng Connells point, trong đó s

d ng b mô hình XP – SWMM và mô hình MUSIC đ mô ph ng tính toán và đ a

ra ph ng án t i u gi i quy t đ c các v n đ mà hi n tr ng đang g p ph i

Ph ng án ban đ u đ a ra đ gi i quy t v n ng p úng c c b đó là chuy n n c

thoát ra v nh qua công viên b ng h th ng rãnh c (grassed swale) Ph ng án này

đã g p ph i s ph n đ i t ng i dân đ a ph ng v i mong mu n h th ng tiêu thoát n c không đ c làm nh h ng đ n công viên, n i di n ra các ho t đ ng vui

ch i gi i trí c a h V i m c tiêu th a mãn đ c m i lo ng i c a dân đ a ph ng

c ng nh gi i quy t đ c các v n đ ng p úng, và ch t l ng n c đang g p ph i,

h i đ ng thành ph đã đ a ra ph ng án thi t k h th ng theo ph ng pháp WSUD, đó là xây d ng h th ng qu n lý n c m a ng m Thi t k này là s k t

h p sáng t o h th ng v n chuy n và x lý n c m a ng m, trong đó x d ng k t

h p h th ng x lý n c bao g m: h th ng thu gom ch t th i (Gross pollutant traps – GPTs) và h th ng l c n c sinh hóa (bio-retention)” và gi m dòng ch y

l n qua h th ng h thu n c tràn m t “surcharge pits”, gi ng nh h th ng thoát

n c t nhiên c a khu v c (Gurmeet, 2008)

Sau khi h th ng công trình đ c đ a vào v n hành, ch ng trình giám sát ch t

l ng n c th c hi n b i H i đ ng thành ph đã ch ra r ng l ng ch t ô nhi m và bùn cát l ng c n đ ra v nh Connells đã gi m đáng k Ch t l ng n c t i c a ra

đã đ t cao h n tiêu chu n c a n c x ra v nh i u đ c các nhà khoa h c tiên đoán tr c là s suy gi m c a ch t ô nhi m và bùn cát l ng c n s cung c p môi

tr ng s ng cho các loài đ ng, th c v t trong v nh Connells, t đó s c i thi n các giá tr môi tr ng và gi i trí c a khu v c Nghiên c u c ng đ xu t vi c tái s d ng

l i ngu n n c sau khi x lý cho m c đích t i cây và n c dùng cho nhà v sinh

s d ng cho khu v c công viên, qua đó c ng cung c p m t h th ng x lý t ng h p

n c m a cho dân c vùng v nh Connells (Gurmeet, 2008)

Nghiên c u t i khu v c Fort Dodge, Lowa, M

M , trong quy ho ch và phát tri n đô th ph ng pháp Phát tri n tác đ ng th p (LID) đ c áp d ng th c hi n các m c tiêu trong LID, các nhà khoa h c M đã

phát tri n b ph n m m SWMM nh là b công c hi u qu giúp các nhà qu n lý

đô th trong vi c mô ph ng, đ nh l ng, đánh giá các tác đ ng đ n tài nguyên n c

đô th

SWMM là mô hình đ c s d ng ph bi n nh t t i M , tuy nhiên bên c nh SWMM, mô hình XP – SWMM c ng đã đ c s d ng, d n ch ng là nghiên c u Quy ho ch tài nguyên n c m a khu v c Fort Dodge, Lowa, M Thành ph Fort Dodge hi n đang đ ng tr c v n đ v ng p úng c c b và s quá t i c a h th ng

đ ng ng thoát n c th i khu v c xung quanh Crossroads Mall Do đó h i đ ng thành ph đã ch đ nh công ty HR Green th c hi n nghiên c u s d ng mô hình XP – SWMM đ đánh giá hi n tr ng ng p úng và đ a ra các ph ng án thi t k nâng

c p h th ng kh thi d a trên các tiêu chí c a ph ng pháp ti p c n Th c hành qu n

lý t i u (Best Management Practices - BMP) (Ralph, 2010)

Nghiên c u t i thành ph Taman Mayang, Malaysia

Hi n nay, đã có m t s nghiên c u t i các n c châu Á s d ng mô hình XP – SWMM trong d báo ng p l t D n ch ng là nghiên c u tính toán d báo ng p l t cho l u v c đô th Taman Mayang, Malaysia v i di n tích 134.46 ha Nghiên c u

đã áp d ng và so sánh 3 ph ng pháp di n toán dòng ch y trong mô hình XP –

SWMM: ph ng pháp h ch a phi tuy n tính (Non Linear Reservoir Method - NLRM ), ph ng pháp di n tích - th i gian (Time Area Method - TAM) và ph ng pháp Laurenson (Laurenson Method - LM) đ tính toán dòng ch y cho l u v c

nghiên c u K t qu nghiên c u đã ch ra r ng ph ng pháp TAM cho k t qu sai

s th p nh t, kho ng 7% so v i k t qu th c đo (Thamer, 2008)

Nghiên c u t i khu v c Rockhampton, trung tâm bang Queensland, Australia

M t nghiên c u khác c a Fatema (2014) cho khu v c Rockhampton, trung tâm bang Queensland, Australia đã s d ng mô hình XP – SWMM đ tính toán dòng

ch y m t V i m c đích tìm ra đ c ph ng pháp di n toán phù h p nh t v i khu

v c tính toán, nghiên c u đã đ a ra s so sánh v b n ph ng pháp di n toán c

b n trong mô hình XP – SWMM bao g m: ph ng pháp dòng ch y SWMM hay còn g i là ph ng pháp h ch a phi tuy n tính(SWMM runoff method or Non Linear Reservoir Method - NLRM) , ph ng pháp sóng đ ng h c (Kinematic wave method) , ph ng pháp Laurenson (Laurenson method), và ph ng pháp di n tích –

th i gian(Time-Area method) Nghiên c u đã ch ra r ng ph ng pháp Laurenson cho k t qu t ng l ng dòng ch y m t nh nh t so v i các ph ng pháp khác, tuy nhiên l i cho đ nh l l n nh t, có kh n ng phù h p mô ph ng khu v c đ i núi có

đ d c trung bình Ph ng pháp Laurenson c ng là ph ng pháp di n toán đ c bang Queensland ch p nh n và khuy n cáo s d ng trong toàn bang Queensland (Fatema, 2014)

1.2.2 Các nghiên c u Vi t Nam

a Hi n tr ng h th ng thoát n c đô th các thành ph l n Vi t Nam

Vi t nam, h th ng thoát n c b m t đ c xây d ng h u h t các đô th v i

m c tiêu ban đ u nh m thu gom n c m a và ch ng ng p úng Tuy nhiên sau này

do quá trình đô th hóa quá nhanh, các h gia đình c n ph i thoát n c th i sinh

ho t c a mình Do đó, h th ng thoát n c m a đã tr thành h th ng thoát n c chung, thu gom c n c m a và n c th i, d n đ n tình tr ng quá t i c a h th ng thoát n c Thêm vào đó, do không đ c quan tâm b o d ng th ng xuyên nên h

th ng thoát n c xu ng c p nghiêm tr ng, d n đ n tình tr ng ng p úng th ng xuyên x y ra t i các đô th l n đ c bi t là Hà N i và Thành ph H Chí Minh Song song v i tình tr ng ng p úng là tình tr ng ô nhi m n c nghiêm tr ng t i các đi m

x c a h th ng thoát n c nh kênh, h , sông Theo b lu t xây d ng c a Vi t Nam quy đ nh t t c các công trình nhà Vi t Nam ph i có h th ng x lý t i ch ,

th ng là b t ho i đ l ng c n n c th i tr c khi đ ra h th ng thoát n c chung (Ngân hàng th gi i, 2013) Theo báo cáo c a WHO/UNICEF n m 2008, có trên 77% h gia đình thành ph s d ng b t ho i Tuy nhiên do hi n tr ng thoát

n c chung (c n c th i và n c m a) nên l ng n c th i là r t l n, do đó t l

n c th i đ c x lý còn r t h n ch ch kho ng 10% t ng l ng n c th i c a đô

th (Nguy n Vi t Anh, 2007)

các n c phát tri n, h th ng thoát n c đô th th ng đ c thi t k riêng cho

n c m a và n c th i H th ng n c m a s đ c thu l i x lý và tái s d ng, còn h th ng n c th i s đ c v n chuy n trong m ng l i c ng ng m d n d n các nhà máy x lý n c th i riêng Nh đó s không x y ra tình tr ng ô nhi m các kênh d n n c th i, c ng nh làm gi m đáng k l ng n c th i c n x lý Vi t Nam hi n nay các nhà thi t k đô th đã b t đ u quan tâm và s d ng h th ng thoát

n c riêng các khu ven đô m i xây d ng, tuy v y s l ng v n còn r t h n ch do chi phí ban đ u đ l p đ t h th ng thoát n c riêng cao Trên c n c hi n nay có

t t c 17 h th ng x lý n c th i đang ho t đ ng, trong đó Hà N i và Thành ph

H Chí Minh đ u có 4 nhà máy x lý n c th i Tuy v y, tính đ n cu i tháng 9/2013 m i ch có 4 nhà máy trong t ng s 17 nhà máy x lý n c th i nh n n c

t h th ng thoát n c tách riêng n c th i và n c m a, đó là 2 h th ng à L t, Buôn Ma Thu t, và hai h th ng C nh i và Nam Viên khu đô th m i Phú M

th o các chuyên gia đã đ a ra các k t qu nghiên c u v hi n tr ng, nguyên nhân

d n đ n tình tr ng ng p úng t i TP HCM, đ ng th i đ a ra nh ng ví d v nh ng

gi i pháp đã đ c các n c phát tri n nh Australia, Nh t, Trung Qu c ng d ng,

đ t đó đ xu t m t s ph ng án kh thi cho thành ph trong công tác quy ho ch, nâng c p h th ng thoát n c đô th đ gi i quy t tình tr ng ng p l t đô th Báo cáo

c a bu i h i th o c ng đã ch ra r ng ý t ng thi t k thoát n c mang tính ch t b n

v ng cho các công trình xây d ng m i là “chuy n t thi t k thoát n c thông

th ng là th i n c m a càng nhanh càng t t sang m t khái ni m m i v thoát n c

là gi l i và cho ch y tràn m t cách t nhiên” Thi t k thoát n c m i b n v ng là

tìm cách đ qu n lý ch t l ng, s l ng đ ng th i x lý n c m a t i ngu n ch không ph i h l u H i th o đ xu t vi c khôi ph c các kênh hi n tr ng, áp d ng chi ti t v b kênh “m m” v i h th ng l c t nhiên đ gi m ô nhi m, thi t k ch c

n ng tích tr l ng m c a kênh ng th i h i th o c ng đ xu t các ph ng án v thu ho ch n c m a, coi n c m a là m t ngu n c p n c đáng k cho các ho t

đ ng nh t i cây, r a đ ng, c u h a… và s d ng n c m a là ngu n ti m n ng

đ b sung vào ngu n n c ng m m t cách th đ ng (ARUP, 2010)

b M t s nghiên c u v h th ng tiêu thoát n c đô th Vi t Nam

Vi t nam đã có m t s nghiên c u v v n đ qu n lý h th ng thoát n c đô th ,

d n ch ng là Nghiên c u “Xây d ng b n đ ng p l t trên đ a bàn thành ph Hà N i

có xét đ n bi n đ i khí h u” do Vi n Th y v n, Môi tr ng và Bi n đ i khí h u,

Tr ng đ i h c Th y l i th c hi n n m 2012 Nghiên c u đã s d ng mô hình MikeUrban 2011, đ đánh giá hi n tr ng h th ng tiêu thoát n c khu v c Hà n i,

và xây d ng b n đ ng p l t thành ph ng v i các k ch b n bi n đ i khí h u (IHECC, 2012)

M t nghiên c u khác c a tr ng đ i h c Th y L i n m 2014 v “ ánh giá hi u qu

gi m ng p úng c a vi c áp d ng các gi i pháp thu tr n c m a cho tr ng đ i h c

Th y L i” Nghiên c u đã đ xu t 2 gi i pháp ki m soát n c m a, c th là (1) Thu gi và s d ng n c m a qua h th ng b ch a đ s d ng; (2) a n c m a vào lòng đ t (t ng không áp và có áp) thông qua vi c s d ng bê tông th m n c các b m t không th m hi n nay nh đ ng đi b , bãi đ xe, sân ch i, v a hè (Ph m

T t Th ng, 2014)

i v i các nhà qu n lý tài nguyên n c đô th Vi t Nam, mô hình Mô hình XP – SWMM v n còn đang r t m i m Cho đ n nay ch có m t nghiên c u s d ng mô hình XP – SWMM đó là nghiên c u: “ ánh giá tính nh y c m thành ph Hu s

d ng mô ph ng th y v n đô th ” Nghiên c u đã s d ng mô hình đ mô ph ng đánh giá h th ng thoát n c c a thành ph Hu K t qu nghiên c u đã ch ra vai

trò c a các h trong vi c tr l nh m gi m thi u ng p l t, t đó h tr cho công tác

qu n lý và v n hành h th ng thoát n c thành ph Hu (Ph m V n Quân, 2013)

Hi n nay t i Vi t Nam ch a có đ tài nghiên c u nào nh m đ nh l ng các tác đ ng

đ n ngu n n c m a do quá trình đô th hóa di n ra trong ph m vi ti u l u v c

CH NG 2 C S LÝ THUY T VÀ C S D LI U

2.1 Mô hình qu n lý n c m a XP – SWMM

XP – SWMM mô ph ng quá trình m a rào – dòng ch y t nhiên và mô ph ng th y

l c h th ng kênh d n đ c s d ng trong qu n lý tài nguyên n c Mô hình cho phép phân tích t ng h p dòng ch y; v n chuy n ch t ô nhi m; mô ph ng các bi n pháp thi t k b n v ng trong các h th ng k thu t qu n lý ngu n n c c ng nh các h th ng t nhiên nh các ao, sông, h , các khu v c ng p l ; và trong đó có xét

s t ng tác v i h th ng n c ng m XP – SWMM là s k t h p gi a mô hình

th y v n, mô hình th y l c Mô hình đ c áp d ng r ng rãi hàng ngày cho m t

m ng r ng c a qu n lý tài nguyên n c, thi t k và các v n đ quy ho ch hành

đ ng kh n c p b i hàng nghìn ng i s d ng (ngu n: http://xpsolutions.com)

Mô hình XP-SWMM đã đ c phát tri n và s d ng trên 25 n m Mô hình đ c

ki m đ nh và thông qua b i c quan Qu n lý các v n đ kh n c p c a liên bang M (FEMA) và c quan qu n lý v môi tr ng c a Anh (UK Environment Agency)

2.1.1 C s lý thuy t mô hình XP-SWMM

a Mô đun dòng ch y (Runoff Mode)

Mô đun dòng ch y đ c s d ng đ đánh giá và phân tích th y v n l u v c Dòng

ch y tính toán t mô đun runoff s đ c s d ng nh đ u vào c a mô đun th y l c

• Ph ng pháp di n tích – th i gian (Time Area method - TAM);

• Ph ng pháp thích h p (Rational method);

• Ph ng pháp l đ n v và nhi u ph ng pháp khác

Ph ng pháp Laurenson là ph ng pháp đ c s d ng ph bi n t i Australia và

đ c các nhà qu n lý và ho ch đ nh chính sách Australia khuy n khích áp d ng

Ph ng pháp này di n toán dòng ch y thông qua l ng tr l u v c phi tuy n tính (nonlinear catchment storage) Trong ph ng pháp này m i l u v c thành ph n (sub-catchment) đ c chia ra thành 2 ph n, ph n di n tích th m và ph n di n tích không th m Ph ng pháp Laurenson không tính đ n t n th t đi n tr ng (depression storage) mà đ c tính toán d a vào ph ng pháp t n th t n đ nh (uniform loss method) Ng i s d ng c n đ a các thông s v t n th t th m ban đ u (initial loss)

và t n th t th m n đ nh (continuous loss) cho c ph n di n tích th m và không

th m (Fatema, 2014)

M i m t l u v c đ c chia thành 10 ph n di n tích nh nhau (Hình 2.1) M i m t

ph n di n tích đ c xem nh m t b tr phi tuy n Ph ng trình phi tuy n tính c

b n đ c s d ng trong ph ng pháp Laurenson nh sau:

S=b QnTrong đó:

S: là th tích tr (hrs.m3/s) Q: L u l ng (m3

/s) n: giá tr s m c a hàm phi tuy n tính, giá tr m c đ nh là -0.285

B: h s th i gian tr (storage delay time coefficient)

L ng m a đ c xác đ nh cho m i ph n di n tích d a trên d a vào đ ng đ ng tr

Hình 2.1 Phân chia di n tích tính toán trong ph ng pháp Laurenson

Hình 2.2 Quá trình m a - dòng ch y theo ph ng pháp Laurenson

D li u m a đ a vào mô hình có th là m a thi t k ho c m a l ch s

Mô hình t n th t có th đ c xây d ng theo 3 ph ng pháp:

• Mô hình t n th t ban đ u/t n th t n đ nh;

• Mô hình t n th t ban đ u/t l th m;

• Mô hình t n th t ARBM

b Mô đun th y l c (Hydraulic Mode)

Mô hình mô ph ng đ ng l c h c dòng ch y trên các h th ng tiêu thoát n c đô th

b ng vi c gi i h ph ng trình Saint-Venan H ph ng trình Saint-Venant cho dòng ch y không n đ nh, m t chi u và bi n đ i ch m nh sau:

H ph ng trình g m ph ng trình liên t c và ph ng trình mô men đ ng l ng

đ c gi i theo ph ng pháp s theo ph ng pháp sai phân h u h n

kg.A.R4 / 3

Q V

2.1.2 C s d li u mô hình XP-SWMM

a C ng đ m a th i đo n thi t k (Intensity Frenquency Duration – IFD)

Thông th ng khái ni m v l p n c m a (mm) đ c s d ng khi nói v tr n m a

b t k Tuy nhiên, th i đo n x y ra tr n m a đó c ng r t quan tr ng Do đó, m t khái ni m hoàn ch nh đ nói v tr n m a đó là c ng đ m a C ng đ m a đ c xác đ nh b ng l p n c m a chia cho th i đo n m a (mm/hr) C ng đ m a th i

đo n ng v i t n su t nào đó, ch ng h n tu n su t trung bình m t tr m n m x y ra

m t l n, thì g i là c ng đ m a th i đo n thi t k (www.bom.gov.au)

Quá trình tính toán c ng đ m a thi t k hay còn đ c bi t đ n v i khái ni m phân tích t n su t, là m t ph n quan tr ng trong phân tích và tính toán dòng ch y

l u v c Tuy nhiên, vi c phân tích t n su t ch d a vào m t tr m m a đ n l đ c xem là không đáng tin c y và không đ m b o tính đ ng nh t v c th i gian và không gian Tính toán c ng đ m a thi t k d a vào m t tr m m a đ n l nào đó

Hình 2.3 Các tr m đo m a ngày và các tr m đo m a liên t c đ c s d ng

trong vi c c tính c ng đ m a thi t k (www.bom.gov.au)

xác đ nh c ng đ m a cho khu nghiên c u b t k ch c n truy c p website c c khí t ng th y v n qu c gia Australia, nh p t a đ cho khu nghiên c u, sau đó

c ng đ m a đ i v i các th i đo n m a khác nhau (t 5 phút cho đ n 72 gi ) s

đ c cung c p

b Bi u đ phân b m a cho th i đo n m a thi t k

Bi u đ phân b m a ng v i m t th i đo n m a thi t k nào đó là d li u quan

tr ng đ xây d ng bi u đ dòng ch y t m a

Vi n k thu t qu c gia Australia (Institute of Engineers, Australia) đã th c hi n các nghiên c u nh m xác đ nh bi u đ phân ph i m a phù h p v i t ng vùng trên lãnh

th Australia Toàn lãnh th Australia đ c chia làm 8 vùng d a vào đi u ki n khí

h u và s khác bi t trong phân b m a D li u m a t t t c các tr m m a trên lãnh th Australia đ c dùng đ phát tri n bi u đ m a cho t ng vùng m a Bi u

đ m a đ c phát tri n cho 20 th i đo n m a t 10 phút cho đ n 72 gi v i kho ng chia là 5 phút Hai bi u đ m a khác nhau đ c xây d ng ng v i kho ng l p l i ARI ≤ 30 n m và ARI > 30 n m cho m i m t vùng (Institute of Engineers, Australia, 1998)

Hình 2.4 Phân vùng cho bi u đ phân b m a trên lãnh th Australia

(Ngu n: Vi n k thu t qu c gia Australia)

Bi u đ m a cho 8 vùng trên lãnh th Australia đ c tích h p trong mô hình SWMM và đ c s d ng đ mô ph ng đ ng quá trình dòng ch y t m a

XP-c T n su t m a thi t k

T n su t thi t k h th ng tiêu thoát n c đô th đ c quy đ nh trong H ng d n thi t k h th ng tiêu thoát đô th Queensland – QUDM b ng sau:

B ng 2.1 T n su t thi t k cho h th ng th ng tiêu thoát nh

Lo i hình s d ng đ t

Tên

Kho ng th i gian l p l i (n m)

T n su t

n m v t quá (%)

Khu đô th v i m t đ dân c cao

T n su t n m

v t quá (%)

Khu v c b nh vi n, công trình ph c v c p c u, các

Khu an ninh, b o tàng, th vi n, khu l u tr các hi n

v t quý giá, các đ a danh quanh tr ng v l ch s và

v n hóa, khu v c cho ng i già và tàn t t

2.2 Mô hình qu n lý ch t l ng n c đô th -MUSIC

Mô hình MUSIC đ c phát tri n vào n m 2001 b i nhóm phát tri n ph n m m MUSIC thu c trung tâm nghiên c u th y v n l u v c thu c đ i h c Monash, bang Victoria Nh m t công c h tr quá trình ra quy t đ nh, MUSIC tính toán hàm

l ng ch t ô nhi m sinh ra do n c m a c a l u v c đô th , đánh giá ho t đ ng c a

h th ng qu n lý ch t l ng n c đô th MUSIC h tr các t ch c trong quy

ho ch và thi t k h th ng qu n lý n c m a phù h p v i t ng l u v u MUSIC có

th giúp các nhà qu n lý đánh giá xem li u h th ng qu n lý n c m a có th đáp

ng các tiêu chu n v ch t l ng hay không

Qua các nghiên c u th c t , dòng ch y n c m a đã đ c th a nh n là dòng v n chuy n chính c a ch t th i đô th Trên th c t , r t khó đ ng n ch n n c m a t các con r ch, dòng su i ô nhi m vì dòng ch y có th b ô nhi m b t c n i nào

m a r i xu ng, và dòng ch y đ nh l s xu t hi n b t c đâu khi b m t không th m

k t n i tr c ti p v i đ ng đi c a dòng ch y Do đó, đ qu n lý tài nguyên n c

m a m t cách hi u qu , sáng ki n đ a ra là áp d ng cách ti p c n l u v c m r ng,

đ c bi t t p trung vào gi i quy t dòng ch y n c m a t i ngu n, ho c g n ngu n Các ngu n ô nhi m n c m a phân tán c ng đòi h i m t ph ng pháp ti p c n đa ngành ó là s k t h p các nhà ho ch đ nh đô th , các nhà thi t k đa ngành bao

g m c th y v n đô th , quy ho ch s d ng đ t, thi t k c nh quan và các nhà phân tích kinh t (ngu n: http://www.ewater.com.au)

Các k t qu c b n c a nghiên c u này đã ch ra r ng h th ng x lý c a h u h t các h th ng thoát n c m a đô th có th đ c mô ph ng b ng mô hình m t chi u,

đó là mô hình x lý n c m a toàn di n B c đ t phá này k t h p v i s hi u bi t

c n k v th y v n đô th , ô nhi m đô th đã giúp nhóm nghiên c u c a ti n s Wong phát tri n nên ph n m m MUSIC

Hi n nay mô hình MUSIC đ c chính quy n các thành ph Australia khuy n khích s d ng nh là m t công c đ đánh giá m c đ hi u qu c a WSUD, t đó

giúp các nhà qu n lý đ a ra đ c quy t đ nh trong quy ho ch phát tri n đô th (Weber, 2008; Fletcher, 2001)

2.2.1 C s lý thuy t mô hình MUSIC

a Tính toán dòng ch y đ u vào

Ph n th y v n trong mô hình MUSIC, đ c phát tri n b i Francis Chiew và các

c ng s c a ông trung tâm nghiên c u và h p tác v th y v n l u v c, đ c tính toán d a vào s đ nh ngh a v b m t không th m và b m t th m Nhóm nghiên

c u ch ra r ng ph n tính toán th y v n tr nên quan tr ng ngang ph n tính toán

ch t l ng n c Trên th c t , các nghiên c u c a phó giáo s Tim Fletcher (m t trong nh ng thành viên c a nhóm phát tri n mô hình MUSIC) đã ch ra r ng nh ng

s thay đ i trong th y v n đô th có nh ng nh h ng r t l n đ n ch t l ng n c trong các sông, su i (ngu n: http://www.ewater.com.au)

Thu t toán tính toán dòng ch y đô th d a vào mô hình đ c phát tri n b i Chiew & McMahon (1997) Mô hình mô ph ng quá trình m a dòng ch y d a vào di n tích không th m (impervious) và l ng tr trong đ t t ph n b m t không th m và b

m t th m (pervious)

Hình 2.5 th hi n nguyên lý tính toán dòng ch y trong mô hình MUSIC

Hình 2.5 Mô hình m a dòng ch y đ c s d ng trong MUSIC

(CRC, 2005)

Di n toán dòng ch y qua m t kênh d n gi a 2 đi m trong mô hình MUSIC d a vào

ph ng pháp di n toán Muskingum Cunge cho ph ng trình liên t c cho dòng ch y không đ u nh sau:

Qvào– Qra = dS/dt (2.4) Trong đó:

Qvào– là dòng ch y vào đo n kênh

Qra – dòng ch y ra đo n kênh

S – L ng tr trong đo n kênh; và

t – th i gian

b Nguyên lý tính toán hàm l ng ch t ô nhi m đô th trong mô hình MUSIC

Theo nghiên c u v ch t l ng m a trên l u v c đô th c a Duncan n m 1999,

n ng đ ch t ô nhi m TSS, TP và TN tuân theo quy lu t phân b logarit cho các b

m t s d ng đ t khác nhau l ch chu n c a d li u n ng đ ô nhi m th hi n s

nh h ng c a các y u t không gian và th i gian N ng đ ch t ô nhi m TSS, TP

và TN trong mô hình MUSIC đ c xác đ nh d a vào các thông s giá tr trung bình

và đ l ch chu n, tuân theo quy lu t phân b logarit (CRC, 2005)

Di n toán hàm l ng ô nhi m qua m t đo n kênh d n c ng d a vào ph ng trình liên t c cho hàm l ng ch t ô nhi m và ph ng trình đ c gi i theo ph ng pháp Muskingum:

Mvào– Mra = dZ/dt Trong đó:

Mvào– Hàm l ng ch t ô nhi m đi vào đo n kênh;

Mra – Hàm l ng ch t ô nhi m đi ra đo n kênh;

Z – T ng l ng ch t ô nhi m trong đo n kênh; và

D li u m a v i b c th i gian 6 phút trong th i đo n 10 n m đ c ki n ngh s

d ng làm đ u vào mô hình MUSIC L a ch n tr m m a phù h p v i v trí nghiên

c u đ c h ng d n trong tài li u H ng d n mô hình MUSIC cho khu v c ông nam Queesland (MUSIC Modelling Guidelines – waterbydesign)

Dòng ch y (bao g m c dòng ch y m t và dòng ch y d i đ t) đ c MUSIC tính toán d a vào d li u m a và đ c tính c a đ t Các thông s m a dòng ch y đ c

ki n ngh tài li u H ng d n mô hình MUSIC cho khu v c ông nam Queesland

d a vào đ c tr ng s d ng đ t t i vùng nghiên c u Các thông s m a dòng ch y

đ c ki n ngh d a vào quá trình hi u ch nh mô hình trong nghiên c u Ch ng trình giám sát n c m a thành ph Brisbane (BTM WBM, 2005), do đó đ c xem

là đáng tin c y Các thông s m a – dòng ch y đ c ki n ngh s d ng trong mô hình MUSIC đ c trình bày trong B ng 2.3 d i đây:

B ng 2.3 Thông s m a dòng ch y đ c ki n ngh s d ng trong MUSIC

Thông s

Lo i s d ng đ t Khu dân c

(Ngu n: Water by design, 2010)

b Thông s tính toán hàm l ng ch t ô nhi m

Theo nghiên c u v ch t l ng m a trên l u v c đô th c a Duncan n m 1999,

n ng đ ch t ô nhi m TSS, TP và TN tuân theo quy lu t phân b logarit cho các b

m t s d ng đ t khác nhau Các thông s th ng kê là giá tr trung bình và đ l ch chu n đ c s d ng trong xác đ nh n ng đ ch t ô nhi m Các thông s th ng kê

v i t ng đ c tr ng s d ng đ t đ c ki n ngh trong H ng d n mô hình MUSIC cho khu v c ông nam Queesland b i waterbydesign đ c xem là đáng tin c y Các thông s th ng kê trong tính toán n ng đ ch t ô nhi m đ i v i t ng lo i hình

s d ng đ t đ c ki n ngh s d ng trong mô hình MUSIC đ c trình bày trong

B ng 2.4 d i đây:

B ng 2.4 Thông s tính toán ch t ô nhi m đ c ki n ngh s d ng trong

MUSIC

Ngu n: Water by design, 2010

m t

Mean St dev Mean St dev Mean St dev Khu dân c vùng đô th

Thông s dòng ch y ng m

Mái nhà N/A N/A N/A N/A N/A N/A

ng 1.00 0.34 -0.97 0.31 0.20 0.20 Khu v c 1.00 0.34 -0.97 0.31 0.20 0.20 Thông s dòng ch y

n c m a

Mái nhà 1.30 0.39 -0.89 0.31 0.26 0.23

ng 2.43 0.39 -0.30 0.31 0.26 0.23 Khu v c 2.18 0.39 -0.47 0.31 0.26 0.23

Khu công nghi p

Thông s dòng ch y ng m Mái nhà N/A N/A N/A N/A N/A N/A

ng 0.78 0.45 -1.11 0.48 0.14 0.20 Khu v c 0.78 0.45 -1.11 0.48 0.14 0.20 Thông s dòng ch y

n c m a

Mái nhà 1.30 0.44 -0.89 0.36 0.25 0.32

ng 2.43 0.44 -0.30 0.36 0.25 0.32 Khu v c 1.92 0.44 -0.59 0.36 0.25 0.32

Khu th ng m i

Thông s dòng ch y ng m

Mái nhà N/A N/A N/A N/A N/A N/A

ng 0.78 0.39 -0.60 0.50 0.32 0.30 Khu v c 0.78 0.39 -0.60 0.50 0.32 0.30 Thông s dòng ch y n c

m a

Mái nhà 1.30 0.38 -0.89 0.34 0.37 0.34

ng 2.43 0.38 -0.30 0.34 0.37 0.34 Khu v c 2.16 0.38 -0.39 0.34 0.37 0.34

Ghi chú: Mean là giá tr trung bình

St dev: là đ l ch chu n

2.2.3 Mô hình t ng h p qu n lý n c m a

Mô hình t ng h p qu n lý n c m a mà nghiên c u đ a ra là mô hình tuân theo

ph ng pháp WSUD Do đó, n c m a s đ c qu n lý t ng h p c v s l ng,

ch t l ng Nghiên c u s s d ng hai tài li u c b n nh t, đó là H ng d n thi t k

h th ng tiêu thoát đô th Queensland – QUDM và H ng d n qu n lý ch t l ng

n c đô th Queensland – QWQG, đ tính toán thi t k các công trình nh m đ m

b o các m c tiêu trong b o v tài nguyên n c, c th nh sau:

• m b o không làm gia t ng l u l ng dòng ch y t khu đô th m i so v i dòng ch y hi n tr ng (đ i v i t t c các tr n m a t tr n m a v i t n su t

ra h l u nh b ng sau:

B ng 2.5 T ng h p các m c tiêu thi t k ch t l ng n c m a trong giai đo n

v n hành

Khu v c

L ng gi m t i thi u hàm l ng ch t ô nhi m trung bình

n m t các khu v c đô th hóa

T ng l ng ch t

l l ng (TSS) T ng Ph t Pho (TP)

T ng Nit (TN)

T ng l ng

ch t ô nhi m

> 5mm

Trung tâm và phía tây

Trung tâm và phía tây

Cape York (Nam)

V i các m c tiêu trên, nghiên c u s s d ng b công c mô hình toán, XP – SWMM và MUSIC đã đ c h i đ ng liên bang ki m ch ng và đ xu t s d ng t i bang Queensland đ tính toán qu n lý tài nguyên n c m a cho khu v c nghiên