Nghien cuu tinh toan dieu tiet ho chua do thi phuc vu giam thieu ngap ung do mua ap dung dien hinh cho luu vuc suoi nhum quan thu duc tphcm Nghien cuu tinh toan dieu tiet ho chua do thi phuc vu giam thieu ngap ung do mua ap dung dien hinh cho luu vuc suoi nhum quan thu duc tphcm Nghien cuu tinh toan dieu tiet ho chua do thi phuc vu giam thieu ngap ung do mua ap dung dien hinh cho luu vuc suoi nhum quan thu duc tphcm Nghien cuu tinh toan dieu tiet ho chua do thi phuc vu giam thieu ngap ung do mua ap dung dien hinh cho luu vuc suoi nhum quan thu duc tphcm Nghien cuu tinh toan dieu tiet ho chua do thi phuc vu giam thieu ngap ung do mua ap dung dien hinh cho luu vuc suoi nhum quan thu duc tphcm
Trang 1NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN
ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA ĐÔ THỊ
PHỤC VỤ GIẢM THIỂU
NGẬP ÚNG DO MƯA
ÁP DỤNG ĐIỂN HÌNH
CHO LƯU VỰC SUỐI NHUM
QUẬN THỦ ĐỨC – TP.HCM
Trương Văn Hiếu
Trường Đại Học Tôn Đức Thắng
Email: truongvanhieu@tdt.edu.vn
TÓM TẮT
Quy hoạch thoát nước mưa đô thị, giảm thiểu ngập lụt là vấn đề
bức xúc hiện nay ở TP.Hồ Chí Minh (TP.HCM) và các đô thị phía
Nam, không những được các cấp chính quyền mà còn cả nhân
dân và các nhà khoa học- kỹ thuật quan tâm
Biến trình dòng chảy đô thị là một cơ sở và luận cứ quan trọng
để đề xuất các biện pháp công trình thoát nước đô thị nhằm
đáp ứng tính kỹ thuật, kinh tế và hiệu quả của công trình
Trong tình hình hiện nay ở TP.HCM, trong các dự án thoát nước
đô thị thường có đề xuất hồ chứa nước Với các điều kiện hạn chế như: mặt bằng xây dựng, lưu vực hứng nước cần xác định, tác động của mưa, triều, lũ thượng lưu thì vị trí, lưu vực hứng nước, dung tích hữu ích và nhất là tính điều tiết của hồ chứa ở vùng đô thị là rất quan trọng Đây là những đặc trưng không thể thiếu trong các dự án thoát nước và phụ thuộc vào dòng chảy
đô thị được hình thành
Báo cáo này bước đầu giới thiệu tính toán thủy văn phục vụ xác định các yêu cầu trên thông qua điều kiện thực tiễn ở lưu vực Suối Nhum (Q.Thủ Đức – TP H CM)
1 GIỚI THIỆU ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA LƯU VỰC SUỐI NHUM
1.1.Địa hình
Lưu vực Suối Nhum ở vị trí phía Bắc Q.Thủ Đức (Hình 1), có đặc điểm địa hình lưu vực là sự biến đổi nhanh của các cấp địa hình Cao trình biến đổi từ +30m đến +8.0m của những dãy đồi thấp kéo dài xuống phía Nam (Hình 2) Đây là vùng tiếp giáp giữa Miền Đông và vùng thấp trũng phía Nam ven sông Sài Gòn
và Sông Đồng Nai Do đó trong lưu vực hình thành các độ dốc lớn (từ 1.2% đến 2.5%) theo các hướng khác nhau về phía Suối Nhum
Hình 1: Vị trí địa lý lưu vực Suối Nhum Hình 2: Địa hình lưu vực Suối Nhum
Trang 2Đư ư NG IDF:Tư n suư t-Cư ư ng ư ư -Thư i gian Trư m XM Hà Tiên
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 2 0 0
T(phút)
N30 N20 N10 N5 N4 N3 N2 Log (N2) Log (N3) Log (N4) Log (N5) Log (N10) Log (N20) Log (N30) Log (N50)
MÔ HÌNH Mư A THIư T Kư ư NG CHU Kư N=3 TRư M XIMANG HÀ TIÊN
0.00 9.15
20.78
12.34
7.08 5.54 4.31 3.29 2.42 1.66 0.98 0.37 0.00 0.00
0 5 10 15 20 25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
T(phút)
Lư ư ngmư a (mm)/10phút
MÔ HÌNH Mư A THIư T Kư ư NG CHU Kư N=5 TRư M XIMANG HÀ TIÊN
0.00
10.84
24.23
14.51
8.46 6.69 5.28 4.10 3.10 2.22 1.44 0.74 0.10 0.00
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
T(phút)
Lư ư ngmư a (mm)/10phút
1.2 Kênh rạch và hệ thoát nước đô thị lưu vực Suối Nhum
1.3.Mưa và mưa cường độ cao
Lưu vực Suối Nhum đến hợp lưu cùng với suối Xuân Trường, có diện tích lưu vực 789ha, là chi lưu của hệ thống Suối Nhum-Suối Cái-Rạch Gò Công Đặc điểm của suối theo bảng 1 và thể hiện trên bản đồ hình 1 Nhìn chung ngoài Suối Nhum thì hệ thoát nước
đô thị hầu như rất ít, dòng chảy do mưa chảy tràn mặt đất, một số đường cống cấp 4 (tròn: Ø500 - Ø800 mm) hay mương bê tông hở: bđáy = 0.5 – 0.8 m, cao 0.6 - 1.2m ) được bố trí ven trục lộ lớn, nội đô các khu dâu cư, khu công nghiệp (có hướng ra suối và kênh rạch) [1] Mạng cống này mang tính cục bộ từng tiểu lưu vực nhỏ Do xây dựng giao thông nên trên Suối Nhum có 2 tuyến cống qua các đường lộ trình là: Cống đôi 2 Ø2000mm trên đường Xuyên Á và cống hộp (có kích thước 1x1.5 m) trên lộ giáp ranh với TX.Dĩ
An - Tỉnh Bình Dương
Mưa là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình hình ngập đô thị, với tính chất mưa rào của vùng nhiệt đới – gió mùa đến nhanh và kết thúc nhanh, mang nét rất đặc trưng, Một số nét chính về kết quả nghiên cứu và tính toán về mưa đô thị trạm Xi măng HàTiên ở khu vực Q.Thủ Đức (hình 1) bao gồm: IDF (cường độ mưa - thời gian - tần suất) ở bảng 2 và hình 3; mô hình mưa thiết kế
theo phương pháp gia số tại trạm Ximăng HàTiên hình 4.a,b, [4]
Bảng 1: Đặc trưng hệ kênh rạch Quận Thủ Đức
Hình 4 (a, b): Mô hình mưa thiết kế trạm Xi Măng Hà Tiên
Hình 3
Bảng 2: Lượng mưa theo thời đoạn ứng chu kỳ Trạm Xi Măng Hà Tiên
Chu kỳ (năm)
T (phút) N50 N20 N10 N5 N4 N3 N2
15 215 201 182 156 128 118 111
30 185 171 152 128 101 91 85
45 144 134 120 102 83 76 70
Chu kỳ (năm) Phương trình IDF trạm XMHàTiên (I : mm/h) R2
N10 I=-50.913LN(T)+295.67 0.993 N5 I=-42.07LN(T)+242.26 0.995 N3 I=-36.553LN(T)+208.87 0.995
Trang 31.4 Đặc điểm thủy văn
1.5 Hiện trạng ngập
2.1 Quy hoạch mặt bằng
2 QUY HOẠCH MẶT BẰNG VÀ PHÂN VÙNG THOÁT NƯỚC QUẬN THỦ ĐỨC
Khu vực ít có các số liệu đo đạc và quan trắc thủy văn và rời rạc không đủ phục vụ tính toán hơn nữa do là lưu vực độc lập có địa hình cao nên thủy triều ít ảnh hưởng (chế độ thủy văn trên sông lớn liên quan như sông Đồng Nai, sông Tắt và sông Gò Công đều chịu ảnh hưởng triều), sự liên quan là ảnh hưởng lên khả năng thoát của Suối Nhum Do đó tính toán thủy văn của lưu vực chính là tính toán biến trình dòng chảy hình thành từ mưa đô thị
Lưu vực Suối Nhum không chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều trên các sông lớn, tuy nhiên do chảy về các sông lớn nên các đặc trưng triều có ảnh hưởng đến khả năng thoát của hệ thống, các đặc trưng mực nước cao nhất thấp nhất hằng năm (thời kỳ 1990-2011 được tính toán theo bảng 3 như sau: (i) Trạm Nhà Bè (cách nội thành 19 km về phía hạ lưu), (ii) Biên Hòa (Cầu Đồng Nai)
Do quá trình đô thị hóa, nhất là các công trình giao thông nằm chắn ngang hướng dốc địa hình tự nhiên nên có tính chất ngăn nước
và gây ngập cục bộ nhiều nơi khi mưa có cường độ cao Ngoài mưa còn có một nguyên nhân gây ngập ở vùng này là do hệ thống thoát nước được thiết kế theo tiêu chuẩn nông nghiệp nên khi chuyển sang đất đô thị không còn phù hợp
Sự định hướng quy hoạch mặt bằng có ảnh hưởng lớn đến sự phân bố dòng chảy đô thị trong tương lai Do sự đầu tư hạ tầng cơ sở
đô thị trên địa bàn chỉ mới là bước đầu, ít đồng bộ nên vấn đề thoát nước (bao gồm nước mưa và nước thải) chưa được chú trọng và quan tâm đúng mức Mặt bằng lưu vực được định hướng là khu đô thị có mật độ dân số trung bình theo bản đồ quy hoạch hình 5
Bảng 3: Mực nước cao nhất , thấp nhất thực đo của trạm Biện Hòa (BH) và Nhà Bè (NB)
(Thời kỳ 1990- 2011, Hệ cao độ Nhà nước, đơn vi: cm)
Hình 5: Quy hoạch mặt bằng
Trang 42.2 Phân vùng thoát nước
Phương pháp chồng lấp bản đồ được áp dụng trên cơ sở các
yếu tố liên quan và thể hiện qua các yếu tố sau [3]:
Địa hình, hệ kênh rạch, quy hoạch mặt bằng đô thị, hệ thoát
nước đô thị để đánh gíá quá trình phát triển đô thị, xác định
tiểu lưu vực, nhu cầu thoát nước mưa và các thông số ảnh
hưởng đến sự hình thành dòng chảy
Tình hình ngập thực tế: giúp xác định và kiểm tra các kết quả
tính toán
Ở bảng 4 trình bày kết quả phân vùng và quy mô các tiểu lưu
vực và được thể hiện theo hình 6 tại các mặt cắt tính toán
Bảng 4: Các mặt cắt tính toán và diện tích các lưu vực
bộ phận thoát nước mưa ở LV.Suối Nhum
STT Tên vùng
(ký hiệu mặt cắt) Diện tích (ha)
1 CaiNhum1 (CN1) 261
2 CaiNhum2 (CN2) 262
3 CaiNhum3 (CN3) 275
Các vùng tương ứng với mặt cắt tính toán được tính toán theo thời gian chảy tập trung nước của các tiểu lưu vực bộ phận Trong hình
8 và bảng 5 trình bày kết quả tính toán dòng chảy hỉnh thành tãi các mặt cắt tính toán ở lưu vực Suối Nhum (CN) ứng với mưa theo tần suất thiết kế là N=3 năm và N= 5 năm
Phương pháp tính dòng chảy từ mưa được ứng dụng là mô hình căn nguyên để mô tả dòng chảy hình thành [2] Do tính chất mưa đến nhanh kết thúc nhanh và có cường độ cao nên dòng chảy của nước thải vệ sinh không đáng kể trong lúc này
Dòng chảy hình thành từ mưa được xác định trên lưu vực hứng nước, thời gian chảy tập trung nước và lượng mưa được phân theo thời đoạn (5, 10, 15 phút); phương trình căn nguyên mô phỏng dòng chảy hình thành (hình 7 theo thời đoạn do mưa, được khái quát theo phương trình sai phân:
Trong đó:
Qk : dòng chảy hình thành ở giai đoạn k (m3/s)
fi : diện tích giữa hai đường đẳng thời (ha)
hk -i+1 : Lượng mưa thời đoạn tương ứng
thời gian chảy của hai đường đẳng thời (mm)
K : Hệ số đổi đơn vị, tùy theo thời đoạn chia
Δt = 10 phút có K=0.0166
C : hệ số tổn thất dòng chảy do đặc tính của mặt đệm, lớp phủ mặt
đất (C có thể được phân loại theo đặc tính về tính chất đất của từng
diện tích fi tương ứng)
Q
1 1
Hình 6: Phân vùng thoát nước
Hình 7: Mô hình dòng chảy
Trang 52.3 Kết quả tính tốn các đặc trưng hồ chứa và tính điều tiết
Trên cơ sở dịng chảy hình thành, vị trí và dung tích cần thiết cho việc chứa lượng nước từ mưa của các hồ chứa được đề xuất và cĩ
sự điều tiết dịng chảy trên rạch Suối Nhum thuộc tiểu lưu vực Suối Nhum theo các nội dung sau:
*Tại mặt cắt CN1:
-Khả năng tải hiện trạng của kênh:
Qk = 6.4 m3/s
-Khả năng thốt của cống 22.000mm:
Qcống =12.5m3/s
Các phương án đặt ra là :
.Khơng nâng khả năng kênh: lượng nước cần chứa của hồ
điều tiết Vđt = 62.300m3
.Nâng khả năng kênh lên tương ứng cống qua đường hiện
trạng
- Giải pháp đề xuất chọn ( hình 9) :
- Nâng mặt cắt kênh để thốt tương ứng với cống
- Lượng nước cần chứa của hồ điều tiết
Vđt = 38400 # 40.000m3
- Đặc trưng hồ: rộng 120 x 120 m sâu 4m
- Ở vị trí gần CN1 phía thượng lưu
*Tại mặt cắt CN2:
-Khả năng tải hiện trạng của kênh:
Qk = 12.5 m3/s
Các phương án đặt ra là :
-Khơng nâng khả năng kênh cĩ lượng nước cần hồ điều tiết
kể cả ở CN1 cần Vđt = 112.000m3
-Nâng khả năng kênh lên mức : Qk = 20m3/s
Tính với 2 trường hợp cĩ và khơng cĩ hồ ở CN1 .Khơng cĩ hồ ở CN1 :
lượng nước cần điều tiết Vđt = 88.500m3
-Giải pháp đề xuất chọn ( hình 10) .Nâng khả năng kênh
.Cĩ hồ ở CN1 : lựong nước cần điều tiết Vđt = 50.500m3
-Đặc trưng hồ: rộng 130 x 130 m sâu 4m
- Ở vị trí gần gần CN2 phía thượng lưu
Biến trình dòng chảy do mưa tại các mặt cắt trên tuyến Suối Cái Nhum
0 10 20 30 40 50 60 70 80
T(phút)
Q(m 3 /s)
CN1(MưaN=3) CN1(MưaN=5) CN2(MưaN=3) CN2(MưaN=5) CN3(MưaN=3) CN3(MưaN=5)
Times
(phút) CN1 (Mưa
N=3)
CN1 (Mưa N=5)
CN2 (Mưa N=3)
CN2 (Mưa N=5)
CN3 (Mưa N=3)
CN3 (Mưa N=5)
0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
10 3.0 3.4 7.9 9.0 7.6 8.6
20 9.0 8.7 18.4 16.9 18.8 17.5
30 20.7 16.2 40.7 29.6 46.0 35.8
40 29.3 28.9 45.2 52.2 57.5 61.4
50 28.6 32.4 42.0 50.4 63.8 67.0
60 25.1 29.1 42.3 45.9 59.2 70.6
70 15.9 23.2 38.5 43.0 52.4 61.6
80 10.8 12.9 33.1 37.1 50.8 54.4
90 8.1 8.5 22.1 29.4 45.1 49.6
100 6.3 6.3 15.1 17.2 37.8 41.7
110 4.5 4.5 10.6 11.1 24.9 32.1
120 3.1 3.1 8.1 8.1 17.0 19.1
130 1.8 1.8 5.2 5.2 11.5 11.9
140 0.8 0.8 3.1 3.1 8.1 8.1
150 0.4 0.4 1.8 1.8 5.2 5.2
160 0.0 0.0 0.8 0.8 3.1 3.1
170 0.0 0.0 0.4 0.4 1.8 1.8
180 0.0 0.0 0.0 0.0 0.8 0.8
190 0.0 0.0 0.0 0.0 0.4 0.4
200 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Hình 8 và Bảng 5: Dịng chảy hình thành tại các mặt cắt từ
mưa tại lưu vực Suối Nhum
Trang 65 KẾT LUẬN
Qua các kết quả có được về dòng chảy đô thị của báo cáo
cho thấy:
- Hồ chứa là một bộ phận quan trọng của hệ thoát nước đô thị;
được đề xuất xây dựng trên cơ sở phân vùng tiểu lưu vực hứng
nước, ứng với điều kiện hiện trạng cũng như phương hướng
phát triển đô thị trong tương lai Sự tính toán thiết kế mang tính
thống nhất cho cả hệ thống thoát nước trong tiểu lưu vực trên
cơ sở các yếu tố tác động đến sự hình thành dòng chảy đô thị
- Báo cáo bước đầu đã đưa ra được các cơ sở để tính toán, thiết
kế và nhất là xem xét tính điều tiết hồ chứa và liên hồ chứa
nhằm phục vụ thoát nước và giảm thiểu tình hình ngập nước đô
thị hiện nay ở lưu vực Suối Nhum
- Yếu tố mưa và mặt đệm (địa hình, hệ thống giao thông và tình
hình phát triển đô thị) thực sự có vai trò quan trọng trong tính
toán dòng chảy và thiết kế các công trình thoát nước
- Dòng chảy hình thành có thời đoạn tính toán thích hợp thể
hiện qua quá trình hình thành là cơ sở và luận cứ cho việc đề
xuất các biện pháp như kênh, cống, hồ chứa ở khu vực Suối
Nhum
- Việc áp dụng công thức căn nguyên thể hiện mối quan hệ
mưa dòng chảy vào tình hình cụ thể trên địa bàn cho các kết
quả khá phù hợp và chi tiết đối với công tác thoát nước mưa đô
thị trên các tiểu vùng lưu vực cụ thể
- Qua quá trình tính toán cho thấy biến trình dòng chảy đô thị là tiền đề trong việc lựa chọn biện pháp và các đặc trưng kỹ thuật công trình trong đó các đặc trưng của hồ chứa như: (i)vị trí xây dựng hồ, (ii) dung tích hữu ích và (iii) tính điều tiết hồ chứa vùng
đô thị
- Một số các yêu cầu về các đặc trưng hồ cần được quan tâm kết hợp như: thoát nước tự chảy khi triều rút, cần có lượng nước nhất định trong hồ vào mùa khô để đãm bảo môi trường của
hồ chứa cũng như cải thiện điều kiện thời tiết nóng nực, cần kết hợp xây dựng hồ sinh thái (nước trong hồ được xử lý có khả năng sử dụng cho một số mục đích như tưới cây, tưới đường
bộ, )
Tài liệu tham khảo
1) Trương Văn Hiếu và ngk,” Nghiên cứu phương pháp phân vùng ngập và thoát nước đô thị- Nội thành TP.HCM”, SKHCN, TP.HCM -2003
2) TrươngVăn Hiếu, “Các mô hình tính toán về mưa – dòng chảy”,Viện KHKTTVMT, (2004)–Ch/đề tiến sĩ
3) Trương Văn Hiếu,”Cơ sở phân vùng ngập úng và tiêu thoát nước mưa TP.HCM”, Tạp chí KTTV số 10 (526) – 2004
4) Trương Văn Hiếu và ngk,“Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn dòng chảy thủy văn đô thị phục vụ xây dựng cơ sở hạ tầng, chỉnh trang đô thị và chống ngập vùng ven sông Sài Gòn
- T.Bình Dương” ,SKHCN Tỉnh Bình Dương-2012, “ Hình 9 Biến trình dòng chảy do mưa tại mặt cắt CN1 Hình 10 Biến trình dòng chảy do mưa tại mặt cắt CN2