Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước: Chương 7 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 7: Mô hình hóa và thiết kế hệ thống thoát nước cung cấp cho người học các kiến thức về thủy văn, tính thủy lực hệ thống thoát nước. Đây là tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Xây dựng và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.

Trang 1

10/14/2010 1

Khoa KTXD - B ộ mơn KTTNN

E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr

Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

N Ộ I DUNG MƠN H Ọ C

Chương 1 Chất lượng, ht phân phối nước & thiết bị.

Chương 2 Quản lý cung - cầu trong cấp nước.

Chương 3 Mơ hình hố & thiết kế ht cấp nước.

Chương 4: Phân tích mạng lưới cấp nước.

Chương 5: Nước va trong đường ống chảy cĩ áp.

Chương 6 Quy hoạch hệ thống thĩat nước.

Ch ươ ng 7 Mơ hình hố & thi ế t k ế ht thốt n ướ c.

Chương 8 Thốt nước vùng triều.

Chương 9 Quản lý vận hành ht cấp và thốt nước.

Phần mềm SWMM & EPANET

N Ộ I DUNG Thự c hành 1: Mơ hình d ự báo nhu c ầ u

n ướ c dùng v ớ i p/p H ồ i quy tuy ế n tính

Th ự c hành 2: Mơ ph ỏ ng m ạ ng l ướ i c ấ p

n ướ c v ớ i EPANET.

Th ự c hành 3: Mơ ph ỏ ng m ạ ng l ướ i thốt

n ướ c v ớ i SWMM.

Th ự c hành 4: Mơ ph ỏ ng th ủ y l ự c v ớ i

HEC-RAS

MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC

Chương 1: Chất lượng, hệ thống phân phối & thiết bị

NỘI DUNG

- Thủ y văn

- Tí nh thủ y l ự c h ệ thơ ( ng thoa ( t n ươ( c.

Chương 7: Thủy lực mạng lưới thoát nước

PGS Dr Nguyễn Thống

THỦ Y V Y V Ă Ă N N

M Ư A THI Ế T K Ế

M ư a là m ộ t hi ệ n t ượ ng ng ẫ u nhiên

Biến đổi theo khơng gian và thời gian

Khi thi ế t k ế m ộ t h ệ th ố ng thốt n ướ c

c ầ n ph ả i xác đị nh m ộ t mơ hình m ư a dùng làm đầ u vào cho các ph ầ n tính tốn

PGS Dr Nguyễn Thống MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC

Trang 2

10/14/2010 7

M ư a thi ế t k ế cĩ th ể là c ườ ng độ m ư a

bình quân hay là quá trình m ư a trong

su ố t th ờ i gian m ư a

M ư a thi ế t k ế đượ c xác đị nh d ự a trên

phân tích s ố li ệ u đ o m ư a trong nhi ề u

n ă m ở các tr ạ m khí t ượ ng trong khu

v ự c.

CƯỜNG ðỘ MƯA I

V ớ i: T d – Th ờ i gian m ư a, P – L ớ p n ướ c m ư a hay

độ sâu mưa

C ườ ng độ mưa phụ thu ộ c vào:

V ị trí khu v ự c

Chu k ỳ xu ấ t hi ệ n l ạ i c ơ n m ư a p

Th ờ i gian m ư a T d PGS Dr Nguyễn Thống

) ha s /(

l ( 36 0

I q or ) h / mm ( T

P I d

−

=

Ơ; m ỗ i khu v ự c, quan h ệ gi ữ a I,

Td, p g ọ i là IDF ( I

ntensity-D uration- F requency);

IDF đượ c di ễ n t ả dướ i d ạ ng

bi ể u đồ hay cơng th ứ c.

Dạ ng tổ ng quá t c ươD ng độ m ư a I:

Td– Thời gian kéo dài cơn mưa (phút)

a, b, c – Phụ thuộc vị trí khu vực và tần suất p (thơng thường c = 1)













+

=

ha

s / or h / mm b T

a

I c

d

Khu vực thaDnh phơ( HCM (nghiên

cứu của JICA):

1 37,5 10410

50

1 37,3 9302

20

1 37,2 8464

10

1 37,0 7627

5

1 36,7 6520

2

c b

a Chu kỳ p (năm)

QUÁ TRÌNH MƯA

ðể đ ánh giá đượ c di ể n bi ế n ng ậ p trong khu v ự c c ầ n ph ả i đượ c

th ờ i gian.

Mơ hình quá trình m ư a đượ c xây

d ự ng t ừ tài li ệ u c ơ n m ư a th ự c t ế

hay t ừ quan h ệ IDF nêu trên.

Trang 3

10/14/2010 13

QUÁ TRÌNH MƯA

b

Mơ hình đườ ng cong g ầ n v ớ i quá trình

m ư a th ự c t ế nh ư ng đ ịi h ỏ i ph ả i cĩ các d ự

đ ốn tin c ậ y

Mơ hình tam giác cĩ th ờ i gian tr ướ c đỉ nh

là ta, thơng th ườ ng: ta= (0,3 ÷÷÷÷ 0,5)Td

Chu k ỳ l ặ p l ạ i c ơ n m ư a p ả nh h ưở ng đế n

c ườ ng độ m ư a và do đ ĩ quy ế t đị nh kích

th ướ c, kh ố i l ượ ng h ệ th ố ng thốt n ướ c

Ch ọ n chu k ỳ p theo 3 cách:

(1) Kinh nghi ệ m

(2) Phân tích r ủ i ro

(3) Phân tích kinh t ế n ướ c.

Trong phân tích kinh t ế n ướ c, ứ ng v ớ i chu k ỳ p s ẽ xác đị nh đượ c m ứ c đầ u t ư

cho cơng trình đồ ng th ờ i c ũ ng đ ánh giá

đượ c nh ữ ng thi ệ t h ạ i do nh ữ ng c ơ n m ư a

cĩ chu k ỳ l ớ n h ơ n gây ra.

ng ượ c l ạ i;

Qua phân tích kinh t ế s ẽ ch ọ n đượ c p t ố i

ư u.

D ự án “Thốt n ướ c l ư u v ự c Nhiêu L ộ c –

Th ị Nghè” Cơng ty CDM t ừ phân tích s ố

li ệ u đ i ề u tra v ề kinh t ế và đ i ề u tra v ề m ứ c

độ thi ệ t h ạ i do m ư a gây úng ng ậ p ở TP

HCM giai đ o ạ n 1994 – 1995 đ ã đề ngh ị chu

k ỳ p = 2 n ă m cho h ệ th ố ng c ố ng ng ầ m

(c ấ p II, III, IV), p = 5 n ă m cho kênh Nhiêu

L ộ c – Th ị Nghè (c ấ p I).

Ch ọ n chu k ỳ m ư a tính tốn p ph ụ thu ộ c vào

hi ệ n tr ạ ng kinh t ế xã h ộ i khu v ự c và h ướ ng phát tri ể n c ủ a nĩ.

Khơng th ể l ấ y p c ủ a thành ph ố phát tri ể n cao

nh ư Tokyo, San Francisco, … dùng cho thành

ph ố cĩ m ứ c s ố ng cịn th ấ p nh ư Hà N ộ i, TP HCM, … vì nh ư v ậ y s ẽ đầ u t ư cho h ệ th ố ng thốt n ướ c quá cao khơng t ươ ng x ứ ng v ớ i

nh ữ ng thi ệ t h ạ i mà nĩ tránh đượ c.

Trong ph ạ m vi Vi ệ t Nam c ũ ng cĩ s ự khác bi ệ t p

gi ữ a TP HCM và các thành ph ố nh ỏ khác.

Trang 4

10/14/2010 19

Nh ư ng trong nh ữ ng d ự án thốt

n ướ c nh ỏ , khơng cĩ đ i ề u ki ệ n

phân tích kinh t ế xã h ộ i t ổ ng th ể ,

chu k ỳ m ư a tính tốn p th ườ ng

đượ c ch ọ n theo kinh nghi ệ m

(ph ươ ng pháp chuyên gia)

+ Theo Tiêu Chuẩn Việt Nam (TCVN 4449: 1987):

KHU DÂN CƯ

10-20

ðK đặc biệt khơng thuận lợi

5-10

ðK khơng thuận lợi

ðK đặc biệt khơng thuận lợi

2-3

ðK trung bình

ðK khơng thuận lợi

1-2

ðK thuận lợi

ðK thuận lợi và trung bình

p (năm) Khu đường chính

Khu đường nhánh

(xem đị nh ngh ĩ a sau)

• ð i u ki n (ð K) thu n l i : Di ệ n tích l ư u v ự c

Flv= 150ha và độ d ố c đị a hình iđ h= 0,005

• ð K trung bình : Flv> 150ha và iđ h= 0,005

ho ặ c Flv= 150ha và iđ h= 0,005 0,02

• ð K khơng thu n l i : Flv> 150ha và iđ h>

0,005 ho ặ c Flv= 150ha và iđ h> 0,02

• ð K đ c bi t khơng thu n l i : C ố ng thốt

n ướ c m ư a t ừ vùng tr ũ ng c ủ a l ư u v ự c đ i

ra.

KHU CƠNG NGHIỆP

3-5 Gián đoạn sản xuất

2 Khơng gián đoạn sản

xuất

p (năm) Hậu quả do ngập úng

HIỆP HỘI KỸ SƯ CƠNG CHÍNH

MỸ (ASCE)

10 Khu thương mại, cơng nghiệp,

nhà ga, phi trường, bến cảng

5 Khu dân cư, cơ quan

2 ðất nơng nghiệp, nghĩa trang

p (năm) Khu vực

TRUNG N Ư Ớ C

Trang 5

10/14/2010 25

Th ờ i gian t ậ p trung n ướ c c ủ a

m ộ t l ư u v ự c th ờ i gian dài

nh ấ t c ầ n thi ế t để gi ọ t n ướ c

m ư a r ơ i ở v ị trí “b ấ t l ợ i” nh ấ t

di chuy ể n đế n v ị trí thốt

n ướ c c ủ a khu v ự c.

Trong mơi tr ườ ng đ ơ th ị , các l ư u v ự c nh ỏ , các ti ể u l ư u v ự c cĩ m ộ t di ệ n tích b ề m ặ t

t ươ ng đố i bé (ví d ụ , nĩ hình thành trên c ơ

s ở 1 vài khuơn viên xây d ự ng và các cơng trình nhà trên đ ĩ và m ộ t đ o ạ n đườ ng ph ố )

và n ơ i thốt chính là m ộ t mi ệ ng c ố ng

Ta g ọ i th ờ i gian đ i vào, te, chính là th ờ i gian

t ậ p trung cho m ộ t ti ể u l ư u v ự c đượ c đị nh ngh ĩ a nh ư trên.

Ch ế độ th ủ y l ự c ch ả y tràn

m ặ t 2D

Ch ế độ th ủ y l ự c ch ả y k/áp trong c ố ng

V ớ i m ộ t l ư u v ự c là đ ơ th ị l ớ n:

Th ờ i gian t ậ p trung n ướ c:

T = Te+ Tf

Tf th ờ i gian n ướ c ch ả y trong

ố ng c ố ng, tính t ừ ti ể u l ư u v ự c

chung cho khu v ự c

CÁC MƠ HÌNH

N Ư Ớ C T e

Th ờ i gian teph ụ thu ộ c:

độ d ố c trung bình b ề m ặ t khu v ự c theo h ướ ng mi ệ ng thu n ướ c

kho ả ng cách n ướ c ph ả i di chuy ể n,

ch ả y tràn trên m ặ t, để đế n mi ệ ng

c ố ng thu n ướ c

tình tr ạ ng t ự nhiên c ủ a b ề m ặ t đị a hình n ướ c ch ả y qua

Trang 6

10/14/2010 31

Một cách tổng quát, nĩ dao động từ 5 phút đến 30

phút tùy theo quy mơ của tiểu lưu vực và cách

bố trí các vị trí thu nước

Trong vùng dân cư rất đơng đúc, ở đĩ tỷ lệ diện

tích bề mặt khơng thấm lớn ta cĩ thời gian đi

vào t e sẽ ngắn

Trong khi đĩ, với các vùng dân cư, ở đĩ nhà ở

dạng các hộ cá thể và thế đất tương đối bằng

phẳng, thời gian vào te dao động trong khoảng

5 phút đến 10 phút

ðể đánh giá thời gian vào, người ta đề nghị nhiều

mơ hình như: mơ hình của Kerby, mơ hình của

Kirpich, mơ hình của Schaake, mơ hình của Cơ

Mơ hình Kerby Mơ hình này cho phép đánh giá thời gian cần thiết cho một lớp nước mỏng chảy trên một bề mặt cĩ các tính chất thay đổi

• L: kho ảng cách lớn nhất nước phải di chuyển trên mặt (m) Với mơ hình chỉ áp dụng cho L<365 m; khi L vượt quá giới hạn này, trong thực tế nước sẽ chảy nhanh hơn so với giá trị tính bởi

mơ hình.

• n: h ệ số nhám bề mặt tính theo Manning (x sau)

• s: độ dốc trung bình của địa hình.

) phut ( s

nL 187 2 t

467 0

5 0











=

0.8 Rừng phủ lá và cỏ cao

0.8 Rừng thơng

0.6 Rừng phủ lá

0.4 Bãi chăn nuơi

0.2 Phủ cỏ nhưng khơng bảo trì tốt,

trồng trọt

0.1 ðất nện chặt và nằm ngang

0.1 Phủ cỏ và nằm ngang

0.02 Khơng thấm, nằm ngang

n

B ề m ặ t

Ví d ụ : Tính th ờ i gian t ậ p trung n ướ c cho khu v ự c cĩ khơng th ấ m n ằ m ngang (n=0.02) Kho ả ng cách xa nh ấ t đế n h ố thu

n ướ c L=100m Khu v ự c cĩ độ d ố c bình quân s=2/1000.

ð áp s ố : 8.5 phút

Mơ hình Kirpich Tác giả đề nghị phương trình sau

đây, thường áp dụng cho vùng nơng thơn:

L: khoảng cách lớn nhất nước phải di chuyển

trên mặt (m) Với mơ hình chỉ áp dụng cho

khoảng 30 m<L<3050 m.

s:độ dốc trung bình của địa hình nước phải chảy

qua.

F:yếu tố phụ thuộc vào loại bề mặt đất; cho phép

áp dụng phương trình trong các vùng khơng

phải là nơng thơn (x sau)

) phut ( s

F L 0195 0

t 0.385

77 0

e=

0.2

Ch ả y trong kênh b ằ ng bé tơng

0.4 Lát bé tơng ho ặ c nh ự a đườ ng

2

C ỏ

1

ðấ t san b ằ ng s ạ ch và b ề m ặ t là

ph ẳ ng (l ư u v ự c nơng thơn)

F

B ề m ặ t

Trang 7

10/14/2010 37

Ví d ụ : Dịng ch ả y khu nơng thơn cĩ m ặ t ph ủ

c ỏ Khu v ự c cĩ độ d ố c 5/1000 và kho ả ng

cách n ướ c ch ả y đế n h ố thu là 400m Tính

tc theo Kirpich.

ð áp s ố : 30.2 phút

Mơ hình Schaake Tác gi ả đề ngh ị ph ươ ng trình sau đ ây cho các ti ể u l ư u v ự c đ ơ th ị trong đ ĩ cĩ đườ ng ph ố và các mi ệ ng thu

n ướ c đặ t d ọ c theo các l ề đườ ng hay các

đườ ng bao quanh:

) phut ( A s

L 8 1

t 0.26

imp 16 0

24 0

e =

L: kho ả ng cách l ớ n nh ấ t n ướ c ph ả i di

chuy ể n trên m ặ t (m) d ọ c theo các đườ ng

biên (v ỉ a hè) cho đế n mi ệ ng thu n ướ c.

s: độ d ố c trung bình c ủ a đị a hình n ướ c

ph ả i ch ả y qua;

Aimp:t ỷ l ệ di ệ n tích t ổ ng c ộ ng c ủ a ti ể u l ư u

v ự c khơng th ấ m (mái che, đườ ng tráng

nh ự a, l ề đườ ng )

Ví d ụ : Tính th ờ i gian t ậ p trung n ướ c cho khu v ự c cĩ t ỷ l ệ di ệ n tích khơng th ấ m là 0.5 Kho ả ng cách xa nh ấ t đế n h ố thu n ướ c L=100m Khu v ự c cĩ độ d ố c bình quân s=2/1000.

ð áp s ố : 17.6 phút

để tính thốt n ướ c cho vùng phi tr ườ ng

v ớ i tetính b ằ ng phút:

( ) ( phut ) s

L C 1 1 26 3

t 0.33

5 0

e

−

=

L: kho ả ng cách l ớ n nh ấ t n ướ c ph ả i di chuy ể n trên m ặ t (m);

C: h ệ s ố dịng ch ả y;

s: độ d ố c trung bình c ủ a đị a hình n ướ c

ph ả i ch ả y qua.

Trang 8

10/14/2010 43

Ví d ụ : Tính th ờ i gian t ậ p trung n ướ c cho

khu v ự c th ươ ng m ạ i ngo ạ i ơ (C=0.6)

Kho ả ng cách xa nh ấ t đế n h ố thu n ướ c

L=100m Khu v ự c cĩ độ d ố c bình quân

s=2/1000.

ð áp s ố : 50.7 phút

TÍNH THỦY LỰC

Ph ươ ng pha ( p c ươD ng độ gi ơ( i

hạ n.

Ph ươ ng pha ( p thi ( ch hợ p (Câ ( p thoa ( t n ươ( c- ð H).

Phương pha(p thủy lực dịng khơng ổn định tổng quát (SWMM).

10/14/2010 45

P/P THÍCH HỢP

Rational Methode

(p/p Tỷ lệ)

M Ộ T S Ố LƯU Ý

- Áp dụng tính thoát nước khu vực vừa và bé (<3-5 km2) Sử dụng nhiều cho khu đô thị.

- Thời gian kéo dài cơn mưa trong công thức tính cường độ mưa I lấy bằng thời gian tập trung nước đến điểm xét lưu lượng thoát

Qmax

- Thiết kế trong trường hợp “bất lợi” nhất

mỗi đoạn ống (D không đổi) tính kích thước với Qmax.

trong trường hợp điểm thoát nước

khu vực bị ảnh hưởng “triều”.

- KHÔNG THỂ ÁP DUïNG tính cho

trường hợp đặt cống có độ dốc i <=0.

- Giải bằng phương pháp lập bảng.

VÍ D Ụ

Trang 9

10/14/2010 49

A 2 =5ha

C 2 =0.5

A 1 =5ha

C 1 =0.3

A 3 =5ha

C 3 =0.4

A 4 =4ha

C 4 =0.4

1 2

3 4

5

Lập bảng tính (tham khảo tài liệu trang 174) :

.

1-2

(5) (4) (3) (2)

(1) (0)

I (mm/h, l/s/ha)

T (ph)

ΣΣΣΣC i A i (ha, m 2 ) i

L (m) Ống

.

(11) (10) (9) (8bis) (8)

(7) (6)

T f V

ω

h/D Dchon F(h/D) Q

TÍNH THỐT N T N Ư Ư Ớ C

SWMM Runoff Module

I f(t)

S W S

R f(t)

Q (t)

SWMM Extran Module

Cĩ th ể mơ ph ỏ ng v ớ i các ch ế độ

th ủ y l ự c:

Dịng ch ả y ổ n đị nh (Steady flow)

Sĩng độ ng h ọ c (Kinematic Wave)

Sĩng độ ng l ự c (Dynamic wave).

Trang 10

10/14/2010 55

th ể KHÁC NHAU.

Nhiều dạng đường dẫn khác

nhau.

Mơ ph ỏ ng di ễ n bi ế n thốt

n ướ c theo th ờ i gian.

Mơ ph ỏ ng s ự làm vi ệ c H Ồ ðIỀ U HỊA trong h ệ th ố ng

Cĩ th ể ch ả y cĩ áp, bán áp, ch ả y khơng áp.

Các mơ hình th ấ m n ướ c vào đấ t khác nhau.

Ví d ụ

SWMM

TH Ấ M &

CH Ả Y TRÀN M Ặ T (Infiltration and Runoff)

M ư a r ơ i xu ố ng m ộ t khu v ự c s ẽ

chia thành:

M ộ t ph ầ n s ẽ th ấ m vào lịng

đấ t (Infiltration)

Ph ầ n cịn l ạ i t ạ o dịng ch ả y tràn m ặ t (Runoff)

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	585,31 KB