Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực mike urban vào tính toán hệ thống thoát nước chống ngập lưu vực kênh nhiêu lộc – thị nghè

--- PHẠM KHẮC THUẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE URBAN VÀO TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CHỐNG NGẬP LƯU VỰC KÊNH NHIÊU LỘC – THỊ NGHÈ Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Th

-

PHẠM KHẮC THUẦN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE URBAN VÀO TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CHỐNG NGẬP LƯU VỰC KÊNH NHIÊU LỘC – THỊ NGHÈ

Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy

Mã số: 60 58 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thống

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Châu Nguyễn Xuân Quang

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS Võ Khắc Trí GVC.TS Nguyễn Minh Tâm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 19/04/1984 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã số: 60 58 40

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực Mike Urban vào tính

toán hệ thống thoát nước chống ngập lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn nghiên cứu lý thuyết và thiết lập mô

hình thủy lực tính toán hệ thống thoát nước lưu vực kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè ứng với các kịch bản vận hành bất lợi Dựa trên kết quả của mô hình thủy lực, tiến hành đánh giá, phân tích nguyên nhân Từ đó đề xuất giải pháp và quy trình vận hành hệ thống thoát nước chống ngập một cách hiệu quả

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GVC.TS Nguyễn Minh Tâm

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới PGS TS Nguyễn Thống, Thầy đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng như khích lệ động viên tạo nhiệt huyết tôi hoàn thành đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước

đã giảng dạy, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập ở Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới cơ quan đang công tác, Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, đặc biệt là PGS TS Võ Khắc Trí đã chỉ bảo, dìu dắt tận tình trong công việc cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi tối đa có thể để tôi vừa thực hiện tốt nhiệm vụ ở cơ quan, vừa hoàn thành tốt đề tài này

Cuối cùng, không thể thiếu được đó là lời cảm ơn tới gia đình tác giả bởi sự cổ

vũ, khuyến khích và động viên tinh thần để tôi có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 01 năm 2014

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Phạm Khắc Thuần

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè (NLTN) rộng khoảng 33,93 km2

trong đó có kênh NLTN là trục tiêu chính đổ ra sông Sài Gòn Kênh NLTN bắt đầu từ sân bay Tân Sơn Nhất, chảy qua 07 quận nội thành gồm: quận Tân Bình, quận Phú Nhuận, quận Gò Vấp, quận 3, quận 10, quận 1 và quận Bình Thạnh, cuối cùng nhập lưu vào sông Sài Gòn Dòng chảy của toàn tuyến kênh NLTN và các rạch nhánh chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều của biển Đông, vì vậy khả năng tiêu thoát mưa của mạng lưới cống cấp 2, 3 và 4 kết nối với kênh bị hạn chế khi triều cường, thậm chí gây ngập úng cho các vùng đất thấp Khi triều rút, nước trong kênh cạn nên có mùi hôi thối do sự phân hủy bùn và các chất thải hữu cơ, gây ô nhiễm môi trường sống cho dân cư, đồng thời hạn chế việc giao thông thủy nội vùng cũng như làm xấu cảnh quan ven kênh

Chính vì vậy hệ thống NLTN đã được chính quyền TP.HCM đầu tư xây dựng bao gồm: (i) Xây dựng 70 km mạng lưới cống các cấp thu nước thải và nước mưa trong lưu vực kết nối với cống bao đường kính 3m chạy dọc dưới lòng kênh NLTN dẫn đến trạm bơm nước 64.000m3/h để tiêu nước ra sông Sài Gòn (trong giai đoạn 2 đường cống bao sẽ dẫn đến Nhà máy xử lý nước thải 480.000m3/ngày đặt tại quận 2); (ii) Xây kè bê tông cốt thép để cứng hóa bờ kênh; công viên và đường ven kênh

để tạo cảnh quan môi trường; (iii) Xây dựng một tổ hợp công trình đầu mối cống và trạm bơm tại cuối kênh để kiểm soát triều, chống ngập và cải tạo môi trường nước cho toàn lưu vực kênh

SUMMARY OF RESEARCH CONTENT

Nhieu Loc Thi Nghe (NLTN) basin covering about 33,93 km2 which includes

a main drainage NLTN canal flowing into the Saigon River NLTN canal starting from Tan Son Nhat airport runs through 07 districts including Tan Binh, Phu Nhuan, Go Vap, District 3, District 10, District 1 and Binh Thanh, connecting the last point on the Saigon River The entire route of NLTN canal and its branches influenced by the semi-diurnal tide regime of the East Sea, so the capacity of the drainage sewer network level 2, 3 and 4 connected to the canal when the high tide is limited, even flooded the low lands When dry canal created odors due to the decomposition of mud and waste, polluting the living environment for residents and restricting the local waterway as well as bad landscape along the canal

For that reason which NLTN system has been invested by HCMC’s government including: (i) construction of 70 km sewer network to collect waste water and storm water in the basin which connected to the sewer of 3m diameter run along beneath NLTN canal to the pumping station with 64.000m3/h capacity to drain into Saigon River (the sewer line will connect to the waste water treatment plant 480.000m3/day located in district 2 in stage2); (ii) construction of the reinforced concrete embarkment to harden the canal banks; parks and roads along the canal to create the landscape (iii) build a combined headwork and pumps at the end of the canal to control the tide and improve the environment for the entire basin

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Họ và tên: Phạm Khắc Thuần

MSHV: 11204507

Khóa: 2011

Ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy

Hiện tôi là học viên cao học của lớp Xây Dựng Công Trình Thủy khóa 2011, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Tôi xin cam

đoan trước nhà trường kết quả luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng

mô hình thủy lực MIKE URBAN vào tính toán hệ thống thoát nước chống ngập lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè” là hoàn toàn do chính tôi nghiên cứu thực

hiện với sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn thống Tôi không sao chép hay copy nội dung luận văn của bất kỳ ai trên bất kỳ phương diện cũng như kênh thông tin nào Tôi sẽ chịu mọi trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình Nếu như có bất kỳ phát hiện nào liên quan đến gian lận bản quyền, sao chép thông tin từ các công trình nghiên cứu của các tác giả khác, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường và chịu mọi sự kỷ luật theo quy định

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 01 năm 2014

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Phạm Khắc Thuần

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii

SUMMARY OF RESEARCH CONTENT iv

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC HÌNH x

DANH MỤC CÁC BẢNG xiii

DANH MỤC PHỤ LỤC xiv

CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Thông tin chung về đề tài 1

1.2.1 Tên đề tài 1

1.2.2 Mục tiêu của đề tài 1

1.2.3 Nội dung thực hiện của đề tài 2

1.2.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 3

1.3.1 Tính khoa học 3

1.3.2 Tính thực tiễn 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4

2.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 4 2.1.1 Tổng quan về nghiên cứu trên thế giới 4

2.1.2 Tổng quan về nghiên cứu trong nước 11

2.2 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI VÀ TÌNH HÌNH NGẬP TẠI TP.HỒ CHÍ MINH 12

2.2.1 Tổng quan về lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 12

2.2.2 Tình hình ngập tại Thành Phố Hồ Chí Minh 13

2.2.2.1 Đặc điểm địa hình 14

2.2.2.2 Hệ thống kênh rạch chính 15

2.2.2.3 Hệ thống kênh rạch, cống thoát nước, hồ điều tiết và vùng đệm 16

2.2.2.4 Chế độ mưa 18

2.2.2.5 Tình trạng ngập 18

2.2.2.6 Nguyên nhân gây ngập 19

2.3 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC KÊNH NHIÊU LỘC – THỊ NGHÈ 20

2.3.1 Điều kiện tự nhiên 20

2.3.2 Khí tượng thủy văn 23

2.3.2.1 Nhiệt độ 23

2.3.2.2 Gió 23

2.3.2.3 Độ ẩm 24

2.3.2.4 Mưa 24

2.3.2.5 Chất lượng nước – xâm nhập mặn 25

2.3.2.6 Triều 25

2.3.2.7 Lũ 26

2.3.2.8 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu 26

2.3.2.9 Khả năng mưa lớn gặp triều cường 27

2.3.3 Tình hình ngập trong lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè 28

2.4 CÁC DỰ ÁN HẠ TẦNG KỸ THUẬT ĐANG TRIỂN KHAI TRÊN LƯU VỰC NLTN 30

2.4.1 Tuyến cống thoát nước các cấp, tuyến cống bao và các CSO 30

2.4.2 Trạm bơm Nhiêu lộc – Thị nghè 33

2.4.3 Kênh NLTN 33

2.5 CÔNG TRÌNH CỐNG NGĂN TRIỀU NLTN 33

2.5.1 Nhiệm vụ công trình 35

2.5.2 Tiêu chuẩn thiết kế 35

2.5.2.1 Mưa 35

2.5.2.2 Mực nước 35

2.5.2.3 Mực nước yêu cầu trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè 36

2.5.2.4 Yêu cầu bảo vệ môi trường cảnh quan 36

2.5.3 Qui mô công trình 36

2.5.3.1 Cống ngăn triều 36

2.5.3.2 Cầu giao thông 39

2.5.3.3 Trạm bơm 39

2.5.3.4 Tường kè 40

2.5.3.5 Nhà quản lý vận hành 40

2.5.3.6 Trạm biến áp 40

2.5.4 Giải pháp kỹ thuật vận hành cống 40

2.5.4.1 Cống ngăn triều 40

2.5.4.2 Trạm bơm 41

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 43

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MÔ HÌNH THỦY LỰC MẠNG LƯỚI 44

3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MÔ HÌNH MIKE URBAN 44

3.1.1 Cơ sở khoa học 44

3.1.1.1 Phương trình mô tả dòng chảy trong MOUSE 45

3.1.1.2 Phương trình mô tả dòng chảy qua nút công trình 46

3.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY LỰC 46

3.2.1 Mục đích 46

3.2.2 Xây dựng mô hình 47

3.2.2.1 Phạm vị vùng nghiên cứu (Hình 3.4) 47

3.2.2.2 Cơ sở dữ liệu sử dụng để tính toán mô hình 47

3.2.3 Sự cần thiết của việc xây dựng cống ngăn triều NL-TN 52

3.2.4 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 54

3.2.4.1 Kết quả hiệu chỉnh mô hình 54

3.2.4.2 Kết quả kiểm định mô hình 55

3.2.5 Một số kết quả mô phỏng 56

3.2.5.1 Kết quả mô phỏng với kịch bản hiện trạng khi chưa có cống NLTN 56

3.2.5.2 Kết quả mô phỏng ứng với các tần suất mưa khi có cống NLTN 57

3.2.6 Nhận xét đánh giá các kết quả: 61

3.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC VỚI CÁC KỊCH BẢN VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH CỐNG NLTN 62

3.3.1 Mục đích 62

3.3.2 Nguyên tắc vận hành các cửa công trình 62

3.3.3 Nguyên tắc vận hành các tổ máy bơm 62

3.3.4 Kết quả mô phỏng ứng với các kịch bản vận hành 64

3.3.4.1 Kịch bản vận hành mùa mưa 65

3.3.4.2 Kịch bản vận hành mùa khô 66

3.3.4.3 Kịch bản vận hành phối hợp 68

3.3.4.4 Kịch bản vận hành khi trạm bơm NLTN ngừng hoạt động 70

3.3.5 Đề xuất qui trình vận hành 74

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 75

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

4.1 KẾT LUẬN 76

4.2 KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Ngập lụt của thành phố Bangkok năm 2011 4

Hình 2.2: Ngập ở TP Kuala Lumpur 2004 5

Hình 2.3: Vị trí xây dựng đường hầm thoát lũ ở Kuala Lumpur 5

Hình 2.4: Các chế độ điều tiết lũ của đường hầm thoát lũ ở Kuala Lumpur 7

Hình 2.5: Các giải pháp chống ngập cho thành phố Bangkok, Thái Lan 8

Hình 2.6: Qui trình hoạt động của hệ thống cảnh báo ngập lụt của TP Bangkok 8

Hình 2.7: Trung tâm điều hành hệ thống cảnh bảo ngập lụt của TP Bangkok 10

Hình 2.8: Lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 13

Hình 2.9: TP Hồ Chí Minh và vùng phụ cận 13

Hình 2.10: Lưu vực Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè 21

Hình 2.11: Địa hình lưu vực kênh NLTN 22

Hình 2.12: Sơ đồ tổng quan tuyến cống thu gom nước thải, trạm bơm NLTN 30

Hình 2.13: Qui trình thoát nước thải của mạng lưới cống các cấp NLTN 31

Hình 2.14: Sơ đồ tuyến cống Ø3000 31

Hình 2.15: Kết cấu CSO điển hình 32

Hình 2.16: Nguyên lý làm việc của CSO 32

Hình 2.17: Sơ đồ hoạt động của công trình rút nước chết trên kênh NLTN 33

Hình 2.18: Vị trí bố trí công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 34

Hình 2.19: Phối cảnh công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 34

Hình 2.20: Mặt cắt ngang công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 37

Hình 2.21: Mặt bằng bố trí công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 37

Hình 2.22: Mặt cắt dọc công trình cống ngăn triều Nhiêu Lộc – Thị Nghè 38

Hình 2.23: Hình vẽ minh họa cửa biên trên và cửa biên dưới của cống ngăn triều 38

Hình 2.24: Mặt cắt ngang khoang bơm của cống ngăn triều NLTN 39

Hình 2.25: Mặt cắt dọc qua khoang bơm của cống ngăn triều NLTN 40

Hình 3.1: Cấu trúc các module của MIKE URBAN 44

Hình 3.2: Sơ đồ minh hoạ các yếu tố dòng chảy trong ống 45

Hình 3.3: Sơ đồ minh họa hố thu nước 46

Hình 3.4: Phạm vi thiết lập mô hình 47

Hình 3.5: Phân chia lưu vực tính toán 48

Hình 3.6: Sơ họa tuyến cống thoát nước điển hình tại S0 và S10 50

Hình 3.7: Sơ đồ số hóa mạng lưới thoát nước lưu vực 50

Hình 3.8: Mặt cắt tuyến cống thoát nước của một CSO điển hình 50

Hình 3.9: Mặt cắt tuyến cống Ø3000mm 51

Hình 3.10: Phân bố mưa trận 3 giờ ứng với các tần suất mưa 52

Hình 3.11: Lưu vực ngập do triều cường kết hợp mưa khi chưa có cống NL-TN 53

Hình 3.12: Mực nước trong rạch Cầu Bông khi chưa có cống NL-TN 53

Hình 3.13: Mực nước trong rạch Văn Thánh khi chưa có cống NL-TN 53

Hình 3.14: Lưu vực ngập do trận mưa ngày 11/11/2011 55

Hình 3.15: Cường độ và lưu lượng mưa trên từng lưu vực tính toán 56

Hình 3.16: Mực nước hạ lưu kênh NLTN và sông Gài Gòn 57

Hình 3.17: Mô phỏng hai trận mưa liên tiếp ứng với các tần suất khi triều cao 57

Hình 3.18: Lưu lượng từ cống chảy ra kênh NLTN ứng với các tần suất mưa 58

Hình 3.19: Mực nước trước cống khi có và không sử dụng bơm (mưa 2 năm) 58

Hình 3.20: Mực nước trước cống khi có sử dụng bơm ứng với các tần suất mưa 59

Hình 3.21: Mực nước trước cống khi không sử dụng bơm ứng với các tần suất mưa59 Hình 3.22: Lưu lượng bơm tiêu ứng với tần suất mưa 2 năm 59

Hình 3.23: Mực nước trước cống khi bơm hoạt động và ngừng hoạt động 60

Hình 3.24: Mức gia tăng mực nước trước cống khi xuất hiện mưa (có bơm) 61

Hình 3.25: Mức gia tăng mực nước trước cống khi xuất hiện mưa (không bơm) 61

Hình 3.26: Biểu đồ Q – H trước cống tương ứng số lượng máy bơm cần vận hành 64 Hình 3.27: Mực nước trước và sau cống khi sử dụng bơm (mưa 2 năm) 65

Hình 3.28: Mức gia tăng mực nước trước cống khi xuất hiện mưa 65

Hình 3.29: Lưu lượng bơm ứng với 3 tần suất mưa 2 năm, 10 năm và 50 năm 66

Hình 3.30: Vận hành mở 2 cửa biên trên 1 chiều ra theo triều 66

Hình 3.31: Gia tăng mực nước khi xuất hiện mưa (có bơm) 67

Hình 3.32: Gia tăng mực nước khi xuất hiện mưa (không bơm) 67

Hình 3.33: Lưu lượng bơm ứng với 3 tần suất mưa 2 năm, 10 năm và 50 năm 67

Hình 3.34: Kết quả duy trì mực nước trong kênh khi vận hành 2 cửa sập 68

Hình 3.35: Kết quả duy trì mực nước trong kênh khi vận hành 2 cửa sập 68

Hình 3.36: Kết quả nâng cao mực nước trong kênh khi vận hành 2 cửa sập 69

Hình 3.37: Kết quả duy trì mực nước trong kênh khi vận hành 2 cửa biên dưới 69

Hình 3.38: Kết quả duy trì mực nước trong kênh khi vận hành 2 cửa biên dưới 70 Hình 3.39: MN trước cống khi trạm bơm NLTN hoạt động và ngừng (mưa 50 năm)70 Hình 3.40: Q bơm tiêu của cống khi trạm bơm hoạt động và ngừng (mưa 50 năm) 71 Hình 3.41: MN trước cống khi trạm bơm NLTN hoạt động và ngừng (mưa 10 năm)72 Hình 3.42: Q bơm tiêu của cống khi trạm bơm hoạt động và ngừng (mưa 10 năm) 72 Hình 3.43: MN trước cống khi trạm bơm NLTN hoạt động và ngừng (mưa 2 năm)73 Hình 3.44: Q bơm tiêu của cống khi trạm bơm hoạt động và ngừng (mưa 10 năm) 73

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Phân bố địa hình lưu vực 22

Bảng 2.2: Các đặc trưng nhiệt độ (Báo cáo Qui hoạch chống ngập TP HCM) 23

Bảng 2.3: Các đặc trưng gió 23

Bảng 2.4: Mô hình mưa trận 3 giờ ứng với các chu kỳ lặp lại (năm) 24

Bảng 2.5: Thời gian duy trì độ mặn 4 g/l ở một số vị trí trong điều kiện tự nhiên 25

Bảng 2.6: Mực nước cực trị tại trạm Phú An 26

Bảng 2.7: Mực nước triều lớn nhất tính theo số liệu tại trạm Phú An (cm) 26

Bảng 2.8: Lượng mưa trung bình tăng (%) theo kịch bản biến đổi khí hậu 27

Bảng 2.9: Mực nước biển trung bình ở Nam Bộ tăng 27

Bảng 2.10: Mưa 3 giờ hơn 83mm và đỉnh triều hơn 130 cm thời kỳ 1999-2008 28

Bảng 2.11: Khu vực bị ảnh hưởng ngập thường xuyên trong lưu vực NLTN 29

Bảng 2.12: Tóm tắt các thông số kỹ thuật của hệ thống công trình NLTN 41

Bảng 3.1: Liệt kế các chuỗi số liệu sử dụng trong mô hình 51

Bảng 3.2: Bảng mưa trận 3 giờ với tần suất 2 năm, 10 năm và 50 năm 52

Bảng 3.3: Kết quả hiệu chỉnh mô hình theo trận mưa ngày 11/11/2011 54

Bảng 3.4: Kết quả kiểm định mô hình theo trận mưa ngày 20/10/2013 + triều cao 55 Bảng 3.5: Kết quả kiểm định mô hình theo trận mưa ngày 07/11/2013 + triều cao 56 Bảng 3.6: Bảng lưu lượng bơm theo mực nước trước cống 63

Bảng 3.7: Bảng tổng hợp các kịch bản mô phỏng 64

Bảng 3.8: Qui trình vận hành cho cống ngăn triều NLTN 74

DANH MỤC PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1

Phụ lục 1: Lưu lượng nước thải sinh hoạt theo từng lưu vực 1

Phụ lục 2: Kết quả tính toán dòng chảy tràn với mưa 2 năm 4

Phụ lục 3: Kết quả tính toán dòng chảy tràn với mưa 10 năm 10

Phụ lục 4: Kết quả tính toán dòng chảy tràn với mưa 50 năm 16

BÀI BÁO KHOA HỌC 22

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 23

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CDM Camp Dresser and McKee Inc

CSDL Cơ sở dữ liệu

CSO Combined Sewer Overflow

EPA Cơ quan Bảo vệ Môi trường, Mỹ (Environment Protection Agency)

KTTV Khí tượng thủy văn

NL-TN Nhiêu Lộc – Thị Nghè

SG-ĐN Sài Gòn – Đồng Nai

SMART Stormwater Management And Road Tunnel

SWMM StormWater Management Model

VKHTLMN Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam

VSMT Dự án Vệ sinh Môi trường

CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Mưa và triều là 2 nguyên nhân chính gây ngập ở Thành phố Hồ Chí Minh Các kiểm định thống kê cũng đã khẳng định xu thế tăng dần của cường độ mưa theo thời gian với mức độ tin cậy 99% Điều này cùng với sự gia tăng của quá trình đô thị hoá đã làm cho hiện tượng quá tải của hệ thống thoát nước xảy ra thường xuyên hơn Đây cũng chính là 1 trong những nguyên nhân làm gia tăng mức độ ngập trên địa bàn thành phố Tình trạng ngập do triều tại các khu vực trũng thấp trên địa bàn thành phố bắt đầu xuất hiện ở mức triều từ +1,00m trở lên

Hệ thống NLTN đã được xây dựng bao gồm: hệ thống cống thu nước ven kênh, kè bê tông cốt thép để cứng hóa bờ kênh, và công trình kiểm soát triều tại cuối kênh để chống ngập và cải tạo môi trường cho toàn lưu vực Việc nghiên cứu ứng dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng và tính toán chính xác hệ thống thoát nước nhằm giải quyết bài toán ngập lụt ở Thành phố là vấn đề cấp thiết Vấn đề này

sẽ được nghiên cứu trong đề tài

1.2 Thông tin chung về đề tài

1.2.1 Tên đề tài

 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực MIKE URBAN vào tính toán hệ thống thoát nước chống ngập lưu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

 Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thống

 Thời gian thực hiện: từ tháng 01/2013 đến tháng 11/2013

1.2.2 Mục tiêu của đề tài

 Nghiên cứu lý thuyết và thiết lập mô hình thủy lực tính toán hệ thống thoát nước lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè ứng với các kịch bản vận hành bất lợi

 Đánh giá, phân tích và đề xuất giải pháp chống ngập, thiết lập quy trình vận hành hệ thống thoát nước chống ngập một cách hiệu quả

1.2.3 Nội dung thực hiện của đề tài

 Nội dung 1: Tổng quan về lưu vực kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Thành phố

Hồ Chí Minh, các vùng lân cận và các nghiên cứu đã thực hiện;

 Nội dung 2: Thiết lập mô hình thủy lực tính toán cho mạng lưới thoát nước

1.2.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống công trình kiểm soát triều được xây dựng trên kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè kết nối với mạng lưới cống tiêu và các rạch thoát nước trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh thuộc hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai nhằm giải quyết tình trạng ngập úng và cải tạo môi trường trong phạm vi lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè Những đặc điểm đó cùng với mục tiêu và nội dung nghiên cứu nêu trên, hướng tiếp cận sẽ là:

 Tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết (tiếp cận hệ thống):

 Tổng thể lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai, trực tiếp là vùng hạ lưu lưu vực và chi tiết cho lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè, do đó các nghiên cứu

về chế độ thủy văn, thủy lực, dòng chảy, phát triển kinh tế, biến đổi khí hậu, trên lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai sẽ được xem xét

 Tổng thể về dòng chảy: xem xét dòng chảy và môi trường theo liệt số liệu quan trắc nhiều năm và chi tiết cho các mùa lũ kiệt riêng biệt

 Cách tiếp cận toàn diện: xem xét đầy đủ các vấn đề phát triển khi nghiên cứu đề tài, bao gồm kinh tế, xã hội, môi trường sinh thái

Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

Các phương pháp nghiên cứu chính được sử dụng trong đề tài bao gồm:

 Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu: Điều tra dân sinh kinh tế và lấy ý kiến của dân cư địa phương, ý kiến các cơ quan liên quan

về quản lý và vận hành hệ thống công trình khi xây dựng các phương án

điều hành chống ngập, cải thiện môi trường, đảm bảo giao thông; khảo sát

đo đạc số liệu địa hình, thủy văn dòng chảy và chất lượng nước

 Phương pháp mô hình mô phỏng (mô hình toán, thống kê, dự báo)

 Sử dụng các phần mềm tính toán thủy lực và truyền chất hiện đại (bộ mô hình họ MIKE như MIKE 11, MIKE URBAN của Viện Thủy lực Đan Mạch)

 Phương pháp phân tích, tổng hợp: Để phân tích các kịch bản, tổng hợp đánh giá các phương án

 Phương pháp đúng dần: các kịch bản/phương án trong quá trình xem xét sẽ được chỉnh sửa, hoàn thiện dần

1.3 Ý nghĩa của đề tài

1.3.1 Tính khoa học

Đề tài sẽ ứng dụng công cụ mô hình toán để tính toán những diễn biến về thủy lực dòng chảy, từ đó đề xuất những giải pháp nhằm kiểm soát ngập và cải thiện ô nhiễm cho lưu vực kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè, TP.HCM

1.3.2 Tính thực tiễn

Đề tài sẽ đề xuất các giải pháp kỹ thuật (kết hợp các mô hình thủy lực) nhằm thực hiện quy trình điều hành hệ thống công trình đã được xây dựng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

2.1.1 Tổng quan về nghiên cứu trên thế giới

Vấn đề kiểm soát ngập lụt, tiêu thoát nước và môi trường trong đô thị và các khu vực dân cư đang là vấn đề thách thức cho các nước đang phát triển và ngay cả các nước đã phát triển Để giải quyết vấn đề này, việc xây dựng các công trình tiêu thoát nước, kiểm soát triều, lũ gần như là giải pháp phổ thông nhất đang được các nước lựa chọn Chẳng hạn như Hà Lan nổi tiếng với hệ thống kiểm soát triều tại các cửa sông; Anh với hệ thống kiểm soát triều trên sông Thames và gần đây Nga đang xây dựng Hệ thống kiểm soát triều cho thành phố Saint Petersburg

Nhìn chung các nước ở khu vực Đông Nam Á, do sự phát triển nhanh của khu vực thành thị và vùng phụ cận nên dẫn đến thu hẹp diện tích rừng từ đó dẫn đến làm tăng khả năng lũ lụt, tăng lưu lượng các lòng dẫn, dẫn đến làm tăng tần suất ngập lụt tại các thành phố lớn Đơn cử như vào năm 2004, cả thành phố Kuala Lumpur phải hứng chịu một trận mưa lớn hàng trăm mm/ngày khiến cả thành phố chìm trong ngập lụt và giao thông đình trệ; và cũng như thủ đô Bangkok, Thái Lan chìm

trong cơn ngập lụt lịch sử trong năm 2011 (Hình 2.1)

Hình 2.1: Ngập lụt của thành phố Bangkok năm 2011

Ở Malaysia, để giải quyết vấn đề ngập lụt cho thủ đô Kuala Lumpur (Hình

2.2), chính phủ Malaysia đã thực hiện một dự án xây dựng đường hầm trữ nước,

thoát lũ và giải quyết nạn ùn tắt giao thông cho thành phố Dự án SMART (Stormwater Management And Road Tunnel) – Quản lý nước mưa và đường hầm giao thông

Hình 2.2: Ngập ở TP Kuala Lumpur 2004

Dự án bắt đầu từ ngã ba sông Klang và sông Ampang với một cấu trúc cống phân lũ gồm 4 bộ cửa cắt sông Klang để từ đó nước lũ chảy vào hồ Berembang Holding thông qua một cơ cấu đập tràn-cống lấy nước Nước từ hồ được chuyển qua đường hầm và xả ra hồ giảm tải Taman Desa Nước được chứa trong hồ trước

khi xả vào sông Kerayong qua cơ cấu cửa xả Box Twin (Hình 2.3)

Hình 2.3: Vị trí xây dựng đường hầm thoát lũ ở Kuala Lumpur

Các đường hầm dài 11,5 km, đường kính 13,2m chuyển nước từ hợp lưu của 2 con sông chảy qua trung tâm Kuala Lumpur, trong đó tại phần giữa đường hầm với chiều dài 3 km, có đường kính tăng gấp đôi, mặt cắt đường hầm được chia làm 3 phần, 2 phần trên được dùng làm đường cao tốc để giảm ùn tắc giao thông tại cửa ngõ chính phía Nam vào trung tâm thành phố, cách 250m có 1 cửa thoát lũ và không khí, độ dốc đường hầm là 1/1000; lưu lượng 30.000 xe/ngày, tốc độ xe thấp nhất 60 km/h; được điều khiển từ Trung tâm thông qua 220 camera và 72 màn hình Trung tâm kiểm soát SMART hoạt động 24 giờ/ngày Khi lưu lượng tăng cao tại các ngã ba, Trung tâm sẽ gửi một tín hiệu để các Trạm kiểm soát đường cao tốc

ra lệnh sơ tán các phương tiện giao thông ra khỏi đường hầm Sau khi đã giải phóng hết các phương tiện giao thông, nước chảy vào toàn bộ đường hầm Khi nước lũ đã rút, đường hầm được làm sạch và cửa hầm được mở cho giao thông

Đường hầm hoạt động theo 4 chế độ (Hình 2.4):

Chế độ 1: Khi thời tiết bình thường, không mưa hoặc ít mưa - được phép thông xe trong hầm;

Chế độ 2: Mưa vừa, khi vận tốc dòng chảy đo được tại ngã ba sông Klang/sông Ampang (trạm đo lưu lượng L4) đạt 70-150 m3/s thì chỉ mở cống lấy nước phía dưới của SMART để chuyển nước đến hồ giảm tải Taman Desa Trong

đó 50 m3/s được thải ra trung tâm thành phố Đường hầm vẫn mở cửa để thông xe; Chế độ 3: Mưa lũ lớn xảy ra, mô hình dự báo lũ tại L4 đạt 150 m3/s trở lên Chỉ thải 10 m3/s ra trung tâm thành phố Ngừng thông xe trong hầm Mưa bão lớn hơn chút ít hoặc dừng lại, nhưng không làm ngập đường hầm giao thông, đường được mở cửa lại sau thời gian 2-8 giờ kể từ khi đóng cửa;

Chế độ 4: Mưa bão lớn tiếp tục, kéo dài (thường phải xác nhận sau 1-2 giờ khi chế độ 3 đã được khẳng định) Phần hầm giao thông được sử dụng hoàn toàn cho thoát lũ, sau khi đã sơ tán triệt để các phương tiện giao thông Khi lũ rút, đường hầm sẽ mở cửa để thông xe trong vòng 4 ngày kể từ ngày đóng cửa

Hiệu quả của dự án SMART là đã giải quyết triệt để nạn úng ngập do mưa lũ cho Kualar Lumpur Theo tính toán khi thiết kế, SMART có tần suất sử dụng thoát

lũ 2 lần/năm, nhưng trên thực tế, kể từ khi đưa vào sử dụng (tháng 7/2007) đến tháng 5/2008 đã có 7 lần SMART hoạt động ở chế độ thứ hai và 2 lần hoạt động ở chế độ thứ ba Từ khi SMART hoạt động, thủ đô Kuala Lumpur đã thoát cảnh ngập lụt và là một công trình chống úng ngập độc đáo trên thế giới

Hình 2.4: Các chế độ điều tiết lũ của đường hầm thoát lũ ở Kuala Lumpur

Khoảng hơn thập niên trước đây thành phố Bangkok có những điều kiện địa hình, khí hậu tương tự với TP Hồ Chí Minh trong khi phát triển mở rộng đô thị cũng thường xuyên bị ngập lụt do mưa và triều Tuy nhiên hiện nay Bangkok đã

xây dựng các giải pháp chống ngập lụt cho thành phố (Hình 2.5):

 Xây dựng hệ thống đê bao, cống và các trạm bơm tiêu dọc sông Chao Phraya

 Xây dựng hệ thống tiêu thoát nước nội bộ để giải quyết trình trạng ngập cục

bộ

 Xây dựng các hồ điều hòa để làm gia tăng khả năng trữ nước lũ

 Phân chia thành các khu vực vực để quản lý và kiểm soát ngập

 Xây dựng tuyến tuynen tiêu ngầm để thoát nước lũ

Hình 2.5: Các giải pháp chống ngập cho thành phố Bangkok, Thái Lan

Cùng với việc xây dựng hệ thống công trình kiểm soát lũ và tiêu thoát nước thì việc đưa ra quy trình điều hành hệ thống là đặc biệt quan trọng Các quy trình điều hành được xây dựng sẵn, theo đó các kịch bản vận hành đã được thiết kế, với sự hỗ trợ của các hệ thống quan trắc tự động SCADA, dự báo được thiết lập để phục vụ cho việc vận hành

Hình 2.6: Qui trình hoạt động của hệ thống cảnh báo ngập lụt của TP Bangkok

Đê bao

Vùng bao đê phụ

Hồ điều hòa Cống và bơm

Bangkok

Nonthaburi

Tunnel tiêu ngầm

Samut

Điển hình là công trình kiểm soát ngập lũ của TP Bangkok (Hình 2.5), được

thiết lập bởi sự kết hợp của 2 mô hình: mô hình thủy lực dự báo MIKE 11 và hệ thống quan trắc thu thập dữ liệu tự động SCADA Hệ thống SCADA có nhiệm vụ thu thập mực nước và lượng mưa của các trạm quan trắc trong lưu vực sau đó

truyền về trung tâm điều hành ở BangKok qua sóng radio hay GSM/GPRS (Hình

2.6) Dữ liệu này được nhập vào mô hình thủy lực MIKE 11 để chạy các kịch bản

dự báo được thiết lập sẵn Vào mùa khô, không có các nguy cơ về ngập lụt thì định

kỳ mô hình dự báo MIKE 11 được chạy 2 tuần/1 lần Trong khi đó, vào mùa lũ thì tần suất chạy dự báo được nâng lên 1 lần/1 tuần để tăng tính chính xác và kịp thời

Ở Hà Lan, các kịch bản ngăn triều khi có bão đã được thiết kế, cùng với một

hệ thống quan trắc mực nước đã được xây dựng và một hệ thống dự báo dựa trên

mô hình toán với hàng ngàn thông số đã được thiết lập Việc dự báo được cập nhật liên tục, từ đó chế độ vận hành được đưa ra phải chính xác và phù hợp thực tế, vì đây là tuyến giao thông thủy quốc tế cực kỳ quan trọng của Châu Âu, việc ngưng trệ giao thông thủy do đóng cống ngăn triều sẽ gây tổn thất kinh tế rất lớn cho Hà Lan Chính phủ Nhật Bản đã xây dựng Hệ thống các giải pháp kiểm soát lũ toàn diện cho lưu vực sông Tsurumi (System of Comprehensive Flood Control Measures) chủ yếu dựa trên 3 giải pháp: (i) giải pháp sông; (ii) giải pháp lưu vực và (iii) giải pháp giảm thiểu tác hại Hai giải pháp đầu tập trung xây dựng công trình kiểm soát, điều tiết lũ như đê, đập, hồ chứa, Còn trong giải pháp thứ ba đã tập trung xây dựng mạng lưới giám sát, cảnh báo và qui trình vận hành các công trình kiểm soát lũ Gần đây dưới

sự tài trợ của Ngân hàng phát triển Châu Á (ADB), Trung Quốc đã xây dựng dự án kiểm soát lũ đô thị cho tỉnh miền núi Hunnan bao gồm 35 thị xã và 8 thành phố lớn Một trong những vấn đề mà dự án quan tâm là xây dựng hệ thống thông tin để kiểm soát lũ

Hình 2.7: Trung tâm điều hành hệ thống cảnh bảo ngập lụt của TP Bangkok

Tuy các nghiên cứu trên có tính đặc thù thích hợp cho từng quốc gia, từng vùng và từng chủng loại công trình, nhưng các cách tiếp cận, nguyên lý điều hành, các cơ sở khoa học cho việc vận hành hệ thống tiêu thoát, kiểm soát triều là những bài học bổ ích cho đề tài này

Về công cụ hỗ trợ cho lập qui trình vận hành, thì trên thế giới cũng đã phát triển hàng loạt chương trình, phần mềm tính toán kỹ thuật, hỗ trợ ra quyết định, chẳng hạn như:

Mô hình Storm Water Management Model version 5 (SWMM 5) do EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi trường, Mỹ) phát triển, là mô hình mô phỏng dòng chảy tràn do mưa và dòng chảy thoát nước ngầm cả lượng và chất cho các vùng đô thị và ven đô

có thể liên kết với Google Earth

EPANET là một chương trình tính toán phân tích thủy lực và chất lượng nước của mạng lưới đường ống cũng do EPA phát triển, có thể kết hợp với module SCADA

Mô hình MIKE URBAN – do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển, là công cụ mô hình kết hợp với công nghệ GIS của ESRI (Mỹ) - là công ty hàng đầu thế giới về công nghệ GIS Mô hình mô phỏng việc phân bố nước và mạng lưới tiêu thoát nước đô thị mang tính mềm dẻo và độ chính xác cao được tích hợp với GIS

Mô hình kết hợp với MIKE11 có thể tính toán khép kín cho bài toán tiêu đô thị vùng triều với chất lượng cao

MIKE FLOODWATCH cũng là một công cụ khác của Viện DHI, trợ giúp rất hữu ích cho việc quản lý lũ, với các hỗ trợ về dự báo lũ, chất lượng nước, phân tích kịch bản và hỗ trợ ra quyết định…

StormNET là phần mềm được phát triển của Công ty BOSS International, nhằm phân tích và thiết kế hệ thống tiêu nước đô thị, tiêu nước mưa và nước thải liên kết với AutoCAD, Microstation và ArcGIS

Các công cụ nêu trên đã được dùng phổ biến nhiều nơi trên thế giới và hoàn toàn có thể sử dụng hiệu quả trong điều kiện nước ta, đặc biệt ngay trong đề tài này

2.1.2 Tổng quan về nghiên cứu trong nước

Một số công cụ mô hình tính thủy lực của Việt Nam cũng có thể được nghiên cứu sử dụng để nối kết với mạng lưới thoát nước đô thị như:

 Mô hình KOD của GS-TSKH Nguyễn Ân Niên xây dựng từ năm 1970 và

đã được nâng cấp cập nhật thường xuyên bằng các module;

 Mô hình SAL - VRSAP là sự kết nối của 2 mô hình của GS-TS Nguyễn Tất Đắc và PGS Nguyễn Như Khuê và đã được nâng cấp vào năm 2010;

 Mô hình HYDROGIS của TS Nguyễn Hữu Nhân;

 Mô hình MK4 của PGS.TS Lê Song Giang

Tuy nhiên tất cả mô hình này chỉ giải quyết cho bài toán thủy lực kênh hở mà chưa có mô hình thủy lực cho mạng lưới đường ống tiêu nước

2.2 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI VÀ TÌNH HÌNH NGẬP TẠI TP.HỒ CHÍ MINH

2.2.1 Tổng quan về lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai

Lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai (SG-ĐN) nằm ở miền Nam Việt Nam, vị trí 105o49’ - 108o44’ kinh độ đông và 10o19’ - 12o12’ vĩ độ bắc (Hình 2.8) Hệ

thống sông Đồng Nai bao gồm các sông chính như sông Đồng Nai, sông La Ngà, sông Bé, sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ với tổng diện tích lưu vực 40.683 km2 trong

đó khoảng 10% diện tích lưu vực thuộc Campuchia Theo điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn dòng chảy có thể phân lưu vực SG–ĐN thành hai vùng đặc trưng (vùng thượng lưu và vùng hạ lưu) Trong đó vùng hạ lưu (tính từ sau thác Trị An trên sông Đồng Nai và sau hồ Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn) đây là vùng đất thấp có

hệ thống kênh rạch dày đặc nối kết các sông chính Đồng Nai–Sài Gòn–Vàm Cỏ như Rạch Chiếc, Cây Khô, Cần Giuộc, Chợ Đệm, Bến Lức, Rạch Tra, Thầy Cai v.v Với địa hình bằng phẳng, lòng sông sâu và hệ thống sông, kênh chịu tác động mạnh của thủy triều biển Đông Về mùa kiệt, dòng chảy thượng nguồn giảm đã làm gia tăng ô nhiễm nguồn nước bởi các khu công nghiệp, các đô thị nằm dọc hai bên bờ sông và mặn do triều xâm nhập sâu vào mạng lưới sông rạch gây ảnh hưởng đến các trạm cấp nước ven sông Vào mùa mưa, vùng hạ lưu bị ngập do lũ thượng nguồn kết hợp thuỷ triều và mưa nội vùng Riêng Tp HCM bị ngập nặng hơn cả vào những tháng cuối năm do tác động của mưa, lũ thượng nguồn, thủy triều cùng dâng cao và sự suy giảm của các bưng biền điều tiết nước trong vùng

Hiện nay nhiều đập thủy điện và hồ chứa nước đã được xây dựng trong lưu vực SG_ĐN, tuy nhiên đến nay cũng chưa xây dựng được Qui trình vận hành liên

hồ trong lưu vực Chính vì điều này cũng ảnh hưởng rất lớn đến ngập lũ và chế độ thủy văn dòng chảy của mạng lưới sông rạch của TP HCM

Hình 2.8: Lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai

2.2.2 Tình hình ngập tại Thành Phố Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh thuộc lưu vực Sài Gòn – Đồng Nai nằm trong toạ độ

từ 10010’÷11010’ độvĩ Bắc và 106022’÷106045’ độ kinh Đông, với diện tích 209.000 ha Vùng phụ cận bao gồm lưu vực từ hồ Trị An đến biển của sông Đồng Nai với 235.000 ha; Sông Sài Gòn từ hồ Dầu Tiếng đến TP.Hồ Chí Minh có diện

tích 243.000 ha; lưu vực sông Vàm Cỏ Đông với diện tích 281.000 ha (Hình 2.9)

HA M T H U A N N A M

HA M T H U A N B A C

DU O N G M IN H C H A U

HO CH I M I NH C IT Y

2.2.2.1 Đặc điểm địa hình

TP Hồ Chí Minh là vùng nối tiếp giữa miền đất gò đồi miền Đông Nam Bộ, đồng bằng Sông Cửu Long và một phần tiếp giáp ven biển Địa hình khá phức tạp, cao trình mặt đất tự nhiên thay đổi trong khoảng từ +3.0m (phía Bắc: quận Thủ Đức) đến +0.5m (phía Nam: quận 7, huyện Nhà Bè); độ dốc địa hình thấp dần theo hướng Bắc Đông Bắc đến Tây Tây Nam Địa hình thành phố phân theo 2 bờ sông

Sài Gòn

a Phía bờ Tây sông Sài Gòn gồm 4 vùng

 Vùng Tây (W) 79,91 km2, gồm các Quận Tân Phú, Quận Tân Bình hầu như

là khu vực đất thấp với cao độ mặt đất từ +0,7 đến +1,0m

 Vùng Bắc (N) 136,18 km2, gồm các Quận Gò Vấp, quận 12 Đây là khu vực đất cao với cao độ mặt đất +8,0m đến +10,0m

 Vùng trung tâm (C) 106,4 km2, gồm các Quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 11, Phú Nhuận, Bình Thạnh, và 1 phần Gò Vấp Đây là khu vực đô thị hiện hữu gồm các khu vực cao như Quận 1 (cao độ mặt đất +2,0m đến +8,0m) và các khu vực thấp như Bình Thạnh, Quận 6 ,Quận 8 (<+2,0m) hầu hết đã được

đô thị hoá

 Vùng Nam (S) 81,74 km2, gồm các Quận 7, 8, Huyện Nhà Bè: chủ yếu là khu vực đất thấp với cao độ mặt đất +0,5 đến +1,2 m

b Phía bờ Đông sông Sài Gòn gồm 2 vùng

 Vùng Đông Bắc (NE) 64,91 km2, gồm quận thủ Đức , một phần quận 9: là vùng đất đồi gò cao thuộc quận Thủ Đức với cao độ mặt đất từ +2,0m đến +30m Những năm gần đây vùng này đang đô thị hoá nhanh chóng, do thuận lợi về giao thông và vị trí địa lý

 Vùng Đông Nam (SE) 119.37 km2

, gồm quận 2, một phần quận 9: hầu hết

là vùng đất thấp Cao độ mặt đất của khu vực này khoảng từ +0,5 đến +1,5

m

Như vậy, về mặt địa hình ngoài những khu vực cao chiếm khoảng 45% diện tích, phần còn lại của thành phố là những khu vực thấp có địa hình bằng phẳng, độ dốc để thoát nước kém và chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ triều dẫn tới khả năng tiêu tự chảy hết sức khó khăn

2.2.2.2 Hệ thống kênh rạch chính

a Rạch Bến Nghé - Tàu Hũ, Kênh Đôi, Kênh Tẻ

Song song với nhau một đầu nối với sông Sài Gòn bằng hai rạch: Bến Nghé và Kênh Tẻ đầu kia nối với sông Bến Lức (Chợ Đệm) bằng kênh Tàu Hũ và kênh Đôi Giữa kênh Tàu Hũ và kênh Đôi được nối với nhau bằng 4 kênh ngang số 1, 2, 3, 4 cầu Chữ Y là giao điểm của 4 kênh rạch (Kênh Đôi, Kênh Tàu Hũ, Kênh Tẻ và rạch Bến Nghé) Diện tích lưu vực của 2 rạch này là 5.559 ha Hiện tại đây là nơi tiếp nhận nguồn nước thải chưa xử lý khá lớn từ phía Bắc TP HCM đổ ra Do chịu tác động của dòng chảy thượng nguồn và dòng triều nên tạo nên giáp nước tại khu vực

này

b Rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè

Đây là rạch cụt, xuất phát từ khu vực sân bay Tân Sơn Nhất, chảy qua các quận như Tân Bình, Phú Nhuận, Gò Vấp, Q10, Q3, Q1 và quận Bình Thạnh rồi đổ

ra sông Sài Gòn tại xưởng đóng tàu Ba Son, diện tích lưu vực khoảng 3.324 ha

c Kênh Thầy Cai - An Hạ - Rạch Tra

Đây là hệ thống kênh rạch nối liền giữa 2 sông Vàm Cỏ Đông và Sài Gòn theo hướng rạch Trảng bàng và kênh Xáng lớn Kênh Thày Cai có chiều dài 43,3 km (cả rạch Trảng Bàng), kênh An Hạ có chiều dài 17 km, và rạch Tra dài 11km

d Rạch Bến Mương - Láng The

Đây là rạch bắt nguồn từ vùng ranh giới giữa Tây Ninh và Tp Hồ Chí Minh, chảy qua trung tâm huyện Củ Chi rồi đổ vào sông Sài Gòn tại xã Phú Hòa Đông, chiều dài rạch khoảng 20 km

e Sông Thị Tính

Là chi lưu lớn nhất của sông Sài Gòn bắt nguồn từ các nhánh suối phía Nam huyện Bình Long (Bình Phước) và phía Tây huyện Dầu Tiếng (Bình Dương) với diện tích lưu vực khoảng 1.000 km2 Địa hình sông có hình lòng máng, sông có độ dốc nhỏ, phía hạ lưu chịu ảnh hưởng của thủy triều

f Rạch Chiếc - Rạch Trau Trảu

Đây là hệ thống rạch nối liền giữa sông Tắc và sông Sài Gòn với chiều dài tổng khoảng 11km

2.2.2.3 Hệ thống kênh rạch, cống thoát nước, hồ điều tiết và vùng đệm

Năm 1862, thành phố Sài Gòn được quy hoạch cho khoảng 500 ngàn dân với diện tích chỉ khoảng 25 km2, được bao bọc bởi Rạch Thị Nghè, sông Sài Gòn, Rạch Bến Nghé, kênh Bao Ngạn Ngay thời điểm này, vấn đề phức tạp trong giải quyết tiêu thoát nước cho vùng đất trũng thấp, ngập triều cũng được đề xuất và các nhà quy hoạch đã nghĩ đến việc đào hồ để giải quyết tiêu thoát nước cho vùng đất trũng Trước 1975, dân số Sài Gòn cũng đã tăng cao, nhưng cũng chỉ khoảng 2,5 triệu người tập trung ở khu vực nội thành cũ với diện tích khoảng 140 km2, xung quanh vùng phụ cận của nội thành này vẫn còn vùng bưng biền với sông rạch, đầm

hồ chằng chịt Từ sau năm 1975 đến nay, tình hình dân số tăng quá nhanh, nêu tính đến số người dân nhập cư thì dân số hiện nay có thể hơn 8 triệu người Người đông, nhu cầu nhà ở tăng cao, mật độ xây dựng trở nên dày đặc, vùng trũng thấp, sông rạch, ao hồ bị san lấp quá nhiều Cùng với quá trình đô thị hoá, bêtông hoá, thành phố mất dần diện tích kênh rạch thoát nước, vùng đệm và hồ điều tiết, hệ số mặt phủ thay đổi làm gia tăng hệ số chảy tràn khiến tình hình ngập ngày càng trở nên trầm trọng

a Về kênh rạch thoát nước

TP.HCM có trên 1.200 km kênh rạch phục vụ cho việc tiêu thoát nước, trong

đó gần 500 km sử dụng cho giao thông thủy Riêng khu vực nội thành có khoảng hơn 100 km kênh rạch được dùng làm trục thoát nước chính, trên đó bố trí các cửa

xả là đầu ra của hệ thống cống thoát nước Các kênh rạch này hiện đang có hàng chục ngàn căn hộ lấn chiếm khiến dòng chảy bị thu hẹp, cửa xả bị bít lối thoát, nhiều đoạn không thể duy tu nạo vét khiến khả năng tiêu thoát nước ngày càng suy giảm

b Về hồ điều tiết nước

Trước đây thành phố có nhiều ao hồ điều tiết nước mưa và nước triều Khu vực dọc theo Quốc lộ 1A (xa lộ Đại Hàn cũ) có nhiều ao lớn được hình thành do lấy đất để đắp khi xây dựng tuyến đường này Khu vực Quận 6, Tân Bình, Tân Phú, Bình Tân, Huyện Bình Chánh cũng có nhiều ao lớn Hầu hết các ao hồ này đã bị san lấp, gây ra tình trạng ngập nghiêm trọng cho khu vực

c Về vùng đệm

Quá trình đô thị hoá từ 1998 đến 2007 đã biến 12.648 ha đất nông nghiệp, ao

hồ, kênh rạch thành đất xây dựng, làm mất đi vùng đệm là nơi chứa nước mưa và nước triều mà không có giải pháp thay thế Dọc tuyến sông Sài Gòn trước đây khi

có lũ về cũng được phân vào các đồng trũng thấp, bãi tràn… Hiện nay đã đắp đê dọc theo 2 bờ sông Sài Gòn vì thế khi hồ Dầu Tiếng xả lũ, nước đã tập trung nhanh

về nội thành, giảm khả năng tiêu thoát nước và gia tăng mức độ ngập trên thành phố

d Về hệ số dòng chảy trên lưu vực

Hệ số dòng chảy thể hiện mối quan hệ giữa lượng nước mưa chảy trực tiếp vào cống (sau khi trừ đi lượng nước thấm xuống và giữ lại trên mặt) và tổng lượng nước mưa rơi xuống trong lưu vực Hệ số dòng chảy càng tăng, tiết diện cống phải càng lớn Khi hệ số dòng chảy tăng nhưng tiết diện cống không tăng, hệ thống thoát nước sẽ bị quá tải và gây ngập Điều này đang diễn ra tại TPHCM cùng với quá trình đô thị hoá và bêtông hoá hiện nay do việc san nền, lấp các vùng trũng, thu hẹp diện tích công viên, thảm cỏ, cây xanh, tăng diện tích xây dựng, xi măng hoá các sân, vỉa hè và hẻm… đã làm thay đổi hệ số mặt phủ, thu hẹp diện tích thấm ướt tự

nhiên, làm giảm lượng nước mưa được thấm giữ lại dẫn đến hậu quả lưu lượng tiêu thoát tăng nhanh và gia tăng hệ số dòng chảy kéo theo tăng khả năng gây ngập

2.2.2.4 Chế độ mưa

TP.HCM có tổng lượng mưa trung bình hàng năm vào khoảng 1.930 mm, trong đó khoảng 95% lượng mưa tập trung vào thời gian tháng 5 đến tháng 11 Mưa tập trung thành từng trận với cường độ mưa cực đại tại thời gian đầu trận mưa Tổng lượng mưa trong những năm gần đây không tăng nhưng số trận mưa có vũ lượng lớn (trên 60mm) xuất hiện nhiều hơn trước đây Thống kê tài liệu mưa nhiều năm đo được tại trạm Tân Sơn Nhất cho thấy có xu hướng tăng dần của những trận mưa có cường độ lớn nhất hàng năm với tốc độ bình quân khoảng 0,8mm/năm cùng với tần suất với xuất hiện tăng dần của những trận mưa lớn có cường độ từ 100mm trở lên Các kiểm định thống kê cũng đã khẳng định xu thế tăng dần của cường độ mưa theo thời gian với mức độ tin cậy 99% Điều này cùng với sự gia tăng của quá trình đô thị hoá đã làm cho hiện tượng quá tải của hệ thống thoát nước xảy ra thường xuyên hơn Đây cũng là một trong những nguyên nhân làm gia tăng mức độ ngập

TP.HCM có khoảng 120 – 150 ngày mưa trong năm và các tháng mùa mưa đều có trên 20 ngày mưa mỗi tháng Mưa ở thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và các trạm nằm trong vùng hạ lưu nói chung có tính chất mưa trận cách quãng, thường không có những trận mưa lớn kéo dài liên tục nhiều ngày Các cơn mưa mang tính chất cực đoan gây ngập thường tập trung trong tháng VI đến tháng X

2.2.2.5 Tình trạng ngập

Kết quả khảo sát, đo đạc tình trạng ngập tại các điểm thời gian qua cho thấy:

 Về mức độ ngập: ở trận mưa vũ lượng 30mm tình trạng ngập nhẹ bắt đầu xuất hiện, ở trận mưa vũ lượng 40mm đến 50mm xuất hiện tình trạng ngập vừa

 Về số lượng các điểm ngập: ở trận mưa có vũ lượng từ 60mm đến 70mm, khoảng 50% số điểm ngập hiện hữu sẽ bị ngập vừa, ở trận mưa có vũ lượng

từ 80mm đến 100mm hoặc lớn hơn, tất cả các điểm ngập trên địa bàn thành phố đều có khả năng ngập vừa đến ngập nặng Số lượng các điểm ngập và mức độ ngập sẽ tăng cao khi mưa lớn xảy ra cùng lúc với triều cường

 Các khu vực ngập nặng do mưa bao gồm khu vực bùng binh Cây Gõ - Hồng Bàng - Minh Phụng, khu vực vòng xoay Phú Lâm - Bà Hom - Nguyễn Văn Luông, khu vực bến xe Chợ Lớn - Lê Quan Sung - Nguyễn Thị Nhỏ - Tháp Mười, khu vực Đồng Đen – Bàu Cát, khu vực công viên Chiến Thắng – Hoàng Văn Thụ, khu vực Hồng Hà - Bạch Đằng - Nguyễn Kiệm, khu vực Lê Đức Thọ - Phan Huy Ích

 Tình trạng ngập do triều tại các khu vực trũng thấp trên địa bàn thành phố bắt đầu xuất hiện ở mức triều từ +1,00m trở lên Các khu vực ngập nặng do triều tập trung trên địa bàn Quận 2, Quận 7, Quận 6, quận 8, Bình Chánh, Bình Tân, Bình Thạnh, tiêu biểu như các khu vực Mễ Cốc, Thanh Đa, Kinh

An Dương Vương, Hồ Học Lãm, Phan Đình Phùng, Bùi Hữu Nghĩa, Phạm Thế Hiển, Lê Văn Lương…

2.2.2.6 Nguyên nhân gây ngập

a Do các yếu tố bất lợi về điều kiện tự nhiên

 Ngập do triều; ngập do mưa; ngập do lũ: trong đó ngập triều có thể nói là yếu tố thường xuyên (ở các mức độ khác nhau), song ngập triều chỉ có thể xảy ra nghiêm trọng trong các tháng IX, X, XI, XII là những tháng có mức nước đỉnh triều cao Đó cũng là những tháng có mưa lớn (trên 40 – 50 mm) gần như hàng năm Vì thế, mưa lớn dễ tổ hợp với triều cao (đặc biệt trong thời gian gần đây) Khả năng xảy ra lũ lớn hiếm hơn, bên cạnh đó các trận

lũ vừa và nhỏ đều bị các công trình thượng lưu điều tiết, cắt trữ, do đó tổ hợp Mưa + Lũ, Lũ + Triều xảy ra với xác suất kém hơn Xác suất xuất hiện Mưa lớn + Lũ lớn + Triều cao càng ít hơn, song tác động của tổ hợp đó là nguy hiểm nhất

 Ngập do tình trạng lún sụt mặt đất bởi khai thác nước ngầm quá mức

b Do quá tải hệ thống cơ sở hạ tầng hiện hữu (hệ thống tiêu thoát)

 Ngập nước do thiếu cống hoặc ngập do không có cống (do các khu dân cư mới phát triển quá nhanh so với cơ sở hạ tầng về thoát nước)

 Ngập nước do cống quá tải: duy tu nạo vét không tốt, cống bị hư hỏng hoặc

bị bồi lấp, hệ số chảy tràn gia tăng so với trước đây, do thiết kế (chọn lưu vực sai, không xét đến ảnh hưởng thủy triều, đấu nối tùy tiện vào hệ thống hiện hữu), do thi công (sai lệch về độ dốc, cao trình), do bị bít hướng thoát nước bởi các khu vực dân cư mới phát triển, hệ thống điện, cáp quang chắn ngang hướng thoát cũ

 Ngập do thiếu kênh rạch thoát nước (chiều dài và tiết diện), mất hồ điều tiết nước, mất vùng đệm và hệ số chảy tràn gia tăng do việc san lấp, lấn chiếm kênh rạch và quá trình đô thị hóa thiếu quản lý và không theo quy hoạch

 Ngập do thiếu những thông tin về hạ tầng cơ sở hiện hữu, chưa hoàn chỉnh

hệ thống cao độ cốt nền trong khu vực nên khó khăn cho việc qui hoạch và xây dựng

 Ngập do trước đây và hiện nay đã để các khu dân cư phát triển một cách tự phát, thiếu sự qui hoạch đồng bộ của một cụm dân cư hiện đại bao gồm cơ

sở hạ tầng cấp thoát nước, công viên cây xanh, hồ điều tiết

2.3 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC KÊNH NHIÊU LỘC – THỊ NGHÈ

2.3.1 Điều kiện tự nhiên

Kênh NLTN và các nhánh của nó trước đây là hệ thống thu nước mưa và nước thải tự nhiên cho 7 quận nội thành TP HCM như Tân Bình, Gò Vấp, Phú Nhuận, Bình Thạnh, Q.10, Q.3 và Q.1 sau đó đổ ra sông Sài Gòn Hệ thống này có lưu vực rộng khoảng 33,93 km2 với dân số khoảng 1,2 triệu người Chiều dài dòng chính

của kênh là 9.470m và các nhánh có chiều dài tổng cộng 8.716m (Hình 2.10) Khi

chưa nạo vét, ở đầu nguồn kênh chỉ rộng từ 3 – 5m, nhưng đến gần cửa tiếp giáp s Sài Gòn chiều rộng kênh mở ra từ 60 – 80m Mặc dù có chiều dài khá lớn nhưng độ chênh lệch từ đầu nguồn đến cuối nguồn khá thấp chỉ khoảng 1m Mặt khác, dòng

kênh lại có nhiều uốn khúc từ đoạn cầu Lê văn Sĩ đến Cầu Bông nên mức độ chuyển tải ra sông Sài Gòn rất kém Hơn nữa, nạn lấn chiếm lòng kênh trong quá trình phát triển đô thị do thiếu qui hoạch của các căn nhà ổ chuột, thải các loại phân, rác, xác súc vật làm nguồn nước bị ô nhiễm và co hẹp dòng chảy Ngoài ra kênh NLTN còn chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều của biển Đông nên nước thải chưa kịp thoát ra lại bị thủy triều đưa vào làm bồi lắng lòng kênh và cống xả gây khó khăn cho việc thoát nước

Hình 2.10: Lưu vực Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè

Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống kênh NLTN còn có các rạch nhánh:

 Rạch Văn Thánh dài 2.200m nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh đã bị bồi lấp nhiều, giảm khả năng giao thông thủy và tiêu thoát nước

 Rạch Cầu Sơn–Cầu Bông dài 3.950m cũng nằm trên địa bàn Q Bình Thạnh thông với rạch Văn Thánh, tuyến rạch này hiện nay cũng bị bồi lấp nhiều

 Rạch Bùi hữu Nghĩa là một tuyến rạch nhỏ chạy dọc theo đường Bùi Hữu Nghĩa thuộc địa bàn quận Bình Thạnh

 Rạch Phan văn Hân nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh hầu như đã bị lấp kín

 Rạch Ông Tiêu trong khu qui hoạch Miếu Nổi thuộc quận Bình Thạnh

 Rạch Miếu Nổi nằm trong khu qui hoạch Miếu Nổi thuộc quận Phú Nhuận Lưu vực kênh NLTN có địa hình bao kín xung quanh kênh, độc lập với các lưu vực khác Từ bản đồ 1/2.000 của TP.HCM do Bộ TN & MT lập cho thấy cao độ cao nhất lên tới +8,0m tập trung vùng Tây-Tây Bắc và vùng trũng thấp nhất dưới cao trình +1,3m tập trung ở rạch Cầu Bôngvà rạch Văn Thánhlà khu vực mà hiện nay thường xuyên bị ngập khi có triều cường Phân bố địa hình lưu vực theo cao

trình mặt đất tự nhiên được thể hiện ở Bảng 2.1 và Hình 2.11

Bảng 2.1: Phân bố địa hình lưu vực

TT Cao độ (m) Diện tích (ha) Tỉ lệ (%)

2.3.2 Khí tượng thủy văn

2.3.2.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ không khí trung bình năm là 27oC Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối là

40oC, nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối là 13,8oC (Bảng 2.2)

Bảng 2.2: Các đặc trưng nhiệt độ (Báo cáo Qui hoạch chống ngập TP HCM)

Nhiệt độ o C I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

TB 25,7 26,6 27,8 28,9 28,2 27,4 27,0 27,0 26,7 26,6 26,3 25,7 27,0

TB max 31,6 32,9 34,0 34,6 33,4 32,2 31,4 31,5 31,2 31,0 30,9 30,7 32,1

TB min 21,0 21,9 23,5 24,9 24,7 24,1 23,9 24,0 23,8 23,6 22,8 21,6 23,3 Max t/đối 36,4 38,7 39,4 40,0 39,0 37,5 34,6 34,9 35,3 34,6 35,0 36,3 40,0 Min t/ đối 13,8 16,0 17,4 20,0 21,1 20,4 19,4 20,0 20,8 19,8 14,3 13,9 13,8

Lặng gió (%)

(Nguồn từ Báo cáo Qui hoạch chống ngập TP Hồ Chí Minh)