Bài giảng Cấp thoát nước: Chương 6 - PGS.TS. Nguyễn Thống

 Hệ thống thoát nước mưa có nhiệm vụ CHỦ ĐỘNG chuyển lượng nước chảy tràn mặt này RA KHỎI KHU VỰC.. CẤP THOÁT NƯỚC Chương 6 : Mạng lưới thoát nước khu vực![r]

Trang 1

PGS TS Nguyễn Thống

1

Giảng viên: PGS TS NGUYỄN THỐNG

E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

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

Tél (08) 38 691 592 - 098 99 66 719

Khoa KTXD - Bộ mơn Kỹ thuật & Quản lý Tài nguyên nước

2

NỘI DUNG MƠN HỌC

CHƯƠNG 1: Tổng quan về cấp nước

CHƯƠNG 2: Nguồn nước & Cơng trình thu nước

CHƯƠNG 3: Mạng lưới cấp nước khu vực

CHƯƠNG 4: Mạng lưới cấp nước bên trong

CHƯƠNG 5: Mạng lưới thốt nước bên trong

CHƯƠNG 6: Mạng lưới thốt nước khu vực

CHƯƠNG 7: Tổng quan về xử lý nước thải

CHƯƠNG 8: Phần mềm EPANET và SWMM

CẤP THỐT NƯỚC

Chương 6: Mạng lưới thốt nước khu vực

3

MẠNG LƯỚI THỐT NƯỚC

KHU VỰC

4

MỤC ĐÍCH

- Tính toán và thiết kế hệ thống

thoát nước mưa cho một khu vực

- Tính toán và thiết kế hệ thống

thoát nước thải (sinh hoạt, sản xuất) cho một khu vực

5

NỘI DUNG

1 Tổng quan

2 Tính thốt nước mưa với

Phương pháp thích hợp (tỷ lệ)

3 Giới thiệu sơ lược về mơ hình

tính thốt nước mưa SWMM

Model)

6

TỔNG QUAN

Trang 2

7

8

CẤP THOÁT NƯỚC

Chương 6: Mạng lưới thoát nước khu vực

9

tạo nước chảy TRÀN MẶT

 Hệ thống thoát nước mưa có

nhiệm vụ CHỦ ĐỘNG chuyển

lượng nước chảy tràn mặt

này RA KHỎI KHU VỰC

10

PHƯƠNG PHÁP THOÁT NƯỚC

 Thoát nước động lực (bơm)

 Kết hợp

11

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

& ĐỊNH NGHĨA

12

LƯU VỰC

Trang 3

13

KHÁI NIỆM KHU VỰC THOÁT NƯỚC

Đường đẳng tập trung nước Ranh giới khu vực

Điểm tập trung thoát nước

khu vực (A)

Tiểu khu

vực A j

(j t)

A

Z (T k )

Y (T j )

Q



2

n

14

THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC

Thời gian tập trung nước của một

KHU VỰC về đến ĐIỂM TẬP TRUNG NƯỚC là thời gian CẦN THIẾT cần có để nước ở vị trí

“BẤT LỢI” nhất chảy về điểm TẬP TRUNG NƯỚC khu vực

15

Đường đẳng tập trung nước Ranh giới khu vực

Điểm tập trung nước A

Tiểu khu

vực A j

(j t)

A

Z (T k )

Y (T j )

Q



2

n

T t =max(T 1 , T 2 , ,T k )

Điểm mưa rơi

16

T(h)

Q(m 3 /s)

q

Δt

Q max

Thủy đồ dòng chảy (Hydrograph)

q (mm/h): cường độ mưa Δt: bước thời gian

D/tích S i  lượng nước đến từ tiểu diện tích A i

A j max

Mưa rơi

Q i

17

CÁC YẾU TỐ TẠO LƯU LƯỢNG

DÒNG CHẢY MẶT Q (Runoff)

- Cường độ mưa rơi trên khu vực I(mm/h);

- Khả năng thấm nước diện tích bề mặt thu

nước C (hệ số dòng chảy, tỷ lệ nước chảy

mặt/tổng lượng nước rơi)

) s / m ( C I A

18

Trường hợp 1 Xét trường hợp mưa kéo dài 1t trên khu vực:

lúc t=0  Q(0) =0 lúc t 1 =  Q(t 1 ) =A 1 IC 1 lúc t 2 =2  Q(t 2 ) =A 2 IC 2 lúc t j =j  Q(t j ) =A j IC j lúc t n =n  Q(t n ) =A n IC n lúc t n+1 =(n+1)t  Q(t n+1 ) =0 trong đó:

- A 1 : diện tích tiểu khu vực 1, …

- C 1 : hệ số dòng chảy (phụ thuộc vào điều kiện thấm của A 1 )

- A 1 I là thể tích nước mưa rơi trên diện tích A 1 từ lúc khởi đầu mưa cho đến thời điểm t 1 =t;

- A 1 IC 1 là thể tích nước của dòng chảy (trong thời đoạn t), tháo ra khỏi lưu vực, đến từ tiểu khu vực A 1 ,…

Hết mưa !

Trang 4

19

Trường hợp 2 Xét trường hợp mưa kéo dài 2  t

trên khu vực:

lúc t=0  Q(0) =0

lúc t1=  t  Q(t1) =A1IC1

lúc t2=2  t  Q(t2) = A1IC1 + A2IC2

lúc t3=3  t  Q(t3) = A2IC2 + A3IC3

lúc tj=j  t  Q(tj) = Aj-1ICj-1 + AjICj

lúc tn=n  t  Q(tn) = An-1ICn-1 + AnICn

lúc tn+1=(n+1)  t  Q(tn+1) = AnICn

lúc tn+2=(n+2)  t  Q(tn+2) = 0.

Hết mưa

!

20

Trường hợp 3 Xét trường hợp mưa kéo dài 3t ??

lúc t 1 =t  Q(t 1 ) = ?

lúc t 2 =2  Q(t 2 ) = ?

lúc t 3 =3  Q(t 3 ) = ?

lúc t 4 =4  Q(t 4 ) = ?

lúc t 5 =5  Q(t 5 ) = ?

lúc t j =jt  Q(t j ) = ?

 Kết luận về cường độ Q max ? (lưu lượng lớn nhất tại điểm tập trung nước A khi mưa càng kéo dài)

Hết mưa !

21

NHẬN XÉT CHUNG

 Mưa càng “kéo dài”  Lưu

lượng max xảy ra tại A tăng dần !

Kết luận : Lưu lượng max (Qmax) “LỚN

NHẤT” tại điểm tập trung nước A sẽ

xảy ra khi thời gian kéo dài cơn mưa

bằng (hoặc lớn hơn) thời gian tập

trung nước của khu vực nghiên cứu

(n  t)

22

LƯU LƯỢNG Q MAX

Q

TMƯA

0 TTập trung nước khu vực

QMax-Max

Giá trị Qmax xảy ra

1  t

Qmax_1

23

Cường độ

Mưa I-

[mm/h or

(l/s)/ha]

Đường IDF

( ntensity-

D uration-

F requency)

Frequency

Duration (minute)

24

Với một tần suất cho trước, quan hệ giữa cường độ mưa I & thời gian kéo dài TC:

- A, B các tham số phụ thuộc khu vực nghiên cứu

- Tc (phút) thời gian kéo dài cơn mưa

Vùng TP Hồ Chí Minh (n/cứu của JICA):

c

A I





c

18125.6

I (lit / s / ha)

T 36.7





Trang 5

25

HỆ SỐ DÒNG CHẢY C

với Q m lưu lượng nước chảy tràn mặt khi lượng mưa

rơi trên khu vực là Q 0

m 0

Q

Bề mặt Hệ số dòng chảy, C

Đường bê tông, tráng nhựa 0.70-0.95

Đường lát đá chẻ, gạch 0.70-0.85

Runoff

26

Trồng cỏ, đất loại có nhiều cát C

- Bằng phẳng (<2%) 0.05-0.10

- Độ dốc trung bình (từ 2% đến 7%) 0.10-0.15

- Độ dốc lớn (>7%) 0.15-0.20

Trồng cỏ, đất chặt

- Bằng phẳng (<2%) 0.13-0.17

- Độ dốc trung bình (từ 2% đến 7%) 0.18-0.22

- Độ dốc lớn (>7%) 0.25-0.35 Đường vào garage có lát đá 0.15-0.30

27

Khu thốt nước

THỜI GIAN TẬP TRUNG NƯỚC T

T =(  t f + t e )

Điểm tập trung

nước XEM XÉT

tf-1

tf-2

tf-3

te

Điểm thu nước

t f  thời gian nước chảy trong cống

t e  thời gian nước chảy tràn mặt

A

28

A 5 =3ha,

t e (5) =8 ’

1

2

3

6

A 6 =3ha,

t e (6) =8’

A 4 =4ha, t e (4) =15 ’

A 3 =5ha,t e (3) =12 ’

t f (5-3)

t f (1-2) =L 1-2 /V 1-2

t f (6-3)

t f (3-2)

t f (2-4)

Điểm tập trung nước khu vực

29

Thời gian tập trung nước T:

 Te: thời gian nước chảy tràn mặt về hố thu

nước (5-20 ph)

 Tf : thời gian nước chảy (không áp) trong cống

về điểm thoát nước A

 i  tất cả các khả năng nước rơi trên khu

vực & sẽ tập trung về điểm thu nước xem

xét A

i f e

30

Ví dụ: Thời gian tập trung nước về nút 3

Nút 2:



















) t t t ( ), t t (

), t t t ( ), t t ( max T

2 3 f 3 6 f

6 e 2 3 f

3 e

2 3 f 3 5 f

5 e 2 4 f

4 e 2

 ( t t ), ( t ), ( t t ) 

max

T3  5e  5f3 3e 6e 6f3

Trang 6

31

Bài tập : Lấy sơ đồ trước, tính thời gian tập

trung nuớc T về nút 4, 5, 6, 3, 2 và 1 với:

L(km) 0,5 0,6 0,4 0,5 0,8

V(m/s) 1,8 1,6 1,5 1,4 1,2

ĐS: Nút 4  …………

………

Nút 1  T1= 30,7 (ph)

32

Bài tập : Tính diện tích khu vực thốt nước xét đến các vị trí thốt nước sau:

 điểm 3

 điểm 2

 điểm 1

33

CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG

(CA) : diện tích “không thấm” tương đương

C: hệ số dòng chảy

I (mm/h, l/s/ha): cường độ mưa

A(m2, ha, km2) : diện tích khu vực

3

Q  CIA(m / s)

34

QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI

35

Điểm

thốt

nước

khu vực

Trạm mưa Tiểu

khu

thốt

nước

Đường ống

Nút m/lưới

36

VỊ TRÍ (ĐIỂM) THỐT NƯỚC KHU VỰC THIẾT KẾ

 Sơng, rạch tự nhiên trong khu vực thiết kế

 Địa hình, địa vật

 Các phương án thốt nước khu vực

 Điều kiện thủy văn tại các vị trí thốt nước khu vực

Trang 7

37

BỐ TRÍ TRỤC THOÁT NƯỚC

CẤP I KHU VỰC (trục chính)

 Xuất phát từ điểm thoát nước khu

vực

 Bố trí theo trục giao thông chính

 Theo xu thế độ dốc chính của địa hình

 Có thể xem xét phương án cống hộp

hoặc bố trí “kép” nếu lưu lượng lớn

38

BỐ TRÍ TRỤC THOÁT NƯỚC CẤP II, III,… KHU VỰC

 Xuất phát từ trục cấp cao hơn

 Theo hệ thống giao thông

 Theo xu thế chính của địa hình

 Cống cấp thấp nhất bảo đảm thu nước mưa tại bất kỳ tiểu khu vực nào của khu vực thiết kế

39

MỘT SỐ LƯU Ý &

NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI

THOÁT NƯỚC MƯA

40

 Ch ế độ thủy lực là chảy không

áp

 Thông thường đó là mạng lưới cụt (nhánh cây)

 Nên bố trí mạng lưới đường ống theo xu thế độ dốc của địa hình, trừ các trường hợp đặc biệt cần phải luận chứng



41

 Độ dốc đặt cống > 0

(>=i min )

 Khi cần thiết  bố trí

trạm bơm  tránh tình

trạng đường ống chôn

QUÁ SÂU vào lòng đất

42

Trong m ột số trường hợp khu vực KHÔNG thể thoát nước tự chảy

(thoát nước động lực)

Trang 8

43

LOẠI ĐƯỜNG ỐNG

THỐT NƯỚC

 Tròn

44

SẢN PHẨM TRONG ĐK

(mm)

ĐK NGOÀI (mm) HOẠT TẢI

TL (Tấn) Cống BTCT D300mm, L=4m 300 400 H10 - X60 0.58 Cống BTCT D400mm, L=4m 400 500 H10 - X60 0.75 Cống BTCT D600mm, L=4m 600 760 H10 - X60 1.78 Cống BTCT D800mm, L=4m 800 960 H10 - X60 2.30 Cống BTCT D1000mm, L=4m 1000 1180 H10 - X60 3.43 Cống BTCT D1200mm, L=4m 1200 1440 H10 - X60 4.45 Cống BTCT D1500mm, L=4m 1500 1740 H10 - X60 5.44 Cống BTCT D2000mm, L=4m 2000 2300 H10 - X60 9.00

45

VÁN KHUƠNG ĐÚC LY TÂM

46

47

48

Trang 9

49

50

ƠN

DỊNG CHẢY ỔN ĐỊNH & ĐỀU



 ( m / s ) n

i R V

2 / 1 3 / 2

R  bán kính thủy lực,   diện tích ướt

i  độ dốc ống, h  chiều sâu nước

n  hệ số nhám, Q  lưu lượng

3 / 2

R i

nQ Q

51

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Từ đó:

) D / h ( F i

nQ

3 / 2

3 / 5











h D

Chu vi ướt



B

52

PHƯƠNG PHÁP GIẢI

 Với mỗi giá trị đường kính D

 Giả thiết các giá trị h/D

 Tính

 Thiết lập bảng sau (xem sau)

kết quả để phục vụ tính khác







 / &

F 5 / 3 3 / 2

53

D(m)= 0.3 D(m)= 0.4

h/D F(h/D) ω(h/D) F(h/D) ω(h/D)

0.94 0.01352 0.0690 0.0291 0.123

0.93 0.01352 0.0685 0.0291 0.122

0.92 0.01349 0.0680 0.0291 0.121

0.91 0.01345 0.0675 0.0290 0.120

0.90 0.01340 0.0670 0.0289 0.119

0.89 0.01333 0.0665 0.0287 0.118

0.88 0.01325 0.0659 0.0285 0.117

0.87 0.01316 0.0653 0.0283 0.116

0.86 0.01306 0.0647 0.0281 0.115

54

 Xét theo thứ tự ưu tiên từ D bé  D lớn hơn:

F(h/D) Dmin F(h/D) Dmin

<=0.0135 0.3 <=0.335 1.0

<=0.0291 0.4 <=0.545 1.2

<=0.0859 0.6

<=0.988

<=1.607

1.5 1.8

<=0.185 0.8 <=2.129 2.0

Trang 10

55

Bài tập 1 Một khu vực có diện tích A=10ha Hệ

số dòng chảy C=0.4 Mưa trong khu vực có

dạng:

Khu vực có thời gian tập trung nước T=30 phút

n=0.018, xem cống chảy đều không áp Chọn D

(p/lục 3)

) h / mm ( 40 ) ph ( T

3500 I



56

Bài tập 2 Một khu vực có diện tích A= 0.25 km2 Hệ số dòng chảy C= 0.4 Mưa trong khu vực có dạng:

Khu vực có thời gian tập trung nước T=40 phút

trung nước khu vực (cống thu)

b Giả thiết cống thu có độ dốc i=10-3 và hệ số nhám n=0.018, xem cống chảy đều (không áp)

ứng

















ha

s / 50 ) ph ( T

12000 I

c

57

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THỐT NƯỚC MƯA BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍCH HỢP (TỶ LỆ)

(Rationnel method)

58

MỘT SỐ LƯU Ý

- Áp dụng tính thoát nước khu vực vừa và bé

- Thời gian kéo dài cơn mưa trong công thức tính cường độ mưa I lấy bằng thời gian tập trung

dùng giá trị này thiết kế đường ống tương ứng

- Thiết kế trong trường hợp “bất lợi” nhất  mỗi đoạn ống (D không đổi) tính kích thước với

Qmax.

59

thống cống thốt thơng qua

đoạn ống )

60

- Phương pháp thủy lực  Dòng chảy ỔN ĐỊNH & ĐỀU  Không thể dùng 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

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	1 MB