THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA
4.1. VẠCH TUYẾN MẠNG LƯỚI THOÁT NUỚC MƯA.
4.1.1. Nguyên tắc vạch tuyến.
Mạng lưới thoát nước mưa được thiết kế để đảm bảo thu và vận chuyển nước mưa ra khỏi đô thị một cách nhanh nhất, chống úng ngập đường phố và các khu dân cư. Để đạt được yêu cầu trên trong khi vạch tuyến ta phải dựa trên các nguyên tắc sau:
+/ Nước mưa được xả thẳng vào nguồn tiếp nhận là sông hoặc hồ gần nhất bằng cách tự chảy.
+/ Tránh xây dựng các trạm bơm thoát nước mưa.
+/ Tận dụng các ao hồ sẵn có để làm hồ điều hoà.
+/ Khi thoát nước mưa không làm ảnh hưởng tới vệ sinh môi trường và quy trình sản xuất.
+/ Không xả nước mưa vào những vùng trũng không có khả năng tự thoát, vào các ao tù nước đọng và vào các vùng dễ gây xói mòn.
4.1.2. Phương án vạch tuyến thoát nước mưa:
Như chương 3 đã đề cập, việc lựa chọn hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn cho phép ta vạch tuyến mạng lưới thoát nước mưa sao cho nước được thoát một cách nhanh chóng nhất để xả ra nguồn tiếp nhận.
Với địa hình là các đồi thấp, có độ dốc đều từ phía Đông sang phía Tây, nên các tuyến thu nước mưa sẽ đặt gần như vuông góc với đường đồng mức, thu gom nước mưa từ các tuyến cống nhánh ở một bên rồi dẫn thẳng đổ ra sông.
4.2. XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG TÍNH TÓAN CỦA NƯỚC MƯA.
Lưu lượng tính toán của nước mưa được xác định theo phương pháp "cường độ giới hạn". Trong đó thời gian tính toán được lấy bằng thời gian nước chảy từ điểm xa nhất của lưu vực đến tiết diện tính toán. Tại thời điểm đó lưu lượng nước mưa đạt được giá trị giới hạn lớn nhất. Tức là ta coi hệ số chậm của dòng chảy là 1 và lưu lượng tính toán của nước mưa được xác định theo công thức sau:
Qtt = q F (l/s) Trong đó:
q- Cường độ mưa tính toán (l/s.ha).
F- Diện tích lưu vực thoát nước (ha).
- Hệ số dòng chảy.
- Hệ số mưa không đều.
4.2.1. Xác định thời gian mưa tính toán.
Thời gian mưa tính toán được xác định theo công thức sau:
ttt = tm + tr + t0 (phút).
Trong đó:
+/ tm: Thời gian tập trung nước mưa trên bề mặt từ điểm xa nhất trên lưu vực chảy đến rãnh thu nước mưa (phút). Theo điều 2.2.9-20TCVN51-84 khi trong tiểu khu có mạng lưới thoát nước riêng thì lấy tm = 5 phút.
+/ tr: Thời gian nước chảy trong rãnh thu nước mưa và được tính theo công thức:
t =1,25r lr
Vr = 1, 25 100 3
0, 7.60 (phút).
Với: lr, Vr là chiều dài và vận tốc nước chảy ở cuối rãnh thu nước mưa.
Lấy trung bình lr = 100 (m), Vr = 0,7 (m/s).
1,25 là hệ số kể đến sự tăng dần vận tốc ở trong rãnh.
+/ t0: Thời gian nước chảy trong cống đến tiết diện tính toán và được xác định theo công thức sau:
t =2Σ0 V .600l0 (phút).
Với: l0- Chiều dài mỗi đoạn cống tính toán (m),
V0- Vận tốc nước chảy trong mỗi đoạn cống (m/s).
r- Hệ số kể đến sự làm đầy không gian tự do trong cống khi có mưa.
Với độ dốc khu vực nhỏ hơn 0,01 ta lấy r = 2.
Vậy ta có: ttt = 5 + 3 + t0 = 8 + t0 (phút).
4.2.2. Xác định cường độ mưa tính toán.
Cường độ mưa tính toán được xác định theo công thức sau:
(20+b) .q .(1+C.lgP )n 20 t
q = (t+b)n (l/s-ha).
Trong đó: n,C,b- Các đại lượng phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu của địa phương.
q20- Cường độ mưa trong khoảng thời gian 20 phút với chu kỳ lặp lại một lần trong năm
Pt- Chu kỳ tràn cống.
t- Thời gian tính toán của nước mưa.
Theo bảng 9-1 Giáo trình “Cấp Thoát Nước - Trần Hiếu Nhuệ” với thành phố Vạn Tường tỉnh Quảng Ngãi có các thông số như sau:
q20 = 259,5 (l/s-ha). C = 0,2871
b = 24,51 n = 0,7460.
Theo 20TCVN51-84 Chu kỳ tràn cống được lấy như sau:
+/ Với khu dân cư: Pt = 1 (năm) +/ Với khu công nghiệp: Pt = 3 (năm) Khi đó công thức cường độ mưa có dạng:
0,7460
(20+24,51) .259,5.(1+0,2871lg1)
q = (t+24,51)0,7460 (l/s-ha).
Ứng với từng giá trị của t ta sẽ tính được cường độ mưa q cho từng đoạn cống tính toán.
4.2.3. Xác định hệ số dòng chảy.
Số liệu thành phần mặt phủ theo tài liệu quy hoạch được phân bố như sau:
Bảng 4-1: Thành phần mặt phủ và hệ số dòng chảy (theo bảng 6-TCN51-84) STT Loại mặt phủ Diện tích Hệ số dòng chảy
% ha
1 Mái nhà 30 162,135 0,95
2 Đường bê tông 10 54,045 0,95
3 Đường cấp phối 10 54,045 0,6
4 Đường rải đá to 5 27,023 0,45
5 Đường rải đá dăm 5 27,023 0,4
6 Đường rải đá cuội, sỏi 5 27,023 0,35 7 Mặt đất san nền 20 108,09 0,3
8 Bãi cỏ 15 81,068 0,15
Tổng 100% 540,45
Do diện tích mặt phủ ít thấm nước lớn hơn 30% tổng diện tích toàn thành phố cho nên hệ số dòng chảy được tính toán không phụ thuộc vào cường độ mưa và thời gian mưa. Khi đó hệ số dòng chảy được lấy theo hệ số dòng chảy trung bình, và được xác định theo công thức sau:
Σψi i.F
ψTB= ΣFi = 314,81
540, 45 = 0,562 4.2.4. Xác định hệ số mưa không đều.
Do diện tích các lưu vực nhỏ hơn 300 ha nên ta lấy hệ số phân bố mưa rào là η =1(Theo điều 2.2.4-20TCN51-84).
4.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC MƯA.
Việc tính toán thuỷ lực dựa vào “Bảng tính thuỷ lực cống và mương thoát nước - NXBXD”.
Đường cống tính toán với độ đầy h/d = 1, do đó các cống thu nước mưa được nối theo vòm cống.
Ví dụ: Tính toán cho đoạn cống 1-2
Đoạn cống 1-2 có: L = 400m, tm + tr = 8 (phút), diện tích tính toán = 7,7 (ha), vận tốc giả thiết vgt = 0,82 (m/s), cốt mặt đất tại điểm 1 là 32,9m; tại điểm 2 là 31,6m.
Chọn độ sâu chôn cống ban đầu là 1,8m Ta có:
t0 = 2 L0
V ×600 = 2 400
0,82×60 = 16,26 (phút)
t = 8 + 16,26 = 24,26 (phút)
(20+24,51)0,7460.259,5.(1+0,2871lg1)
q = (24,26+24,51)0,7460 = 242,40 (l/s)
Q = 242,4 0,562 7,7 1 = 1048,9(l/s)
Từ Q = (l/s) tra bảng tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước ta chọn:
D = 1000mm; i = 0,0019; vgt = 0,82 (m/s) Tổn thất thuỷ lực: h = i L = 0,0019 400 = 0,76m
Cốt đáy cống tại điểm 1 bằng hiệu số giữa cốt mặt đất và độ sâu chôn cống đầu tiên 32,9 – 1,8 = 31,1m
Độ sâu chôn cống tại điểm cuối của đoạn (1-2) tức tại điểm 2 thuộc đọan (1-2) bằng tổng của độ sâu chôn cống ban đầu và tổn thất thuỷ lực:
1,8 + 0,76 = 2,56m
Cốt đáy cống tại điểm 2: 31,6 -2,56 = 29,04m
Cốt vòm cống tại điểm 1 bằng tổng giữa cốt đáy cống và đường kính cống:
31,1 + 1 = 32,1m
Cốt vòm cống tại điểm 2 bằng tổng giữa cốt đáy cống và đường kính cống:
29,04 + 1 = 30,04m
Hoàn toàn tương tự ta tính được cho các đoạn cống tiếp theo.
Kết quả tính toán lưu lượng và thuỷ lực mạng lưới thoát nước mưa được thể hiện trong các bảng: 4-2, 4-3, 4- 4 phần phụ lục.