Trang 1/41
x
Ch−¬ng 2: ThiÕt kÕ m¹ng l−íi tho¸t n−íc ngoi nh (15 tiÕt)
2.1 Nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ thiÕt kÕ HTTN ngoi nh: (1.5 tiÕt)
2.1.1 C¸c ti liÖu c¬ b¶n ®Ó thiÕt kÕ:
a/ Ti liÖu quy ho¹ch:
Khi thiÕt kÕ cÇn thu thËp ®Çy ®ñ c¸c ti liÖu sau:
• Chøc n¨ng c¸c « ®Êt:
VÝ dô: + Khu d©n c−: sè tÇng nh, mËt ®é d©n sè …
+ Khu c«ng nghiÖp: quy m«, c«ng nghÖ …
+ Nh trÎ, tr−êng häc, bÖnh viÖn: sè ng−êi, sè gi−êng bÖnh…
+ C«ng tr×nh c«ng céng, c«ng viªn, c©y xanh: mËt ®é x©y dùng, diÖn tÝch
sö dông ®Êt…
• Quy ho¹ch chiÒu cao cña khu vùc nghiªn cøu v quy ho¹ch chung ton vïng:
VÝ dô: Dùa vo b¶n vÏ quy ho¹ch chiÒu cao cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc c¸c ®−êng ph©n
l−u, ®−êng tô thuû ®Ó thiÕt kÕ m¹ng l−íi tho¸t n−íc sao cho phï hîp.
• C¸c ti liÖu vÒ quy ho¹ch giao th«ng, quy ho¹ch cÊp, tho¸t n−íc, c¸c c«ng tr×nh
ngÇm kh¸c (®iÖn, th«ng tin liªn l¹c…)
b/ B¶n ®å ®Þa h×nh:
• B¶n ®å ®Þa h×nh víi c¸c ®Æc ®iÓm, c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn, ®iÒu kiÖn x©y dùng
c«ng tr×nh:
VÝ dô: Dùa vo ®Æc ®iÓm, ®iÒu kiÖn cña ®Þa h×nh ®Ó bè trÝ m¹ng l−íi, vÞ trÝ ®Æt
tr¹m b¬m, tr¹m xö lý, miÖng x¶ …sao cho hÖ thèng tho¸t n−íc ho¹t ®éng æn ®Þnh v
kinh tÕ nhÊt.
c/ Ti liÖu ®Þa chÊt, ®Þa chÊt thuû v¨n:
• Ti liÖu ®Þa chÊt:
VÝ dô: cÇn tiÕn hnh th¨m dß khoan ®Þa chÊt ®Ó x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ lý cña
®Êt. Dùa vo ®ã thiÕt kÕ kÕt cÊu c¸c c«ng tr×nh ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh kü thuËt v
kinh tÕ.
• Ti liÖu ®Þa chÊt thuû v¨n:
+ L−u l−îng, mùc n−íc tèi ®a, tèi thiÓu, trung b×nh cña nguån n−íc cña khu vùc
nghiªn cøu, tèc ®é dßng ch¶y, hiÖn t−îng bïn c¸t båi lÊp…Nh÷ng sè liÖu ny th«ng
th−êng cã thÓ lÊy t¹i c¸c tr¹m ®o ®¹c thuû v¨n. NÕu ti liÖu kh«ng ®Çy ®ñ th× ph¶i
tiÕn hnh quan s¸t ®o ®¹c.
Trang 2/41
+ C¸c sè liÖu ®Þa chÊt thuû v¨n cña nguån n−íc l©n cËn: v× khi tiÕn hnh x©y dùng
cã thÓ ¶nh h−ëng c¶ vÒ chÊt l−îng v l−u l−îng c¸c nguån n−íc l©n cËn.
d/ Ti liÖu vÒ khÝ t−îng:
• Ti liÖu khÝ hËu, khÝ t−îng: ®Ó x¸c ®Þnh quy m« cña HTTN.
VÝ dô : Dùa vo c−êng ®é m−a x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng n−íc m−a cho HTTN.
Dùa vo ®Æc ®iÓm khÝ hËu cña khu vùc ®Ó bè trÝ tr¹m xö lý, tr¹m b¬m n−íc th¶i
sao cho hîp lý, kh«ng ¶nh h−ëng tíi ho¹t ®éng, søc khoÎ d©n c− trong khu vùc.
e/ Ti liÖu vÒ ®iÒu kiÖn vÖ sinh:
• CÇn t×m hiÓu ®iÒu kiÖn vÖ sinh v ®iÒu kiÖn x¶ n−íc th¶i vo nguån (s«ng, hå).
Trong mäi tr−êng hîp, n−íc th¶i kh«ng ®−îc g©y ¶nh h−ëng cã h¹i tíi vÖ sinh
m«i tr−êng cña nguån tiÕp nhËn.
• Dùa vo c¸c ti liÖu vÒ ®iÒu kiÖn vÖ sinh ®Ó x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tù lm s¹ch cña
nguån tiÕp nhËn n−íc th¶i, tõ ®ã x¸c ®Þnh møc ®é xö lý cÇn thiÕt n−íc th¶i.
f/ Ti liÖu vÒ kinh tÕ:
• §iÒu kiÖn cung cÊp n¨ng l−îng ®iÖn(cho x©y dùng v qu¶n lý), vËt liÖu x©y
dùng ®Þa ph−¬ng, ®iÒu kiÖn vËn chuyÓn, sù ph©n bè lùc l−îng c«ng nh©n x©y dùng
v c¸c sè liÖu tæng hîp kh¸c.
g/ Tiªu chuÈn thiÕt kÕ tho¸t n−íc:
• ThiÕt kÕ ph¶i tu©n theo c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ hiÖn hnh: TCVN hoÆc c¸c tiªu
chuÈn n−íc ngoi cã tÝnh chÊt t−¬ng ®−¬ng.
VÝ dô:
ThiÕt kÕ m¹ng l−íi tho¸t n−íc bªn ngoi c«ng tr×nh TCVN 51]2008
Tiªu chuÈn thiÕt kÕ èng cèng bª t«ng cèt thÐp TCXDVN. 372 ] 06
TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng dßng ch¶y lò 22 TCN 220]95
C«ng t¸c thu thËp ti liÖu v néi dung yªu cÇu còng cßn phô thuéc vo møc
®é cña tõng giai ®o¹n thiÕt kÕ. C¸c sè liÖu tæng hîp th−êng phôc vô cho giai ®o¹n
lËp nhiÖm vô thiÕt kÕ. C¸c sè liÖu chi tiÕt phôc vô cho giai ®o¹n thiÕt kÕ s¬ bé v
thiÕt kÕ kü thuËt.
Trang 3/41
2.1.2 C¬ së lý thuyÕt ®Ó tÝnh to¸n thuû lùc m¹ng l−íi tho¸t n−íc:
a. Tr¹ng th¸i dßng ch¶y v kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng n−íc trong cèng:
(0.5 tiÕt)
a.1. Tr¹ng th¸i dßng ch¶y:
• Môc ®Ých nghiªn cøu tr¹ng th¸i dßng ch¶y:
Trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña n−íc th¶i, cÆn sÏ l¾ng l¹i ë trong cèng g©y khã
kh¨n cho c«ng t¸c qu¶n lý, mÊt vÖ sinh v bÊt lîi cho hÖ thèng cèng vÒ mÆt thuû lùc.
V× vËy, chóng ta cÇn nghiªn cøu tr¹ng th¸i dßng ch¶y ®Ó lîi dông ®Æc ®iÓm thuû lùc
t¹o kh¶ n¨ng chuyÓn t¶i cÆn l¾ng cã chøa trong n−íc th¶i, gi¶m kh¶ n¨ng l¾ng cÆn
trong cèng.
Trong cÆn l¾ng th−êng chøa 3]8% chÊt h÷u c¬, 92]97% l c¸c chÊt v« c¬ (chñ
yÕu l c¸t). ChÊt h÷u c¬ kh«ng ho tan cã thÓ vËn chuyÓn dÔ dng trong cèng tho¸t
n−íc, cßn chÊt v« c¬ trong ®iÒu kiÖn thuû lùc bÊt lîi cã thÓ l¾ng l¹i lm gi¶m kh¶
n¨ng chuyÓn t¶i cña dßng n−íc v ®«i khi lm t¾c cèng.
• C¸c tr¹ng th¸i c¬ b¶n cña dßng ch¶y:
] Ch¶y tÇng: (Re<2320) V n−íc gi¶m dÇn tõ mÆt n−íc xuèng ®¸y cèng hay kh¶
n¨ng vËn chuyÓn cña dßng n−íc ë ®¸y rÊt kÐm v× ®¸y cèng cã ma s¸t lín. Do ®ã, khi
n−íc ë tr¹ng th¸i ch¶y tÇng, cèng dÔ bÞ l¾ng cÆn.
] Ch¶y rèi: (Re>2320) V n−íc còng gi¶m dÇn tõ mÆt n−íc xuèng ®¸y cèng
nh−ng xuÊt hiÖn V rèi , c¸c líp n−íc ®−îc x¸o trén lÉn nhau. N−íc ch¶y kh«ng theo
líp, khi h¹t cÆn ®ang l¾ng th× gÆp Vrèi ®Èy h¹t cÆn næi lªn, v× vËy kh¶ n¨ng cÆn bÞ
l¾ng xuèng gi¶m.
] ChuyÓn ®éng ®Òu: l chuyÓn ®éng m t¹i c¸c mÆt c¾t kh¸c nhau theo chiÒu di
cèng, c¸c yÕu tè thuû lùc kh«ng thay ®æi (h×nh d¹ng, diÖn tÝch −ít, V = const)
] ChuyÓn ®éng kh«ng ®Òu: l chuyÓn ®éng m t¹i c¸c mÆt c¾t kh¸c nhau theo
chiÒu di cña cèng, c¸c yÕu tè thuû lùc (h×nh d¹ng, diÖn tÝch −ít, V)thay ®æi.
Ngoi ra, dßng ch¶y cßn ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh hoÆc kh«ng æn ®Þnh.
Trong thùc tÕ, n−íc th¶i trong MLTN chuyÓn ®éng kh«ng ®Òu, kh«ng æn
®Þnh (®Æc biÖt cèng kÝch th−íc nhá). §Ó ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n ng−êi ta coi
chuyÓn ®éng ®ã l chuyÓn ®éng ®Òu ë tr¹ng th¸i rèi.
a.2. Kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng n−íc:
• §Þnh nghÜa: l kh¶ n¨ng trong mét ®¬n vÞ thêi gian cho mét l−u l−îng ®i qua
mét tiÕt diÖn tÝnh to¸n no ®ã.
Trang 4/41
b. C«ng thøc c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n thuû lùc: (1tiÕt)
• Môc ®Ých tÝnh to¸n thuû lùc m¹ng l−íi tho¸t n−íc: x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh
cèng, ®é dèc ®Æt cèng tho¶ mqn c¸c yÕu tè thuû lùc nh− ®é ®Çy, tèc ®é dßng ch¶y…
• C¸c c«ng thøc th−êng dïng:
] C«ng thøc l−u l−îng:
Q = ω .V
] C«ng thøc vËn tèc:
Trong dßng ch¶y ®Òu, theo c«ng thøc Sezy, ta cã:
v = C. R i
Trong ®ã: Q ] l−u l−îng(m3/s).
ω ] diÖn tÝch tiÕt diÖn −ít (m2).
V ] tèc ®é chuyÓn ®éng(m/s).
R] b¸n kÝnh thuû lùc (m) R=ω/χ
i ] ®é dèc thuû lùc(th−êng lÊy b»ng ®é dèc ®Æt cèng)
(§é dèc thuû lùc l ®é chªnh mùc n−íc gi÷a hai mÆt c¾t trong mét ®¬n vÞ
chiÒu di dßng ch¶y gi÷a hai mÆt c¾t ®ã). i = hd/l
C] hÖ sè Sezy, tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña ®é nh¸m trªn bÒ mÆt trong
cña cèng (n, e), h×nh d¹ng tiÕt diÖn cèng (R), thnh phÇn tÝnh chÊt cña n−íc th¶i.
] Nh÷ng c«ng thøc kinh nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè Sezy:
+ C«ng thøc Manning:
C = 1 .R
1/6
n
Trong ®ã: n – hÖ sè nh¸m
Ph¹m vi ¸p dông: C«ng thøc ny cho nh÷ng kÕt qu¶ tèt ®èi víi èng v kªnh
hë, cã n<0.02, R<0.5m.
+ C«ng thøc Foocrayme:
C = 1. R
1/5
n
Ph¹m vi ¸p dông: C«ng thøc ny thÝch hîp ®èi víi c¸c kªnh ®Êt cã n>0.02.
+ C«ng thøc Pavlopski:
C = 1. R
y
n
Trang 5/41
y= 2.5 n ] 0.13 ] 0.75 R ( n ] 0.1)
Trong ®ã: y=f(n,R) . C«ng thøc ny ®Ò ra trªn c¬ së nghiªn cøu tæng hîp c¸c
c«ng thøc trªn .
Ph¹m vi ¸p dông: C«ng thøc ny ¸p dông ®èi víi èng v kªnh hë, R<3m]5m.
+ C«ng thøc Federop:
C = 8g λ: HÖ sè ma s¸t däc ®−êng.
λ (HÖ sè søc c¶n thuû lùc, hÖ sè søc kh¸ng do ma s¸t)
Tr−êng hîp tù ch¶y: 1 = ]2lg( e a2 )
λ 13.68R Re
Tr−êng hîp cã ¸p: 1 = ]2lg( e a2 )
λ 3.42d Re
Trong ®ã : e ] ®é nh¸m t−¬ng ®−¬ng (cm).
a2 ] hÖ sè tÝnh ®Õn ®Æc tÝnh cña ®é nh¸m thnh cèng v thnh phÇn
chÊt l¬ löng cña n−íc th¶i.
Re ] hÖ sè Reynolds, ®Æc tr−ng chÕ ®é dßng ch¶y.
C¸c gi¸ trÞ n, e, a2 cã thÓ tham kh¶o b¶ng sau:
Lo¹i èng
e(cm)a2 n
Cèng:
] Bª t«ng v bª t«ng cèt thÐp
] Xim¨ng ami¨ng
] Gang
] ThÐp
0.20
0.06
0.10
0.08
100
73
83
79
0.014
0.012
0.013
0.012
Kªnh:
] G¹ch
] §¸ cã tr¸t v÷a xim¨ng
0.315
0.635
110
150
0.015
0.017