Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu trên địa bàn thành phố Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VĂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VĂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành : Quy hoạch quản lý tài nguyên nước

Mã số : 62-62-30-01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS. TS. Dương Thanh Lượng 2. GS. TS. Nguyễn Quang Kim HÀ NỘI, 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian miệt mài nghiên cứu dưới sự giúp đỡ của các nhà khoa học, các nhà chuyên môn và các cơ quan, đơn vị với những ý kiến góp ý sâu sắc và cung cấp nhiều tài liệu quý báu, đến nay công việc nghiên cứu đã đạt được những kết quả nhất định để có thể viết lên luận án này.

Từ đáy lòng mình, tác giả luận án xin chân thành cảm ơn GS. TS. Dương Thanh Lượng và GS. TS. Nguyễn Quang Kim, những người hướng dẫn khoa học đã tận tình dìu dắt, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Chân thành cảm ơn Bộ môn Cấp thoát nước, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi với vai trò là cơ quan đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập và nghiên cứu khoa học trong những năm tháng là nghiên cứu sinh của Nhà trường.

Chân thành cảm ơn Phòng Quản lý xây dựng công trình, lãnh đạo Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Hà Nội đã tạo điều kiện và thời gian cho tác giả đi học tập và làm luận án.

Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên,

giúp đỡ và gửi gắm nơi tôi.

Hà Nội, tháng 6 năm 2017

Tác giả luận án

Lê Văn Trường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu và kết quả tính toán trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Lê Văn Trường

MỤC LỤC Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ........................................................................... v Danh mục các bảng ...................................................................................................... vi Danh mục các hình vẽ ................................................................................................ viii

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 I. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ...................................................................... 1 II. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 1 III. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .................................................... 2 IV. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................................ 2 V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu .................................................... 3 VI. Những đóng góp mới của luận án ....................................................................... 3

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 5 1.1. Giới thiệu vùng nghiên cứu ............................................................................... 5 1.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................... 5 1.1.2. Điều kiện tự nhiên ......................................................................................... 5 1.1.3. Tình hình và nguyên nhân úng ngập ở vùng nghiên cứu ............................ 10 1.1.4. Hiện trạng các công trình tiêu chủ yếu ........................................................ 13 1.1.5. Hướng phát triển chung không gian của đô thị ........................................... 18 1.1.6. Hướng phát triển mạng lưới giao thông ...................................................... 18 1.1.7. Định hướng khống chế cao độ san nền ....................................................... 20

1.2. Sơ lược về quá trình hình thành và phát triển hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội ................................................................................................................. 21 1.3. Tổng quan các nghiên cứu về thoát nước cho khu vực ................................. 22 1.3.1. Nghiên cứu thoát nước của JICA ................................................................ 22 1.3.2. Nghiên cứu trong QH937 ............................................................................ 22 1.3.3. Nghiên cứu trong QH1259 .......................................................................... 25 1.3.4. Nghiên cứu trong QH4673 .......................................................................... 27 1.3.5. Nghiên cứu trong QH725 ............................................................................ 27 1.3.6. Các nghiên cứu khác ................................................................................... 28 1.3.7. Nhận xét về thông số các công trình tiêu nước theo các nghiên cứu quy hoạch ...................................................................................................................... 30 1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................................ 38

XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP TIÊU

THOÁT NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI ..................................... 41 2.1. Xây dựng bài toán tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước ............................... 41 2.1.1. Khái quát về bài toán tối ưu hóa .................................................................. 41 2.1.2. Bài toán tối ưu hóa thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước ............. 46 2.2. Lựa chọn phương pháp tính toán tiêu nước .................................................. 50 2.2.1. Khái quát về chọn phương pháp và mô hình tính toán tiêu nước mặt ........ 50 2.2.2. Phương pháp thuỷ nông và mô hình hồ chứa mặt ruộng ............................ 51

iii

2.2.3. Phương pháp cường độ giới hạn .................................................................. 55 2.2.4. Phương pháp mô hình Transfert .................................................................. 60 2.2.5. Phương pháp mô hình Mike ........................................................................ 62 2.2.6. Phương pháp mô hình SWMM ................................................................... 65 2.2.7. Chọn phương pháp và mô hình tính toán tiêu thoát nước ........................... 75 2.3. Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước nghiên cứu ....................................... 76 2.3.1. Các loại đối tượng cần mô phỏng ................................................................ 76 2.3.2. Các số liệu đầu vào cơ bản của mô hình ..................................................... 82 2.3.3. Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước ............................................................. 88 2.3.4. Thiết lập mô hình hệ thống tiêu thoát nước trên SWMM ........................... 89 2.3.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ............................................................... 93 2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................................ 97

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI ...................................................... 99 3.1. Dự kiến giải pháp tiêu thoát nước ở lưu vực nghiên cứu ............................. 99 3.1.1. Dự kiến giải pháp chung .............................................................................. 99 3.1.2. Bố trí các trạm bơm tiêu đầu mối .............................................................. 101 3.1.3. Bố trí hệ thống hồ điều hòa ....................................................................... 104 3.1.4. Phân tích thủy lực ...................................................................................... 112 3.1.5. Xác định quan hệ ràng buộc giữa quy mô trạm bơm và hồ điều hòa ........ 121 3.1.6. Xác định các giá trị lưu lượng và diện tích hồ tối ưu ................................ 126 3.2. Một số đề xuất về giải pháp tiêu thoát nước và bố trí công trình chủ yếu 134 3.2.1. Các trạm bơm ............................................................................................ 134 3.2.2. Các hồ điều hoà ......................................................................................... 138 3.2.3. Hệ thống kênh trục .................................................................................... 140 3.2.4. Các cống điều tiết chính ............................................................................ 142 3.2.5. Hình thức tiêu nước của hệ thống kênh trục và trạm bơm đầu mối .......... 142 3.2.6. Phối hợp vận hành các trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu quả tiêu nước143 3.3. Kết luận chương 3 .......................................................................................... 145

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 146 I. Kết luận ............................................................................................................... 146 1. Về kết quả nghiên cứu ..................................................................................... 146 2. Về những đóng góp mới của luận án ............................................................... 147 II. Kiến nghị ........................................................................................................... 147

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN ................................................................... 149

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 150

PHỤ LỤC ................................................................................................................... 154

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Ý nghĩa

CP Chi phí

CS Công suất

DA Dự án

DT ĐTXD Diện tích Đầu tư xây dựng

HL Hạ lưu

HT Hệ thống

LL LV Lưu lượng Lưu vực

MN Mực nước

QH Quy hoạch

QH108

Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 (kèm theo Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20/6/2008 của Thủ tướng Chính phủ)

QH1259

Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 (kèm theo Quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ)

QH4673

Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 (kèm theo Quyết định số 4673/2012/QĐ-UBND ngày 03/7/2012 của UBND TP Hà Nội)

QH725

Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 (kèm theo Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/5/2013 của Thủ tướng Chính phủ)

QH937

SWMM Quy hoạch tiêu nước hệ thống sông Nhuệ (kèm theo Quyết định 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chính phủ) Storm Water Management Model - Mô hình quản lý ngập úng do mưa

TB Trạm bơm

TL Thượng lưu

TLV TP Tiểu lưu vực Thành phố

UBND VĐ2 VĐ3 Ủy ban nhân dân Vành Đai 2 Vành Đai 3

VĐ4 Vành Đai 4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (0C) ..................................................... 5 6 Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%) ........................................ 7 Bảng 1.3. Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm) ...........,............................ 7 Bảng 1.4. Lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất (đơn vị: mm) 8 Bảng 1.5. Các mực nước lớn nhất sông Hồng tại trạm Hà Nội (m) ................................................... 8 Bảng 1.6. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Liên Mạc (m) ....................................................... 8 Bảng 1.7. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Nam Thăng Long (m) ......................................... 8 Bảng 1.8. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Yên Sở (m) ........................................................... 8 Bảng 1.9. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Đông Mỹ (m) ....................................................... 9 Bảng 1.10. Mực nước lớn nhất thiết kế sông Đáy (m) ........................................................................ 10 Bảng 1.11. Mực nước lớn nhất (m) trên sông Nhuệ qua một số năm điển hình ................................ 10 Bảng 1.12. Mực nước báo động (m) tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng ....................... 14 Bảng 1.13. Một số thông số về đê sông Nhuệ qua các thời kỳ ........................................................... 30 Bảng 1.14. Bảng sánh nghiên cứu về công trình trạm bơm ................................................................ 32 Bảng 1.15. Bảng sánh nghiên cứu về công trình hồ điều hoà ............................................................. 33 Bảng 1.16. Bảng so sánh nghiên cứu về các kênh trục lớn ................................................................. 84 Bảng 2.1. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông, phân phối theo mưa điển hình (mm) .................... 84 Bảng 2.2. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Nội, phân phối theo mưa điển hình (mm) ....................... 86 Bảng 2.3. Lượng mưa 72 giờ TS 10% phân phối theo mưa tam giác (mm) ...................................... 87 Bảng 2.4. Mực nước tính toán (m) tại cửa xả các trạm bơm ............................................................... Bảng 2.5. Mức độ mô phỏng của mô hình tương ứng với chỉ số Nash-Sutcliffe .............................. 94 Bảng 3.1. Giá trị “nền” thông số lưu lượng thiết kế Q của các trạm bơm tiêu đầu mối .................... 104 Bảng 3.2. Bố trí hệ thống hồ điều hòa ứng với giá trị diện tích F ban đầu - trường hợp “nền” ........ 107 Bảng 3.3. Các trường hợp diện tích hồ điều hòa (ha) theo các tỷ lệ diện tích .................................... 111 Bảng 3.4. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(+1)=Qmax=637,8m3/s ................................ 114 Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(+1)=637,8m3/s .................. 114 Bảng 3.6. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−0)=611,0m3/s ........................................... 115 Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−0)=611,0m3/s .................. 115 Bảng 3.8. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−1)=558,0m3/s ........................................... 116 Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−1)=558,0m3/s .................. 116 Bảng 3.10. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−2)=503,0m3/s ........................................ 117 Bảng 3.11. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−2)=503,0m3/s ............... 117 Bảng 3.12. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−3)=448,1m3/s ........................................ 118 Bảng 3.13. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−3)=448,1m3/s ............... 118 Bảng 3.14. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−4)=393,1m3/s ........................................ 119 Bảng 3.15. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−4)=393,1m3/s ............... 119 Bảng 3.16. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−5)=338,1m3/s ........................................ 120 Bảng 3.17. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−5)=Qmin=338,1m3/s ..... 120 Bảng 3.18. Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - Lưu vực Tây Hà Nội ............. 123

Bảng 3.19. Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - LV Hiền Giang ...................... 124 Bảng 3.20. Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - LV Đông Mỹ ......................... 125 Bảng 3.21. Chi phi xây dựng các trạm bơm ........................................................................................ 127 Bảng 3.22. Xác định mức chi phí xây dựng hồ điều hòa .................................................................... 128 Bảng 3.23. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Tây Hà Nội ................... 130 Bảng 3.24. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Hiền Giang .................... 131 Bảng 3.25. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Đông Mỹ ....................... 132 Bảng 3.26. Giá trị tối ưu của tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm và diện tích hồ điều hòa F đối với từng lưu vực thành phần ..................................................................................................... 133

Bảng 3.27. Các giá trị tối ưu và các giá trị lân cận của tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm và diện

tích hồ điều hòa đối với từng lưu vực thành phần ............................................................ 133 Bảng 3.28. Đề xuất điều chỉnh việc bố trí và quy mô các trạm bơm ................................................. 135 Bảng 3.29. Các thông số thiết kế chính của trạm bơm đầu mối ......................................................... 138 Bảng 3.30. Đề xuất điều chỉnh bố trí các hồ điều hòa cần xây dựng mới .......................................... 139 Bảng 3.31. Đề xuất thông số hệ thống kênh trục ................................................................................. 140 Bảng PL1.1. Nội dung đề xuất của quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch

JICA - Lưu vực Tô Lịch ..................................................................................................... 155

Bảng PL1.2. Nội dung đề xuất của quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch

JICA - Lưu vực sông Nhuệ ................................................................................................ 156 Bảng PL1.3. Thông số các hồ điều hòa phía tây đô thị trung tâm (theo QH1259) ........................... 157 Bảng PL1.4. Dự kiến tổng quy mô công trình đầu mối tiêu thoát nước mưa cho Thủ đô Hà Nội

theo QH725 (riêng vùng tả Đáy) ...................................................................................... 157

Bảng PL1.5. Công trình đầu mối chính tiêu thoát nước mưa cho Thủ đô Hà Nội dự kiến theo

QH725 ................................................................................................................................. 158 Bảng PL2.1. Thống kê tóm tắt các mô hình tính toán tiêu thoát nước đô thị .................................... 159 Bảng PL3.1. Chi phí xây dựng một số trạm bơm ................................................................................ 161

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Vị trí lưu vực nghiên cứu trên bản đồ TP Hà Nội .................................................................. 6 Hình 1.2. Các phân khu đô thị thuộc đô thị trung tâm Hà Nội theo QH1259 ...................................... 18 23 Hình 1.3. Phân vùng tiêu lưu vực Sông Nhuệc ...................................................................................... Hình 1.4. Quan hệ giữa hệ số tiêu thiết kế q của trạm bơm đầu mối và tỷ lệ diện tích được đô thị hóa f (khi không có hồ điều hòa) .......................................................................................... 29 Hình 2.1. Bài toán tối ưu với ràng buộc dạng phương trình .................................................................. 43 Hình 2.2. Bài toán tối ưu với ràng buộc dạng bất phương trình ............................................................ 43 Hình 2.3. Bài toán tối ưu với hỗn hợp các ràng buộc dạng phương trình và bất phương trình 43 Hình 2.4. Quét hàm mục tiêu 2 thông điều khiển với bước không đổi ................................................. 45 Hình 2.5. Quét tìm giá trị tối ưu trong không gian hai chiều với bước thay đổi .................................. 46 Hình 2.6. Sơ đồ thuật toán tối ưu hóa với hai thông số điều khiển lưu lượng Q và diện tích hồ điều hòa F của hệ thống tiêu thoát nước ......................................................................................

49 Hình 2.7. Sơ đồ công trình tiêu nước mặt ruộng lúa .............................................................................. 52 Hình 2.8. Biểu đồ hệ số tiêu của mặt ruộng ............................................................................................ 52 58 Hình 2.9.Sơ đồ tính toán thời gian dòng chảy ........................................................................................ Hình 2.10. Xác định cường độ tiêu theo phương pháp Transfert .......................................................... 62 Hình 2.11. Quan niệm về dòng chảy mặt ................................................................................................ 68 Hình 2.12. Đồ thị thấm Horton ................................................................................................................ 69 Hình 2.13. Sơ đồ thấm Green-Amp ........................................................................................................ 69 Hình 2.14. Mô hình nước ngầm hai vùng ............................................................................................... 70 Hình 2.15. Ví dụ về sự thể hiện các đối tượng vật lý dùng để mô hình hóa một hệ thống tiêu .......... 76 Hình 2.16. Sơ đồ hệ thống tiêu nghiên cứu và bố trí các công trình tiêu chủ yếu ................................ 83 Hình 2.17. Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 1 - trạm Hà Đông .............................................................. 84 Hình 2.18. Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 1 - trạm Hà Nội .................................................................. 84 Hình 2.19. Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 2 (dạng tam giác) - trạm Hà Đông ................................... 86 Hình 2.20. Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 2 (dạng tam giác) - trạm Hà Nội ...................................... 86 Hình 2.21. Vẽ sơ đồ mạng lưới thoát nước và phân chia tiểu lưu vực trên bản CAD 87 89 Hình 2.22. Minh họa hệ thống tiêu thoát nước được sơ đồ hoá dưới dạng ảnh Hình 2.23. Hệ thống tiêu của toàn bộ lưu vực nghiên cứu mô phỏng trên SWMM ............................ 91 92 Hình 2.24. Một phần bản đồ làm việc SWMM trên nền ảnh hệ thống khu vực gấn TB Liên Mạc .. 94 Hình 2.25. Đồ thị lượng mưa của trận mưa 24÷28/5/2016 đưa vào trong mô hình ............................ Hình 2.26. Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh

chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ ngày 24÷28/5/2016 ........................... 94 95

Hình 2.27. Đồ thị lượng mưa của trận mưa 22÷26/5/2012 đưa vào trong mô hình ............................ Hình 2.28. Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh

chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ ngày 22÷26/5/2012 ........................... 95 96

Hình 2.29. Đồ thị lượng mưa của trận mưa 17÷21/8/2012 đưa vào trong mô hình ............................ Hình 2.30. Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh

chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ 17÷21/8/2012 ....................................

96 Hình 3.1. Lưới quét trong không gian hai chiều (f, Q) ........................................................................... 113 Hình 3.2. Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Tây Hà Nội .............. 123 Hình 3.3. Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHĐ(Q, F)=4,5 - LV Tây Hà Nội ........................ 123

viii

Hình 3.4. Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Hiền Giang .............. 124 Hình 3.5. Quan QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHG(Q, F)=3,6 - LV Hiền Giang ............................. 124 Hình 3.6. Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Đông Mỹ ................. 125 Hình 3.7. Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxĐM(Q, F)=3,9 - LV Đông Mỹ .......................... 125 Hình 3.8. Đồ thị quan hệ giữa phí xây dựng trạm bơm và lưu lượng trạm CTB~Q .............................. 127 Hình 3.9. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Tây Hà Nội ................ 130 Hình 3.10. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Hiền Giang .............. 131 Hình 3.11. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Đông Mỹ ................. 132 Hình 3.12. Mực nước tại Yên Sở ZYS và tại Hiền Giang ZHG khi hai TB hỗ nhau .............................. 144 Hình 3.13. Đường quá trình lưu lượng qua cống Thanh Liệt trong trường hợp (b), TB Hiền Giang

hỗ trợ TB Yên Sở .................................................................................................................. 144 Hình PL3.1. Mực nước tại Hà Đông QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) ............. 161 Hình PL3.2. Mực nước tại Liên Mạc - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) .......... 162 Hình PL3.3. Mực nước tại Yên Sở - QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%) .................... 162 Hình PL3.4. Mực nước tại Đông Mỹ - QĐM=35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 ha (f=0,62%) ................... 162 Hình PL3.5. Mực nước tại Hiền Giang - QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%) ............ 163 Hình PL3.6. Mực nước trên sông Nhuệ lúc 16 giờ mô phỏng .............................................................. 163 Hình PL3.7. Mực nước trên sông La Khê lúc 16 giờ mô phỏng ........................................................... 163 Hình PL3.8. Mực nước trên sông Tô Lịch lúc 16 giờ mô phỏng .......................................................... 164 Hình PL3.9. Mực nước trên sông Lừ lúc 16 giờ mô phỏng .................................................................. 164 Hình PL3.10. Mực nước trên sông Sét lúc 16 giờ mô phỏng ................................................................ 164 Hình PL3.11. Mực nước trên sông Kim Ngưu lúc 15 giờ mô phỏng ................................................... 165 Hình PL3.12. Mực nước trên sông Om lúc 16 giờ mô phỏng ............................................................... 165 Hình PL3.13. Mực nước trên sông Đăm lúc 16 giờ mô phỏng ............................................................. 165 Hình PL3.14. Mực nước trên sông Cầu Ngà lúc 16 giờ mô phỏng ...................................................... 166 Hình PL3.15. Mực nước trên kênh Liên Hồng - Yên Thái lúc 16 giờ mô phỏng ................................ 166 Hình PL3.16. Mực nước trên kênh Đông La lúc 16 giờ mô phỏng ...................................................... 166 Hình PL3.17. MN trên tuyến cống từ đường H.Q. Việt - kênh Phú Đô lúc 13 giờ mô phỏng ........... 167 Hình PL3.18. MN trên tuyến cống từ đường Nghĩa Tân - Đồng Bông lúc 13 giờ mô phỏng ............ 167 Hình PL3.19. Mực nước tại Hà Đông (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) .................................................................................................... 167

Hình PL3.20. Mực nước tại Yên Sở (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%) ...................................................................................................... 168

Hình PL3.21. Mực nước tại Đông Mỹ (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QĐM=35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 ha (f=0,62%) ........................................................................................................ 168

Hình PL3.22. Mực nước tại Hiền Giang (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%) ........................................................................................................ 168

MỞ ĐẦU

I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Với tổng diện tích tự nhiên 3.344,6 km2, dân số trên 6,5 triệu người, không chỉ là Thủ đô có quy mô lớn thứ 17 trên thế giới mà còn là địa phương đứng đầu cả nước về diện tích tự nhiên, đứng thứ hai về diện tích đô thị và thứ hai về dân số sau TP Hồ Chí Minh. Hà Nội còn là một trung tâm chính trị, kinh tế và văn hoá lớn của cả nước. Trong những năm gần đây cùng với TP Hồ Chí Minh, Hà Nội là một điểm rất nóng của cả nước về tình trạng úng ngập. Hàng năm cứ vào mùa mưa, không chỉ khu vực nội thành mà rất nhiều khu vực ngoại thành đều bị úng ngập với mức độ lớn mà điển hình nhất là trận mưa úng xảy ra vào những ngày cuối tháng 10 đầu tháng 11 năm 2008 đã làm hầu hết các khu vực của TP Hà Nội và các vùng lân cận bị ngập sâu nhiều ngày liền.

Úng ngập ở Hà Nội không chỉ có tác động tiêu cực đến mọi mặt của đời sống kinh tế - xã hội mà còn ảnh hưởng xấu đến hình ảnh của một thủ đô đang trong quá trình phát triển để hướng tới một đô thị văn minh, hiện đại. Trong nhiều năm qua trên địa bàn Hà Nội đã có nhiều dự án quy hoạch tiêu nước được nghiên cứu, nhiều công trình tiêu được đầu tư xây dựng nhưng tình trạng úng ngập vẫn chưa cải thiện nhiều. Trong rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng nói trên, có nguyên nhân quan trọng là chưa có những cơ sở khoa học thực sự xác đáng để đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu phù hợp với các điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của khu vực.

Vì những lý do trên, việc tìm giải pháp tiêu nước hợp lý và có hiệu quả cho thành phố Hà Nội nói chung và của đô thị trung tâm Hà Nội nói riêng đang là mối quan tâm lớn của các cấp, các ngành, các nhà chuyên môn và toàn thể nhân dân Thủ đô, và đó cũng là lý do để hình thành đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước và quy mô công trình tiêu trên địa bàn thành phố Hà Nội” trong đề tài nghiên cứu ở Luận án này.

II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xây dựng được cơ sở khoa học về đề xuất giải pháp tiêu nước, xác định quy mô công trình tiêu nước chủ yếu phù hợp với điều kiện tự nhiên và quá trình phát triển kinh tế - xã hội của TP Hà Nội trong tình hình đang mở rộng đất đô thị.

III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống tiêu thoát nước mưa đô thị và các giải

pháp tiêu nước của hệ thống đó.

- Về phạm vi đối tượng, các nghiên cứu của đề tài được giới hạn tập trung vào các công trình tiêu nước chủ yếu (trạm bơm đầu mối, hồ điều hòa, các trục tiêu chính, các công trình điều tiết chính) trong hệ thống tiêu thoát nước. Các đối tượng khác (mạng

lưới thoát nước tiểu khu, mạng lưới thoát nước đường phố hoặc khu vực, các hồ nhỏ...) được đưa vào hệ thống như là các thông số đầu vào đã biết.

- Về phạm vi không gian, các nghiên cứu được giới hạn ở vùng tiêu đô thị trung tâm

của thành phố Hà Nội.

IV. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1. Nội dung nghiên cứu

Luận án sẽ đi sâu nghiên cứu cơ sở khoa học các vấn đề chính sau đây:

1) Đánh giá các nghiên cứu về thoát nước đô thị TP Hà Nội.

2) Xây dựng bài toán tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cơ bản của các công trình tiêu

nước chủ yếu.

3) Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm của TP Hà Nội và tiến hành các phân tích thủy lực - thủy văn của hệ thống đã được mô phỏng với các lời giải khác nhau của toán tối ưu hóa được lập.

4) Đề xuất giải pháp kỹ thuật, cải tiến bố trí một số công trình tiêu nước chủ yếu.

2. Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu và nội dung nghiên cứu đề ra, đề tài sử dụng phương pháp

nghiên cứu sau:

1) Phương pháp kế thừa

Tiếp thu và sử dụng có chọn lọc kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước về những vấn đề liên quan đến đề tài vào trường hợp cụ thể của TP Hà Nội.

2) Phương pháp điều tra thu thập và phân tích tổng hợp

Điều tra, thu thập, phân tích, đánh giá và tổng hợp các tài liệu để từ đó xây dựng cơ

sở dữ liệu phục vụ cho công việc nghiên cứu.

3) Phương pháp thống kê xác suất

Dùng để tính toán xác định các đặc trưng khí tượng, thủy văn thiết kế phục vụ

nghiên cứu đề tài.

4) Phương pháp phân tích hệ thống

Phân tích hệ thống tiêu thoát nước một cách đồng bộ nhất tới mức có thể. Hệ thống sẽ bao gồm các phần tử thủy lực và mối liên hệ chúng, đồng thời xét mối liên hệ của hệ thống với môi trường bên ngoài thông qua các điều kiện biên.

5) Phương pháp phân tích tối ưu

Phương pháp này được sử dụng để xác định quy mô và thông số cơ bản của các

công trình tiêu nước trong vùng nghiên cứu với việc xây dựng bài toán tối ưu, bao gồm các công việc: lập hàm mục tiêu, xác định các thông số điều khiển, lựa chọn phương pháp giải và tìm lời giải tối ưu.

6) Phương pháp mô hình toán thủy văn - thủy lực

Phương pháp này được sử dụng để phục vụ tính toán xác định các công trình tiêu nước phù hợp, kiểm tra các ràng buộc của các thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước về đảm bảo khống chế úng ngập. Trong nghiên cứu sẽ phân tích một số mô hình toán thủy văn - thủy lực chuyên dụng và lựa chọn mô hình phù hợp để áp dụng.

V. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU

Ý nghĩa khoa học: Luận án cung cấp phương pháp luận khoa học đáng tin cậy về việc áp dụng bài toán tối ưu hóa với sự trợ giúp của mô hình SWMM trong tính toán tiêu thoát nước cho các khu đô thị trong quá trình phát triển.

Ý nghĩa thực tiễn: Qua nghiên cứu này, đã đề xuất được giải pháp tiêu nước, bố trí các công trình tiêu chính chính của hệ thống tiêu thoát nước trên địa bàn thành phố Hà Nội cùng với quy mô và các thông số cơ bản của các công trình đó. Kết quả nghiên cứu có thể được tham khảo trong các công tác: lập quy hoạch chi tiết, thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội và các khu vực khác có điều kiện tương tự.

VI. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1) Xây dựng và giải thành công bài toán tối ưu hóa quy mô của công trình tiêu nước trong hệ thống tiêu thoát nước, trong đó có các trạm bơm đầu mối và các hồ điều hòa nước mưa, với sự trợ giúp của mô hình SWMM.

2) Mô hình hóa toàn bộ hệ thống tiêu thoát nước của đô thị trung tâm mới của TP Hà Nội một cách đồng bộ từ các tiểu lưu vực (các khu phố, các ô đất nông nghiệp) đến toàn bộ vùng nghiên cứu rộng lớn, từ mạng lưới thoát nước đường phố hoặc mạng kênh cấp dưới đến công trình đầu mối, bao gồm hầu hết các loại đối tượng của hệ thống cùng các thuộc tính của chúng một cách khá đầy đủ và chi tiết. Từ đó, mô hình có khả năng biểu diễn gần sát với bản chất vật lý của các quá trình hoạt động của hệ thống. Mô hình này có thể được áp dụng cho các công việc khác như công tác điều hành, vận hành và duy tu hệ thống tiêu thoát nước.

mức ưu tiên chống ngập cao của Thủ đô. Đồng thời, đưa ra biện pháp phối hợp làm việc giữa các trạm bơm đầu mối (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ, Hiền Giang) nhằm tăng hiệu quả chống úng cũng như giảm thiểu quy mô thiết kế công trình.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU

1.1. GIỚI THIỆU VÙNG NGHIÊN CỨU

1.1.1. Vị trí địa lý

Hà Nội nằm về phía Tây Bắc của trung tâm vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc, Hà Nam, Hòa Bình phía Nam, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía Đông, Hòa Bình và Phú Thọ ở phía Tây. Sau khi mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, thành phố có diện tích 3.325 km2, nằm ở cả hai bên bờ sông Hồng, nhưng tập trung chủ yếu bên hữu ngạn.

Lưu vực của hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội ở nghiên cứu này được

giới hạn trong phạm vi đường VĐ4 và đê hữu sông Hồng (Hình 1.1. ) với các giới hạn:

- Phía bắc, đông bắc và đông được giới hạn bởi đê hữu sông Hồng;

- Phía tây được giới hạn bởi đê tả sông Đáy;

- Phía nam và tây nam được giới hạn bởi đường Vành Đai 4.

Tổng diện tích lưu vực tiêu này là 37.050 ha, hoàn toàn nằm trong ranh giới đô thị trung tâm TP Hà Nội phần phía nam sông Hồng theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 (Hình 1.2. ).

1.1.2. Điều kiện tự nhiên

1. Khí hậu, khí tượng

Khu vực nghiên cứu nằm giữa vùng đồng bằng Bắc Bộ nên mang các đặc điểm điển hình của khí hậu vùng đồng bằng. Đó là kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh, cuối mùa ẩm ướt với hiện tượng mưa phùn, mùa hạ nóng và nhiều mưa.

a. Nhiệt độ

Khu vực Hà Nội có nhiệt độ trung bình năm khoảng 23oC÷24oC. Hàng năm có 3 tháng (XII÷II) nhiệt độ trung bình giảm xuống dưới 20oC. Tháng I lạnh nhất, có nhiệt độ trung bình khoảng 16oC. Mùa hè gồm 5 tháng (V÷IX) nhiệt độ trung bình trên 25oC. Tháng VII nóng nhất, có nhiệt độ trung bình trên dưới 29oC.

Bảng 1.1. Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (0C)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Hà Nội 16,2 18,1 20,1 23,8 27,2 28,6 28,9 28,2 27,2 24,5 21,3 18,1

Hà Đông 17,0 19,3 22,1 25,4 27,0 27,0 27,9 27,9 26,8 24,5 20,8 19,3

Nguồn: [1]

Vị trí lưu vực nghiên cứu trên bản đồ TP Hà Nội

b. Độ ẩm

Độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 83÷85%. Ba tháng mùa xuân là thời kỳ ẩm ướt nhất, độ ẩm trung bình tháng đạt 88÷90% hoặc cao hơn. Các tháng cuối mùa thu và đầu mùa đông là thời kỳ khô hanh nhất. Độ ẩm trung bình tháng có thể xuống dưới 80%. Độ ẩm cao nhất có ngày đạt tới 98% và thấp nhất có thể xuống tới 64%.

Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Hà Nội 82 85 88 88 84 84 85 87 86 83 81 82

Hà Đông 78 83 820 83 85 790 810 820 800 810 800 81

Nguồn: [1]

c. Bốc hơi

Lượng bốc hơi bình quân năm ở vùng này đạt khoảng 1.000 mm. Các tháng đầu mùa mưa (V, VI, VII) lại là các tháng có lượng bốc hơi lớn nhất trong năm. Lượng bốc hơi bình quân tháng V đạt trên 100 mm. Các tháng mùa Xuân (II÷IV) có lượng bốc hơi nhỏ nhất là những tháng có nhiều mưa phùn và độ ẩm tương đối cao.

Bảng 1.3. Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Hà Nội 78,7 62,4 57,4 66,8 101,9 99,4 99,9 84,8 81,5 96,6 89,4 83,2 1.002

Hà Đông 64,3 56,9 68,2 78,5 63,6 63,9 91,4 79,1 79,9 72,8 66,9 56,0 841,5

Nguồn: [1]

Thông qua phân tích tần suất, lượng mưa ngày đặc trưng (1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất)

được trình bày như bảng dưới đây.

Bảng 1.4. Lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất (đơn vị: mm)

Tần suất 5% Tần suất 10% Trạm

Láng Hà Đông Liên Mạc 387,67 434,31 478,65 218,09 386,55 435,68 476,17 220,46 447,2 489,81 212,81 386,6 338,14 337,38 336,92 251,83 252,69 244,19

1 ngmax 3 ngmax 5 ngmax 7 ngmax 1 ngmax 3 ngmax 5 ngmax 7 ngmax 377,28 415,79 379,17 416,06 389,73 426,87 Nguồn: [1]

2. Thuỷ văn, sông ngòi

a. Sông Hồng

Sông Hồng có tổng diện tích lưu vực 155.000 km² với phần lưu vực trong lãnh thổ Việt Nam là 72.800 km². Sông dài 1.126 km, trong đó đoạn qua Hà Nội dài xấp xỉ 90 km. Lưu lượng trung bình nhiều năm thời đoạn 1956−1985 tại Sơn Tây đạt khoảng 3.560 m³/s và Hà Nội 2.710 m³/s. Sông này một nơi nhận nước tiêu lớn của vùng.

Mùa kiệt dài 7 tháng (XI÷V), lưu lượng sông giảm nhiều và mực nước xuống thấp, nhất là trong các tháng II, III, IV. Tại trạm Hà Nội mực nước thấp nhất xảy ra trước khi có hồ Hòa Bình là 1,73 m (1956), lưu lượng thấp ngày 09/5/1960 chỉ có 350 m³/s. Gần đây, mực nước có lúc thấp tới 0,10 m (22/02/2010), 0,24 m (25/02/2015) do sự hạn chế phát điện, có thể bao gồm cả nguyên nhân về biến đổi khí hậu và khai thác cát ở đáy sông.

Mùa lũ dài 5 tháng (VI÷X); đỉnh lũ thường xuất hiện vào các tháng VII và VIII. Lưu lượng trung bình các tháng mùa lũ đạt tới 8.000÷10.000 m³/s. Trận lũ lịch sử năm 1971 với giá trị thực đo chưa hoàn nguyên do vỡ đê, tràn đê và phân chậm lũ của đỉnh lũ đo ngày 20/8/1971 là Hmax=14,43 m, Qmax=25.000 m³/s.

Các bảng dưới đây là những số liệu mực nước đặc trưng của sông Hồng.

Bảng 1.5. Các mực nước lớn nhất sông Hồng tại trạm Hà Nội (m)

Tần suất 1% 5% 10% 20%

13,82 12,78 12,54 12,21 12,89 12,33 12,11 11,83 12,43 12,07 11,87 11,60 Hmax H1ngày max H3ngày max H5ngày max

11,91 11,74 11,54 11,30 Nguồn: [1]

Bảng 1.6. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Liên Mạc (m)

Tần suất

1% 14,57 13,53 13,29 12,96 5% 13,64 13,08 12,86 12,58 10% 13,18 12,82 12,62 12,35 Hmax H1ngày max H3ngày max H5ngày max

20% 12,66 12,49 12,29 12,05 Nguồn: [1]

Bảng 1.7. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Nam Thăng Long (m)

Tần suất

10% 13,03 12,67 12,47 12,20 1% 14,42 13,38 13,14 12,81 5% 13,49 12,93 12,71 12,43 Hmax H1ngày max H3ngày max H5ngày max

20% 12,51 12,34 12,14 11,90 Nguồn: [1]

Bảng 1.8. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Yên Sở (m)

Tần suất

10% 11,60 11,24 11,04 10,77 1% 12,99 11,95 11,71 11,38 5% 12,06 11,50 11,28 11,00 Hmax H1ngày max H3ngày max H5ngày max

20% 11,08 10,91 10,71 10,47 Nguồn: [1]

Bảng 1.9. Các mực nước lớn nhất Sông Hồng tại Đông Mỹ (m)

Tần suất

10% 11,45 11,09 10,89 10,62 1% 12,84 11,80 11,56 11,23 5% 11,91 11,35 11,13 10,85 Hmax H1ngày max H3ngày max H5ngày max

20% 10,93 10,76 10,56 10,32 Nguồn: [1]

b. Sông Đáy

Sông Đáy dài khoảng 240 km, bắt nguồn từ đập Đáy tại địa phận huyện Đan Phượng. Trong trường hợp khẩn cấp sông Đáy được nối với sông Hồng qua đập Đáy để phân lũ. Trước khi có đập Đáy nước lũ sông Hồng phân sang sông Đáy lớn nhất là trận lũ tháng 8/1932 với lưu lượng 2.850 m³/s, tương đương với mực nước tại Hà Nội 11,90 m. Kể từ năm 1937, khi đập Đáy được xây dựng cho đến lúc hòa bình lập lại, đập Đáy mới chỉ vận hành 3 lần (1940, 1945 và 1947). Nếu đập Đáy không làm việc thì mực nước và lưu lượng trong sông Đáy đoạn từ Tân Lang trở lên chỉ phụ thuộc vào lượng mưa nội bộ lưu vực. Hiện trạng sông Đáy như sau:

Đoạn từ Tân Lang đến Ninh Bình, chế độ thủy lực sông Đáy còn chịu ảnh hưởng

của thủy triều và sông Hồng qua sông Đào Nam Định.

Đoạn sông Đáy từ đập Đáy đến Mai Lĩnh dài 32 km, chiều rộng đoạn sông giữa 2

đê trên dưới 3.000 m; lòng dẫn chủ yếu của sông là dòng chảy tràn giữa 2 đê.

Đoạn từ Mai Lĩnh đến Ba Thá dài 27 km, khoảng cách hai nơi rộng nhất là 4.000

m, hẹp nhất là 700 m; lòng sông hẹp, tác dụng dẫn lũ trên bãi sông là chủ yếu.

Đoạn từ Ba Thá đến Tân Lang dài 51 km lòng sông rộng hơn nhưng ít bãi. Khoảng cách giữa hai đê thay đổi từ 1.500 m (tại Phù Lưu) đến 300 m (ở Bột Xuyên); tác dụng dẫn lũ chủ yếu là trong lòng sông, nhưng lòng sông tại đây hẹp, thoát lũ kém.

Đoạn từ Tân Lang đến Phủ Lý dài 13 km, lòng sông tuy rộng và sâu hơn, song khả

năng thoát lũ cũng bị hạn chế do ảnh hưởng của đoạn sông phía trên bị co hẹp.

Theo số liệu thống kê, trong nhiều năm gần đây mực nước tại các cửa tiêu chính

của hệ thống trên sông Đáy đều tăng cao đáng kể, hạn chế khả năng tiêu tự chảy.

Bảng 1.10. Mực nước lớn nhất thiết kế sông Đáy (m)

Tần suất

La Khê Yên Thái Đào Nguyên Vân Đình Lương Cổ 1% 7,71 7,92 7,81 7,21 5,30 5% 7,17 7,37 7,27 6,18 4,60 10% 6,62 6,82 6,72 5,67 4,26

20% 6,20 6,40 6,30 5,11 3,88 Nguồn: [1]

c. Sông Nhuệ

Sông Nhuệ dài 74 km nối sông Hồng (qua cống Liên Mạc), với sông Đáy (qua cống Lương Cổ), là trục chính tưới tiêu kết hợp. Về mùa lũ, cống Lương Cổ luôn luôn mở và chỉ đóng lại khi có phân lũ qua đập Đáy. Như vậy, trong quá trình tiêu úng, mực nước sông Nhuệ và các sông nhánh trong hệ thống chịu ảnh hưởng trực tiếp của lũ sông Đáy.

Nối sông Nhuệ với sông Đáy còn có các sông: Duy Tiên, Vân Đình, La Khê, Ngoại Độ và một số sông nhỏ khác tạo thành một mạng lưới tưới tiêu cho hệ thống. Sông Duy Tiên dài 21 km; sông Vân Đình dài 11,8 km nối sông Nhuệ với sông Đáy qua cống Vân Đình; kênh La Khê dài 6,8 km nối sông Nhuệ với sông Đáy qua cống La Khê.

Bảng 1.11. Mực nước lớn nhất (m) trên sông Nhuệ qua một số năm điển hình

Vị trí

Hà Đông Đồng Quan Nhật Tựu Lương Cổ Phủ Lý Mực nước xuất hiện lớn nhất (m) 1994 1983 5,79 5,37 4,92 4,57 4,58 5,14 4,37 3,76 4,33 1985 4,6 4,78 4,56 4,49 4,42 1984 5,77 4,55 4,12 3,94 1978 5,4 4,53 4,42 4,35

2008 6,20 4,99 4,64 4,64 4,62 Nguồn: [1]

Bảng 1.12. Mực nước báo động (m) tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng

Cấp báo động

- Liên Mạc - Hà Nội - Mộc Nam

1. Sông Hồng 2. Sông Nhuệ - Đồng Quan I 10,50 9,50 5,80 4,00 II 11,50 10,50 6,60 4,40

III 12,50 11,50 7,40 4,70 Nguồn: [1]

1.1.3. Tình hình và nguyên nhân úng ngập ở vùng nghiên cứu

1. Tình hình úng ngập trận mưa úng năm 2008

Do ảnh hưởng của đới gió đông kết hợp với không khí lạnh tăng cường từ ngày 30/10÷03/11/2008 đã xảy ra mưa đặc biệt lớn ở địa bàn TP Hà Nội và các vùng lân cận. Lượng mưa 1 ngày lớn nhất rơi vào ngày 31/10, đạt từ 300÷550 mm ở thượng lưu và trung lưu sông Nhuệ, từ 200÷250 mm tại hạ lưu sông Nhuệ. Lượng mưa ngày 31/10 đạt 530 mm tại trạm Hà Đông, 487 mm tại Vân Đình, 405 mm tại Láng. Lượng mưa 5 ngày lớn nhất đạt 835 mm tại Hà Đông, 577 mm tại Láng, 784,8 mm tại La Khê, 708,4 mm tại Vân Đình. Ở vùng LV sông Nhuệ lượng mưa 1 ngày max có tần suất từ 0,74÷1,19%, lượng mưa 5 ngày max có tần suất từ 0,77÷2,0%. Mưa lớn đã gây gập úng nghiêm trọng trên diện rộng trong LV sông Nhuệ và vùng trung du sông Đáy:

- Mực nước cao nhất là 6,28 m tại hạ lưu cống Liên Mạc; 6,20 m tại đập Hà Đông, 6,31 m tại cống La Khê; 4,60 m tại đập Đồng Quan; 3,77 m tại Vân Đình; 4,47 m tại cống Nhật Tựu và 4,64 m tại cống Lương Cổ (15h ngày 02/11/2008).

- Trên sông Đáy tại Ba Thá mực nước cao nhất đạt 6,14 m (3h ngày 03/11/2008),

tại Phủ Lý là 4,62 m (15h ngày 02/11/2008) cao hơn mực nước lũ tháng 9/1985 là 0,16 m, tương ứng tần suất P=4%.

- Tính đến ngày 03/11/2008, Hà Nội có khoảng trên 56.500 ha rau màu, gần 2.400 ha lúa mùa muộn chưa kịp thu hoạch, 2.700 ha hoa, 2.200 ha cây ăn quả và hơn 9.700 ha nuôi thủy sản ở các huyện ngoại thành bị ngập và mất trắng.

- Theo thống kê chưa đầy đủ, tổng thiệt hại về cơ sở hạ tầng, nhà cửa và sản xuất nông nghiệp của Hà Nội ước tính khoảng 3.132 tỷ đồng, chưa kể thiệt hại về sản xuất công nghiệp, xây dựng và môi trường.

2. Tình hình úng ngập gần đây nhất năm 2016

Từ 23 giờ ngày 24/5 đến 5 giờ ngày 25/5, trên địa bàn Hà Nội xảy ra mưa lớn đã làm cho nhiều tuyến phố bị úng ngập cục bộ. Trong vòng 7 giờ lượng mưa đo được tại Vân Hồ là 187,1 mm; Cầu Giấy 277,8 mm; Mễ Trì 235,5mm; Ngã Tư Sở 228,7 mm; Xuân Đỉnh 196,9 mm; Hồ Tây 168,5 mm; Lương Định Của 193,6 mm; Trúc Bạch 206,9 mm; Nam Từ Liêm 214,1 mm; Thanh Liệt 252 mm; Hoàng Quốc Việt 249 mm và các nơi khác xấp xỉ 200 mm. Mưa xảy ra trên diện rộng, tập trung tại khu vực phía Tây.

Tại nội thành, lúc 6 giờ sáng ngày 25/5, có 26 điểm úng ngập, gồm: Khu vực Mỹ Đình - Mễ Trì; phố Trần Bình, Phan Văn Trường, Hoàng Quốc Việt (trước ĐH Điện lực), đường Phạm Văn Đồng (trước Công ty Cầu 7, ngã tư Xuân Đỉnh - Tân Xuân); ngã ba Dương Đình Nghệ - Nam Trung Yên, Hoa Bằng, Đội Cấn, Mạc Thị Bưởi, Minh Khai (chân cầu Thanh Trì); Hoàng Mai, Nguyễn Chỉnh, Thanh Đàm, ngã tư Huỳnh Thúc Kháng - Nguyên Hồng, Định Công, Thái Thịnh (viện Châm cứu); đường Trường Chinh (Viện Y học hàng không - Tôn Thất Tùng); Quan Nhân, Vũ Trọng Phụng, Nguyễn Huy Tưởng, Cự Lộc; Nguyễn Trãi (trước ĐH Khoa học xã hội và nhân văn và trước số nhà 497); các đường Triều Khúc, Lê Trọng Tấn, Tô Hiệu, Văn Quán - Hà Đông... với mức độ nước ngập từ 0,2 ÷ 0,5 m. Việc tiêu thoát nước ở khu Mỹ Đình - Mễ Trì gặp khó khăn do mực nước sông Nhuệ tại thượng lưu ở cống Hà Đông có mức cao (lớn hơn +5,0 m). Để khắc phục, thành phố cho mở cống Thanh Liệt để tiêu một phần nước sông Nhuệ qua TB Yên Sở, nhằm tiêu rút nước cho khu vực Mỹ Đình.

Tại trận mưa này, hầu hết các điểm úng ngập trên không thuộc LV Yên Sở mà thuộc vùng chưa có công trình tiêu đầu mối. Tuy nhiên, một số điểm thuộc lưu vực tiêu trạm bơm Yên Sở vẫn còn bị ngập cục bộ mà nguyên nhân là do các tuyến cống đường phố tại đó chưa hoàn chỉnh.

3. Nguyên nhân úng ngập

a. Thủy thế bất lợi

Sông Hồng là sông lớn chảy qua địa phận, có khả năng nhận nước tiêu rất lớn; nhưng mực nước ở sông này thường rất cao trong mùa mưa nên nước trong các lưu vực

hai bên sông không tiêu tự chảy được mà phải dùng bơm. Các sông chính nội địa gồm có sông Đáy và sông Nhuệ, trong đó sông Đáy cũng có khả năng nhận nước tiêu tương đối lớn, nhưng khả năng tiêu tự chảy vào các sông này cũng hạn chế. Các sông nội địa khác như sông Đăm, sông Cầu Ngà, sông Om... đều có độ dốc lòng sông nhỏ và độ uốn khúc lớn, khả năng tiêu thoát nước kém.

Nước trong toàn bộ lưu vực đều đổ vào sông Nhuệ, rồi vào sông Đáy tại TP Phủ Lý qua cống Lương Cổ, sau đó theo sông Đáy ra biển. Tuy nhiên, mực nước sông Nhuệ và sông Đáy thường xuyên cao khi có mưa lớn; chỉ cần trận mưa khoảng 100 mm / ngày là mực nước sông Nhuệ tại cống Hà Đông đã cao trên +4,5 m, làm cho nước ở các khu vực không tiêu ra kịp thời được. Để tiêu hết lượng nước úng trong lưu vực cần một thời gian khá lâu sau mưa để chờ mực nước sông Nhuệ và sông Đáy ở phía hạ lưu giảm dần.

b. Mưa lớn

Hàng năm trên lưu vực, trung bình có khoảng 4 ÷ 5 đợt mưa có lượng mưa ngày đạt từ 50 ÷ 100 mm và có khoảng 1 ÷ 2 trận mưa có lượng mưa ngày trên 150 mm. Lượng mưa 1 ngày lớn nhất có thể đạt từ 300 ÷ 550 mm, 3 ngày lớn nhất có thể đạt 450 ÷ 770 mm, lượng mưa 5 ngày lớn nhất có thể từ 500 ÷ 830 mm.

Nhiều loại hình thời tiết có khả năng gây ra mưa lớn: hội tụ, bão, áp thấp nhiệt đới, trong đó có khoảng 80% các trận mưa lớn là do bão sinh ra. Các năm 1963, 1968, 1973, 1978, 1980, 1985, 1994, 1996, 2007, 2008, 2016, đặc biệt là năm 2008, mưa lớn gây ngập lụt kéo dài trên diện rộng ở cả vùng nội thành và ngoại thành Hà Nội.

c. Công trình tiêu thoát nước chưa đồng bộ

Hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội chưa được xây dựng đồng bộ. Có nơi mạng lưới kênh trục đã tương đối tốt, nhưng mạng lưới thoát nước đường phố lại chưa hoàn chỉnh, chẳng hạn như ở khu vực nội đô lịch sử, vì vậy chưa thể giải quyết được hàng chục điểm úng ngập thường xuyên hiện nay.

Ngược lại, ở một số khu đô thị mới tại khu vực nội đô mở rộng, hệ thống thoát nước nội bộ được xây dựng khá hoàn chỉnh nhưng nước mưa thoát ra bên ngoài hết sức khó khăn, ví dụ như ở các khu đô thị Mỹ Đình - Mễ Trì; Nam Trung Yên, Văn Quán, Định Công, Đô Nghĩa, Bắc An Khánh, Nam An Khánh... trong khi nguồn nhận nước sông Nhuệ có mực nước thường xuyên cao khi có mưa lớn như đã mô tả trên đây.

Theo các quy hoạch gần đây và sơ tính toán lại thì tổng công suất yêu cầu của các trạm bơm tiêu đầu mối của toàn lưu vực (chưa kể phần lưu vực dưới cống Hà Đông) là khoảng 503 m3/s, nhưng đến nay mới thực hiện được 114 m3/s (của 3 trạm bơm Yên Sở, Đào Nguyên, Nam Thăng Long). Như vậy, một nguyên nhân chính của tình trạng úng ngập là sự thiếu hụt công suất bơm đầu mối. Sau đây là sự mô tả sơ lược về tình hình úng ngập ở một số trận mưa điển hình.

1.1.4. Hiện trạng các công trình tiêu chủ yếu

1. Các trạm bơm tiêu

* Trạm bơm Yên Sở:

Được xây dựng hoàn thành (cả 2 giai đoạn) vào ngày 25/09/2010 Vị trí đặt tại K78+100 đê hữu sông Hồng Gồm có 15 tổ bơm trục ngang (Q=5 m3/s, H=10 m, N= 650KW) và 5 tổ bơm chìm

hỗn lưu (Q=3 m3/s, H=10 m, N=400 KW) Lưu lượng thiết kế trạm: 90 m3/s Diện tích tiêu thiết kế: 7.753 ha.

* Trạm bơm Đào Nguyên:

Được xây dựng năm 1986 Vị trí đặt tại K12+800 đê tả Đáy Gồm 25 máy loại máy 2500 m3/h Lưu lượng thiết kế trạm: 17,3 m3/s Diện tích tiêu thiết kế: 2.200 ha Diện tích tiêu thực tế: 1.874 ha Trạm đã xuống cấp, hư hỏng nặng, đang có kế hoạch cải tạo nâng cấp.

* Các trạm bơm tiêu ra sông Nhuệ

- TB Cổ Nhuế: Q=12 m3/s, Flv=1.520 ha (xây 2016) - TB Đồng Bông 1: Q=20 m3/s, Flv=1.360 ha (xây 2016) - TB Đồng Bông 2: Q=9 m3/s, Flv=1.470 ha (xây 2016) - TB Cầu Biêu: 5 máy 4000 m3/h, Q=5,6 m3/s (xây 2001) - TB Hữu Hoà: 4 máy 2500 m3/h, Q=2,8 m3/s (xây 2004) - TB Khê Tang 2: 10 máy 8000 m3/h, Q=22,2 m3/s (xây 2005) - TB Sái: 5 máy 4000 m3/h, Q=5,6 m3/s (đã cũ, xuống cấp, dự kiến bỏ ) - TB Siêu Quần: 5 máy 2500 m3/h, Q=2,8 m3/s (xây 2005) - TB Hoà Bình: 14 máy 2500 m3/h, Q=9,7 m3/s (xây 1992, đã xuống cấp) - TB Thạch Nham: 5 máy 8000 m3/h, Q=11,1 m3/s (xây 2014) - TB Đại Áng: 5 máy 2500 m3/h, Q=2,8 m3/s (đã cũ, đã xuống cấp) - TB Đan Thần: 4 máy 1000 m3/h, Q=1,1 m3/s (đã cũ, dự kiến bỏ) - TB Đan Nhiễm: 7 máy 1000 m3/h, Q=2,8 m3/s (đã cũ, dự kiến bỏ)

Đối với các trạm bơm tiêu nước ra sông Nhuệ, trừ những trạm bơm mới được thiết kế sau năm 2011 (thời điểm có QH937 và QH1259), thường được tính toán với tiêu chuẩn phục vụ nông nghiệp nên hệ số tiêu rất thấp và chỉ đạt khoảng 3 ÷ 6 l/s/ha, vì vậy quy mô các trạm bơm này đều rất nhỏ so với yêu cầu tiêu nước cho đô thị.

2. Các trục tiêu chính trong lưu vực

a. Trục tiêu Sông Nhuệ

Sông Nhuệ dài 74 km, bắt đầu từ cống Liên Mạc (nối với sông Hồng) và đổ vào

sông Đáy tại Phủ Lý. Các thông số cơ bản của sông Nhuệ:

- Lưu lượng thiết kế tiêu là Q=143,75 m3/s tại Hà Đông; Q=286 m3/s tại Lương Cổ.

- Đáy sông có cao trình +1,00 m tại đầu sông (hạ lưu cống Liên Mạc), −0,81 m tại

thượng lưu cống Hà Đông; −2,5 m tại cuối sông (thượng lưu cống Lương Cổ).

- Độ dốc đáy sông i=0,5÷1,0×10−4.

- Đê sông có cao trình biến đổi từ +7,5 m tại Liên Mạc đến +6,0 m tại Lương Cổ.

Bảng 1.13. Một số thông số về đê sông Nhuệ qua các thời kỳ

1976 1990 2016 Đoạn sông Cao độ Bề rộng Cao độ Bề rộng Cao độ Bề rộng

Liên Mạc - Hà Đông 5,5 2,5 6,0 5,0 7,0÷6,5 5,0

Hà Đông - Đồng Quan 4,5 2,5 6,0 5,0 5,0 6,5÷6,0

Đồng Quan - Nhật Tựu 4,0 2,5 5,5 5,0 6,0 5,0

Nhật Tựu - Lương Cổ 4,0 2,5 5,5 5,0 6,0 5,0

Lương Cổ - Phủ Lý 4,0 2,5 5,5 5,0 6,0 5,0

Nguồn: [1]

Là trục tiêu chính, sông Nhuệ nhận nước từ các trục tiêu lớn: sông Đăm, mương Cầu Đài, sông Cầu Ngà, kênh Phú Đô, kênh La Khê, sông Tô Lịch cùng với các kênh khác tạo thành một mạng kênh trục tưới, tiêu kết hợp của hệ thống thuỷ lợi Sông Nhuệ.

Việc xây dựng các trạm bơm tiêu ra sông Nhuệ với số lượng lớn như trên trong những năm qua đã gây nên mâu thuẫn nghiêm trọng giữa năng lực bơm của các trạm bơm với khả năng chuyển nước của sông Nhuệ và sông Châu.

Về tình hình chống lũ, chỉ đề cập những năm gần đây, nhiều trường hợp vào những

thời điểm mưa lớn, hệ thống đê sông Nhuệ bị sự cố mà sau đây là một số ví dụ:

- Năm 1994, từ ngày 29÷31/8, trên toàn hệ thống có mưa lớn với lượng mưa bình quân là 408 mm. Mực nước sông tại Đồng Quan lên tới +4,92 m, cao hơn mức thiết kế 9 cm và cao hơn mức báo động 3 tới 62 cm. Toàn bộ đê sông Nhuệ, đặc biệt đoạn từ Đồng Quan đến Lương Cổ bị uy hiếp nghiêm trọng, trong đó có đoạn ở Phượng Dực, Vân Từ, Chuyên Mỹ (Phú Xuyên), Giáp Ba (Kim Bảng) bị nước tràn qua. Nhiều đoạn chân đê và mái đê phía đồng đi qua ao, hồ hoặc vùng trũng xuất hiện các cung trượt nguy hiểm. Có những đoạn đê dài hàng trăm mét đi qua vùng đất yếu và đất cát bị thẩm lậu mạnh, có nguy cơ mất ổn định như đoạn qua Hoàng Tây (Kim Bảng), Vực Ngũ (Duy Tiên).

- Năm 2008, với tình hình mưa như đã mô tả trên đây, toàn bộ tuyến đê sông Nhuệ

hầu hết bị tràn bờ nghiêm trọng.

- Năm 2013, ngày 8 và 9/8 xảy ra mưa lớn liên tục trên toàn bộ LV sông Nhuệ. Mực nước sông Nhuệ đoạn nằm giữa VĐ3 và VĐ4 lên cao, làm cho bờ hữu sông Nhuệ thuộc xã Tây Tựu (Từ Liêm) bị ngập tràn khoảng 0,6 m. Đến rạng sáng 9/8, bờ đê sông Cầu Ngà (nhánh của sông Nhuệ) thuộc xã Tây Mỗ (Từ Liêm) bị sạt lở khoảng 20÷30 m. Nước tràn vào khu dân cư và tuyến đường xung quanh, trong đó có đường 70, gây ngập sâu 0,7 m. Để giảm mực nước sông Nhuệ, cống Thanh Liệt được phép mở ra để đưa nước sông Nhuệ vào sông Tô Lịch và tiêu ra sông Hồng qua TB Yên Sở.

b. Trục tiêu kênh La Khê

Chiều dài kênh: 6,8 km

Tiêu ra sông Đáy với Q = 60 m3/s

Mặt đê rộng từ 4,0 ÷ 5,0 m, cao độ đê từ +6,0 ÷ +7,5 m, mái m=1,3÷1,5

Cao trình đáy kênh: +0,00 m.

c. Trục tiêu sông Tô Lịch

Kênh có nhiệm vụ dẫn nước từ LV tiêu Tô Lịch về hồ Yên Sở. Chiều dài toàn bộ

kênh là 12,31 km tính từ cầu Hoàng Quốc Việt đến vị trí giao với Quốc lộ 1.

Kênh có mặt cắt hình thang, đã được kiên cố hóa ở DA thoát nước Hà Nội giai đoạn I, có các thông số: chiều dài L, bề rộng đáy bđáy, chiều cao lòng kênh H, cao trình đáy Zđáy, hệ số mái m như sau:

Đoạn 1 (L=1.001 m):

- Tại K0+00: bđáy=7,0 m, H=4,2 m, Zđáy=3,00 m, m=1,5

- Tại K1+00: bđáy=16,0 m, H=4,9 m, Zđáy=1,93 m, m=2,0

Đoạn 2 (L=4.215 m):

- Tại K1+50: bđáy=19,0 m, H=4,9 m, Zđáy=1,93 m, m=2,0

- Tại K5+216: bđáy=19,0 m, H=4,9 m, Zđáy=1,65 m, m=2,0

Đoạn 3 (L=4.948 m):

- Tại K5+266: bđáy=21,5 m, H=4,9 m, Zđáy=1,64 m, m=2,0

- Tại K10+164: bđáy=21,5 m, H=4,9 m, Zđáy=0,957 m, m=2,0

Đoạn 4 (L=150 m):

- Tại K5+266: bđáy=22,0 m, H=4,8 m, Zđáy=0,944 m, m=2,0

- Tại K10+164: bđáy=22,0 m, H=4,8 m, Zđáy=0,920 m, m=2,0

Đoạn 5 (L=2.000 m):

- Tại K10+164: bđáy=22,0 m, H=4,8 m, Zđáy=0,920 m, m=2,0

- Tại K12+313: bđáy=22,0 m, H=5,33 m, Zđáy=0,665 m, m=2,0

3. Các cống trên các trục tiêu

a. Cống Liên Mạc Vị trí: K53+700 đê sông Hồng (K0+304 sông Nhuệ)

Cống hộp lộ thiên bằng bê tông cốt thép, có cầu giao thông ở +15,5 m

Có 4 cửa lấy nước rộng: 3,0 m và một cửa thông thuyền rộng: 6,0 m

Cao trình đáy cống: +1,00 m

Các chỉ tiêu thiết kế:

+ Mực nước thiết kế tưới đầu vụ: TL: +3,77 m, HL: +3,72 m

+ Mực nước tưới max TL: +4,00 m, HL: +3,87 m

+ Mực nước tưới bình thường TL: +3,16 m, HL: +3,12 m

+ Lưu lượng qua cống tưới vụ Đông Xuân: QTK = 36,25 m3/s

+ Mực nước thiết kế chống lũ: TL / HL = +14,35 / +7,00 m

b. Cống điều tiết hạ lưu Liên Mạc (cống Liên Mạc 2) Vị trí: K1+104 đê sông Nhuệ

Cống hộp lộ thiên bằng BTCT M200, phía trên có kết hợp cầu giao thông H30.

Cống có 3 cửa, trong đó có 2 cửa 6,0×4,0 m và một cửa thông thuyền 6,0×7,0 m

Cao trình đáy cống: +0,50 m, cao trình 2 bờ: +10,0 m

Các chỉ tiêu thiết kế:

+ Mực nước thiết kế tưới TL: +3,15 m, HL: +3,10 m

+ Mực nước thiết kế chống lũ TL: +7,00 m

+ Lưu lượng qua cống tưới vụ Đông Xuân QTK=36,25 m3/s.

c. Cống Hà Đông Vị trí: K18+100 đê Sông Nhuệ (xây dựng lại năm 2008, thay cho cống cũ)

Kiểu cống lộ thiên, cầu giao thông tải trọng H10, cao trình đáy dầm cầu +7,50 m,

cao trình mặt cầu +8,50 m, bề rộng mặt cầu 4,5 m.

Cống có 2 cửa:

+ Khoang điều tiết rộng 16,0 m, cửa van clape bản lề dưới

+ Khoang thông thuyền rộng 6,0 m, cửa van trục đứng kiểu cánh cửa bằng thép

Cao trình đáy cống: −0,81 m

Cao trình đáy sân tiêu năng: −1,60 m

Cao trình đỉnh cánh van: +4,00 m

Cao trình đỉnh trụ pin: +4,50 m

Các chỉ tiêu thiết kế:

+ Mực nước điều tiết tưới max: +4,0 m, min: +2,30 m

+ Mực nước thiết kế chống lũ TL: +5,80 m, HL: +3,00 m Lưu lượng thoát lũ qua cống: Qmax=143,75 m3/s.

d. Cống La Khê (cống Yên Nghĩa) Vị trí: K19+850 đê tả sông Đáy

Cống có hai cửa rộng: 4,5 m, cao: 3,55 m, cửa van hình cung

Cao trình đáy cống: +0,40 m

Mực nước thiết kế chống lũ:

+ Thiết kế cũ: phía sông: +10,50 m, phía đồng: +3,245 m, ΔH=7,255m

+ Thiết kế mới (khi phân lũ vào sông Đáy): phía sông: +11,80 m + Lưu lượng thoát lũ lớn nhất: Qmax=60 m3/s.

e. Cống Thanh Liệt

Vị trí: K0+150 trên mương Thanh Liệt (nối sông Tô Lịch với sông Nhuệ)

Cống có hai cửa rộng: 11,5 m, cao: 3,55 m

Có 2 cửa van phẳng, mỗi cửa rộng: 11,5 m, cao: 5,0 m

Cao trình đáy cống: +0,70 m Lưu lượng thoát lũ thiết kế lớn nhất: Qmax=45 m3/s.

Cống mở để tiêu tự chảy từ sông Tô Lịch sang sông Nhuệ khi mực nước phía hạ lưu thấp hơn +3,5 m và đóng lại khi cao hơn +3,5 m để tránh lũ sông Nhuệ tràn vào nội thành (cũ), khi đó nước được bơm ra sông Hồng qua TB Yên Sở.

f. Cống Ngân Hàng

Vị trí: Tại đầu sông Om nối với mương Yên Sở

Cống có hai cửa, mỗi cửa rộng: 2,5 m, cao: 4,0 m; cửa van phẳng

Cao trình đáy cống: +1,80 m

Cao trình đỉnh trụ pin: +5,90 m

Chiều dài cống: 5,5 m

Mực nước thiết kế chống lũ: phía TL: +4,60 m, phía HL: +4,40 m.

g. Cống Giải Đò

Vị trí: Tại đầu kênh Đồng Trì - Đông Mỹ nối với kênh hút TB Yên Sở

Cống hộp hai cửa, mỗi cửa rộng: 1,5 m, cao: 3,5 m; cửa van phẳng

Cao trình đáy cống: +2,41 m

Cao trình đỉnh trụ pin TL: +6,69 m

Chiều dài cống: 6,4 m

Mực nước thiết kế chống lũ: phía TL: +4,50 m, phía HL: +4,30 m.

1.1.5. Hướng phát triển chung không gian của đô thị

Theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến 2030 và tầm nhìn đến 2050 [2], Hà Nội có đô thị trung tâm từ đường VĐ4 trở vào (Hình 1.2. ). Đô thị trung tâm bao gồm:

- Khu vực nội đô lịch sử (từ hữu ngạn sông Hồng đến đường VĐ2), với các phân

khu đô thị có ký hiệu là A.

- Khu vực nội đô mở rộng (từ VĐ2 đến vành đai xanh sông Nhuệ), với các phân khu

đô thị có ký hiệu là B.

- Chuỗi khu đô thị khu vực phía nam sông Hồng ở phía đông đường VĐ4, bao gồm các đô thị: Đan Phượng - Từ Liêm; Hoài Đức - Từ Liêm; Hà Đông - Từ Liêm - Thanh Oai; Thanh Trì - Thường Tín, với các phân khu đô thị có ký hiệu là S.

- Chuỗi khu đô thị phía Bắc sông Hồng, bao gồm các đô thị: Mê Linh - Đông Anh; Đông Anh; Long Biên - Gia Lâm - Yên Viên), với các phân khu đô thị có ký hiệu là N.

- Xen giữa các phân khu đô thị là các vành đai xanh, với ký hiệu là GS ở phía nam

và GN ở phía bắc.

Bên ngoài đô thị trung tâm có các đô thị vệ tinh là: Hòa Lạc, Sơn Tây, Xuân Mai, Phú Xuyên - Phú Minh và Sóc Sơn, các đô thị sinh thái, các thị trấn huyện và các vùng nông nghiệp - nông thôn.

Như vậy, đường VĐ4 cùng với đê sông Hồng và đê sông Đáy sẽ hình thành đường bao của lưu vực tiêu khép kín của đô thị trung tâm Hà Nội phần phía nam sông Hồng. Vùng này là vùng nghiên cứu về vấn đề tiêu thoát nước trong Luận án này.

1.1.6. Hướng phát triển mạng lưới giao thông

Bố trí mạng lưới giao thông đô thị có liên quan và ảnh hưởng nhiều đến bố trí mạng lưới thoát nước, trong đó có các tuyến cống đường phố, cống tiểu khu và mạng lưới kênh hở. Sau đây là định hướng các tuyến đường chủ yếu của đô thị Hà Nội theo QH1259 [2].

a. Đường bộ đối ngoại

- Xây dựng các tuyến đường vành đai kết nối các quốc lộ hướng tâm về Hà Nội: đường VĐ4 là tuyến đường cao tốc vùng thủ đô dài khoảng 150 km, trong đó đoạn phía nam sông Hồng dài khoảng 60 km.

- Xây mới các tuyến cao tốc dọc các hành lang kinh tế quan trọng và các tuyến hướng tâm từ cảng hàng không và các đô thị vệ tinh, đô thị đối trọng kết nối trực tiếp với thủ đô.

- Cải tạo nâng cấp mở rộng các quốc lộ hướng tâm QL1; QL2; QL3; QL6; QL32...

- Xây dựng hệ thống công trình giao thông: 8 cầu, 1 hầm qua sông Hồng và 3 cầu

qua sông Đuống, một số cầu qua các sông khác.

Các phân khu đô thị thuộc đô thị trung tâm Hà Nội theo QH1259 [2]

b. Đường trong đô thị trung tâm

- Chỉ tiêu mật độ mạng lưới đường tính đến đường chính khu vực: 4,0÷6,0 km/km2;

tỷ lệ đất giao thông 20÷26%.

- Đối với khu vực nội đô hiện nay, tiếp tục cải tạo, mở rộng, hoàn thiện, liên thông

các tuyến đường vành đai.

- Xây dựng các trục chính đô thị theo Quy hoạch phát triển giao thông đến năm 2020:

+ Cải tạo nâng cấp mở rộng kết hợp xây dựng mới, kết nối liên thông các trục chính đô thị khu vực trung tâm Thủ đô với 18 trục phía nam và 12 trục phía bắc sông Hồng.

+ Xây dựng các tuyến đường tầng giao cắt với các đường, ngõ phố đối với các tuyến

có lượng giao thông lớn như: VĐ2 đoạn phía Nam, VĐ3...

- Đối với chuỗi đô thị phía đông VĐ4: Xây dựng mới các trục chính liên kết các khu đô thị mới. Các tuyến song song với sông Nhuệ liên kết các đô thị và các trục hướng tâm, kết nối đô thị mới với trung tâm đô thị hiện có.

1.1.7. Định hướng khống chế cao độ san nền

Theo QH1259 [2] thì quy hoạch san đắp nền phải kết hợp chặt chẽ với quy hoạch thoát nước mưa. Cao độ nền được phân theo vùng tiêu tự chảy và vùng tiêu động lực để tránh tình trạng nước ở vùng cao tập trung về khu vực trũng và nơi có khu dân cư hoặc vùng sản xuất nông nghiệp.

Cao độ nền khống chế Z của từng đô thị sẽ được lựa chọn phụ thuộc vào chế độ

thuỷ văn của sông, suối đi qua, ảnh hưởng trực tiếp tới đô thị.

Đối với đất dân dụng: Z = HP + 0,3 m;

Đối với đất công nghiệp: Z = HP + (0,5÷0,7) m.

Tần suất P tuỳ thuộc vào từng vị trí, tuân thủ với quy chuẩn hiện hành, mức độ quan trọng, không mâu thuẫn với các quy hoạch đã được duyệt và hài hoà với các khu vực đã xây dựng liền kề. Đối với LV Sông Nhuệ: P=1%; đối với các sông nội đồng không có trạm theo dõi thuỷ văn, cao độ lựa chọn cao hơn cao độ ruộng từ 1,0÷1,5 m.

Cao độ xây dựng khống chế đối với các thị trấn, dân cư nông thôn căn cứ vào mực nước lớn nhất gây úng ngập hàng năm. Thông thường tôn cao hơn nền ruộng từ 0,7 ÷ 1,5 m. Chỉ tôn nền những khu vực cần thiết như những khu ruộng, khu trũng, còn các ao hồ nhỏ, các thùng đấu dự kiến sẽ phát triển đô thị, công nghiệp.

Đối với các khu vực đã xây dựng nhiều mà cao độ hiện tại thấp, không thể tôn nền,

cần hạ thấp mực nước ở miệng xả của khu vực.

1.2. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ HÀ NỘI

Hệ thống tiêu thoát nước của đô thị Hà Nội cho đến thời điểm trước khi mở rộng địa giới hành chính năm 2008 là hệ thống tiêu thoát nước thuộc lưu vực sông Tô Lịch, nằm ở khu vực nội đô từ toàn bộ khu vực hữu ngạn sông Hồng đến vành đai xanh sông Nhuệ. Đây là hệ thống chung cho tất cả các loại nước mưa, nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Do địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, độ dốc tự nhiên nhỏ (khoảng 0,0003), địa hình chia cắt nên không thuận lợi cho thoát nước tự chảy.

Công trình thoát nước cho nội thành bao gồm hệ thống đường cống ngầm, các sông mương và các hồ điều hoà. Nước thải và nước mưa đổ vào 4 trục sông chính là Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu sau đó qua cống Thanh Liệt đổ vào sông Nhuệ. Sông Nhuệ là cửa tiêu thoát chính, nhưng con sông này còn phải đảm bảo tưới tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp cho ngoại thành Hà Nội và tỉnh Hà Nam, vì thế luôn giữ mực nước cao.

Hệ thống thoát nước đô thị Hà Nội ban đầu do một kỹ sư người Pháp thiết kế và được xây dựng vào năm 1938−1939 ở phần đất nội đô lịch sử. Các đường ống chính đặt ở cao trình từ 4,3  5,1 m, độ dốc đường ống trong phạm vi 0,00067  0,0044. Hệ thống cống ngầm này dài tổng cộng 66 km và được nối thông với 4 con sông nội địa và hồ Trúc Bạch để đảm bảo tiêu nước cho 1.008 ha nội thành hồi đó. Theo thiết kế khả năng tiêu lớn nhất của hệ thống này là 36,36 m3/s.

Sau nhiều năm phát triển, hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội đã tăng đáng kể về quy mô và số lượng các hạng mục công trình. Chưa kể các đô thị phía đông đường VĐ4, hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội hiện nay tập trung trên lưu vực sông Tô Lịch với diện tích khoảng 7.750 ha được chia thành 7 tiểu lưu vực là Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, Hoàng Liệt, Yên Sở và Hồ Tây, gồm toàn bộ các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Đống Đa, một phần các quận Thanh Xuân, Hoàng Mai, Cầu Giấy.

Diện tích các tiểu lưu vực cụ thể như sau: LV Hồ Tây: 9,30 km2; LV sông Tô Lịch: 19,2 km2; LV sông Lừ: 10,20 km2; LV sông Kim Ngưu: 17,3 km2; LV sông Sét:7,10 km2; LV Hoàng Liệt: 8,10 km2; LV Yên Sở: 5,50 km2.

Trước đây, hướng thoát nước chính của lưu vực sông Tô Lịch là tự chảy vào sông Nhuệ qua đập Thanh Liệt với lưu lượng 30 m3/s và khi mực nước sông Nhuệ thấp dưới mức +3,5 m. Tuy nhiên, khi có mưa gây úng, mực nước sông Nhuệ thường dâng cao rất nhanh và kéo dài nhiều ngày sau mưa. Khi mực nước sông Nhuệ cao hơn 4,5 m thì nước mưa trong lưu vực phải thoát ra sông Hồng nhờ cụm công trình tiêu Yên Sở. Cụm công trình đầu mối Yên Sở bao gồm TB Yên Sở CS 90 m3/s, các kênh dẫn vào trạm bơm, kênh xả ra sông Hồng, hồ điều hoà Yên Sở với tổng diện tích 203 ha, trong đó diện tích mặt nước là 130 ha được xây dựng từ DA thoát nước Hà Nội. Như vậy, hướng thoát lũ ra sông Nhuệ của lưu vực sông Tô Lịch hiện nay được xem là hướng tiêu phụ.

Sau khi DA thoát nước Hà Nội [3] [4], gồm DA giai đoạn I và DA giai đoạn II hoàn thành vào năm 2015, về cơ bản lưu vực sông Tô Lịch đã được xây dựng và cải tạo tương đối hoàn chỉnh với các hạng mục công trình đầu mối gồm có cụm công trình Yên Sở, các sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ, Sét. Tuy nhiên, các tiểu lưu vực Hồ Tây, Hoàng Liệt, Yên Sở vẫn đang trong quá trình xây dựng hoàn chỉnh hệ thống tiêu thoát nước đô thị.

Hiện nay, Hà Nội đang trong quá trình đô thị hóa nhanh chóng với việc chuyển đất nông nghiệp thành đất đô thị. Hướng mở rộng chính là về phía tây và tây nam với việc hình thành một chuỗi đô thị phía đông đường VĐ4 là từ Đan Phượng đến Thanh Trì với các phân khu đô thị: S1, S2, S3, S4 và S5, xen giữa các phân khu đô thị đó là các vành đai xanh. Tại chuỗi đô thị này, hệ thống tiêu thoát nước đang phát triển từ hệ thống tiêu nước cho đất nông nghiệp sang hệ thống tiêu thoát nước đô thị.

1.3. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THOÁT NƯỚC CHO KHU VỰC

1.3.1. Nghiên cứu thoát nước của JICA

1. Phạm vi quy hoạch

Dự án thoát nước Hà Nội [3] [4] [5] [6] được tổ chức JICA (Nhật Bản) tài trợ, hoán thành nghiên cứu từ năm 1994 và cơ bản hoàn thành xây dựng vào năm 2015. Phạm vi quy hoạch là khu vực nội đô lịch sử và vùng lân cận với tổng diện tích 135,4 km2 (gồm hai phần: LV sông Tô lịch 77,5 km2 và LV sông Nhuệ 55,9 km2). Các nội dung chủ yếu liên quan đến tiêu thoát nước trong quy hoạch này được tóm tắt như sau:

a. Mục tiêu quy hoạch

Chống ngập úng thành phố và vùng lân cận với các điều kiện: 1) Chu kỳ bảo vệ là 10 năm (tần suất 10%) ứng với lượng mưa 310 mm/2ngày đối với sông và mương thoát nước; 2) Chu kỳ 5 năm ứng với lượng mưa 70 mm/h đối với hệ thống cống. Xử lý nước thải để cải thiện môi trường thành phố.

2. Nội dung quy hoạch thoát nước

Quy hoạch là một nghiên cứu tổng thể về thoát nước đô thị và xử lý nước thải trong TP Hà Nội, được lập phù hợp với Quy hoạch phát triển TP Hà Nội đến năm 2010, bao gồm: 1) Quy hoạch thoát nước, 2) Quy hoạch bảo tồn hồ, và 3) Quy hoạch xử lý nước thải. Nội dung đề xuất của phần quy hoạch thoát nước mưa được liệt kê theo ở các bảng sau (Bảng PL1.1 và Bảng PL1.2).

1.3.2. Nghiên cứu trong QH937

Vùng nghiên cứu nằm trong Hệ thống thủy lợi Sông Nhuệ. Theo Quy hoạch tiêu

nước hệ thống Sông Nhuệ [7], giải pháp tiêu nước liên quan được mô tả như sau:

Vùng tiêu ra sông Hồng Vùng tiêu ra sông Đáy Vùng tiêu vào Sông Nhuệ Vùng tiêu vào sông Duy Tiên và sông Châu

Phân vùng tiêu lưu vực Sông Nhuệ [7]

1. Phân vùng tiêu

Tổng diện tích tiêu toàn hệ thống Sông Nhuệ là 107.530 ha, chia thành các vùng:

- Vùng tiêu ra sông Hồng (28.175 ha). Gồm đất của các quận huyện Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, và một phần của Hà Đông, Tây Hồ, Cầu Giấy, Thanh Xuân, Từ Liêm, Thanh Trì, Thường Tín, Phú Xuyên.

- Vùng tiêu ra sông Đáy (36.820 ha). Gồm đất của các quận huyện Đan Phượng, Hoài Đức, Từ Liêm, Hà Đông, Thanh Oai, Ứng Hòa, Thường Tín, Phú Xuyên và một phần của Duy Tiên, Hà Nam.

- Vùng tiêu ra sông Nhuệ và sông Châu (41.535 ha). Gồm đất của các huyện Thường Tín, Phú Xuyên, Thanh Oai và một phần của huyện Duy Tiên, Kim Bảng và TP Phủ Lý của tỉnh Hà Nam.

2. Tiêu chuẩn tính toán hệ số tiêu

Đối với khu vực nội thành Hà Nội, tính với mưa 24 giờ lớn nhất, tần suất P=10%,

tiêu chí tiêu là mưa giờ nào tiêu hết giờ ấy.

Đối với khu vực ngoại thành Hà Nội và các khu vực khác: tính với mưa 3 ngày max,

tần suất P=10%, tiêu chí tiêu là mưa 3 ngày, tiêu 5 ngày.

3. Hệ số tiêu

Phía đông sông Tô Lịch: q = 17,9 l/s/ha;

Phía tây sông Tô Lịch: q = 19,7 l/s/ha;

Khu vực ngoại thành Hà Nội và các khu vực khác: q = 6 ÷ 8 l/s/ha.

4. Các công trình tiêu nước chủ yếu

* Khu vực nội thành Hà Nội:

Khu vực này thuộc nội thành Hà Nội (các quận phía nam Sông Hồng) và các huyện

Từ Liêm, Đan Phượng, Hoài Đức.

Cải tạo sông Nhuệ đoạn từ Liên Mạc đến Hà Đông, kè gia cố hai bờ sông, nâng cấp

2 tuyến đường ven sông Nhuệ.

Xây dựng một số trạm bơm, nâng cấp các trạm bơm hiện có:

- Vùng tiêu nước ra sông Hồng (19.353 ha): Xây mới TB Liên Mạc I và II với CS 170 m3/s, tiêu cho 9.200 ha. Xây dựng TB Nam Thăng Long với CS 9 m3/s, tiêu cho 450 ha. Xây dựng TB Yên Sở III với CS 55 m3/s kết hợp TB Yên Sở I+II (đã có với CS 90 m3/s), tiêu cho 7.753 ha. Xây mới TB Đông Mỹ với CS 35 m3/s, tiêu cho 1.995 ha.

- Vùng tiêu ra sông Đáy (9.800 ha): Xây mới TB Yên Nghĩa với CS 120 m3/s, tiêu cho 6.300 ha. Xây mới TB Yên Thái, CS 54 m3/s, kết hợp nâng cấp TB Đào Nguyên có

CS 15 m3/s, tiêu cho 3.500 ha.

- Vùng tiêu ra sông Nhuệ (990 ha): Xây dựng TB Ba Xã với CS 20 m3/s, tiêu cho 990 ha. * Khu vực ngoại thành Hà Nội

Nạo vét đoạn sông Nhuệ từ Hà Đông đến Lương Cổ, dài 45 km; nâng cấp hai tuyến

đê dọc sông. Cải tạo nâng cấp các cống tiêu Nhật Tựu, Lương Cổ.

Xây dựng một số trạm bơm, nâng cấp các trạm bơm hiện có:

- Vùng tiêu ra sông Hồng (9.882 ha): Nâng cấp TB Bộ Đầu với CS 15 m3/s, tiêu cho 1.150 ha. Bổ sung khả năng tiêu cho hai trạm bơm Khai Thái và Yên Lệnh đã có, nâng CS lên 50 m3/s, tiêu cho 8.672 ha.

- Vùng tiêu ra sông Đáy (27.020 ha): Nâng cấp TB Phương Trung, Cao Xuân Trung, Ngọ Xá, cùng TB Vân Đình đã có, đưa tổng CS lên 60 m3/s, tiêu cho 10.800 ha. Sửa chữa TB Ngoại Độ I, xây mới TB Ngoại Độ II với tổng CS 50 m3/s, tiêu cho 9.220 ha. Xây mới TB Quế III, cùng các TB đã có, đưa tổng CS lên 348 m3/s, tiêu cho 41.535 ha.

Quy mô các trạm bơm tiêu nước đối với lưu vực nghiên cứu được liệt kê ở Bảng

1.14. , Bảng 1.15. , Bảng 1.16.

1.3.3. Nghiên cứu trong QH1259

1. Về lưu vực và hướng thoát nước

Theo QH1259 [2], về cơ bản thoát nước mưa đô thị phải phù hợp với quy hoạch

tiêu thuỷ lợi, toàn TP Hà Nội chia thành 3 lưu vực chính, trong đó có LV Tả Đáy.

Ở đô thị trung tâm, cơ bản tuân thủ các quy hoạch đã được phê duyệt. Rà soát, kiểm tra tính toán với các chỉ tiêu theo QH937 để điều chỉnh cho phù hợp theo nguyên tắc khu vực nào chỉ tiêu quy hoạch đã được duyệt thấp hơn hoạch mới thì được xem xét bổ sung, khu vực nào bằng hoặc cao hơn được giữ nguyên.

Với LV Yên Sở, về cơ bản tuân thủ như quy hoạch đã được duyệt trong Quy hoạch

thoát nước [5] do JICA lập.

Hướng tiêu, công trình đầu mối của các lưu vực con nằm giữa sông Nhuệ và Vành

Đai 4 phù hợp với QH937 [7].

2. Công trình đầu mối

Tại đô thị trung tâm, chuyển đổi chức năng một số trạm bơm thuỷ lợi thành các trạm bơm thoát nước đô thị. Cụ thể là nâng cấp các TB Đào Nguyên, Ba Xã; xây mới các trạm bơm Yên Nghĩa, Đông Mỹ, Liên Mạc, Yên Thái... Các công trình đầu mối sẽ được lựa chọn quy mô và CS cho phù hợp với từng giai đoạn quy hoạch.

3. Lựa chọn hệ thống cống

Tại các khu vực của đô thị đang sử dụng cống chung, không có điều kiện xây dựng

hệ thống cống nước thải riêng sẽ xây dựng giếng tách, cống bao nước bẩn tại cuối các tuyến cống chính trước các miệng xả, đưa về trạm xử lý tập trung. Các khu vực xây mới trong đô thị cũ, các đô thị vệ tinh dự kiến sẽ xây dựng hệ thống tiêu thoát nước riêng hoàn toàn. Các thị tứ, thị trấn, làng xóm, xây dựng hệ thống tiêu thoát nước hoàn chỉnh. Lựa chọn hệ thống thoát nước riêng hoặc nửa riêng tuỳ thuộc vào tính chất, quy mô.

4. Kích thước và kết cấu

Các trục kênh tiêu hở bằng đất đi qua đô thị dần từng bước cần được thay thế bằng

mương xây hoặc cống hộp (lưu lượng Q < 5÷10 m3/s).

Hệ thống cống sẽ là hỗn hợp, cụ thể: cống ngầm, cống hộp trong khu vực nội thị,

mương nắp tấm đan tại các khu công nghiệp tập trung, khu vực ngoại thị.

5. Mạng lưới cống

Tại mỗi đô thị sẽ có mạng thoát nước hoàn chỉnh gồm các tuyến cống và các công trình: giếng thu, giếng thăm, miệng xả... Mạng lưới cống chủ yếu là mạng nhánh theo nguyên tắc tự chảy. Các tuyến cống cấp 3, 2 được dẫn về tuyến cấp 1 rồi ra các trục tiêu theo lưu vực thiết kế. Yêu cầu 100% đường nội thị phải có cống thoát nước mưa.

6. Hệ thống hồ điều hoà

Khu vực Hà Nội cũ tuân thủ theo tính toán của Quy hoạch 108, đề nghị bố trí tỷ lệ hồ khoảng 5÷7% tổng diện tích lưu vực. Khu vực mở rộng (phía Tây sông Nhuệ đến sông Đáy) sẽ xây dựng các hồ điều hòa Liên Mạc, Yên Thái, Yên Nghĩa... Tại những lưu vực diện tích không đáp ứng được chỉ tiêu này thì được tính toán đủ dung tích chứa để giảm thiểu ngập úng cho đô thị khi mưa lớn. Tận dụng chức năng tổng hợp của hồ điều hoà, vừa điều hoà nước vừa có chức năng tạo cảnh quan đô thị.

7. Giải pháp tổ chức thoát nước mưa

- Giải pháp chung:

+ Đảm bảo thông thoáng các trục tiêu chính đi qua đô thị: sông Hồng, sông Đáy,

sông Nhuệ, sông Tích...

+ Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống tiêu thoát nước mưa đô thị với nguyên tắc tự chảy. Các trục tiêu cấp I sẽ thoát về các hồ điều hoà, sau đó tự chảy ra các sông trục chính và tiêu bằng bơm. Sử dụng hiệu quả các hồ ao hiện có để điều hoà nước mưa.

+ Đặc biệt, đối với sông Nhuệ, khẩn trương cải tạo và nâng cấp để đáp ứng yêu cầu

tiêu an toàn khi phải làm việc với mực nước cao.

+ Tạo ra những hệ thống tiêu liên hoàn, đặc biệt là trong đô thị trung tâm.

+ Có quỹ đất dự phòng dành cho hệ thống công trình tiêu.

+ Xoá bỏ tình trạng ngập úng thường xuyên trong mùa mưa ở các đô thị.

- Giải pháp tiêu nước cho các lưu vực: Tô Lịch, Tả Nhuệ, Hữu Nhuệ và các lưu vực tiêu nước ra sông Đáy bao gồm các trạm bơm và các hồ điều hòa được thống kế ở Bảng 1.14. , Bảng 1.15. , Bảng 1.16. và Bảng PL1.3.

1.3.4. Nghiên cứu trong QH4673

Theo Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến năm

2030 [8], đối với vùng Tả Đáy quy hoạch tiêu thoát nước được tóm tắt như sau:

- Đẩy nhanh tiến độ thực hiện các dự án, công trình tiêu nước trong lưu vực hệ thống

thủy lợi sông Nhuệ theo QH937.

- Nâng cấp TB Đào Nguyên 25 m3/s để cùng TB Yên Thái tiêu cho trên 3.770 ha

diện tích trong lưu thuộc huyện Hoài Đức.

- Xây mới TB Cao Viên CS 24 m3/s tiêu ra sông Đáy để cùng với các trạm bơm: Khê Tang 1, Khê Tang 2 tiêu nước cho 4.608 ha khu đô thị phía nam đường 6 của quận Hà Đông và các xã: Bích Hòa, Bình Minh, Cao Viên của huyện Thanh Oai.

- Nâng cấp, cải tạo, nạo vét các kênh, trục tiêu trong vùng.

Nói chung, các công trình tiêu nước ở quy hoạch này vẫn được giữ như trong QH937

nhưng có cập nhật QH1259 (liệt kê ở Bảng 1.14. , Bảng 1.15. , Bảng 1.16. ).

1.3.5. Nghiên cứu trong QH725

Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 [9] là sự phát triển và làm chi tiết hơn QH1259. Nội dung cụ thể liên quan đến đô thị trung tâm phía nam của Hà Nội như sau:

a. Tiêu thoát lũ và phân vùng tiêu thoát nước

Tiêu thoát lũ qua Hà Nội phải tuân thủ theo Quy hoạch phòng chống lũ hệ thống sông Hồng - Thái Bình và Quy hoạch phòng chống lũ chi tiết của TP Hà Nội. Phối hợp với quy hoạch thủy lợi để bảo đảm tiêu thoát nước đô thị ra các sông.

TP Hà Nội bao gồm 3 vùng tiêu chính là: 1) Tả Đáy, 2) Hữu Đáy và 3) Bắc Hà Nội, trong đó vùng Tả Đáy được thoát nước bằng bơm cưỡng bức bao gồm các lưu vực thoát nước đô thị là các lưu vực: Yên Sở, Đông Mỹ, Tả Nhuệ, Hữu Nhuệ.

b. Quy hoạch thoát nước mưa

Phát huy tối đa thoát nước mặt bằng tự chảy, tăng diện tích thấm nước mưa, bố trí hệ thống công trình trữ và chứa nước hợp lý để điều hòa nước mưa, kết hợp với giải pháp bơm nước cưỡng bức hợp lý; hạn chế chuyển đổi mặt nước hiện có sang mục đích khác. Đối với khu vực đô thị:

- Cải tạo, xây dựng mới hệ thống mạng lưới cống, kênh, sông và các trạm bơm thoát

nước, các công trình thấm, trữ và chứa nước mưa.

- Cải tạo, bảo tồn và giảm thiểu ô nhiễm môi trường các hồ hiện có, phát huy chức

năng tổng hợp của các hồ điều hòa, hồ cảnh quan.

- Khu vực đô thị cũ: Cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước hiện có, xây dựng bổ sung hoàn thiện hệ thống tiêu thoát nước chung để thoát nước mưa, kết hợp giải pháp xây dựng mới các công trình thu gom và truyền dẫn nước thải về nhà máy xử lý.

- Khu vực đô thị mới: Xây dựng hệ thống thoát nước riêng đồng bộ với phát triển hạ tầng đô thị bao gồm mạng lưới thoát nước mưa, kênh mương, hồ điều hòa, trạm bơm và các công trình thoát nước tại chỗ (thấm, trữ nước mưa...). Nước mưa được thoát ra sông, kênh, hồ; tiến tới xử lý ô nhiễm do nước mưa trong tương lai.

- Mạng lưới thoát nước mưa gồm kênh mương, hồ, cống thoát nước chính đã được quy hoạch về hướng tuyến, quy mô theo từng lưu vực, tiểu lưu vực thoát nước sẽ được tính toán cụ thể trong giai đoạn lập các dự án ĐTXD bảo đảm phù hợp với điều kiện thực tế.

- Dự kiến xây dựng công trình chính tiêu thoát nước mưa cho đô thị Hà Nội được

liệt kê ở Bảng 1.14. , Bảng 1.15. , Bảng 1.16. , Bảng PL1.4 và Bảng PL1.5.

1.3.6. Các nghiên cứu khác

1. Nhóm kết quả nghiên cứu trong luận văn cao học và luận án tiến sĩ

1) Luận án tiến sĩ của Nguyễn Song Dũng (2004) “Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý điều hành hệ thống thoát nước sông Tô Lịch - TP Hà Nội” [10] đã phân tích hiện trạng thoát nước lưu vực sông Tô Lịch, từ đó đề xuất một số giải pháp quản lý điều hành hệ thống tiêu thoát nước. Nghiên cứu này sử dụng phần mềm SWMM để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước Hà Nội, tuy nhiên chỉ thực hiện cho lưu vực sông Tô Lịch, và chưa mô phỏng máy bơm.

2) Luận án tiến sĩ của Lưu Văn Quân (2015) “Nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống hồ điều hoà nhằm giảm tổng mức đầu tư hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp đất nông nghiệp - đô thị” [11] có thể coi là nghiên cứu gần đây nhất về hồ điều hòa của hệ thống tiêu thoát nước đô Hà Nội. Đã thiết lập bài toán tối ưu để xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà nhằm giảm chi phí đầu tư hệ thống tiêu cho LV Tây Hà Nội (18.600 ha) và đã đề xuất tỷ lệ diện tích hồ điều hoà tối ưu là f=2,0%÷3,82% tuỳ thuộc hình thức bố trí hồ là tập trung tại đầu mối trạm bơm hay phân tán trên kênh cấp dưới. Nếu bố trí hồ tập trung tại đầu mối trạm bơm thì f=2,91% ứng với CS trạm bơm đầu mối Q=622,85 m3/s. Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa đưa vào mô phỏng mạng cống thoát nước đường phố theo quy hoạch mới (QH725); chưa mô phỏng máy bơm; vị trí các hồ điều hòa được giả định mà chưa cập nhật theo quy hoạch; kết quả đưa ra quy mô hồ điều hòa và trạm bơm như vậy là quá lớn, cần nghiên cứu đánh giá thêm. Nghiên cứu này sử dụng phần mềm SWMM để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước.

3) Luận văn thạc sĩ của Đặng Tiến Dũng (1999) “Nghiên cứu mô hình tiêu nước

mặt cho khu vực Nam Hà Nội (Luận văn thạc sĩ kỹ thuật) [12]. Trong luận văn đã sử dụng phương pháp “Transfert” cho khu vực nội thành và phương pháp “hồ chứa mặt ruộng” cho khu vực ngoại thành để xác định quá trình lưu lượng tiêu; đồng thời phân tích sự điều tiết của hệ thống hồ tìm ra quan hệ giữa quy mô TB Yên Sở với diện tích và dung tích hồ điều hoà.

4) Một số luận văn thạc sĩ với nội dung nghiên cứu chủ yếu tập trung giải quyết các bài toán về tiêu nước cho nông nghiệp, về ảnh hưởng của kết cấu hệ thống thủy lợi vùng đa canh tác đối với chế độ tiêu nước mặt cũng như ảnh hưởng của việc chuyển đổi cơ cấu sử dụng đất đến hệ số tiêu nước mặt cho một số hệ thống thủy nông lớn và điển hình ở vùng đồng bằng Bắc Bộ. Những năm gần đây đã có một số đề tài luận văn nghiên cứu về tiêu nước cho đô thị và đã đạt được kết quả nhất định. Các luận văn này chủ yếu nghiên cứu cho các lưu vực nhỏ và cục bộ của hệ thống tiêu, nên chưa đề ra cơ sở khoa học cho một giải pháp tiêu tổng thể.

2. Nhóm các bài báo

1) Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2009) “Mô phỏng hệ thống thoát nước TP Hà Nội và xác định giải pháp tiêu nước tổng thể” [13] xác định các thông số cơ bản của các công trình chủ yếu trong hệ thống gồm: 1) Các trạm bơm (cột nước, mực nước bể hút...); 2) Quy mô, kích thước các trục tiêu chính cần cải tạo và làm mới (sông Nhuệ, kênh La Khê, kênh Đông La...); 3) Vị trí, quy mô kích thước của các hồ điều hòa (diện tích, cao trình đáy, độ sâu...). Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ giới hạn vào LV Tây Hà Nội và chưa đưa vào hệ thống cống thoát nước đường phố. Mặt khác, chỉ phân tích xác định diện tích hồ điều hòa tối ưu, còn lượng các trạm bơm đầu mối được giữ như QH937. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp SWMM để tính toán.

2) Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2010) “Xác định quan hệ giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm Yên Sở và mức đảm bảo tiêu úng của hệ thống thoát nước nội thành Hà Nội” [14] đánh giá khả năng tiêu của TB Yên Sở theo các mức CS. Tiến hành phân tích mức đảm bảo tiêu của TB Yên Sở theo các phương án CS khác nhau. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp SWMM để tính toán.

3) Nghiên cứu của Dương Thanh Lượng (2004) “Xác định quy mô hợp lý của hồ điều hoà trước trạm bơm [15] tính toán điều tiết phối hợp giữa trạm bơm đầu mối và hồ với các quy mô giả định khác nhau từ đó có thể thiết lập ra quan hệ giữa dung tích hồ theo lưu lượng thiết kế của trạm bơm đầu mối (tính thử cho cụm đầu mối Yên Sở). Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Transfert để tính toán tiêu nước.

3. Nhóm các đề tài nghiên cứu khoa học

1) Lê Quang Vinh (2007). Rà soát bổ sung quy hoạch tiêu nước cho hệ thống thủy lợi Sông Nhuệ (đề tài cấp Bộ). Đã tổng hợp và đánh giá quá trình và nguyên nhân thay đổi hệ số tiêu, lưu lượng tiêu của từng khu vực trong đó có xét ảnh hưởng của quá trình

đô thị hoá và công nghiệp hoá. Tuy nhiên, dự án quy hoạch này chưa đề cập đến việc xác định hệ số tiêu cho khu vực đô thị và công nghiệp. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thủy nông đê tính toán tiêu nước.

2) Dương Thanh Lượng, Lê Quang Vinh và Lê Văn Trường (2011). Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghiệp hoá và đô thị hoá đến hệ số tiêu vùng đồng bằng Bắc Bộ (đề tài cấp Bộ) [16]. Sử dụng SWMM mô phỏng hệ thống tiêu tại Mê Linh (Hà Nội) để tìm được quan hệ giữa hệ số tiêu thiết kế của trạm bơm đầu mối với tỷ lệ diện tích đất đô thị hóa (Hình 1.4. ). Tuy nhiên, tại đề tài này chưa có điều kiện mô phỏng mạng lưới thoát nước đường phố, mặt khác các TLV được phân chia với diện tích quá lớn nên có thể độ chính xác trong tính toán bị hạn chế.

Quan hệ giữa hệ số tiêu thiết kế q của trạm bơm đầu mối và tỷ lệ diện tích được đô thị hóa f (khi không có hồ điều hòa) [16]

1.3.7. Nhận xét về thông số các công trình tiêu nước theo các nghiên cứu quy hoạch

1. So sánh thông số các công trình chủ yếu

Từ các nghiên cứu trong các quy hoạch quan trọng nêu trên đây trên, các công trình chủ yếu cùng với các thông số chính về quy mô của chúng được tập hợp trong các bảng so sánh sau đây (Bảng 1.14. , Bảng 1.15. , Bảng 1.16. ).

Bảng 1.14. Bảng so sánh nghiên cứu về công trình trạm bơm

TT

Công trình

Hiện trạng

QH 937

QH 1259

QH 4673

QH 725

Nhận xét vể sự thống nhất quy hoạch (Đã ấn định, đang x/dựng)

120 Thống nhất 5.011 Khoanh LV chưa c/xác

Thống nhất

1 TB Yên Nghĩa Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 2 TB Yên Thái Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

120 6.300 54 3.500

120 6.300 54 3.770

54 3.878 Khá thống nhất

(gồm cả TB Đào Nguyên)

120 6.300 54 3.500

TT

Công trình

Nhận xét vể sự thống nhất quy hoạch (Đã ấn định, đang lập DA)

QH 725 25 Khá thống nhất

Cùng với TB Yên Thái (Đã ấn định, đã lập DA)

175 Khá thống nhất 2.050 Không thống nhất Không thống nhất 30 Không thống nhất 2.267 Không thống nhất

QH 1259 25 170 9.200 9 450

(Đã ấn định, mới xây) 9 Thống nhất 450 Thống nhất

(Đã ấn định, mới xây) Chưa thống nhất

90 7.750 Thống nhất

(Đã ấn định, đã lập DA) 35 Chưa thống nhất 2010 Khá thống nhất

(Đã ấn định, đã lập DA)

145 7.753 35÷90 1.950 6,3

QH 937 15 170 9.200 9 450 145 35 1.950

Hiện trạng 9 450 90 7450 6,7 1.950

QH 4673 25 170 - 9 450 90 7.753 35 1.950 -

6,3 Chưa thống nhất

Cùng với TB Đông Mỹ

12 1520 1360 9 1470

12 1520 20 1360 9 1470

(Đã ấn định, mới xây) (Đã ấn định, mới xây) (Đã ấn định, mới xây)

3 TB Đào Nguyên Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 4 TB Liên Mạc Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 5 TB Liên Trung Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 6 TB Nam Thăng Long Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 7 TB Yên Sở Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 8 TB Đông Mỹ Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 9 TB Vạn Phúc Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) * Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (trên cống Hà Đông) 10 TB Cổ Nhuế Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 11 TB Đồng Bông 1 Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 12 TB Đồng Bông 2 Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) * Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (dưới cống Hà Đông) 13 TB Ba Xã Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 14 TB Siêu Quần Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 15 TB Hoà Bình Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 16 TB Đại Áng Q (m3/s)

20 990

2,8 9,7 5,8

20 990

20 990 10 25 10

20 Khá thống nhất 990 10 Khá thống nhất 25 Khá thống nhất 10 Khá thống nhất

TT

Công trình

Nhận xét vể sự thống nhất quy hoạch

Diện tích phụ trách (ha) 17 TB Khê Tang Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha) 18 TB Thạch Nham Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

QH 937

Hiện trạng 22 11

QH 1259

QH 4673 16

QH 725

Chưa thống nhất Chưa thống nhất

Bảng 1.15. Bảng so sánh nghiên cứu về công trình hồ điều hoà

TT

Công trình

QH1259

QH725

QH 937

QH 4673

Nhận xét về sự thống nhất ở các quy hoạch

YT1 YT2 YT3 Không thống nhất 30 34,5 23,5 12,0 Không thống nhất 0,0 7,0 3,9 6,0 3,0 1,5 3,0

1 Hồ Yên Thái F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 2 Hồ Đào Nguyên

6,0 3,0 12,0 4,8 3,2

5,5 5,5 3,2 3,2

0,0 3,9 1,4

YT1 YT2 YT3 24,5 15,8 8,4 1,0 1,0 1,0 6,0 6,0 6,0 - - - Không thống nhất ĐN1 ĐN2 ĐN3 Không thống nhất 8,8 5 12 1,0 1,0 1,0 6,5 6,5 5,5 4,2 4,2 3,2 YN1 YN2 YN3 Không thống nhất YN1 YN2 YN3 YN4 7,4 35,0 7,5 30,0 39,0 20,0 7,5 Không thống nhất 28 1,0 1,0 5,5 5,5 3,2 3,2 LM1 LM2 50,0 17,5 1,0 1,0 6,0 6,0 3,5 3,5

1,0 5,5 3,2

5,5 3,5

F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 3 Hồ Yên Nghĩa F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 4 Hồ Liên Mạc F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m)

4,5 2,5 LM1 LM2 LM3 Không thống nhất 65,0 40,0 5,8 12,6 Không thống nhất 0,5 4,0 1,5

(Đã ấn định, mới xây) Khá thống nhất (Đã ấn định, mới xây) Thống nhất (Đã ấn định, mới xây) Khá thống nhất

6,0 6,0 3,5 3,5 136 0,5 4,5 1,5 78 4,5 2,5 25,0

130 0,5 4,5 1,5 80 4,7 19,2

5 Hồ Yên Sở F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 6 Hồ Linh Đàm F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 7 Hồ Định Công F (ha) Zđáy (m)

TT

Công trình

QH1259

QH725

QH 937

4,75 2,50

Zmax (m) Zmin (m)

F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m)

8 Hồ Tây F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 9 Hồ Đông Mỹ F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 10 Hồ Thanh Oai F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) 11 Hồ Thượng Phúc 1 12 Hồ Thượng Phúc 2

4,95 930 (toàn LV) 19,2 4,95

QH 4673 ≥30

521 6,5 6,5 45,0 4,1 1,5 32,0 5,5 3,2 105,0 5,5 3,2 98,2 5,5 3,2

Nhận xét về sự thống nhất ở các quy hoạch (Đã ấn định) Thống nhất Chưa thống nhất Không thống nhất Không thống nhất Không thống nhất

F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m)

Bảng 1.16. Bảng so sánh nghiên cứu về kênh trục lớn

TT

Công trình

Nhận xét

Đã chọn

QH 937

QH 1259

QH 725

QH 4673

12,31 7,0 22,0 4,8 2,00 0,66

4,67 22,0 22,0

Đã đầu tư hoàn thiện ở DA JICA Đã đầu tư hoàn thiện ở DA JICA

1 Sông Tô Lịch Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) * Mương Yên Sở Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m)

TT

Công trình

Nhận xét

QH 725

Đã chọn 5,3÷5,9 0,66 0,03

QH 937

QH 1259

QH 4673

5,22 8,0 13,2 4,3 2.96 0,97

3,22 12,0 14,5 2,8÷4,6 2,49 0,53

17,75 40,0 40,0 7,5 0,00 -1,77

12,70 30,0 7,5 -2,0 -2,0

Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 2 Sông Lừ Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 3 Sông Sét Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 4 Sông Kim Ngưu Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 5 Sông Nhuệ đoạn Liên Mạc - Hà Đông Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 6 Sông Nhuệ đoạn Hà Đông - VĐ4 Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 7 Kênh La Khê Chiều dài kênh L (km)

6,25

Đã đầu tư hoàn thiện ở DA JICA (từ Đại La ÷ cuối kênh) Đã đầu tư hoàn thiện ở DA JICA Đã đầu tư hoàn thiện ở DA JICA Đang được xác định ở DA Cải tạo sông Nhuệ. (Liên Mạc - Hà Đông) Cần nghiên cứu tiếp. Đang được xác định ở DA Cải tạo sông Nhuệ (Hà Đông - VĐ4). Cần nghiên cứu tiếp. Đang được xác định ở

TT

Công trình

Nhận xét

QH 725

Đã chọn 24,0 40,0 7,5 -1,00 -1,00

QH 937

QH 1259

QH 4673

Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 8 Sông Đăm 9 Sông Cầu Ngà 10 Kênh chính TB Yên Thái

11 Kênh chính TB Đào Nguyên

12 Kênh Phú Đô

13 Kênh DN 14 Kênh Đông La 15 Kênh Om

16 Kênh Đồng Trì - Đông Mỹ

DA Trạm bơm tiêu Yên Nghĩa. Cần nghiên cứu tiếp Chưa ng/cứu Chưa ng/cứu Đang được xác định ở DA TB Yên Thái. Cần ng/cứu tiếp Đang được x/định ở DA TB Đào Nguyên. Cần ng/cứu tiếp Đang x/định ở DA HTTN mưa LV Tả Nhuệ. Cần ng/cứu tiếp Chưa ng/cứu Chưa ng/cứu Đã ng/cứu ở DA TB Đông Mỹ. Cần ng/cứu tiếp Đã được x/định ở DA TB Đông Mỹ. Cần ng/cứu tiếp

2. Nhận xét tổng hợp các kết quả nghiên cứu tiêu thoát nước đô thị Hà Nội

a. Về trạm bơm

Về quy mô, một số trạm bơm đã có sự thống nhất cao ở các quy hoạch như: TB Yên Nghĩa có QTK=120 m3/s, TB Liên Mạc có QTK=170 m3/s, TB Nam Thăng Long có QTK=9 m3/s. Tuy nhiên, đối với nhiều trạm bơm còn có sự khác nhau, thậm chí khác nhau rất lớn giữa các quy hoạch; ví dụ:

- TB Yên Sở có QTK=145 m3/s (theo QH937, QH1259), QTK=90 m3/s (theo QH4673,

QH725).

- TB Đào Nguyên có QTK=15 m3/s (theo QH937), QTK=25 m3/s (theo QH1259,

QH4673, QH725).

- TB Đông Mỹ có QTK=35÷90 m3/s (theo QH1259), QTK=35 m3/s (theo QH937,

QH4673, QH725).

- TB Liên Trung có QTK=30 m3/s (theo QH725), nhưng không có trạm bơm này

(theo QH1259, QH4673, QH725).

- TB Vạn Phúc có QTK=6,3 m3/s (theo QH1259, QH725), nhưng không có trạm bơm

này (theo QH937, QH4673).

- Cần nghiên cứu các trạm bơm đổ trực tiếp vào sông Nhuệ trên cống Hà Đông với

việc xem xét chế độ làm việc của chúng như là các trạm bơm tiêu cục bộ.

- Cần nghiên cứu các trạm bơm đổ trực tiếp vào sông Nhuệ dưới cống Hà Đông: (Ba Xã, Siêu Quần, Hoà Bình, Đại Áng, Khê Tang 2, Thạch Nham) trong việc phối hợp quy mô đê sông Nhuệ ở đoạn sau cống Hà Đông. Xem xét khả năng lâu dài sẽ điều chỉnh nhiệm vụ của các trạm bơm này thành trạm bơm tiêu cục bộ.

b. Về hồ điều hoà

Số lượng, quy mô chưa có sự thống nhất giữa các quy hoạch với nhau; ví dụ:

- Hồ Yên Thái: theo QH1259 có 3 hồ (YT1 diện tích 24,5ha, YT2 diện tích 15,8ha,

YT3 diện tích 8,4 ha), QH725 có 2 hồ (YT1 diện tích 3,45 ha, YT2 diện tích 23,5 ha).

- Hồ Đào Nguyên: theo QH1259 có 3 hồ (ĐN1 diện tích 12ha, ĐN2 diện tích 5ha,

ĐN3 diện tích 8,8 ha), QH725 có 1 hồ diện tích 12 ha.

- Hồ Thanh Oai: theo QH1259 không có, theo QH725 diện tích 32 ha.

- Hồ Thượng Phúc 1: theo QH1259 không có, theo QH725 diện tích 105 ha.

- Hồ Thượng Phúc 2: theo QH1259 không có, theo QH725 diện tích 98,2 ha.

- Một số hồ bố trí chưa hợp lý, chỉ nói riêng về mặt thuỷ lực, ví dụ các hồ Thanh Oai, Thượng Phúc 1 và Thượng Phúc 2 đều có diện tích rất lớn nhưng bố trí ở lưu vực của TB Siêu Quần và Hoà Bình, là hai lưu vực nhỏ và kín; vì vậy các hồ này không có khả năng điều tiết nước cho lưu vực chung.

- Riêng đối với LV Yên Sở, hệ thống hồ điều hoà đã được nghiên cứu, thiết kế và xây dựng. Nói chung các hồ này đã đáp ứng yêu cầu thiết kế, chỉ cần cải tiến quy trình vận hành hồ để nâng cao hiệu quả điều tiết nước.

- Cần làm rõ tỷ lệ diện tích hồ yêu cầu là từ 5 ÷ 7% diện tích lưu vực như đã đề xuất

trong cả 4 quy hoạch gần đây.

c. Về các trục tiêu chính

- Các trục tiêu chính cho LV Yên Sở (sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Kim Ngưu) đã được nghiên cứu, thiết kế và xây dựng. Nói chung các trục tiêu này đã ổn định, đáp ứng được lưu lượng thiết kế.

- Các trục tiêu lớn Sông Nhuệ, kênh La Khê đang được nghiên cứu ở các dự án đang

triển khai để xác định lại quy mô, kích thước cho hợp lý.

- Các trục tiêu nhánh lớn đổ vào sông Nhuệ (sông Đăm, sông Cầu Ngà, kênh Phú

Đô...) cần được nghiên cứu xác định các thông số thiết kế mới.

- Một số kênh quy hoạch mới được vạch trong QH725 như hai kênh DN và kênh Đông La (dọc đường VĐ4 ở phía Tây, nối các LV Liên Mạc, Đào Nguyên, Yên Nghĩa với nhau) cần được nghiên cứu xác định quy mô và kích thước hợp lý.

- Các trục tiêu lớn ở phía nam (sông Om (Tô Lịch cổ), kênh Đồng Trì - Đông Mỹ...)

cần được nghiên cứu xác định các thông số thiết kế mới.

d. Về các cống điều tiết

- Các cống điều tiết thuộc LV Yên Sở (Đập Thanh Liệt, cống Ngân Hàng, cống Giải

Đò, cống A và cống B nối với hồ Tây...) đã được đầu tư xây dựng.

- Các cống điều tiết đầu kênh nhánh lớn ở lưu vực phía Tây (cống Đăm, cống Cầu

Ngà) cần được nghiên cứu xác định các thông số thiết kế mới để cải tạo nâng cấp.

- Các điều tiết giữa các lưu vực tiêu (cống Hà Đông, cống trên sông Cầu Ngà, các cống trên kênh DN...) cần được nghiên cứu bổ sung để điều hành việc tiêu nước giữa các lưu vực một cách hiệu quả nhất.

- Cống điều tiết cuối lưu vực tại vị trí sông Nhuệ cắt đường VĐ4 cần được xem xét bổ sung để có thể tách lưu vực trong VĐ4 thành một vùng tiêu độc lập khi cần thiết, đồng thời làm cho các trạm bơm trong lưu vực (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Đông Mỹ...) làm việc có hiệu quả, ngăn nước chảy ngược từ hạ lưu lên đô thị trung tâm làm quá tải (về lưu lượng) các trạm bơm này.

e. Về các tuyến đê

- Cần xem xét quy mô tuyến đê sông Nhuệ (đoạn Liên Mạc - Hà Đông, đoạn Hà

Đông - VĐ4...) cho phù hợp trong mối liên quan “đê - trạm bơm”.

- Cần nghiên cứu về đường VĐ4, vừa đảm bảo giao thông vừa kết hợp làm tuyến đê bao tạo thành vùng tiêu độc lập để có thể trở thành một tuyến “La Thành” mới bảo vệ đô thị trung tâm Hà Nội khi có lũ.

f. Về giải pháp tiêu nước

- Cần xác định rõ một số trục tiêu chính (sông Nhuệ, kênh La Khê, sông Đăm, sông

Cầu Ngà...) là trục tiêu cạn hay trục tiêu vợi.

- Cần có sự thống nhất về nhiệm vụ của các trạm bơm trong hệ thống:

+ Các trạm bơm tiêu ra sông ngoài (7 trạm bơm: Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc,

Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ) là tiêu cạn hay tiêu vợi.

+ Các trạm bơm nội thuỷ tiêu ra sông Nhuệ đoạn phía trên cống Hà Đông và các kênh nhánh cấp 2 (Cổ Nhuế, Đông Bông 1, Đồng Bông 2, Cầu Ngà, Cầu Sa...) là trạm bơm tiêu triệt để hay tiêu cục bộ và khi nào cần hoạt động. Điều này có thể dẫn đến việc bơm nước hai lần cho một thể tích nước và lãng phí chi phí xây dựng một số trạm. Mặt khác, cần xem xét quy mô thiết kế từng trạm bơm này đã phù hợp hay chưa.

+ Các trạm bơm nội thuỷ tiêu ra sông Nhuệ đoạn phía dưới cống Hà Đông (Ba Xã, Hữu Hoà, Siêu Quần, Hoà Bình, Đại Áng, Khê Tang, Thạch Nham...) có nên được nâng quy mô và nếu có thì quy mô hợp lý là bao nhiêu.

- Cần xem xét việc xây dựng một trạm bơm lớn ở cuối hệ thống, nơi sông Nhuệ cắt đường VĐ4, thay cho tất cả các trạm bơm nội thuỷ tiêu ra sông Nhuệ đoạn phía dưới cống Hà Đông mà không phải xây dựng lại hàng loạt trạm bơm nội thuỷ đó.

- Một vấn đề nữa cần được xem xét là sự điều hành hệ thống tiêu một cách thống nhất để có thể phối hợp giữa các trạm bơm đầu mối và kể cả giữa các hồ điều hoà để tăng hiệu qủa chống úng ngập của các công trình tiêu trên toàn hệ thống.

- Việc xác định đúng giải pháp tiêu nước cho toàn hệ thống cũng như cho từng lưu vực thành phần có thể tiết kiệm hàng ngàn tỉ đồng chi phí xây dựng và tạo thuận lợi cho việc điều hành hệ thống tiêu một cách chủ động và có hiệu quả.

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

1. Về sự phát triển của đô thị và hệ thống thoát nước Hà Nội

Các công trình tiêu thoát nước được xây dựng từ trước đến nay đã góp phần to lớn phục vụ các ngành kinh tế và dân sinh. Từ ngày hoà bình lập lại đến nay, từ những công trình thuỷ lợi sơ khai của hệ thống thuỷ lợi Sông Nhuệ và mạng lưới thoát nước đô thị do Pháp xây dựng, được sự quan tâm đầu tư của Đảng và nhà nước cùng với sự đóng góp công sức to lớn của nhân dân, đến nay trên địa bàn thành phố đã hình thành một mạng lưới các công trình thuỷ lợi rộng khắp. Hệ thống công trình tiêu thoát nước hiện có đã cơ bản đảm bảo công tác phòng chống lũ lụt và ổn định đời sống dân sinh trong điều kiện thời tiết không quá bất thường.

Tuy nhiên, trừ khu vực nội đô lịch sử, hệ thống công trình tiêu thoát nước ở Hà Nội chủ yếu hướng vào mục tiêu đảm bảo yêu cầu tiêu úng cho nông nghiệp, chưa đáp ứng kịp thời với sự phát triển nhanh chóng của các khu đô thị và công nghiệp mà ở đó nhu cầu tiêu nước mưa đòi hỏi khẩn trương hơn, triệt để hơn nhiều so với trước đây. Bởi vậy, mâu thuẫn giữa nhu cầu tiêu nước với khả năng tiêu nước của các công trình hiện có ngày càng trở nên căng thẳng.

Hệ thống công trình tiêu thoát nước thành phố hiện nay đã và đang bộc lộ những

tồn tại sau:

- Vẫn để xảy ra úng ngập ở mức độ khá nghiêm trọng: Với diễn biến thời tiết ngày càng bất lợi, mưa úng diễn biến bất thường mà không theo quy luật chung, hệ thống tiêu thoát nước vẫn để xảy úng ngập trên diện rộng.

- Chưa đáp ứng sự phát triển kinh tế và xã hội và quá trình đô thị hóa: Sự phát triển của các khu đô thị mới, khu công nghiệp, dịch vụ trong giai đoạn đô thị hoá nhanh chóng hiện nay, cùng với sự phát triển đa dạng của nền nông nghiệp trên các lĩnh vực trồng trọt, chăn nuôi, thuỷ sản... đã và đang làm tăng mạnh nhu cầu tiêu nước, trong khi hệ thống tiêu thoát nước chưa phát triển kịp tốc độ đô thị hoá và công nghiệp hoá.

- Hệ thống đang có bị xuống cấp: Một phần của hệ thống công trình tiêu thoát nước hiện có qua nhiều năm khai thác bị hư hỏng; các kênh trục tiêu và kênh mương nội đồng bị sụt sạt, bồi lắng, thu hẹp dòng chảy; mạng lưới cống thoát nước đô thị bị quá tải, nhiều nơi bị sập lấp mà chưa được cải tạo nâng cấp, diện tích hồ điều hoà nước mưa bị thu hẹp đáng kể mà chưa có giải pháp thay thế.

2. Những thành tựu nghiên cứu về thoát nước

Tiêu thoát nước cho các khu đô thị, khu công nghiệp nói riêng và tiêu thoát nước mặt nói chung ở các nước đã phát triển nhìn chung đã đạt tới trình độ khoa học và công nghệ rất cao với nhiều mô hình quản lý tiêu thoát nước rất hiện đại đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của những quốc gia đó. Các nước có trình độ phát triển khác nhau, đặc điểm phát triển dân cư, đô thị và khu công nghiệp cũng rất khác nhau, cùng với sự khác nhau về vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, khí hậu, đặc điểm mưa và các yếu tố gây úng ngập cũng rất khác nhau... Do vậy, biện pháp cụ thể để giải quyết vấn đề tiêu thoát nước cho khu vực dân cư, đô thị và công nghiệp của từng quốc gia cũng rất khác nhau. Không thể lấy kết quả tính toán hay mô hình quản lý vận hành của một nước cụ thể này áp dụng cho một nước cụ thể khác. Chỉ có thể nghiên cứu vận dụng các thành tựu khoa học công nghệ cũng như kết quả nghiên cứu tính toán của các nước tiên tiến trên thế giới vào điều kiện cụ thể của từng nước, trong đó có Việt Nam.

Đến nay có khá nhiều các công trình khoa học về tiêu thoát nước cho đô thị Hà Nội; ứng với mỗi giai đoạn phất triển của thành phố đều có các nghiên cứu về tiêu thoát nước, nhất là các quy hoạch sau này (QH937, QH1259, QH4673, QH725) đã cơ bản ngày càng đáp ứng tốt cho việc định hướng phát triển hệ thống tiêu thoát nước của thành phố.

3. Những hạn chế của các nghiên cứu đến nay

Trong nhiều năm qua, đã có một số nghiên cứu liên quan đến tính toán tiêu thoát

nước ở Hà Nội, nhưng vẫn còn một số hạn chế sau:

Trong tính toán tiêu nước, thường xét đến từng lưu vực thành phần, mà chưa xem xét kỹ mối liên hệ trong lưu vực tổng thể ở quy mô toàn đô thị để đề ra giải pháp phối hợp hỗ trợ lẫn nhau giữa các công trình ở các lưu vực khác nhau nhằm tăng hiệu quả tiêu thoát nước chung.

- Tính hoàn chỉnh và tính hệ thống trong khâu mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước chưa cao, ít thấy nghiên cứu mô phỏng đồng bộ từ quá trình dòng chảy từ mặt ruộng tới cửa ra lưu vực; nhất là khi có các công trình trạm bơm và các công trình điều tiết dòng chảy trên hệ thống và các kịch bản vận hành các công trình đó.

- Phương pháp xác định các thông số của các công trình chính (trạm bơm, hồ điều

hoà, kênh trục...) chưa thực sự có tính xác thực.

- Tính toán tiêu nước thường sử dụng mưa thời đoạn ngắn mà bước thời gian tính

toán lại dài, do vậy kết quả tính toán phản ánh kém chính xác quá trình tiêu úng.

4. Tầm quan trọng của việc tiếp tục nghiên cứu hệ thống thoát nước Hà Nội

Từ những phân tích trên đây, cho thấy rằng, cho đến nay vẫn chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu một cách tổng thể về biện pháp tiêu nước cho toàn bộ hệ thống tiêu thoát nước đô thị Hà Nội và cũng chưa có nghiên cứu nào đề ra đầy đủ cơ sở khoa học để bố trí và xác định quy mô của các công trình tiêu nước hoàn toàn phù hợp cho hệ thống này, trong khi đó úng ngập trên địa bàn đô thị Hà Nội vẫn thường xuyên và gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng. Hơn nữa, cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào giải quyết thấu đáo mối liên hệ “Kênh mương - Trạm bơm - Hồ điều hòa - Công trình điều tiết” để làm cơ sở cho việc xác định đúng quy mô và thông số công tác của các công trình tiêu nước. Bởi vậy, đề tài nghiên cứu trong luận án này có tính cấp thiết.

XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP TIÊU THOÁT NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

2.1. XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC

2.1.1. Khái quát về bài toán tối ưu hóa

1. Dạng chung của bài toán tối ưu hóa

Ở dạng chung nhất, một bài toán tối ưu hóa [17] [18] [19] được định nghĩa như sau:

Tìm cực trị của hàm mục tiêu:

(2.1) Q(x) = Q(x1, x2, ..., xn)

trong không gian xác định bởi các thông số điều khiển:

(2.2) x  x

và các ràng buộc bởi các hàm số khác:

(2.3) i(x1, x2, ..., xn) = 0i, i = 1, 2, ..., m1 < n

(2.4) j(x1, x2, ..., xn)  0j, j = 1, 2, ..., m2

Quan hệ (2.3) gọi là ràng buộc phương trình và (2.4) là ràng buộc bất đẳng thức

hoặc ràng buộc theo phạm vi. Bất đẳng thức (2.4) có thể đảo chiều hoặc hai chiều.

*, x2

*,...,xn

Bài toán tối ưu là tìm giá trị như vậy của các thông số điều khiển x*=(x1

sao cho thỏa mãn điều kiện:

*, x2

*, ..., xn

*) = Qmax > Q(x1, x2, ..., xn)

(2.5) Q(x*) = Q(x1

tuân thủ các ràng buộc (2.6), (2.7) và (2.8) sau đây:

(2.6) x*  x

*, x2

*, ..., xn

*) = 0i,

(2.7) i(x1 i = 1, 2, ..., ml < n

*, x2

*,..., xn

*)  0j,

(2.8) j(x1 j = 1, 2, ..., m2,

nghĩa là:

(2.9) x*  x, , 

Tập hợp các điểm thỏa mãn các ràng buộc (2.6), (2.7) và (2.8) được gọi là tập hợp

các lời giải chấp nhận được, hoặc nói gọn hơn là phạm vi chấp nhận được x*x,,.

Khi (2.1), (2.3) và (2.4) là các hàm phi tuyến của x, bài toán được gọi là bài toán

tối ưu phi tuyến hoặc bài toán quy hoạch phi tuyến.

Khi hàm mục tiêu (2.1) và các ràng buộc (2.3), (2.4) là các hàm tuyến tính của x, bài toán tối ưu là tuyến tính hay quy hoạch tuyến tính. Nếu hàm mục tiêu là hàm tuyến tính, còn ràng buộc là hàm phi tuyến hoặc ngược lại thì các bài toán đó cũng được gọi

là quy hoạch phi tuyến. Trong nhiều trường hợp, chỉ tiêu tối ưu không chỉ cho bằng một hàm mục tiêu, mà còn bằng nhiều chỉ tiêu, còn gọi là chỉ tiêu tối ưu vector Q:

(2.10) Qj = Qj(x), j = 1, 2, ..., m.

Khi đó hình thành một bài toán gọi là tối ưu hóa đa mục tiêu.

2. Các loại hàm mục tiêu

Khi ở trong phạm vi biến đổi cho phép của các thông số điều khiển, hàm mục tiêu chỉ có một cực trị, thì hàm mục tiêu là đơn cực trị, còn nếu có nhiều hơn một cực tiểu (hoặc cực đại) thì là hàm đa cực trị. Trong các hàm mục tiêu đa cực trị, cực trị toàn cục là giá trị tốt nhất của hàm mục tiêu trong số nhiều cực trị địa phương.

Các hàm mục tiêu có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến. Hàm mục tiêu là tuyến tính nếu quan hệ (2.1) là tuyến tính đối với các thông số điều khiển x, nếu không như vậy thì hàm được gọi là phi tuyến.

Hàm mục tiêu phức tạp là hàm đòi hỏi nhiều thời gian để tính toán giá trị của nó, thường được cho dưới dạng hàm ẩn và không khả tích. Hàm phức tạp thường là trên bậc 2, nhiều cực trị, với các quan hệ siêu việt và các hàm khác.

3. Phân loại bài toán và phương pháp tối ưu

a) Tùy thuộc vào các thông số điều khiển, bài toán được chia thành:

- Bài toán tìm kiếm một chiều (n=1);

- Bài toán tìm kiếm đa chiều (n2);

- Bài toán với các thông số điều khiển liên tục, rời rạc và hỗn hợp.

b) Tùy thuộc vào hàm mục tiêu, có các bài toán tối ưu:

- Tối ưu hóa một mục tiêu;

- Tối ưu hóa đa mục tiêu;

- Tối ưu hóa khi cho đạo hàm hoặc không cho đạo hàm của hàm mục tiêu;

- Tối ưu hóa với độ chính xác cho trước hay không cho trước của sự địa phương

hóa cực trị theo hàm mục tiêu;

- Tối ưu hóa với hàm mục tiêu đơn cực trị hay đa cực trị;

- Tối ưu hóa với hàm mục tiêu xác định từ thực nghiệm hay cho bằng giải tích.

c) Tùy thuộc vào các ràng buộc, có các bài toán tối ưu:

- Không có ràng buộc;

- Có ràng buộc thông số;

- Có các ràng buộc phương trình hoặc ràng buộc hỗn hợp.

Dưới đây là một số ví dụ bằng hình vẽ về các dạng cơ bản của bài toán tối ưu:

Bài toán tối ưu với ràng buộc dạng phương trình

Bài toán tối ưu với ràng buộc dạng bất phương trình

Bài toán tối ưu với hỗn hợp các ràng buộc dạng phương trình và bất phương trình

4. Các phương pháp giải bài toán tối ưu

Bài toán tối ưu hóa được giải bằng một trong các phương pháp giải tích hoặc phương

pháp số:

- Phương pháp giải tích dựa vào việc tính toán các đạo hàm thông qua phân tích toán học truyền thống và tính toán biến phân. Tuy nhiên, hầu hết các bài toán kỹ thuật đều có mô hình toán phức tạp và khi có mặt của các ràng buộc thì các phương pháp giải tích nói chung không thực hiện được.

- Phương pháp số (phương pháp lặp) được sử dung phổ biến nhất để giải bài toán tối ưu với sự trợ giúp của máy tính. Dựa trên nghiên cứu bề mặt của hàm mục tiêu và tổ chức thực hiện các bước (lặp) để di chuyển đến cực trị (đỉnh).

Để tối ưu hóa phi tuyến có các phương pháp:

a) Các phương pháp quy ước (thông thường), gồm:

- Phương pháp quét;

- Phương pháp Gauss - Seidel;

- Phương pháp Monte - Carlo;

- Phương pháp tìm kiếm ngẫu nhiên không thích nghi;

- Phương pháp đơn hình;

- Phương pháp Gradient bậc nhất;

- Phương pháp Newton và bán Newton;

- Phương pháp kết hợp...

b) Các phương pháp không quy ước (thông minh) gồm:

- Phương pháp thích nghi;

- Phương pháp Heuristic;

- Phương pháp tiến hóa;

- Phương pháp thuật giải di truyền...

5. Phương pháp giải bài toán tối ưu nhiều thông số điều khiển

Phương pháp không gradient để tối ưu hóa khi có nhiều thông số điều khiển có một

số phương pháp sau:

- Phương pháp quét;

- Phương pháp tìm kiếm ngẫu nhiên;

- Phương pháp đơn hình;

- Phương pháp Nelder-Mead;

- Phương pháp phức hợp...

Đối với bài toán tối ưu hóa tìm thông số của hệ thống tiêu, có thể chọn phương pháp quét. Trong phương pháp quét liên tiếp theo bước, tiến hành xét hàm mục tiêu trong khoảng xác định của nó và lựa chọn kết quả tốt nhất từ nhiều điểm xem xét. Khi có nhiều thông số điều khiển thì việc quét hàm mục tiêu cũng được thực hiện như đối với trường hợp có một thông số điều khiển với sự thay đổi bước của các thông số còn lại trong miền xác định. Minh họa cho phương pháp quét hàm mục tiêu khi có hai thông số điều khiển được thể hiện trong Hình 2.4.

Quét hàm mục tiêu 2 thông điều khiển với bước không đổi

*, khoanh vùng có với độ chính xác x1 và x2.

* và x2

Lấy một giá trị nào đó của thông số x2, tiến hành quét theo x1 với một bước xác định Δx1. Sau khi quét toàn bộ khoảng x1min  x1  x1max lưu lại kết quả tốt nhất Qm với các tọa độ x1e, x2e. Thông số x2 được thay đổi thêm một bước x2 và quy trình quét theo x1 lại được lặp lại. Sau khi đạt đến biên trên x2max thì việc quét được hoàn tất. Giá trị lớn nhất trong số các giá trị lưu lại lớn nhất của hàm mục tiêu Qm là cực trị cần tìm với tọa độ cực x1

Độ chính xác của phương pháp này được xác định bởi độ lớn của các bước xi, tức là bước xi càng nhỏ thì độ chính xác càng lớn. Nhưng khi giảm xi, thì số lượng các tính toán S tăng. Giả sử số bước quét của tất cả các thông số là như nhau thì:

(2.11)

Trong đó: Δ bước quét; n là số lượng các thông số điều khiển.

thay đổi. Ban đầu chọn bước i

(0), rồi quét với bước giảm i

Việc giảm số lượng tính toán S của Q(x) có thể thực hiện được khi dùng bước quét (0) lớn. Sau khi định vị cực trị xie với bước lớn, sẽ thiết (1) v.v... cho đến khi đạt lập một phạm vi quét mới xie ± Δi

độ chính xác mong muốn min. Hình 2.5. mô tả việc quét với bước thay đổi cho hàm mục tiêu có hai thông số điều khiển.

Quét tìm giá trị tối ưu trong không gian hai chiều với bước thay đổi

2.1.2. Bài toán tối ưu hóa thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước

Trong nghiên cứu này, việc xác định quy mô và sự bố trí của các công trình tiêu nước chủ yếu (trạm bơm đầu mối và hồ điều hòa) là nhiệm vụ cần đạt đến. Bài toán tối ưu ở đây được đặt ra như sau:

Tìm cực trị của hàm mục tiêu:

(2.12) C = C(Qi, Fj)

Trong đó:

C - Tổng chi phí xây dựng công trình tiêu thoát nước; VNĐ;

Qi - Lưu lượng thiết kế trạm bơm đầu mối thứ i (i = 1, 2, ..., m), m3/s;

Fj - Diện tích tính toán của hồ điều hòa thứ j (j = 1, 2, ..., n) trong hệ thống tiêu, ha.

trong không gian xác định bởi các thông số điều khiển:

(2.13) Qi  0; Fj  0

và các ràng buộc cho bởi các phương trình:

(2.14) Z(Qi, Fj) = Z0

Trong đó:

Z - Cao trình mực nước tại điểm cần khống chế nào đó; Z0 - Cao trình mực nước yêu cầu khống chế để vùng đang xét không bị ngập úng.

Như vậy, bài toán tối ưu hóa ở đây thuộc loại: một mục tiêu, đa chiều, có ràng buộc

thông số, có ràng buộc hỗn hợp.

Đây là bài toán tối ưu cục bộ, hàm mục tiêu là một chỉ tiêu kinh tế về chi phí đầu tư ban đầu (tại thời điểm xây dựng xong và bắt đầu đưa vào khai thác) cho 2 hạng mục là trạm bơm và hồ điều hòa. Các hạng mục khác của hệ thống (kênh mương, cống thoát nước, công trình trên kênh...) được coi là không đổi ở các phương án / trường hợp; các hiệu ích mà hệ thống tiêu mang lại cho nền kinh tế được coi là như nhau giữa các phương án / trường hợp.

Phương pháp giải bài toán tối ưu này được dự kiến là phương pháp quét nhiều chiều kết hợp phương pháp Heuristic (suy luận). Sử dụng các quy tắc Heuristic để giảm bớt số thông số điều khiển. Chẳng hạn, có thể suy đoán cao trình mực nước nhỏ nhất Zmin trong hồ điều hòa ở một địa điểm nào đó sao cho phù hợp với chế độ thủy lực của hệ thống tiêu và cao trình mặt đất tại đó, từ đó chỉ cần với thông số điều khiển là diện tích hồ F thì có thể tìm được các thông số khác của hồ như cao cao trình đáy hồ Zđáy và dung tích điều hòa Wđh của hồ. Hơn nữa, đối với hồ điều hòa, có thể coi tổng diện tích hồ tại một lưu vực tỷ lệ với diện tích lưu vực đó, từ đó có thể xem xét tổng diện tích F của tất cả các hồ ở lưu vực mà không phải xét từng diện tích Fj của tất cả các hồ điều hòa. Đối với trạm bơm cũng vậy, có thể coi lưu lượng thiết kế của mỗi trạm bơm tỷ lệ thuận với diện tích lưu vực tiêu, từ đó có thể xem xét lưu lượng chung Q cho cả hệ thống mà không phải xét từng lưu lượng Qi của tất cả các trạm bơm.

Quy tắc Heuristic cũng được áp dụng để suy luận cho các ràng buộc, chẳng hạn, dựa vào thực tế thiết kế và quản lý hệ thống tiêu, có thể suy luận rằng, để LV Yên Sở cơ bản không bị úng ngập thì cần khống chế cao trình mực nước tại điểm trước hồ Yên Sở không vượt mực nước cho phép [ZmaxYS]=4,5 m [3].

Với suy luận như vậy, bài toán tối ưu tìm thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát

nước được viết:

(2.15) C = C(Q, F) → min

Với ràng buộc:

(2.16) Zmaxk(Q, F) = [Zmaxk]

Trong đó:

C - Tổng chi phí xây dựng công trình tiêu thoát nước cho các trạm bơm và các hồ

điều hòa, VNĐ;

Q - Tổng lưu lượng thiết kế của các trạm bơm đầu mối trong hệ thống, m3/s;

F - Tổng diện tích tính toán của hồ điều hòa trong hệ thống tiêu, ha;

Zmaxk - Cao trình mực nước lớn nhất tại điểm k, m;

[Zmaxk] - Cao trình mực nước lớn nhất cho phép tại điểm k đó để hệ thống được coi

như không bị ngập, m.

Việc xác định Zmaxk được thực hiện thông qua tính toán thủy lực - thủy văn hệ thống

tiêu thoát nước.

Đây là bài toán tối ưu loại đa chiều (n=2), phi tuyến, có các ràng buộc dạng phương

trình như mô tả ở Hình 2.1. Nghiệm của bài toán là điểm tối ưu (Q*, F*) thỏa mãn:

(2.17) C* = C(Q*, F*) = Cmin  C(Q, F)

đồng thời thỏa mãn phương trình ràng buộc:

(2.18) Zmaxk(Q*, F*) = Z0

Sơ đồ các bước giải bài toán tối ưu hóa này theo phương pháp quét được mô tả như

sơ đồ khối dưới đây (Hình 2.6. ). Thuật toán ở sơ đồ khối này được chia làm 2 khối:

- Khối 1: Quét tìm đường quan hệ ràng buộc (2.16). Tìm các điểm (Q, F) để khống chế mức ngập đúng bằng mức ngập cho phép. Công việc này được thực hiện với sự trợ giúp của mô hình thủy văn - thủy lực mô phỏng thống tiêu thoát nước.

- Khối 2: Quét tìm nghiệm của bài toán tối ưu. Tức là, tính toán các giá trị hàm mục tiêu C=C(Q, F) với một loạt các điểm (Q, F) nằm trên đường quan hệ ràng buộc nói trên để tìm ra giá trị tốt nhất theo biểu thức (2.17).

Việc tính toán hàm mục tiêu và tìm ra quan hệ ràng buộc (2.16) sẽ được thực hiện với sự hỗ trợ của một công cụ mô hình số thủy văn - thủy lực, mà dự kiến là mô hình SWMM như phân tích lựa chọn ở mục 2.2 sau đây.

Sơ đồ thuật toán tối ưu hóa với hai thông số điều khiển lưu lượng Q và diện tích hồ điều hòa F của hệ thống tiêu thoát nước

2.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC

2.2.1. Khái quát về chọn phương pháp và mô hình tính toán tiêu nước mặt

1. Ý nghĩa của việc chọn phương pháp mô hình trong tính toán tiêu nước

Phương pháp phân tích hệ thống và kỹ thuật mô hình và cho phép tái tạo và mô phỏng được những quá trình mưa úng trên lưu vực, đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các công trình đối với quá trình tiêu nước trên toàn lưu vực, lựa chọn được những phương án quy hoạch, thiết kế và quản lý tối ưu các hệ thống tiêu thoát nước.

Từ những năm 50 của thế kỷ 20, khi kỹ thuật tin học phát triển, việc giải các bài toán tiêu nước được thực hiện với sự trợ giúp của máy tính điện tử. Điều đó đã tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ của một loạt các mô hình tính toán thuỷ văn, thuỷ lực.

Kỹ thuật mô hình có ý nghĩa và hiệu quả lớn đối với các bài toán thuỷ văn, thuỷ lực. Nhờ có tốc độ xử lý thông tin cực nhanh và chính xác của máy tính điện tử mà kỹ thuật mô phỏng toán học ngày càng hoàn thiện, nên các mô hình toán thuỷ văn - thuỷ lực có thể xem xét đánh giá được những tác động và những thay đổi xảy ra trên các lưu vực. Việc ứng dụng các mô hình toán thuỷ văn đối với các bài toán tiêu nước ở nước ta là hướng chắc chắn đem lại hiệu quả cao.

2. Các mô hình có thể sử dụng để tính toán tiêu nước

Mô hình thủy văn, thủy lực và chất lượng nước đều có các mục đích khác nhau và cung cấp các thông tin khác nhau. Bảng PL.3.1 liệt kê một số phần mềm mô hình phổ biến cùng với chức năng của chúng. Bảng này cũng cho biết mức độ phức tạp của dữ liệu đầu vào, mô hình thực hiện phép phân tích đơn hay phân tích liên tục, có được miễn phí hay không, có tính được dòng không ổn định hay không...

Mô hình môi trường, bao gồm mô phỏng nước mưa và chất lượng nước, phức tạp hơn vì nó mô phỏng toán học nhiều quá trình tự nhiên. Các mô hình có thể là đơn giản (như các bảng tính quá trình đơn như dòng chảy từ một trận mưa), cũng có thể là phức tạp (tính toán nhiều quá trình, có những liên hệ bên trong). Số lượng lớn sự bất định trong các mô hình phức tạp sẽ làm cho việc hiệu chỉnh mô hình khó hơn.

Do đó, khi chọn một công cụ mô hình, vừa phải dựa vào mục đích lập mô hình vừa phải xem xét nguồn mô hình sẵn có cùng với những chức năng của nó. Các tiêu chí để lựa chọn mô hình gồm:

- Mục đích sử dụng: Đáp ứng mục đích: quy hoạch, thiết kế, hay vận hành... Đối

với nghiên cứu này, chọn mục đích là: quy hoạch và thiết kế.

- Mô phỏng thủy văn: Mô hình hóa thời gian đơn hay liên tục; có các chức năng mô phỏng thấm, bốc hơi nước, thoát hơi nước, sự hao nước và các quá trình vật lý khác làm giảm lưu lượng dòng chảy. Mô hình cần tính toán được với trận mưa lớn lớn (để kiểm soát ngập lụt), hay với trận mưa nhỏ (để tính toán chất lượng nước), hay cả hai. Đối với

nghiên cứu này, chọn tất cả các loại mô phỏng nêu trên.

- Loại đất: Mô hình có đáp ứng cho các tiểu lưu vực lớn (như ở vùng nông thôn / nông nghiệp) và cho các tiểu lưu vực nhỏ (như ở đô thị). Đối với nghiên cứu này, chọn cả hai loại nêu trên.

- Diện tích được mô hình hóa: Mô hình cần phải tính toán được cho các vùng nhỏ hay là với lưu vực rộng lớn. Đối với nghiên cứu này, chọn mô hình mô phỏng được vùng lớn, bởi vì diện tích lưu vực rất rộng (37.050 ha) với hàng ngàn đối tượng cần mô phỏng.

- Độ phức tạp của mô hình: Cần xem xét mô hình đơn giản hay phức tạp để đủ đáp ứng việc mô phỏng một cách sát thực các quá trình vật lý. Đối với nghiên cứu này, chọn mô hình loại phức tạp.

- Trình độ của người lập mô hình: Kiến thức cụ thể của đội ngũ lập mô hình, hay phải thuê chuyên gia. Đối với nghiên cứu này, chọn loại mô hình mà nhiều người với kiến thức cơ bản của kỹ sư các ngành thủy lợi và cấp thoát nước có thể tiếp cận được.

Trong các mục tiếp theo sẽ mô khái quát và phân tích điều kiện áp dụng một số phương pháp và công cụ tính toán tiêu nước hay được áp dụng ở Việt Nam cũng như trên thế giới, trong đó có tham khảo thông tin ở bảng PL.3.1. Đó là: 1) Phương pháp thuỷ nông và mô hình hồ chứa mặt ruộng; 2) Phương pháp cường độ giới hạn, 3) Phương pháp mô hình Transfert; 4) Phương pháp mô hình Mike; 5) Phương pháp mô hình SWMM.

2.2.2. Phương pháp thuỷ nông và mô hình hồ chứa mặt ruộng

1. Phương pháp xác định hệ số tiêu cho lúa

Nói chung, ở các vùng đồng bằng Việt Nam, kể cả các đô thị, có một tỷ lệ diện tích đất lúa khá lớn. Khác với các loại đất khác, trên đất lúa có thể duy trì một lớp nước mặt với một độ sâu nhất định mà ít làm ảnh hưởng đến năng suất cây lúa. Dựa vào khả năng này có thể dự trữ một lượng nước mưa nhất định trong một khoảng thời gian nhất định để giảm lưu lượng tiêu thoát ra từ ruộng lúa. Khi đó có thể coi các ô ruộng trồng lúa như các “hồ chứa mặt ruộng” (Hình 2.7. ). Chế độ tiêu cho ruộng lúa được đặc trưng bởi sự thay đổi của hệ số tiêu q0 và độ sâu lớp nước mặt ruộng a theo thời gian t do kết quả của mưa và sự điều tiết nước mưa trên ruộng lúa. Sau đây sẽ mô tả phương pháp xác định chế độ tiêu cho lúa theo phương pháp “hồ chứa mặt ruộng” [20] [12].

Giả thiết là nước không được chảy tràn từ ô ruộng nọ sang ô ruộng kia và chỉ chảy qua công trình điều tiết với trạng thái chảy không ngập. Điều này cho phép coi từng ô ruộng là một hồ chứa độc lập, đồng thời toàn hệ thống tiêu là một hồ chứa chung có diện tích bằng tổng diện tích các ô ruộng thành phần.

Sơ đồ công trình tiêu nước mặt ruộng lúa

Đường quá trình mưa P~t (Hình 2.8. ,1) dưới tác dụng điều tiết của ô ruộng sẽ chuyển thành đường quá trình hệ số tiêu q0~t (Hình 2.8. ,2). Chia thời gian thành các thời đoạn nhỏ bằng nhau có độ dài t. Xét đối với thời đoạn thứ i nào đó, phương trình cân bằng nước cho ruộng lúa có thể được viết [20]:

(2.19)

Trong đó:

Pi - Lượng mưa rơi xuống mặt ruộng trong thời đoạn thứ i, mm;

- Lượng hao nước mưa do ngấm và bốc hơi trong thời đoạn thứ i, mm;

Hi1, Hi - Cột nước tràn tại thời điểm cuối thời đoạn thứ i1 và thứ i, mm;

t - Bước thời gian tính toán, giờ;

- Lượng nước thoát ra khỏi ô ruộng trong thời đoạn thứ i, mm.

Biểu đồ hệ số tiêu của mặt ruộng

Nếu tiêu nước bằng công trình tràn, lưu lượng được tính:

(2.20)

Trong đó:

t - Bước thời gian tính toán, giờ;

m - Hệ số lưu lượng tràn;

b - Chiều rộng ngưỡng tràn, m;

- Lượng nước thoát ra khỏi ô ruộng trong thời đoạn thứ i;

- Cột nước tràn bình quân trong thời đoạn thứ i, mm.

Kết hợp các công thức trên, sau vài phép biến đổi, thu được hệ phương trình [20]:

(2.21)

Trong đó

A0 - Chiều cao ngưỡng tràn, lấy A0 bằng độ sâu lớp nước tưới lớn nhất, mm.

- Độ sâu mực nước bình quân trong thời đoạn thứ i, mm.

Giả sử đường qua trình mưa P~t có dạng như ở Hình 2.8. và dạng đường quá trình hệ số tiêu của mặt ruộng sẽ là q0~t. Để xác định quan hệ q0~t và các quan hệ phụ thuộc

~t, ~t cần giải hệ phương trình (2.21). Đối với thời đoạn thứ i nào đó thì khác Hi~t,

và , trong đó nếu các giá trị Hi1, Pi, h0i đã biết, còn các giá trị chưa biết là , Hi,

xác định được thì có thể dễ dàng tìm được 3 đại lượng còn lại.

Sau khi tìm được đường quá trình độ sâu ngập ai~t. Nếu độ sâu ngập đạt mức tối đa theo khả năng chịu ngập cho phép của cây trồng thì việc xác định chế độ tiêu nước là hợp lý. Ở chế độ ngập cho phép, mức giảm năng suất cây trồng không vượt quá giới hạn cho phép; chẳng hạn, với các giống lúa hiện đại có thể được quy định như sau [20] [21]:

- Ngập trên 250 mm không được vượt quá 1 ngày;

- Ngập trên 200 mm không được vượt quá 3 ngày.

2. Phương pháp tính toán tiêu cho cây trồng cạn và các loại đất khác

Đặc điểm của cây trồng cạn (rau, đậu, ngô...) là khả năng chịu ngập kém, nên cần tiêu khẩn trương theo cách mưa đến đâu tiêu đến đấy. Do đó, hệ số tiêu thường lớn so với lúa. Các loại đất không chịu ngập khác (thổ cư, đường xá, khu công nghiệp, công viên...) cũng cần được tiêu úng tương tự như cây trồng cạn. Hệ số tiêu của các loại đất này được xác định theo công thức:

, l/s/ha (2.22)

Trong đó:

C - Hệ số dòng chảy, có thể tra bảng của tài liệu thực nghiệm;

P - Lượng mưa thiết kế trong thời đoạn (mm);

t - Độ dài thời đoạn;

a - Hệ số đổi đơn vị, tùy theo đơn vị của lượng mưa và thời gian mưa mà xác định

a cho phù hợp.

3. Hệ số tiêu tổng hợp

Trong một hệ thống tiêu thường bao gồm nhiều đối tượng cần tiêu như đất lúa, đất cây trồng cạn, đất ao hồ, đất thổ cư, đường xá... Để có chỉ tiêu thiết kế kênh mương và các công trình tiêu cho khu vực bao gồm nhiều loại diện tích khác nhau, người ta dùng hệ số tiêu hệ thống q. Hệ số tiêu này được tính [22]:

(2.23) , l/s/ha

Trong đó:

qA, qB, qC... - Hệ số tiêu cho các loại đất A, B, C...

A, B, C... - Tỷ lệ diện tích của các loại diện tích tiêu A, B, C...

, ,

A, B, C... - Diện tích tiêu các loại đất;

 - Tổng diện tích của toàn khu tiêu.

4. Tính toán lưu lượng tiêu

a. Đối với hệ thống tiêu nhỏ

Lưu lượng từ các điểm trong khu tiêu chuyển về đầu hệ thống trong một thời gian rất ngắn. Vì vậy, có thể coi lưu lượng các nơi chuyển về cùng một lúc, quá trình lưu lượng tiêu của hệ thống có dạng quá trình hệ số tiêu.

(2.24)

Trong đó:

qTK - Hệ số tiêu thiết kế, l/s/ha;

 - Diện tích khu vực tiêu, ha.

b. Đối với hệ thống tiêu lớn

Hiện tượng chậm tới có ảnh hưởng khá nhiều đến quá trình lưu lượng ở cuối lưu vực xem xét. Việc tính toán lưu lượng lớn nhất Qmax khá phức tạp phải dựa vào đường quá trình lưu lượng tiêu. Đường quá trình lưu lượng tiêu tại mặt cắt nào đó sẽ là tổng cộng các đường quá trình lưu lượng của các mặt cắt phía trên nó có kể đến hiện tượng chậm tới. Dựa vào đường quá trình lưu lượng tổng cộng chọn trị số lưu lượng lớn nhất làm lưu lượng thiết kế QTK. Tuy nhiên do hiện tượng chậm tới mà thường lưu lượng QTK thường nhỏ hơn khá nhiều so với lưu lượng lớn nhất Qmax thực tế.

5. Nhận xét về phương pháp thủy nông

Ưu điểm của phương pháp thuỷ nông và mô hình hồ chứa mặt ruộng có thuật toán tương đối đơn giản, dễ thực hiện và được áp dụng nhiều trong tính toán tiêu nước cho các vùng đất nông nghiệp, nhưng hiện nay cũng vận dụng để tính cho tất cả các loại đất, kể cả đất đô thị, trong đó có việc tính cho Hà Nội ở các QH937 và QH4673. Phương pháp này là khá phù hợp để xác định được quá trình tiêu nước trên ruộng lúa, tuy nhiên việc tính toán trên các diện tích khác lại không chính xác.

Xét về tính toán cho cả hệ thống thì nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là độ chính xác không cao do bỏ qua thời gian chậm tới của dòng chảy. Cũng có một số trường hợp người ta kết hợp với mô hình thuỷ lực để biểu diễn sự chậm tới trên hệ thống kênh, khi đó dòng chảy trên bề mặt tính theo phương pháp này được coi như các lưu lượng nút đổ vào hệ thống kênh. Với cách này, độ chính xác của việc tính toán tiêu nước được cải thiện, nhưng do việc tách rời sự biểu diễn dòng chảy mặt ruộng và dòng chảy trên hệ thống kênh nên phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế.

Đối với đô thị Hà Nội, phương pháp này áp dụng để tính toán hệ số tiêu thiết kế và

lưu lượng thiết kế các trạm bơm trong QH937 và QH4673.

2.2.3. Phương pháp cường độ giới hạn

1. Xuất xứ của phương pháp

Để tính toán tiêu nước mưa cho đô thị, người ta hiện nay thường dùng phương pháp “cường độ giới hạn” với việc coi lưu lượng của dòng chảy phụ thuộc vào thời gian mưa và đạt trị số tới hạn khi thời gian mưa bằng thời gian tập trung dòng chảy t, gọi là thời gian mưa tính toán.

Cường độ mưa theo được xác định theo công thức:

, l/s/ha (2.25)

Trong đó:

 - Sức mạnh của trận mưa;

n - Số mũ;

t - Thời gian mưa, ph.

Phương pháp này được D. F. Gorbachev (1920) đầu tiên đề xuất, với lập luận rằng, cường độ mưa phụ thuộc vào 2 thông số là sức mạnh của trận mưa và thời gian mưa. Phát triển phương pháp này, có nhiều công thức như mô tả dưới đây [23] [24].

2. Một số công thức tính toán cường độ mưa tính toán

* Công thức của Viện Thuỷ văn Liên Xô (1941)

(2.26) , l/s/ha

Hoặc công thức:

(2.27) , l/s/ha

Trong đó:

A, B - Các thông số, thay đổi theo khu vực;

q20 - Cường độ mưa tính với thời gian 20 phút;

n - Hệ số mũ, tuỳ theo vùng địa lý;

C - Hệ số có tính đến đặc điểm riêng của từng vùng;

P - Chu kỳ tràn cống, năm;

t - Thời gian mưa tính toán, ph.

* Công thức của Anh

, l/s/ha (2.28)

Trong đó:

S - Sức mạnh của trận mưa;

t - Thời gian mưa tính toán;

n - Hệ số mũ, tuỳ theo vùng địa lý;

c - Hằng số khí hậu.

* Công thức của Mỹ

(2.29) , mm/s

Trong đó:

I60 - Cường độ mưa trong 60 ph với chu kỳ được chọn;

A, n - Các thông số khí hậu.

* Công thức của Reyhonda (Đức)

(2.30) , l/s/ha

Trong đó:

q15 - Cường độ mưa trong 15 phút với chu kỳ tràn cống P=1năm;

Pm - Tần suất mưa;

a, b - Các thống số khí hậu.

* Công thức của Pomjanovski (Ba Lan)

, mm/h (2.31)

Trong đó:

J - Cường độ mưa tính toán, mm/h;

Pm - Tần suất mưa, %;

a - Thông số khí hậu, phụ thuộc thời gian mưa;

n - Thông số khí hậu.

* Công thức của Cục Thuỷ văn (cũ) (Việt Nam)

(2.32) , l/s/ha

Trong đó:

q20 - Cường độ mưa tính với thời gian 20 phút;

n - Hệ số mũ, tuỳ theo vùng địa lý;

C - Hệ số có tính đến đặc điểm riêng của từng vùng;

P - Chu kỳ tràn cống, năm;

t - Thời gian mưa tính toán, ph.

q20, C, b, n - Các hằng số khí hậu, được tra trong [23] cho 47 đô thị của Việt Nam.

* Công thức Trần Hữu Uyển (Việt Nam)

, l/s/ha (2.33)

Trong đó: q20, n, C, P, t đã giải thích như ở công thức (2.32) trên đây.

* Công thức trong tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 (Việt Nam)

, l/s/ha (2.34)

Trong đó:

P, t được giải thích như ở công thức (2.32) trên đây;

A, C, b, n - Các hằng số khí hậu, được tra trong TCVN 7957:2008 [24] cho 48 đô

thị của Việt Nam. Ví dụ, đối với TP Hà Nội: A=5890, C=0,65, b=20, n=0,84.

3. Xác định thời gian mưa tính toán

Khi tính toán cường độ mưa bằng phương pháp cường độ giới hạn, người ta cho rằng thời gian để hạt mưa rơi xuống tại vị trí xa nhất chảy đến mặt cắt đang xét là thời gian mưa tính toán:

(2.35) t = t0 + tr + Σtc, ph

Trong đó:

t - Thời gian mưa tính toán, ph;

t0 - Thời gian tập trung dòng chảy, tính từ điểm xa nhất đến rãnh thoát nước, ph;

tr - Thời gian nước chảy theo rãnh đến giếng thu đầu tiên, ph;

Σtc - Tổng thời gian nước chảy trong các đoạn cống từ giếng thu đầu tiên đến mặt

cắt tính toán, ph.

1. Khu đất 2. Rãnh đường 3. Giếng thu

4. Đoạn cống tính toán 5. Giếng thăm 6. Nhánh nối

Sơ đồ tính toán thời gian dòng chảy

, ph (2.36)

Lr - Chiều dài rãnh đường, m;

vr - Tốc độ nước trong rãnh, m/s;

1,25 - Hệ số kể đến sự tăng dần của tốc độ dòng chảy trong quá trình mưa.

, ph (2.37)

Lc - Chiều dài đoạn cống tính toán, m;

vc - Tốc độ nước trong cống, m/s;

r - Hệ số điều chỉnh, phụ thuộc vào địa hình.

4. Tính toán lưu lượng dòng chảy trên tuyến

Khi coi hệ số dòng chảy  không thay đổi:

, l/s (2.38)

Trong đó:

q - Cường độ mưa tính toán, l/s/ha, tính theo các công thức trên;

F - Diện tích lưu vực, ha;

 - Hệ số dòng chảy, nếu có nhiều loại bề mặt đất thì lấy bình quân gia quyền.

5. Nhận xét về phương pháp cường độ giới hạn

Ưu điểm của phương pháp cường độ giới hạn là có xét đến sự chậm tới của dòng chảy trong công thức cường độ mưa tính toán q với biểu thức (t+b)n ở mẫu số, tức là q tỷ lệ nghịch với thời gian mưa tính toán t, càng chảy về cuối lưu vực thì t càng lớn và q càng thấp cho dù lưu lượng Q càng lớn; tức là biểu diễn được cả sự thay đổi của các yếu tố thuỷ lực theo không gian. Phương pháp cường độ giới hạn thích hợp cho việc thiết kế đường cống trong mạng lưới thoát nước đô thị.

Tuy nhiên, phương pháp này có những nhược điểm sau:

- Chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để tìm ra các thông số khí hậu trong công thức tính cường độ mưa mà không mô phỏng thực quá trình vật lý của sự hình thành dòng chảy trên hệ thống đường dẫn (cống, kênh).

- Biểu diễn sự hình thành dòng chảy trên bề mặt TLV một cách đơn giản thông qua việc ước lượng thời gian t0 của dòng chảy từ bề mặt các ô thoát nước xuống rãnh đường.

- Chỉ tính được một trường hợp thiết kế mà không biểu diễn được sự biến đổi của các yếu tố thuỷ lực theo thời gian. Chính vì vậy mà phương pháp này không dùng được để tính toán trong quá trình vận hành hệ thống thoát nước với các trận mưa thực tế.

Vì những nhược điểm này, tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 [24] đề xuất việc tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước cần theo hai bước: bước 1) thiết kế theo phương pháp cường độ giới hạn; bước 2) dùng mô hình thuỷ lực để kiểm tra kết quả tính toán ở bước 1 và xét thấy cần thiết thì điều chỉnh kết quả ở bước 1.

Đối với đô thị Hà Nội, phương pháp cường độ giới hạn được áp dụng để tính toán

thiết kế cho toàn bộ mạng lưới đường cống thoát nước trong QH1259 và QH725.

2.2.4. Phương pháp mô hình Transfert

1. Cơ sở thiết lập mô hình và phương trình cơ bản

Phương pháp được thực hiện trên cơ sở phương trình liên tục rút ra từ sự chuyển

đổi khối lượng:

(2.39)

Trong đó:

S(t) - Độ cao trữ tại thời điểm t, mm;

i(t) - Cường độ mưa rơi xuống tại thời điểm t, mm/phút;

Q(t) - Cường độ tháo (độ cao tháo đối với thời gian), mm/phút.

Độ cao trữ có thể biểu thị bằng quan hệ:

S(t) = K.Q(t) (2.40)

Trong công thức này, giả thiết độ cao trữ tỉ lệ với lưu lượng tháo theo đơn vị thời

gian bởi hệ số K, tính bằng phút.

Kết hợp (2.39) vào (2.40) được:

(2.41)

K còn được gọi là tham số mô hình.

Giải phương trình vi phân tuyến tính (2.41). Phân tích bài toán bằng cách sai phân

hóa thành các bước thời gian t và qua các phép biến đổi ta được:

(2.42)

Với hệ số K có thể lấy theo công thức kinh nghiệm sau [12]:

(2.43)

Trong đó:

- Tham số bình quân, phút;

F - Diện tích lưu vực, ha;

IMP - Số % diện tích không thấm nước của lưu vực;

P - Độ dốc trung bình, %;

TE - Độ dài của mưa net, phút;

HPE - Độ cao của mưa net, mm;

L - Độ dài của đường tập trung nước chính của lưu vực, m.

Sử dụng công thức (2.42) để tìm đường quá trình lưu lượng. Bài toán được giải tuần tự từ bước n=1 đến n=N, với bước tính toán đầu tiên khi n=1 thì tại thời điểm t=(n1)t=0 giả thiết lượng Q(t)=Q(0)=0.

2. Nhận xét về phương pháp mô hình Transfert

1. Ưu điểm:

- Mô hình này cho ta tìm được đường quá trình cường độ (hoặc lưu lượng) tháo của

lưu vực tính toán theo thời gian Q=Q(t).

- Mô hình đã đề cập đến hàng loạt các yếu tố hình thành nên dòng chảy trong lưu vực: mưa (lượng mưa, cường độ mưa, thời gian mưa), địa hình của lưu vực (độ dốc, chiều dài), diện tích không thấm nước v.v... Vì vậy mô hình có tính chất tổng quát.

- Mô hình phản ánh được bản chất của đường quá trình cường độ tiêu là do sự điều

tiết lượng nước đến (mưa) của lưu vực.

- Mô hình dễ sử dụng, các tài liệu dùng để tính toán không đòi hỏi quá chi tiết.

2. Nhược điểm:

- Việc xác định hệ số K là rất phức tạp, trong thực tế phải dựa vào công thức kinh

nghiệm (2.43).

- Việc xác định các đại lượng trong công thức tính hệ số K ở trên phụ thuộc khá

nhiều vào chủ quan của người tính toán.

Mô hình này hay được sử dụng để tính tiêu cho đô thị để xác định nhanh lưu lượng tiêu thiết kế tại cửa ra của lưu vực. Đặng Tiến Dũng (2008) sử dụng để xác định đường quá trình cường độ tháo Q cho 4 lưu vực sông (Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu) đối với trận mưa 8 giờ thiết kế (Hình 2.10. ) [12].

Xác định cường độ tiêu theo phương pháp Transfert [12]

2.2.5. Phương pháp mô hình Mike

1. Mô hình Mike 11

a. Khái quát

Mike 11 là một trong phần mềm trong bộ chương trình Mike do Viện Thuỷ lực Đan Mạch xây dựng và phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới. Sự ra đời của bộ chương trình này đã mở ra một thời kỳ mới cho việc ứng dụng tính toán thuỷ văn, thuỷ lực cho lưu vực sông với nhiều ứng dụng khác nhau trong một quá trình từ khi mưa rơi đến khi kết thúc dòng chảy tại một mặt cắt.

Phiên bản mới nhất Mike 11 là một hệ thống mô hình một chiều gồm rất nhiều các modul liên kết chặt chẽ với nhau và tuỳ vào khả năng nguồn số liệu hiện có mà người sử dụng có thể sử dụng các modul độc lập hoặc liên kết với nhau.

b. Khả năng tính toán

Mike 11 chuyên dùng để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. Mike 11 là công cụ mô phỏng động lực một chiều trên cơ sở đầu vào là quá trình mưa - dòng chảy được tính từ mô hình bộ phận (NAM). Do vậy mô hình Mike 11 thuộc lớp mô hình lưu vực sông, mô tả toàn bộ quá trình mưa - dòng chảy của một lưu vực sông mà không cần liên kết với các mô hình khác.

Mô hình tổng thể Mike 11 phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Mike 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng

dụng quy hoạch. Modul mô hình thuỷ động lực (HD) là phần trung tâm của hệ thống lập mô hình Mike 11 và tạo thành cơ sở cho hầu hết các modul bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các modul vận chuyển bùn cát. Modul Mike 11-HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng (phương trình Saint Venant).

c. Các ứng dụng liên quan của Mike 11 bao gồm:

- Tính toán quá trình mưa - dòng chảy (tạo đầu vào cho tính toán thủy lực);

- Tính toán quá trình lũ và dự báo lũ từ mưa.

- Vận hành hồ chứa.

- Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ.

- Tính toán cao độ ngập trong bãi tràn khi tràn đồng.

- Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước mặt.

- Thiết kế các hệ thống kênh dẫn.

- Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông.

2. Mô hình Mike 21

Mike 21 là một mô hình thuộc bộ chương trình Mike, thuộc lớp mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy và mực nước không ổn định với giả thiết là dòng chảy có tính chất đồng nhất về mật độ theo chiều thẳng đứng.

Mike 21 đã được sử dụng để tính toán các quá trình động lực, bùn cát để chỉnh trị sông, cửa sông, ven bờ tại hơn 100 nước trên thế giới, có thể lấy một số ví dụ điển hình sau đây về việc tính toán phục vụ việc chỉnh trị sông:

- Đoạn sông Hằng qua Bangladesh (nắn dòng qua công trình, chống xói lở).

- Sông Vida của Hà Lan (chống ngập lụt qua các công trình đê, kè).

- Sông Tây Giang của Trung Quốc (chống ngập lụt qua các công trình đê, kè).

- Đoạn sông Amazon của Brasin (chống ngập lụt qua các công trình đê, kè).

Mô hình Mike 21 đang được một số cơ quan Việt Nam sử dụng để nghiên cứu, tính toán phục vụ việc chỉnh trị sông, như: Viện Quy hoạch thuỷ lợi, Viện Khoa học khí tượng thuỷ văn và môi trường, Trường ĐH Thủy lợi, Viện Khoa học thuỷ lợi, TEDI Bắc, TEDI Nam...

3. Mike Urban

Mike Urban là sự kết hợp giữa kỹ thuật mô phỏng thủy văn - thủy lực với công cụ chủ đạo GIS của ESRI. Kết quả cho ra một phần mềm tiêu chuẩn công nghiệp mới về mô hình hóa hệ thống phân phối nước và mạng lưới tiêu thoát nước. Có một gói mô hình hoàn chỉnh về thoát nước mưa và nước thải mà trong đó có sử dụng SWMM5.

Nét đặc trưng của Mike Urban là:

- Môi trường tích hợp GIS vào mô hình hoàn hảo.

- Được hỗ trợ bởi kỹ thuật GIS từ ESRI.

- Cấu trúc mở và mô hình dữ liệu mở.

- Đầy đủ, không cần thêm bất kì công cụ GIS hay phần mềm bản quyền nào.

- Bao gồm tất cả mọi thứ cần thiết để phân tích úng ngập.

- Kết nối với GIS, CAD và như một mô hình quản lý.

Mike Urban kết hợp môi trường mở với kỹ thuật mô hình bản quyền vào trong một

thể thống nhất, mạnh, giao diện mở.

4. Mike Mouse

MOUSE (MOdel for Urban SEwers) là một phần mềm mô hình hóa hệ thống thu gom nước thải đô thị và nước mưa. MOUSE là phần mềm được DHI phát triển vào năm 1983. Bộ MOUSE được sử dụng trong mô đun CS-Pipeflow của phần mềm mô hình thủy lực Mike Urban. MOUSE bao gồm các module sau:

HD - Dòng chảy: tính toán dòng không ổn định trong đường ống và mạng lưới kênh.

RDII - Dòng vào phụ thuộc vào lượng mưa (cũng giống của SWMM).

RTC - Kiểm soát thời gian thực: xác định và mô phỏng các chương trình kiểm soát

thời gian thực cho các hệ thống thoát nước đô thị.

PD - Thiết kế ống: tự động tính đường kính đường ống cho các đường ống được

thiết kế dựa trên tiêu chí do người sử dụng xác định.

LTS - Mô phỏng và thống kê thời gian dài: mô phỏng liên tục chuỗi thời gian dài,

bao gồm cả khi mưa và khi trời khô.

ST - Vận chuyển bùn cát: mô phỏng vận chuyển cặn trong ống, sự rửa trôi và lắng

đọng đối với cặn đồng nhất hoặc phân tầng.

AD - Phản ứng - Phân rã: mô phỏng sự di chuyển và phân rã tuyến tính của các chất

ô nhiễm đã giải phóng ra.

WQ - Chất lượng nước: mô phỏng loạt quá trình chất lượng nước, bao gồm sự phân

hủy của BOD / COD, thuỷ phân chất lơ lửng, tăng sinh khối, tiêu thụ oxy...

5. Nhận xét

Bộ chương trình Mike được đánh giá là phần mềm công nghệ cao ở trên thế giới và áp dụng được cho nhiều khu vực, lưu vực sông có đặc điểm khác nhau về địa hình, điều kiện khí tượng thủy văn. Tuy nhiên, chi phí mua phần mềm khá lớn nên đã hạn chế tính phổ biến của nó; mặt khác việc mô phỏng trạm bơm và máy bơm của bộ phần mềm này chưa chi tiết bằng SWMM như sẽ mô tả ngay dưới đây.

2.2.6. Phương pháp mô hình SWMM

1. Giới thiệu chung về phương pháp

Phương pháp SWMM (Storm Water Management Model) và phần mềm cùng tên [25] [26] là mô hình động lực học dòng chảy mặt do mưa theo một thời đoạn hay nhiều thời đoạn. Thành phần RUNOFF phân tích một tập hợp các TLV thu nước mưa tạo ra dòng chảy mặt. Thành phần TRANT của SWMM mô phỏng sự vận chuyển dòng chảy mặt qua một hệ thống các đường cống, kênh mương, công trình trữ nước, máy bơm và các công trình điều tiết nước. SWMM theo dõi cả về lượng và chất của dòng chảy mặt sinh ra trong mỗi TLV; lưu lượng dòng chảy, độ sâu và chất lượng nước trong từng đường cống và kênh mương trong suốt thời gian mô phỏng với nhiều thời đoạn. Mô hình này mô phỏng động lực học dòng chảy, bao gồm cả dòng chảy ổn định và không ổn định theo thời gian dài.

2. Các khả năng của mô hình

SWMM tính toán được nhiều quá trình thủy lực khác nhau, bao gồm:

- Lượng mưa biến đổi theo thời gian.

- Bốc hơi trên mặt nước.

- Sự cản nước mưa tại các chỗ địa hình lõm có khả năng chứa nước.

- Sự ngấm của nước mưa xuống các lớp đất chưa bão hòa.

- Thấm của nước ngấm xuống các tầng nước ngầm.

- Sự trao đổi giữa nước ngầm và hệ thống tiêu.

- Chuyển động tuyến của dòng chảy trên mặt đất và ở các hồ chứa phi tuyến.

Tính biến thiên theo không gian trong tất cả các quá trình này có thể đạt được nhờ việc chia vùng nghiên cứu các vùng nhỏ, các TLV đồng nhất mà mỗi TLV đó chứa các tiểu diện tích thấm và tiểu diện tích không thấm.

SWMM cũng có khả năng linh hoạt mô phỏng về thủy lực dòng chảy tuyến trong hệ thống tiêu gồm nhiều thành phần: đường ống, kênh mương, công trình trữ nước, công trình điều chỉnh dòng chảy. Các thành phần này có thể là:

- Mạng lưới các phần tử của hệ thống tiêu với quy mô không hạn chế.

- Các đường dẫn với nhiều dạng mặt cắt khác nhau, có thể là ống kín hoặc kênh hở,

có thể là mặt cắt tiêu chuẩn hoặc phi tiêu chuẩn ở dạng tự nhiên.

- Mô phỏng các phần tử đặc biệt như: công trình trữ nước hoặc xử lý nước, công

trình phân dòng, máy bơm, đập tràn và cống.

- Các dòng chảy từ bên ngoài vào, các điểm nhập lưu chất lượng nước từ dòng chảy mặt, dòng nước ngầm hòa trộn vào, dòng thấm hoặc dòng chảy vào phụ thuộc mưa, dòng chảy nước thải, và dòng chảy vào do người sử dụng chỉ định.

- Áp dụng phương pháp tính dòng chảy tuyến theo sóng động học hoặc theo sóng

động lực học.

- Mô hình các chế độ dòng chảy khác nhau như: nước đọng, nước ngập tràn, dòng

chảy ngược, sự hình thành vũng ngập trên mặt đất.

- Các quy tắc điều khiển do người sử dụng định ra để mô phỏng hoạt động của máy

bơm, cánh cửa van của cống, cao độ ngưỡng tràn...

Ngoài việc mô phỏng sự hình thành và vận chuyển dòng chảy mặt, SWMM còn có khả năng tính toán sự vận chuyển chất ô nhiễm có liên hệ với dòng chảy mặt. Các quá trình sau đây có thể được mô phỏng bởi SWMM:

- Sự tích tụ chất ô nhiễm khi trời khô trên khắp các loại đất dùng khác nhau.

- Sự rửa trôi chất ô nhiễm từ các loại đất dùng riêng biệt trong suốt trận mưa.

- Đóng góp trực tiếp của lượng mưa rơi.

- Suy giảm sự tích tụ chất ô nhiễm khi trời khô do hoạt động quét rửa đường phố.

- Suy giảm sự vận tải chất rửa trôi do hoạt động BMP (quản lý thực hành tốt nhất).

- Sự xâm nhập của dòng chảy nước thải khi trời khô và dòng chảy từ bên ngoài vào

do người sử dụng chỉ định tại điểm nào đó trong hệ thống tiêu.

- Chuyển động theo tuyến của các phần tử chất lượng nước trên khắp hệ thống tiêu.

- Suy giảm nồng độ chất qua quá trình xử lý trong các công trình trữ nước hoặc bởi

các quá trình tự nhiên trong các đường ống và đường kênh.

3. Các ứng dụng của SWMM

Kể từ khi ra đời, SWMM đã được sử dụng trong hàng nghìn nghiên cứu về tiêu

thoát nước mưa trên khắp thế giới. Các ứng dụng tiêu biểu của SWMM là:

- Thiết kế và bố trí các thành phần của hệ thống tiêu để kiểm soát úng ngập.

- Bố trí các công trình trữ nước (điều hòa nước) và các thiết bị của chúng để kiểm

soát ngập lụt và bảo vệ chất lượng nước.

- Lập bản đồ ngập lụt của các hệ thống kênh tự nhiên.

- Vạch ra các phương án làm giảm hiện tượng chảy tràn của mạng lưới thoát nước.

- Đánh giá tác động của dòng chảy vào và dòng thấm lên sự chảy tràn của hệ thống

thoát nước thải.

- Sự tạo thành các tải lượng chất ô nhiễm từ các nguồn không tập trung đối với các

nghiên cứu về phân bố chất thải.

- Tạo ra các hiệu ứng của BMP để làm giảm sự tải chất ô nhiễm khi trời mưa.

4. Các đối tượng trong mô hình

Tập hợp các đối tượng của SWMM để mô tả một hệ thống tiêu thoát nước gồm:

- Mô hình mưa. - Tiểu lưu vực. - Nút nối. - Nút cửa xả. - Nút công trình trữ nước. - Đường dẫn (kênh hở, cống thoát nước với nhiều loại tiết diện). - Máy bơm. - Công trình điều chỉnh dòng chảy (cống, tràn, cửa thoát). - Tầng ngậm nước. - Dòng chảy vào từ bên ngoài. - Các lệnh điều khiển. - Các đường quan hệ. - Các đường quá trình theo thời gian. - Các mẫu hình thời gian.

5. Phương pháp tính toán của SWMM

SWMM là một mô hình mô phỏng dựa vào vật lý với thời gian rời rạc. SWMM sử dụng các nguyên lý về bảo toàn khối lượng, năng lượng và động lượng. Các phương pháp mà SWMM sử dụng để mô phỏng về khối lượng và chất lượng dòng chảy với các quá trình vật lý cơ bản của một hệ thống tiêu, bao gồm:

- Dòng chảy mặt.

- Nước ngầm.

- Dòng chảy tuyến.

- Dòng chảy chất.

- Thấm.

- Sự tạo thành vũng ngập trên bề mặt.

Sau đây sẽ mô tả tóm tắt phương pháp xác định cho từng quá trình vật lý đó.

6. Phương pháp tính toán dòng chảy mặt

Quan niệm về dòng chảy mặt mà SWMM sử dụng thể hiện trên Hình 2.11. Mỗi bề mặt TLV được coi như một “hồ chứa” phi tuyến. Dòng chảy vào đến từ lượng mưa và dòng chảy từ các TLV nào đó ở phía thượng lưu được khai báo. Các dòng chảy ra bao gồm: ngấm, bốc hơi, dòng chảy mặt. Dung tích của “hồ chứa” này là mức trữ nước điền trũng tối đa, đó là mức trữ bề mặt lớn nhất được tạo ra như sự tạo thành hồ chứa, sự làm ướt bề mặt và sự cản nước. Lưu lượng dòng chảy mặt Q trên một đơn vị diện tích sinh ra chỉ khi độ sâu nước trong “hồ chứa” vượt quá mức trữ nước tối đa dp, tính theo công thức Manning. Độ sâu nước d trên TLV được cập nhật liên tục theo thời gian t qua phép giải số cho phương trình cân bằng nước trên TLV.

SWMM mô phỏng động lực học dòng chảy nước mưa trên bề mặt các TLV dựa trên

cơ sở của phương trình liên tục và công thức thực nghiệm Manning-Strickler:

(2.48)

(2.49)

Trong đó:

i - Cường độ mưa;

L - Chiều dài dòng chảy tràn;

f - Cường độ thấm;

Q - Lưu lượng chảy ra khỏi TLV;

B - Chiều rộng TLV;

y - Chiều sâu dòng chảy mặt;

yd - Chiều sâu lớp nước trữ trên bề mặt; Quan niệm về dòng chảy mặt CM - Hệ số đổi đơn vị, CM=1 (với hệ SI);

S - Độ dốc của TLV;

n - Hệ số nhám của bề mặt TLV.

7. Phương pháp tính toán thấm

Thấm (Infiltration) là quá trình nước mưa xuyên qua bề mặt vào trong đới chưa bão

hòa ở các diện tích thấm được của TLV. Có 3 lựa chọn để mô phỏng thấm:

a. Phương pháp Horton

Dựa trên quan trắc thực nghiệm, Horton (1940) cho rằng cường độ thấm giảm đi theo qua hệ hàm số mũ, bắt đầu từ một cường độ ban đầu lớn nhất nào đó tới một cường độ nhỏ nhất nào đó trong suốt quá trình diễn biến của trận mưa:

(2.50)

Trong đó:

fp - Cường độ thấm của nước trên bề mặt vào đất tại thời gian t, mm/h;

fc - Cường độ thấm nhỏ nhất hay lúc bão hoà;

f0 - Cường độ thấm lớn nhất hay tại lúc ban đầu;

t - Thời gian tính từ lúc bắt đầu mưa rơi, h;

k - Hằng số triết giảm, 1/h.

Các thông số đầu vào cần thiết cho phương pháp này bao gồm các trị số cường độ

thấm lớn nhất và nhỏ nhất, hệ số triết giảm biểu thị tốc độ thấm giảm đi theo thời gian, thời gian cần thiết để đất từ lúc bão hòa đến lúc khô hoàn toàn, và tổng lượng nước thấm tiềm năng vào lớp đất có chiều dày quy đổi là h tính bằng mm.

Đồ thị thấm Horton

b. Phương pháp Green-Ampt

Phương pháp này mô hình sự thấm với giả thiết có một “mặt ướt” là ranh giới giữa lớp đất bên dưới chưa bão hoà với lớp bên trên đã bão hoà. Mặt ướt này di chuyển dần từ trên xuống dưới và đi vào lớp đất chưa bão hoà bên dưới. Các thông số đầu vào cần thiết là độ thiếu ẩm ban đầu của đất, hệ số ngấm của đất và độ cao hút nước tại mặt ướt.

c. Phương pháp số đường cong

Sơ đồ thấm Green-Amp

Phương pháp số đường cong (Curve Number Method) cho rằng, có thể tìm được tổng dung lượng thấm của đất từ đường cong số cho dưới dạng bảng. Trong suốt trận mưa dung lượng này bị suy giảm dần theo một hàm số của lượng mưa và dung lượng còn lại. Các thông số đầu vào cho phương pháp này là đường cong số, hệ số thấm của đất và thời gian cần cho đất bão hòa hoàn toàn đến khô hoàn toàn.

8. Phương pháp tính toán nước ngầm

Hình 2.14. minh hoạ khái niệm về một mô hình nước ngầm hai vùng mà SWMM sử dụng. Vùng đất phía trên chưa bão hoà với độ ẩm là θ; vùng đất phía dưới đã bão hoà hoàn toàn vì vậy độ ẩm của nó được cố định tại độ rỗng φ. Các lượng nước được tính theo thể tích trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian bao gồm:

Mô hình nước ngầm hai vùng

fI - Lượng nước từ bên trên mặt đất thấm xuống đất;

fEU - Lượng thoát bốc hơi nước từ lớp đất phía trên, tính theo tỷ lệ cố định của bốc

hơi bề mặt;

fU - Lượng nước thấm từ lớp đất phía trên xuống lớp đất phía dưới, phụ thuộc vào

độ ẩm θ của lớp đất phía trên và chiều sâu dU;

fEL - Lượng bốc hơi từ lớp đất phía dưới, phụ thuộc vào chiều sâu của lớp đất phía

trên dU;

fL - Lượng nước thấm từ lớp đất phía dưới vào nước ngầm tầng sâu, phụ thuộc vào

chiều sâu dL của lớp đất phía dưới;

fG - Lượng nước ngầm ở phía bên chảy vào hệ thống kênh tiêu, phụ thuộc vào chiều

sâu lớp đất thấp hơn dL và chiều sâu của kênh hoặc nút nhận nước.

Sau khi tính toán dòng chảy trong thời đoạn đang xét, dùng phương trình cân bằng khối lượng viết cho sự thay đổi thể tích nước trữ trong mỗi lớp đất, từ đó tính được chiều sâu mực nước ngầm mới và độ ẩm của lớp đất chưa bão hoà cho thời đoạn tiếp theo.

9. Phương pháp diễn toán dòng chảy

Trong phương pháp SWMM, dòng chảy bên trong đường dẫn bị chi phối bởi các phương trình bảo toàn khối lượng và động lượng cho dòng chảy biến đổi dần, không ổn định (tức là các phương trình Saint Venant).

Phương trình liên tục:

(2.51)

Phương trình động lực:

(2.52)

Trong đó:

Q - Lưu lượng chuyển qua mặt cắt kênh đang xét, m3/s;

v - Tốc độ dòng chảy ở mặt cắt đang xét, m/s;

A - Diện tích mặt cắt ướt tại vị trí đang xét, m2;

H - Cột nước áp suất (m) tại mặt cắt đang xét, H = z + h, với z là cao độ đáy đường

dẫn và h là chiều sâu nước trong đường dẫn tại mặt cắt đang xét.

Sf - Độ dốc ma sát (độ dốc mặt nước):

(2.53)

Trong đó:

k = gn2, với n là hệ số nhám;

R - Bán kính thuỷ lực, m.

Hệ phương trình (2.51) và (2.52) được giải theo phương pháp sai phân hữu hạn với sơ đồ hiện. Hệ thống diễn toán dòng chảy được thành phần EXTRAN của SWMM mô phỏng dưới dạng một hệ thống các nút và các đường dẫn nước.

Trong SWMM, có thể chọn một trong các lựa chọn sau đây về mức độ chính xác

dùng để giải các phương trình đó:

- Dòng chảy đều;

- Dòng chảy tuyến sóng động học;

- Dòng chảy tuyến sóng động lực học.

SWMM sử dụng công thức Manning để biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng (Q), diện

tích mặt cắt ướt (A), bán kính thủy lực (R), và độ dốc (S) trong đường dẫn:

(2.54)

Trong đó:

n - Hệ số nhám Manning;

S - Độ dốc, cũng được hiểu là độ dốc của đường dẫn hoặc độ dốc thủy lực, tùy theo

phương pháp tính thủy lực dòng chảy tuyến là sóng động học hay sóng động lực học.

Đối với các ống tiết diện tròn của mạng cống thoát nước, thay cho công thức

Manning, dùng công thức Darcy-Weisbach cho dòng chảy đầy có áp:

(2.55)

Trong đó:

g - Gia tốc trọng trường;

f - Hệ số nhám dọc đường Darcy-Weisbach.

Không cần phải gán dạng chảy đầy có áp cho một đường nối để cho nó làm việc có áp. Bất cứ dạng tiết diện kín nào cũng có thể có khả năng chảy có áp, do đó cũng giống như đối với tiết diện tròn.

10. Phương pháp tính toán hồ điều hòa

Trong SWMM, người ta áp dụng phương trình cơ bản tính toán điều tiết hồ:

(2.56)

Trong đó:

A - Diện tích mặt hồ (m2);

Z - Cao trình mực nước trong hồ (m);

QIN, QOUT - Lưu lượng vào và ra khỏi hồ, (m3/s);

t - Thời gian, (s); P - Cường độ mưa trên mặt hồ, (m/s).

Sai phân hoá phương trình trên với bước thời gian ti=ti−ti−1 (s), được:

(2.57)

Trong đó:

- Diện tích mặt hồ trung bình ở thời đoạn thứ i (m2);

Zi, Zi−1 - Cao trình MN cuối thời đoạn thứ i và i−1, (m);

Pi - Lượng mưa rơi trực tiếp xuống mặt hồ trong thời đoạn thứ i, (mm);

QINi, QOUTi - Lưu lượng vào và ra trung bình ở thời đoạn thứ i, (m3/s).

11. Phương pháp tính toán điền trũng trên bề mặt

Thông thường trong diễn toán dòng chảy, khi dòng chảy vào một nút vượt quá khả năng của hệ thống vận chuyển nước ở phía hạ lưu của nó, phần thể tích vượt quá sẽ chảy tràn ra khỏi hệ thống và bị mất đi. Có một lựa chọn để làm cho dung tích vượt quá này được trữ lại bên trên nút dưới dạng một “vũng ngập” (pond), và dung tích đó sẽ được đưa trở lại hệ thống khi khả năng của hệ thống cho phép.

Khi diễn toán dòng chảy đều và dòng chảy sóng động học thì nước của vũng ngập được trữ chỉ đơn giản là thể tích nước vượt quá. Đối với dòng chảy sóng động lực học chịu ảnh hưởng bởi các độ sâu nước duy trì tại các nút, thể tích nước vượt quá được giả định tạo thành vũng ngập bên trên nút với diện tích bề mặt không đổi. Diện tích bề mặt này là một thông số đầu vào cung cấp cho một nút.

Như là một tùy chọn, ta có thể biểu diễn hệ thống chảy tràn trên bề mặt. Trong hệ thống kênh hở nó có thể bao gồm sự chảy tràn trên đường tại các cầu hoặc các điểm giao cắt với ống ngầm cũng như với các diện tích trữ nước của vùng đồng trũng thêm vào. Trong các hệ thống đường dẫn kín, dòng chảy tràn trên bề mặt có thể được chuyển xuống các đường phố bên dưới, các thung lũng, hoặc các tuyến khác trên mặt đất đến cửa nhận nước mưa hoặc một kênh hở tiếp theo. Dòng chảy tràn cũng có thể được lưu giữ trong các chỗ trũng trên bề mặt, như là: bãi đỗ xe, sân đua hoặc các diện tích khác.

12. Phương pháp tính toán dòng chảy chất lượng nước

Ngoài việc mô phỏng thủy lực, SWMM còn có khả năng biểu diễn chất lượng nước trong phạm vi một đường ống hoặc kênh với giả thiết rằng đường ống hoặc kênh được xem như là bể phản ứng khuấy trộn liên tục.

Dòng chảy tuyến chất lượng nước (water quality routing) bên trong các đường nối cho rằng, đường dẫn xử lý như một bể phản ứng khuấy trộn liên tục (continuously stirred tank reactor). Nồng độ của một chất tồn tại trong đường dẫn tại thời điểm cuối của bước thời gian được tính toán thông qua việc kết hợp phương trình bảo toàn khối lượng.

Mô hình chất lượng nước trong các nút công trình trữ nước cũng tuân theo cùng một cách tiếp cận như đối với các đường dẫn. Đối với các loại nút khác không có thể tích, chất lượng nước tồn tại trong nút chỉ đơn giản là sự pha trộn nồng độ của tất cả dòng chảy đi vào nút.

13. Nhận xét về phương pháp SWMM

Từ những mô tả về tính năng của phương pháp SWMM ở trên, thấy rằng phương

pháp này có rất nhiều ưu điểm:

- Xét được hầu hết các bộ phận và các đối tượng của hệ thống tiêu từ mặt ruộng cho

đến cửa xả, tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh.

- Xét được các quá trình của nước theo thời gian, tức là mô phỏng thời gian liên tiếp.

- Khi cần thiết, sau khi mô phỏng thuỷ lực, có thể mô phỏng chất lượng nước và sự lan truyền chất ô nhiễm (BOD, Tổng Coliform, Tổng N, Tổng P, Chất lơ lửng, Xói mòn đất).

- Có phần mềm cùng tên là SWMM dễ sử dụng, được miễn phí do US EPA (US

Enviro-nmental Protection Agency) cung cấp, do liên quan đến bảo vệ môi trường.

- Phần mềm SWMM là một công cụ tính toán thủy văn - thủy lực mạnh, có thể mô phỏng một hệ thống không giới hạn số phần tử, tốc độ tính toán nhanh, giao diện thân thiện, dễ nhập và lấy ra số liệu dưới nhiều dạng khác nhau.

- So với các phần mềm tính toán tiêu khác, SWMM mô phỏng máy bơm rất chi tiết, có xét đến đường đặc tính máy bơm, nên rất thích hợp với việc nghiên cứu hệ thống tiêu thoát nước có cả trạm bơm.

Vì những ưu điểm này, kể từ khi ra đời năm 1971 và đến nay trải qua một số lần nâng cấp lớn, SWMM luôn luôn được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới cho các công tác quy hoạch, phân tích và thiết kế hệ thống tiêu thoát nước, bao gồm mạng lưới thoát nước mưa, mạng lưới thoát nước thải và các hệ thống tiêu thoát nước khác trong các vùng đô thị, trong đó cũng có thể bao gồm cả những diện tích không phải là đất đô thị.

Hạn chế của SWMM là việc mô phỏng ngập tràn khi mạng lưới thoát nước quá tải

còn đơn giản, bởi vì SWMM là mô hình một chiều.

Sau đây là một số ví dụ về sử dụng SWMM:

- Tại Trung Quốc, SWMM là một trong những mô hình được sử dụng rộng rãi trong công tác quy hoạch và quản lý lũ lụt đô thị [27]. Ví dụ, đã mô phỏng ngập lụt đô thị cho TP Đông Quan, nơi có đô thị hoá nhanh chóng, hay đã mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước hỗn hợp lưu vực sông Chuan Fang của thành phố Côn Minh [28].

- Tại Hàn Quốc, dựa trên mô phỏng SWMM nhiều tác giả đã tiến hành các nghiên cứu về tiêu thoát nước: nghiên cứu phân tích cho vùng nguy hiểm ngập lụt đô thị [29] (Kim K. - 2005); phân tích đặc điểm của mô hình dòng chảy đô thị [30] (Kim M. - 2005); nghiên cứu giảm dòng chảy mặt có sử dụng LID [32] (Park J. - 2008); nghiên cứu cải thiện các vùng thường xuyên bị ngập lụt [33] (Park S. - 2011); nghiên cứu đánh giá cho tổn thường do ngập cục bộ trong khu đô thị [34] (Shon T. - 2010) v.v...

- Cũng tại Hàn Quốc, Don Gon Choi và Jinmu Choi (2015) phát triển thêm tập tin GeoSWMM để kết nối dữ liệu GIS và SWMM để tăng tính hiệu quả của SWMM và đã nghiên cứu cho lưu vực Seocho 2-dong thuộc TP Seoul. Ngoài ra, việc tạo ra bản đồ đánh giá ngập lụt theo giờ bởi SWMM đã trợ giúp nhiều cho công tác quy hoạch phòng chống thiên tai do lũ [35].

- Ở Brasil, trong nghiên cứu [36], Souza1 R. (2011) đã sử dụng mô hình SWMM để thực hiện các tính toán thủy văn - thủy lực cho lưu vực Capivara, một lưu vực được đặc trưng bởi sự biến đổi bề mặt từ thượng lưu (đất nông nghiệp) đến hạ lưu (đất đô thị).

- Tại Việt Nam, nhiều công trình nghiên cứu về tiêu nước đã sử dụng công cụ SWMM, như nghiên cứu của Nguyễn Song Dũng (2004) “Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý điều hành hệ thống thoát nước sông Tô Lịch - TP Hà Nội” [10]; nghiên của của Lưu Văn Quân (2015) “Nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống hồ điều hoà nhằm giảm tổng mức đầu tư hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp đất nông nghiệp - đô thị” [11], và hàng loạt các công trình nghiên cứu khác trong các đề tài khoa học, luận án, luận văn, dự án [3] [4] [13] [14] [16] [37]... cho các hệ thống tiêu thoát nước với quy mô khác nhau ở TP Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và một số đô thị khác...

- Ngoài mô hình cơ bản SWMM của EPA, các phần mềm thương mại có chứa công cụ SWMM như PC-SWMM, InfoSWMM, XPSWMM và Mike Urban (SWMM /

Mouse) được cung cấp các tính năng tính toán cơ bản của SWMM với giao diện người dùng - đồ họa, các công cụ bổ trợ và một số tính năng tính toán bổ sung khác.

2.2.7. Chọn phương pháp và mô hình tính toán tiêu thoát nước

Trên đây đã nêu ra 5 phương pháp tính toán tiêu nước thường được áp dụng:

(1) Phương pháp thuỷ nông và mô hình hồ chứa mặt ruộng;

(2) Phương pháp cường độ giới hạn;

(3) Phương pháp mô hình Transfert;

(4) Phương pháp mô hình Mike;

(5) Phương pháp mô hình SWMM.

Các phương pháp từ (1) đến (3) trên đây có một số tồn tại sau:

- Trong tính toán đã tách rời các bộ phận của hệ thống tiêu thoát nước: tầng khí quyển, bề mặt hình thành dòng chảy, tầng dưới mặt đất, đường dẫn (trên kênh, ống cống), các công trình trên hệ thống (máy bơm, hồ điều hoà, đập tràn, cửa điều tiết, cửa thoát ra nguồn...). Điều đó dẫn đến sự không đồng bộ trong tính toán và không phản ánh được toàn bộ quá trình vật lý của nước trong hệ thống tiêu thoát nước.

- Thường tính toán với dòng ổn định nên không diễn tả được toàn bộ quá trình làm việc của hệ thống tiêu theo thời gian. Kết quả tính toán còn phụ thuộc rất nhiều vào chủ quan của người thực hiện.

- Phương pháp (1) coi sự tập trung dòng chảy là đồng thời, dẫn đến sai khác giữa tính toán với thực tế là rất nhiều, và tất nhiên là sai số về kết quả tính ra lưu lượng cũng rất lớn mà chưa được kiểm nghiệm.

- Ở một số phương pháp, có sự kết hợp không tốt giữa tính toán cho một vùng vừa có đất đô thị hoặc đất công nghiệp với đất nông nghiệp, trong đó có diện tích lúa. Ngay ở Hà Nội, việc xác định lưu lượng thiết kế cho trạm bơm tiêu cho vùng có cả đất nội thành và đất ngoại thành chưa có luận cứ rõ ràng và còn có nhiều tranh luận.

- Hiện nay, trong quá trình đô thị hoá nhanh, nhiều khu đô thị mới và khu công nghiệp đang được xây dựng, sự chuyển đổi từ bề mặt đất nông nghiệp sang bề mặt đất đô thị và công nghiệp làm tăng mức độ úng ngập và làm quá tải hệ thống tiêu hiện có. Việc tính toán cho một vùng có cả đất đô thị và đất nông nghiệp, có cả hệ thống kênh tiêu hở và hệ thống cống tiêu ngầm cần được nghiên cứu tiếp.

- Một số phương pháp, trong đó có mô hình Mike và SWMM, đã đề cập đến một hệ thống hỗn hợp với nhiều loại đất có tính chất bề mặt khác nhau: mặt đất trống, bãi cỏ, mặt nhựa đường, mặt đường bê tông, mặt rải đá dăm sỏi...

Qua phân tích đặc điểm và tính năng của các phương pháp tính toán tiêu nước trên đây,

thấy rằng phương pháp SWMM phù hợp với đối tượng nghiên cứu, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí chọn mô hình, được miễn phí và khi cần thiết có thể tích hợp vào các phần mềm có các tính năng mở rộng khác.

2.3. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC NGHIÊN CỨU

2.3.1. Các loại đối tượng cần mô phỏng

Ở chương trước, đã tiến hành phân tích một số phương pháp và đã lựa chọn phương pháp SWMM để tiến hành nghiên cứu. Sau đây là những đối tượng cùng với những thuộc tính của chúng cần được đưa vào mô hình.

Ở hình vẽ dưới đây, trình bày cách mà một tập hợp các đối tượng nhìn thấy của SWMM có thể được bố trí để biểu diễn một hệ thống tiêu thoát nước mưa. Các đối tượng này có thể được hiển thị trên bản đồ trong không gian làm việc của SWMM. Các mục sau sẽ mô tả từng đối tượng này.

Ví dụ về sự thể hiện các đối tượng vật lý dùng để mô hình hóa một hệ thống tiêu

1. Biểu mưa

Biểu mưa (Rain Gage) cung cấp số liệu mưa cho một hoặc nhiều TLV. Số liệu mưa có thể là một dãy số theo thời gian được nhập trực tiếp vào SWMM hoặc lấy từ một file số liệu từ bên ngoài. Các thuộc tính đầu vào chủ yếu của biểu mưa gồm:

- Kiểu số liệu mưa (ví dụ: theo cường độ, theo lượng, hoặc theo lượng tích lũy).

- Khoảng thời gian đo mưa (ví dụ: từng giờ, từng 15 phút...); đối với hệ thống nghiên

cứu chọn thời đoạn mưa là 1 h.

- Nguồn số liệu mưa (ví dụ: dãy số theo thời gian, hay file bên ngoài).

- Tên của nguồn số liệu mưa.

2. Tiểu lưu vực

Tiểu lưu vực (Subcatchment) là các đơn vị thủy văn (hydrologic unit) ở mặt đất, nơi mà địa hình và các yếu tố của hệ thống tiêu gửi dòng chảy mặt tới một điểm thoát nước ra. Các điểm thoát nước ra có thể là các nút của hệ thống tiêu hoặc là TLV khác.

TLV được chia thành diện tích thấm và diện tích không thấm. Diện tích không thấm được chia thành hai tiểu diện tích: một tiểu diện tích có khu lõm trữ nước, còn tiểu diện tích kia thì không có. Dòng chảy từ diện tích này có thể chảy tới diện tích khác, hoặc cả hai diện tích có thể đổ thẳng tới cửa ra của TLV.

Dòng thấm của nước mưa từ diện tích thấm của TLV xuống lớp đất chưa bão hòa có thể được biểu diễn bằng một trong ba mô hình: 1) Mô hình Horton, 2) Mô hình Green- Ampt, 3) Mô hình số đường cong SCS. Ở đây, chọn mô hình thấm Horton.

Để mô phỏng dòng chảy ngầm giữa một tầng ngậm nước bên dưới TLV và một nút của hệ thống tiêu, TLV được gán một bộ thông số nước ngầm. Đối với khu vực Hà Nội, lớp đất dưới bề mặt thông thường là lớp đất thịt hoặc sét, mức độ trao đổi nước tầng trên với nước ngầm là không đáng kể nên có thể bỏ qua việc mô phỏng tầng ngậm nước. Các thông số đầu vào khác được gán cho từng TLV bao gồm:

- Biểu mưa;

- Nút ra của TLV;

- Diện tích TLV;

- Bề rộng thủy văn đặc trưng của dải dòng chảy mặt;

- Tỷ lệ diện tích không thấm;

- Độ dốc TLV;

- Hệ số nhám n cho diện tích thấm và không thấm;

- Độ sâu trữ nước ở diện tích thấm và không thấm;

- Tỷ lệ phần trăm của diện tích không thấm không trữ nước.

3. Nút nối

Nút nối (Junction) là nơi nối các đường dẫn với nhau. Chúng có thể biểu diễn sự hợp lưu của các kênh mương, các miệng cống trong hệ thống tiêu thoát nước, hoặc các mối nối cống. Dòng chảy từ bên ngoài có thể nhập vào hệ thống tại các nút nối. Nước thừa tại một nút nối có thể trở thành có áp và lúc đó các đường dẫn nối với nó bị quá tải và nước có thể đi ra khỏi hệ thống để tạo thành vũng ngập bên trên nút nối và sau đó lại được rút trở lại nút nối khi có thể. Các thông số đầu vào chủ yếu của nút là:

- Cao trình đáy nút;

- Chiều cao từ đáy nút tới mặt đất;

- Diện tích bề mặt của vũng ngập (tùy chọn);

- Số liệu của dòng chảy từ bên ngoài vào nút (nếu có).

4. Nút cửa xả

Cửa xả (Outfall) là các nút đầu cuối của hệ thống tiêu thường được chỉ định làm các biên hạ lưu cuối cùng khi mô phỏng dòng chảy tuyến theo sóng động lực học. Đối với các kiểu mô phỏng khác cho dòng chảy tuyến, chúng được coi như là một nút nối. Các điều kiện biên tại một cửa xả có thể được mô tả bởi một trong các quan hệ sau:

- Độ sâu dòng chảy tới hạn hoặc bình thường trong đường dẫn nối với cửa xả;

- Một cao trình mực nước cố định;

- Một con triều, cho ở dạng bảng số biểu diễn quan hệ độ cao theo giờ trong ngày;

- Một biểu đồ mực nước theo thời gian do người sử dụng chỉ định.

Các thông số đầu vào chủ yếu đối với cửa xả bao gồm:

- Cao độ đáy cửa xả;

- Kiểu điều kiện biên và sự mô tả;

- Sự có mặt của cửa van để ngăn dòng chảy ngược qua cửa xả.

5. Nút công trình trữ nước

Công trình trữ nước (Storage Unit), còn gọi là hồ điều hoà, là nút có dung tích lưu nước. Tất nhiên, công trình trữ nước có thể nhỏ như là chỗ trũng hoặc có thể rộng như một hồ nước lớn. Các thuộc tính dung tích của công trình trữ nước được biểu diễn bằng một công thức hoặc một bảng số thể hiện quan hệ diện tích mặt nước theo chiều sâu. Các thông số đầu vào chính của công trình trữ nước gồm:

- Cao trình đáy;

- Độ sâu lớn nhất;

- Số liệu về quan hệ độ sâu - diện tích mặt nước;

- Tỷ lệ phần mặt nước có thể bốc hơi;

- Diện tích điền trũng khi bị úng ngập (tùy chọn);

- Lưu lượng vào từ bên ngoài (tùy chọn).

6. Đường dẫn

Đường dẫn (Conduit) là các đường ống hoặc kênh hở chuyển nước từ nút này tới nút khác. Đường dẫn có thể là loại kín hoặc hở và có các dạng tiết diện tiêu chuẩn (tròn, chữ nhật, hình thang, tam giác, nửa tròn, hình elip, hình trứng, hình bệt, hình vòm...). Đối với dạng mặt cắt ngang bất quy tắc, sử dụng đối tượng trắc ngang (Transect) xác định sự biến đổi của độ sâu theo khoảng cách. Các thông số đầu vào của đường dẫn:

- Khoảng bù độ cao bên trên đáy của nút vào và nút ra, hoặc cao trình đường dẫn tại

vị trí nút vào và nút ra;

- Chiều dài đường dẫn;

- Hệ số nhám Manning;

- Các đặc trưng hình học của tiết diện;

- Tổn thất vào, ra (tùy chọn).

7. Máy bơm

Máy bơm (Pump) là đường nối để nâng nước lên một cao trình cao hơn. Cần gán cho máy bơm một đường đặc tính. Máy bơm chuyển tiếp lý tưởng là máy bơm mà lưu lượng của nó bằng lưu lượng đến nút vào. Loại máy bơm mô phỏng đơn giản này không cần đường đặc tính và là đường nối dòng chảy ra từ nút vào của nó. Các trạng thái đóng mở máy có thể được điều khiển động thông qua việc khai báo mực nước mở máy và tắt máy tại nút vào hoặc bởi các lệnh điều khiển đặt ra.

Các thông số đầu vào chính của máy bơm là:

- Tên đường đặc tính bơm;

- Trạng thái ban đầu đóng hay mở;

- Độ sâu mở máy và độ sâu tắt máy.

8. Công trình điều chỉnh dòng chảy

Công trình điều chỉnh dòng chảy (Flow Regulator) là công trình dùng để điều chỉnh

và phân dòng chảy bên trong hệ thống. Chúng thường được dùng để:

- Điều khiển sự tháo nước từ các công trình trữ nước;

- Ngăn chặn sự quá tải dòng chảy không thể chấp nhận được;

- Phân dòng chảy tới các công trình xử lý và công trình chặn nước (interceptors);

- SWMM có thể mô hình các dạng công trình điều chỉnh dòng chảy: cống (orifices),

tràn (weirs) và cửa thoát (outlets).

* Cống (Orifices)

Cống được dùng để mô hình các công trình thoát nước và phân dòng trong hệ thống tiêu, chúng thường là các chỗ hở có dạng lỗ hoặc vòi ngắn đặt trên tường cống, công trình trữ nước, hoặc một cửa van điều chỉnh. Cống được biểu diễn là một đường nối nối liền hai nút. Cống có thể có dạng tròn hoặc chữ nhật, được bố trí ở dưới đáy hoặc dọc bên cạnh của nút thượng lưu, và có cánh van để ngăn dòng chảy ngược. Cột nước của cống có thể được khống chế động thông qua các lệnh điều khiển do người sử dụng khai báo. Các thông số đầu vào của cống gồm có:

- Kiểu (đáy hoặc bên);

- Dạng miệng (tròn hoặc chữ nhật);

- Chiều cao hoặc cao trình trên đáy nút vào;

- Hệ số lưu lượng;

- Thời gian mở hoặc đóng.

* Tràn (Weirs)

Cũng như cống, tràn được dùng để mô hình công trình cửa ra và công trình phân dòng trong hệ thống tiêu. Các tràn thường được bố trí ở miệng cống, dọc bên bờ kênh, hoặc trong công trình trữ nước. Tràn có thể có một cánh van để ngăn dòng chảy ngược.

Chiều cao ngưỡng tràn trên đáy nút vào có thể được điều chỉnh một cách động thông qua các lệnh điều khiến. Điều này có thể được dùng để mô hình các đập như đập cao su. Các thông số đầu vào chính của tràn gồm:

- Hình dạng hình học;

- Chiều cao ngưỡng trên đáy nút vào;

- Hệ số lưu lượng.

* Cửa thoát (Outlets)

Cửa thoát là công trình khống chế lưu lượng, chủ yếu được dùng để khống chế dòng chảy từ các công trình trữ nước. Cửa thoát được dùng để mô hình hoá quan hệ cột nước - lưu lượng, đặc biệt khi quan hệ đó không mô tả được bởi máy bơm, cống, hoặc tràn. Có thể khai báo một đường cong để xác định lưu lượng ra là hàm số của cột nước qua cửa thoát. Có thể dùng các lệnh điều khiển để điều chỉnh một cách động lưu lượng này trong một điều kiện nhất định. Các thông số đầu vào chủ yếu của cửa thoát gồm:

- Chiều cao hoặc cao trình trên đáy nút vào;

- Hàm số hoặc bảng số biểu diễn quan hệ cột nước - lưu lượng.

9. Tầng ngậm nước

Tầng ngậm nước (Aquifer) là vùng nước ngầm dưới mặt đất dùng để mô hình sự chuyển động thẳng đứng của nước thấm xuống từ bề mặt TLV bên trên đó. Nó cũng cho phép sự ngấm vào của nước ngầm vào trong hệ thống tiêu hoặc sự ngấm ra của nước mặt từ hệ thống tiêu phụ thuộc vào độ dốc thủy lực tại đó.

Tầng ngậm nước được miêu tả bằng hai đới, đới không bão hòa và đới bão hòa. Động thái của chúng được đặc trưng bởi các thống số như độ rỗng của đất, hệ số thấm, độ sâu thoát bốc hơi, cao trình đáy và mức tổn thất xuống nước ngầm dưới sâu. Ngoài ra, cũng cần phải cung cấp mực nước ngầm ban đầu và độ ẩm ban đầu của đới không bão hòa.

Tầng ngậm nước nối với TLV và nút của hệ thống tiêu được khai báo trong thuộc tính dòng chảy nước ngầm (Groundwater Flow) của TLV. Thuộc tính này gồm các thông số chi phối lưu lượng nước ngầm giữa đới bão hòa của tầng ngậm nước và nút của hệ thống tiêu.

10. Trắc ngang

Trắc ngang (Transect) gồm các số liệu hình học để mô tả cao độ thay đổi theo phương

ngang trên mặt cắt ngang của một kênh tự nhiên hoặc một đường dẫn dạng bất quy tắc. Mỗi trắc ngang được cấp một cái tên duy nhất. Các đường dẫn được quy với cái tên đó để biểu diễn hình dạng của nó. SWMM tự chuyển các số liệu này sang các bảng về diện tích, chiều rộng mặt và bán kính thủy lực theo độ sâu kênh.

11. Dòng chảy vào từ bên ngoài

Để bổ sung cho dòng chảy nhận từ TLV và từ nước ngầm, các nút của hệ thống tiêu

còn có thể nhận thêm 3 loại dòng chảy vào từ bên ngoài:

- Dòng chảy vào trực tiếp. Đây là những dãy số theo thời gian của lưu lượng trực tiếp đổ vào nút khai báo. Chúng có thể được dùng để biểu diễn lưu lượng nước và dòng chảy chất lượng nước một cách áp đặt.

- Dòng chảy vào khi trời khô. Đây là dòng chảy vào liên tục phản ánh sự đóng góp từ nước thải vệ sinh trong hệ thống tiêu thoát nước hoặc từ các dòng chảy cơ bản trong các ống và các kênh.

- Dòng thấm và dòng chảy vào phụ thuộc mưa (RDII). Đây là dòng chảy nước mưa đi vào cống tiêu do “dòng chảy vào” từ các mối nối trực tiếp của các cống thoát nước, các máy bơm nước thải.

12. Các lệnh điều khiển

Các lệnh điều khiển (Control Rules) xác định cách thức mà các máy bơm và các công trình điều chỉnh dòng chảy trong hệ thống sẽ được điều khiển trên khắp tiến trình của một mô phỏng.

13. Đường cong

Đường cong (Curves) được dùng để mô tả một quan hệ hàm số giữa hai đại lượng.

Các kiểu đường cong sau đây được dùng trong SWMM:

Storage - Biểu diễn sự biến đổi của diện tích mặt nước của công trình trữ nước theo độ sâu. Shape - Biểu diễn sự biến đổi của bề rộng của một tiết diện tự tạo theo chiều cao

đối với một đường dẫn.

- Diversion - Quan hệ giữa lưu lượng phân dòng với lưu lượng tổng cộng đối với

một nút công trình phân dòng.

- Tidal - Biểu diễn tả sự thay đổi động thái mực nước tại nút cửa xả theo các giờ trong ngày. - Pump - Biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng qua máy bơm với độ sâu hoặc thể tích

của nút thượng lưu, hoặc với cột nước mà máy bơm tạo ra.

- Rating - Biểu diễn quan hệ lưu lượng qua một đường nối cửa ra với chênh lệch cột

nước qua cửa ra.

- Control - Xác định thiết đặt điều khiển của máy bơm hoặc của công trình điều chỉnh nước thay đổi theo một hàm số của biến điều khiển (như mực nước tại một nút nào đó) như được chỉ định trong lệnh điều khiển. 14. Dãy số theo thời gian

Dãy số theo thời gian (Time Series) mô tả thuộc tính của một đối tượng nào đó biến

đổi theo thời gian. Dãy số theo thời gian có thể được sử dụng để mô tả:

- Số liệu mưa;

- Dao động thái mực nước tại các nút cửa xả;

- Số liệu nhiệt độ;

- Số liệu bốc hơi;

- Biểu đồ lưu lượng của dòng chảy vào từ bên ngoài tại các nút của hệ thống tiêu;

- Biểu đồ lượng ô nhiễm của dòng chảy vào từ bên ngoài tại các nút của hệ thống;

- Các thiết đặt điều khiển cho các máy bơm và các công trình điều chỉnh nước.

Mỗi một dãy số theo thời gian được đặt một cái tên duy nhất và có thể gán cho một

số cặp số liệu giá trị theo thời gian.

15. Mẫu hình thời gian

Mẫu hình thời gian (Time Pattern) cho phép lưu lượng dòng chảy khi trời khô từ bên ngoài biến đổi dưới dạng tuần hoàn. Chúng bao gồm một tập hợp các thừa số hiệu chỉnh được dùng như là các nhân tử cho các lưu lượng hoặc nồng độ chất ô nhiễm.

2.3.2. Các số liệu đầu vào cơ bản của mô hình

1. Sơ đồ chung của hệ thống

Hệ thống tiêu nghiên cứu thuộc đô thị trung tâm phía nam của TP Hà Nội, có diện tích lưu vực là 37.050 ha. Tham khảo các nghiên cứu ở 4 quy hoạch gần đây, phân lại lưu vực nghiên cứu thành các lưu vực thành phần (Hình 2.16. ) như sau:

1) Lưu vực Hồ Tây (F=872 ha); 2) Lưu vực Yên Sở (diện tích F=7.541 ha); 3) Lưu vực Tây Hà Nội (F=19.276 ha); 4) Lưu vực Ba Xã (F=1.061 ha); 5) Lưu vực Đông Mỹ (F=2.229 ha); 6) Lưu vực Tả Thanh Oai (F=3.829 ha); 7) Lưu vực Khê Tang (F=1.587 ha); 8) Lưu vực Thạch Nham 1 (F=656 ha).

Việc phân chia các lưu vực thành phần được tham khảo tại các nghiên cứu và quy hoạch, cơ bản dựa vào cách phân chia của của Quy hoạch 725, vì quy hoạch này cho biết cụ thể hướng tiêu thoát nước của từng tiểu lưu vực vào từng cống hoặc kênh nào và cuối cùng về trạm bơm đầu mối tương ứng. Đường biên các lưu vực thành phần được rà soát và chỉnh sửa cho phù hợp hơn các nghiên cứu trước. Riêng lưu vực ở hạ lưu cống Hà Đông dự kiến đặt tên là lưu vực Hạ Hà Đông hay lưu vực Hiền Giang.

Sơ bộ bố trí các công trình tiêu chính cho từng lưu vực thành phần, bao gồm các

trạm bơm đầu mối, các kênh trục, các hồ điều hòa... và cũng sơ họa trên hình vẽ này.

Sơ đồ hệ thống tiêu nghiên cứu và bố trí các công trình tiêu chủ yếu

2. Số liệu mưa

a. Mô hình mưa thiết kế dạng 1 - Dạng mưa điển hình

Đối với LV Yên Sở, dùng mưa trạm Hà Nội (Láng), đối với các lưu vực khác dùng mưa trạm Hà Đông. Lượng mưa ngày đặc trưng (1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất) được trình bày như Bảng 1.4. Lấy trận mưa 29÷31/10/1994 làm mưa điển hình, phân phối theo giờ để được mô hình mưa thiết kế 72 giờ max tần suất 10%, sao cho trong đó chứa mưa 24 giờ max tần suất 10% (Bảng 2.1. , Bảng 2.2. , Hình 2.17. , Hình 2.18. ). Mô hình mưa này đã được dùng cho tính toán trong các dự án về thoát nước cho đô thị Hà Nội gần đây [1] [4] [38].

Bảng 2.1. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông, phân phối theo mưa điển hình (mm)

Tần suất 10%

Giờ

Điển hình 1994 30/8

29/8 11,92 14,39 13,53 15,68 9,78 2,90 1,93 0,97 2,15 2,15 28,79 30,94 14,61 3,76 4,08 0,11 0,11 0,97 1,07 1,61 1,83 2,90 1,18 0,75 168,10

31/8 8,65 6,43 0,42 15,50

Ngày 2 Ngày 3 4,84 3,60 0,00 0,00 0,24 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 8,68

Ngày 1 15,65 18,88 17,75 20,57 12,82 3,80 2,54 1,27 2,82 2,82 37,75 40,57 19,16 4,93 5,35 0,14 0,14 1,27 1,41 2,11 2,39 3,80 1,55 0,99 220,48

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Tổng ngày: Tổng trận:

1,06 2,02 2,97 1,70 10,50 40,21 76,28 23,02 6,79 2,97 4,99 6,37 4,99 1,70 4,03 2,86 0,64 0,21 193,30 376,90

0,59 1,13 1,66 0,95 5,88 22,52 42,71 12,89 3,80 1,66 2,79 3,56 2,79 0,95 2,26 1,60 0,36 0,00 0,00 0,00 0,00 0,12 0,00 0,00 108,22 337,38

Bảng 2.2. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Nội, phân phối theo mưa điển hình (mm)

Tần suất 10%

Giờ

Điển hình 1994 30/8

29/8

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14

9,86 15,15 17,39 17,79 22,16 0,20 0,92 0,81 1,53 7,52 18,50 13,12 14,54 3,05

0,22 0,22 0,87 1,41 0,33 3,47 0,54 68,23 14,21 11,82 4,56 5,86 4,34 2,50

31/8 12,36 0,57 3,18

Ngày 2 Ngày 3 10,11 0,46 2,60 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,18 0,18 0,71 1,15 0,27 2,84 0,44 55,83 11,63 9,68 3,73 4,79 3,55 2,04

Ngày 1 12,62 19,39 22,25 22,77 28,37 0,26 1,17 1,04 1,95 9,63 23,68 16,79 18,61 3,90

Tần suất 10%

Giờ

Điển hình 1994 30/8

29/8

7,83 1,22 0,20 5,39 0,61 1,83 4,47 5,39 0,31 0,61 170,40

31/8 16,10

Ngày 1 10,02 1,56 0,26 6,90 0,78 2,34 5,73 6,90 0,39 0,78 218,09

Ngày 2 Ngày 3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 13,17

4,53 2,75 0,89 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,00 0,89 106,88

14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Tổng ngày: Tổng trận:

5,53 3,36 1,09 0,98 1,09 130,60 317,10

338,14

Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 1 - trạm Hà Đông

Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 1 - trạm Hà Nội

b. Mô hình mưa thiết kế dạng 2 - Dạng mưa tam giác

Do chế độ thủy văn, thủy lực trong hệ thống tiêu thoát nước khá nhạy cảm với dạng mưa. Vì vậy, ngoài việc sử dụng mô hình mưa thiết kế dạng 1 ở trên, cần kiểm tra thêm với dạng mưa phân phối theo dạng tam giác kiểu đối xứng. Cũng dùng số liệu mưa 3 ngày max tần suất 10% của trạm Hà Nội và Hà Đông ở Bảng 1.4. , tiến hành phân phối để có mưa 72 giờ max, trong đó chứa mưa 24 giờ max tần suất 10% vào ngày giữa. Kết quả thể hiện ở các bảng và các hình vẽ sau (Bảng 2.3. , Hình 2.19. , Hình 2.20. ).

Bảng 2.3. Lượng mưa 72 giờ TS 10% phân phối theo mưa tam giác (mm)

Giờ

Hà Đông Ngày 2 Ngày 3 4,769 4,566 4,363 4,161 3,958 3,755 3,552 3,349 3,146 2,943 2,740 2,537 2,334 2,131 1,928 1,725 1,522 1,319 1,116 0,913 0,710 0,507 0,304 0,101 58,45

Ngày 1 0,101 0,304 0,507 0,710 0,913 1,116 1,319 1,522 1,725 1,928 2,131 2,334 2,537 2,740 2,943 3,146 3,349 3,552 3,755 3,958 4,161 4,363 4,566 4,769 58,45

Ngày 1 0,104 0,313 0,521 0,729 0,938 1,146 1,355 1,563 1,772 1,980 2,188 2,397 2,605 2,814 3,022 3,231 3,439 3,647 3,856 4,064 4,273 4,481 4,689 4,898 60,03

Ngày 3 4,898 4,689 4,481 4,273 4,064 3,856 3,647 3,439 3,231 3,022 2,814 2,605 2,397 2,188 1,980 1,772 1,563 1,355 1,146 0,938 0,729 0,521 0,313 0,104 60,03

5,137 5,874 6,610 7,346 8,082 8,819 9,555 10,291 11,027 11,763 12,500 13,236 13,236 12,500 11,763 11,027 10,291 9,555 8,819 8,082 7,346 6,610 5,874 5,137 220,48 337,38

Hà Nội Ngày 2 5,129 5,849 6,568 7,288 8,008 8,727 9,447 10,167 10,886 11,606 12,325 13,045 13,045 12,325 11,606 10,886 10,167 9,447 8,727 8,008 7,288 6,568 5,849 5,129 218,09 338,14

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-3 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Tổng ngày: Tổng trận: Chi chú: Trận mưa thiết kế chứa mưa 24 h max TS10%

Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 2 (dạng tam giác) - trạm Hà Đông

Mô hình mưa giờ thiết kế dạng 2 (dạng tam giác) - trạm Hà Nội

3. Mực nước

Bảng 2.4. Mực nước tính toán (m) tại cửa xả các trạm bơm

Trạm bơm Sông Mực nước Ghi chú

Liên Mạc Hồng 12,62

Nam Thăng Long Hồng 12,47

Yên Sở Hồng 11,04

Đông Mỹ Hồng 10,89

Yên Thái Đáy 6,82 Mực nước tính toán tại cửa xả các trạm bơm có được thông qua tính toán tần suất mực nước sông và nội suy giữa hai trạm thủy văn trên và dưới cửa xả.

Đào Nguyên Đáy 6,72

Yên Nghĩa (hạ lưu cống La Khê) Đáy 6,62

2.3.3. Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước

Bước đầu tiên trong việc mô phỏng một mạng hệ thống tiêu thoát nước là xác định sự bố trí các phần tử cơ bản. Vấn đề này sẽ được giải quyết thuận lợi khi có sự trợ giúp của bản đồ số cùng với sự quản lý không gian của phần mềm bản đồ.

Từ các số liệu và bản đồ quy hoạch, trong đó có QH725, tiến hành giản lược hoá bản đồ và sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước. Trên bản đồ thể hiện vị trí các công trình của hệ thống tiêu thoát nước. Để thuận tiện cho việc nhập số liệu và phần mềm SWMM, trên bản đồ này còn ghi một số thông tin chính của các đối tượng:

- Ranh giới các TLV và số liệu về diện tích, hướng chảy.

- Các tuyến cống đường phố, cùng với số liệu về kích thước tiết diện cống, chiều

dài cống, độ dốc cống.

- Các tuyến kênh mương cùng với số liệu về kích thước tiết diện kênh mương, chiều

dài cống, độ dốc kênh.

- Các hồ điều hòa cùng với số liệu về diện tích, cao độ đáy, mực nước nhỏ nhất, độ

sâu lớn nhất.

- Các nút nối cùng với số liệu về cao độ đáy nút, cao độ đỉnh nút.

Công việc này được tiến hành cho toàn bộ lưu vực nghiên cứu với diện tích 37.050 ha. Từ đó xây dựng được sơ đồ bố trí hệ thống tiêu thoát nước vẽ trên nền CAD (Hình 2.21. )

Chuyển sang dạng file ảnh để làm bản đồ nền (backdrop) cho việc vẽ bản đồ làm việc (working map) của SWMM. Hình 2.22. minh hoạ một phần hệ thống tiêu thoát nước dưới dạng file ảnh.

Vẽ sơ đồ mạng lưới thoát nước và phân chia tiểu lưu vực trên bản CAD

Minh họa hệ thống tiêu thoát nước được sơ đồ hoá dưới dạng ảnh

2.3.4. Thiết lập mô hình hệ thống tiêu thoát nước trên SWMM

1. Tổng quát về hệ thống tiêu thoát nước mô phỏng

Với công cụ mô phỏng SWMM, tiến hành mô hình hoá hệ thống tiêu thoát nước nghiên cứu vào phần mềm SWMM. Trước hết, tạo các đối tượng và tạo các thuộc tính của các đối tượng nhìn thấy trên bản đồ làm việc (working map):

- Các đối tượng nhìn thấy trên bản đồ mô hình: Mô hình mưa; Các tiểu lưu vực;

Các nút nối; Các đường dẫn (cống, kênh); Các công trình trữ nước (hồ điều hòa); Các tràn; Các cống; Máy bơm; Cửa xả...

- Các đối tượng không nhìn thấy trên bản đồ mô hình: Đặc tính máy bơm; Mô hình

thấm; Các quy tắc điều khiển; Các đường cong; Các dãy số theo thời gian...

- Tóm tắt quy hệ thống tiêu mô phỏng:

3 1693 0 HORTON (Số mô hình mưa) (Số TLV) (Số tầng nước ngầm) (Kiểu mô hình thấm theo Horton)

(Số nút) (Số cửa xả) (Số công trình chia nước) (Số nút hồ điều hòa)

2036 70 0 86 0 (Số đường nối) (Số máy bơm) (Số đường nối là cống dạng lỗ) (Số đường nối là cống dạng tràn) (Số đường thoát)

Raingages Subcatchments Aquifers Infiltration ------------------------------------------ 2036 Junction Nodes Outfall Nodes 9 Flow Divider Nodes 9 Storage Unit Nodes 56 ------------------------------------------ Conduit Links Pump Links Orifice Links Weir Links Outlet Links ------------------------------------------ Flow Units CMS DYNWAVE Flow Routing 200 Control Rules (Đơn vị đo lưu lượng là m3/s) (Dòng chảy theo sóng động lực học) (Các lệnh điều khiển)

2. Tạo thuộc tính các tiểu lưu vực

Các thông số đầu vào khác được gán cho TLV bao gồm:

- Biểu mưa: Nhập tên biểu mưa tính toán.

- Diện tích TLV: Nhập số liệu đo trực tiếp trên bản đồ nền.

- Bề rộng đặc trưng của dải dòng chảy trên mặt đất: Nhập số liệu đo.

- Tỷ lệ diện tích không thấm: Lấy từ 25÷35% tuỳ theo khu vực.

- Độ dốc TLV: 0,01% ÷ 0,02% thuỳ theo khu vực.

- Mô hình thấm Horton: f0=1,0 mm/h; fc=0,25 mm/h; α=4; Tdry=7 ngày h=60 mm.

- Hệ số nhám bề mặt n: Bề mặt không thấm n=0,020, bề mặt thấm n=0,15÷0,20.

- Độ sâu trữ nước ở diện tích thấm và không thấm.

- Tỷ lệ phần trăm của diện tích không thấm không trữ nước.

Hệ thống tiêu của toàn bộ lưu vực nghiên cứu mô phỏng trên SWMM

3. Tạo thuộc tính của các đối tượng

Ngoài đối tượng TLV, có khá nhiều các loại đối tượng trong mô hình như đã mô tả

ở mục (2.3.1. ) trên đây.

Công việc tiếp theo gồm:

- Tạo thuộc tính các đường dẫn;

- Tạo thuộc tính các cống điều tiết;

- Tạo thuộc tính các máy bơm;

- Tạo thuộc tính các hồ điều hòa;

- Tạo thuộc tính cửa xả; nhập biên mực nước tại cửa ra của 8 trạm bơm theo số

mực nước bình quân 3 ngày max vơi số liệu ở Bảng 2.4. .

- Tạo các lệnh điều khiển máy bơm;

- Tạo lệnh điều khiển cống.

Một phần bản đồ làm việc SWMM trên nền ảnh hệ thống khu vực gần TB Liên Mạc

4. Tạo các điều kiện biên

- Biên mưa là biên trên của mô hình mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước. Nhập số liệu biên mưa của tất cả các TLV theo số liệu ở các bảng (Bảng 2.2. , Bảng 2.1. , Bảng 2.3. ) cho mưa thiết kế dạng 1 và dạng 2. Các số liệu mực nước này nhập vào SWMM theo các dãy số theo thời gian.

- Biên mực nước là biên dưới của mô hình. Nhập số liệu mực nước cửa ra của 8 trạm bơm: Liên Mạc, Nam Thăng Long, Yên Sở, Đông Mỹ (ra sông Hồng), Yên Thái, Đào Nguyên, Yên Nghĩa (ra sông Đáy) theo số mực nước bình quân 3 ngày max tần suất 10%; số liệu như ở Bảng 2.4. . Các số liệu mực nước này nhập vào SWMM theo các dãy số theo thời gian, hoặc đơn giản có thể coi là không đổi trong đợt tiêu 3 ngày.

2.3.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

1. Số liệu phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Việc mô phỏng hệ thống tiêu cho toàn lưu vực nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện quy hoạch đến năm 2030. Riêng LV Yên Sở, các công trình chính (trạm bơm đầu mối, các trục tiêu chính, các tuyến cống nhánh lớn, các hồ điều hoà...) đến nay về cơ bản đã được xây dựng hoàn chỉnh theo DA của JICA giai đoạn I và II, trong đó TB Yên Sở đã được xây dựng hoàn thiện đủ lưu lượng thiết kế Q=90 m3/s (5máy×3m3/s + 15máy×5m3/s) vào cuối năm 2010. Đây là điều kiện tốt để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình, mà trước hết sẽ tiến hành cho LV Yên Sở nhằm xác định bộ thông số mô hình, rồi áp dụng cho các phân lưu vực còn lại theo tính chất tương tự.

Cũng từ năm 2011 trở đi, số liệu về chế độ vận hành và thời thời gian chạy máy cụ thể của từng máy bơm trong 20 máy của bơm Yên Sở được lưu lại cụ thể. Từ tháng 5/2016 Công ty Thoát nước Hà Nội đưa vào sử dụng hệ thống tự ghi mưa (trên 20 điểm) và máy tự động đo mực nước ở các thủy chí trên khắp các kênh trục chính, từ đó có số liệu đo đạc thực tế trên hệ thống chi tiết hơn so với trước năm 2016.

Do chỉ thu thập được số liệu tại điểm đập tràn C là điểm quan trọng nhất. Các điểm

đo khác không có đủ số liệu hoặc số liệu không thích hợp cho việc kiểm định.

Với điều kiện số liệu như trên, xem xét một số trận mưa lớn và quyết định dùng số liệu trận mưa 24÷28/5/2016 để hiệu chỉnh mô hình, sau đó kiểm nghiệm mô hình với số liệu trận mưa 22÷26/5/2012 và 17÷21/8/2012.

2. Chỉ tiêu đánh giá mô hình

Để đánh giá sự phù hợp giữa tính toán và thực đo trong báo cáo sử dụng phương pháp

thử sai và dùng chỉ tiêu Nash-Sutcliffe (1970) để đánh giá kết quả tính toán của mô hình:

(2.58)

Trong đó: NSE - Hệ số hiệu quả mô hình; i - Chỉ số số liệu;

- Giá trị tính toán theo mô hình;

Xi - Giá trị thực đo;

- Giá trị thực đo trung bình.

3. Hiệu chỉnh mô hình

Thời gian đóng mở từng máy bơm của TB Yên Sở trong trận mưa từ 24÷28/5/2016

cũng được đưa vào mô hình tính.

Chạy mô hình với trận mưa từ ngày 24÷28/5/2016 có lượng mưa 281,09 mm, sau khi xuất kết quả kiểm tra so sánh theo chỉ tiêu Nash-Sutcliffe đường mặt nước tính toán của mô hình với giá trị đo đạc thực tế tại nút sT26 (trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C) trên hệ thống (Hình 2.26. ).

Bảng 2.5. Mức độ mô phỏng của mô hình tương ứng với chỉ số Nash-Sutcliffe

NSE 0,9 ÷ 1 0,7 ÷ 0,9 0,5 ÷ 0,7 0,3 ÷ 0,5

Mức độ mô phỏng Tốt Khá Trung bình Kém

Đồ thị lượng mưa của trận mưa 24÷28/5/2016 đưa vào trong mô hình

Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ ngày 24÷28/5/2016

Kết quả tính toán giữa đường mô hình và thực tế theo chỉ tiêu Nash-Sutcliffe thu

được kết quả NSE = 0,85. Kết quả mô hình đạt loại khá.

4. Kiểm nghiệm mô hình

a. Đợt tiêu từ ngày 22÷26/5/2012

Sử dụng trận mưa từ ngày 22÷26/5/2012 lượng mưa 185,4 mm đưa vào mô hình để tính toán. Sau khi xuất kết quả kiểm tra so sánh đường quá trình mực nước tính toán của mô hình với đường quá trình mực nước theo số liệu đo đạc thực tế tại điểm nút sT26 (trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C) trên hệ thống (Hình 2.28. ).

Kết quả tính toán giữa đường mô hình và thực tế theo chỉ tiêu Nash-Sutcliffe thu

được kết quả NSE = 0,87. Kết quả mô hình đạt loại khá.

Đồ thị lượng mưa của trận mưa 22÷26/5/2012 đưa vào trong mô hình

Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ ngày 22÷26/5/2012

b. Đợt tiêu từ ngày 17÷21/8/2012

Chạy mô hình sau khi hiệu chỉnh với trận mưa từ ngày 17÷21/8/2012 lượng mưa 294,4 mm (Hình 2.30. ). Sau khi xuất kết quả, tiến hành kiểm tra so sánh đường quá trình mực nước tính toán của mô hình với đường quá trình mực nước đo đạc thực tế.

Kết quả tính toán giữa đường mô hình và thực tế theo chỉ tiêu Nash-Sutcliffe thu

được kết quả NSE = 0,97. Kết quả mô hình đạt loại tốt.

Đồ thị lượng mưa của trận mưa 17÷21/8/2012 đưa vào trong mô hình

Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình và theo thực đo trên kênh chính Yên Sở tại vị trí đập tràn C trong đợt tiêu từ 17÷21/8/2012

5. Xác định bộ thông số mô hình đã chọn sau khi kiểm định

Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định các thông số mô hình, xác định được các thông số

và giá trị cụ thể như sau:

a. Các thông số bề mặt tiểu lưu vực:

- Hệ số độ nhám bề mặt không thấm: n=0,02

- Hệ số độ nhám bề mặt thấm: n=0,15÷0,20 (giá trị cao cho đất lúa)

- Độ dốc bề mặt: i=(1÷2)×10−4

- Thông số về tính thấm của đất:

+ Cường độ thấm lớn nhất: f0=1,0 mm/h

+ Cường độ thấm lúc bão hoà fc=0,25 mm/h

+ Hằng số triết giảm cường độ thấm k=4,0 1/h

+ Hệ số độ rỗng: φ=0,3

+ Lượng thấm tiềm năng lớn nhất h=60 mm

b. Hệ số nhám đường dẫn:

- Kênh mương có mái lát đá hoặc cừ bê tông: n=0,018

- Kênh mương đất: n=0,024

- Cống bê tông: n=0,015.

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trong chương 2 đã tiến hành xây dựng một phương pháp để nghiên cứu hệ thống

tiêu thoát nước với những vấn đề sau:

- Từ lý thuyết chung về tối ưu hóa các đối tượng kỹ thuật, tiến hành xây dựng bài toán tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước mà các thông số điều khiển cần được tối ưu hóa được nhắm tới là 2 thông số cơ bản: 1) quy mô công trình đầu mối trạm bơm Q và 2) quy mô công trình hồ điều hòa F; hàm mục tiêu là chi phí xây dựng C cho các đối tượng công trình này; các ràng buộc của bài toán tối ưu này thuộc về điều kiện khống chế ngập úng ở hệ thống.

- Đã xây dựng phương pháp và thuật toán giải bài toán tối ưu hóa, trong đó có sử dụng phương pháp quét để tìm đường quan hệ ràng buộc với sự trợ giúp của mô hình SWMM mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước; đồng thời cũng quét để tìm nghiệm của bài toán tối ưu.

- Đã tiến hành phân phân tích 5 phương pháp và mô hình tính toán tiêu nước và chọn phương pháp SWMM để tiến hành phân tích các quá trình thủy lực - thủy văn, xem xét các kịch bản bố trí các đối tượng của hệ thống và xác định các thông số của chúng.

- Đã sử dụng SWMM để mô hình hóa toàn bộ hệ thống tiêu thoát nước của đô thị trung tâm mới của TP Hà Nội một cách đồng bộ từ các tiểu lưu vực (các khu phố, các ô đất nông nghiệp) đến toàn bộ vùng nghiên cứu rộng lớn, từ mạng lưới thoát nước đường phố hoặc mạng kênh cấp dưới đến công trình đầu mối, bao gồm hầu hết các loại đối tượng của hệ thống cùng các thuộc tính của chúng một cách khá đầy đủ và chi tiết. Do vậy mô hình có khả năng biểu diễn gần sát với bản chất vật lý của các quá trình trong

của hệ thống. Mô hình này có thể được áp dụng cho các công việc khác như công tác điều hành, vận hành và duy tu hệ thống tiêu thoát nước.

- Để mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước với hàng loạt các công việc: thu thập và xử lý nhiều số liệu (các bản đồ nền số hóa, các bản quy hoạch hệ thống thoát nước, tài liệu khí tượng, khí hậu, thủy văn, địa hình, số liệu thực đo khi vận hành hệ thống...), tạo ảnh nền, vẽ hệ thống tiêu thoát nước trên SWMM, nhập thuộc tính các đối tượng...

- Trong việc lập mô hình SWMM cho hệ thống tiêu thoát nước, đã thực hiện việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình với số liệu thực đo mới nhất thu thập được trong những năm gần đây. Kết quả đánh giá mô hình bằng chỉ số Nash-Sutcliffe cho thấy mô hình có mức độ chính xác đảm bảo.

- Việc kết hợp phương pháp phân tích tối ưu với phương pháp phân tích thủy văn - thủy lực bằng SWMM để giải bài toán tối ưu nhằm xác định sự bố trí các công trình chính của hệ thống tiêu thoát nước cùng với các thông số kỹ thuật cơ bản của chúng sẽ được thực hiện ở chương 3 sau đây.

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MÔ CÔNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI

3.1. DỰ KIẾN GIẢI PHÁP TIÊU THOÁT NƯỚC Ở LƯU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1.1. Dự kiến giải pháp chung

1. Giải pháp tiêu nước tổng thể

Đối với hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội, đề xuất giải pháp tiêu

nước tổng thể như sau:

- Tiêu bằng động lực: khi có mưa úng, nước mưa sẽ được bơm ra các sông ngoài bằng các trạm bơm đầu mối. Cần xác định công suất và các thông số cơ bản của các trạm bơm này. Việc tiêu tự chảy ra sông ngoài (về hạ lưu sông Nhuệ và ra sông Đáy) chỉ thực hiện được khi mưa nhỏ và mực nước sông ngoài thấp.

- Bố trí các hồ điều hòa: để điều tiết nước mưa nhằm giảm lưu lượng đỉnh và công suất trạm bơm đầu mối để tăng hiệu quả chống úng ngập. Cần xác định quy mô và kích thước các hồ điều hòa cần xây dựng. Đồng thời tận dụng các loại ao đầm khác để giảm lưu lượng và giảm kích thước công trình tiêu (các tuyến cống, kênh mương và các công trình tiêu khác).

- Xây dựng các tuyến kênh trục: để dẫn nước từ các tiểu vùng về công trình đầu mối, đồng thời cũng làm nhiệm vụ điều hòa nước. Cần xác định các thông số, kích thước cơ bản của các tuyến kênh trục.

- Hình thức tiêu úng là tiêu cạn: Các trạm bơm đầu mối và các tuyến dẫn, đặc biệt là các tuyến kênh trục làm nhiệm vụ tiêu cạn mà không phải là tiêu vợi (ngoại trừ một số vùng thấp cục bộ cần có trạm bơm cục bộ).

- Phối hợp các đầu mối tiêu: Hệ thống tiêu thoát nước chung của toàn bội lưu vực đô thị trung tâm TP Hà Nội cần được liên kết với nhau sao cho thuận lợi trong việc hỗ trợ lẫn nhau khi cần thiết và tăng hiệu quả chống úng.

- Sử dụng hỗn hợp các giải pháp chôn nước khác: Để làm giảm lưu lượng dỏng chảy và giảm quy mô, kích thước các công trình tiêu, cần tận dụng khả năng thấm xuống các lớp đất bên dưới, ngấm xuống tầng sâu...

2. Đối với lưu vực Yên Sở

- Lưu vực này đã cơ bản hoàn thành hệ thống các trục tiêu chính là 4 con sông: Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu. Trong nghiên cứu cần tính toán, đánh giá lại khả năng tiêu thoát nước của các trục tiêu này.

- TB Yên Sở phụ trách tiêu cho lưu vực này là công trình tiêu động lực đầu mối duy nhất, bơm nước toàn lưu vực ra sông Hồng khi có mưa úng. Cần tính toán, đánh giá mức

độ đảm bảo tiêu của trạm bơm này. Với CS thiết kế QTK=90 m3/s thì hệ số tiêu của LV Yên Sở mới chỉ đạt q=12 l/s/ha. Một số quy hoạch như QH937, QH1259 đề xuất nâng CS thiết kế lên 145 m3/s để đủ hệ số tiêu q=17,9 l/s/ha. Vậy trong nghiên cứu này cần xem xét vấn đề này.

- Cống Thanh Liệt có nhiệm vụ mở ra để tiêu tự chảy từ LV Yên Sở ra sông Nhuệ

khi mực nước sông Nhuệ phía sau cống thấp hơn mức +3,5 m.

3. Đối với lưu vực Tây Hà Nội

Lưu vực này nằm phía tây của đô thị trung tâm, giới hạn bởi: 1) đê sông Hồng ở phía Bắc; 2) đê sông Đáy cùng đường Vành Đại 4 ở phía tây; 3) quốc lộ 6 cùng với đường sắt và đường Xa La - Kiến Hưng ở phía Nam; 4) đường phân lưu với lưu lực sông Tô Lịch ở phía đông.

Dự kiến giải pháp tiêu nước chung cho lưu vực này là:

- Tiêu động lực ra sông Đáy qua các TB Yên Nghĩa, Đào Nguyên, Yên Thái; tiêu ra sông Hồng qua các TB Liên Mạc, Nam Thăng Long... với việc tham khảo hệ số tiêu thiết kế đầu mối theo quy hoạch là q=19,7 l/s/ha.

- Các trục tiêu chính là Sông Nhuệ, kênh La Khê, Sông Đăm, sông Cầu Ngà, ngoài ra còn nghiên cứu thêm một số tuyến kênh như: kênh DN ở phía tây từ địa phận xã Liên Hồng (Đan Phượng) đến xã Yên Thái (Hoài Đức) song song với đường VĐ4, kênh Đào Nguyên - Yên Thái v.v...

- Một vấn đề nữa cần được quan tâm nghiên cứu ở khu vực này là, do ở đây hầu như không có hồ tự nhiên đáng kể nào để làm hồ điều hoà nước mưa, vì vậy nếu làm hồ điều hoà thì phải thu hồi đất (chủ yếu là đất trồng lúa, trồng cây và có thể một phần đất ở) để đào hồ. Do chi phí ĐTXD hồ điều hòa khá cao, cho nên cần phải xem xét bố trí hệ thống hồ điều hòa cho hợp lý về vị trí, diện tích, cao độ đáy, chiều sâu điều tiết... đồng thời phải làm rõ về tính kinh tế - kỹ thuật đối với mức diện tích hồ điều hoà bằng 5÷7% diện tích lưu vực như đã đề xuất trong cả 4 quy hoạch.

4. Đối với lưu vực phía dưới cống Hà Đông

Lưu vực này nằm phía tây của đô thị trung tâm, giới hạn bởi: 1) đường phân lưu với lưu lực Tây Hà Nội ở phía bắc và tây bắc; đường phân lưu với lưu lực sông Tô Lịch ở phía đông bắc; 3) đường phân lưu với LV Đông Mỹ ở phía đông. Lưu vực này gồm 4 lưu vực thành phần là: 1) lưu vực Ba Xã, 2) lưu vực Khê Tang, 3) lưu vực Tả Thanh Oai, 4) lưu vực Thạch Nham. Tổng diện tích của lưu vực là 7.133 ha.

Theo cả 4 quy hoạch đã nêu, giải pháp tiêu nước chung khi có mưa lớn là tiêu bằng các trạm bơm phân tán đổ vào sông Nhuệ. Nhưng do các trạm bơm hiện nay đều có CS quá nhỏ, một số trạm bơm bị xuống cấp nghiêm trọng. Cũng có một số trạm bơm có lưu lượng tương đối lớn, được xây dựng chưa lâu; tuy nhiên, hầu hết các trạm bơm không

100

đáp ứng được cao trình khống chế ở bể hút theo yêu cầu mới là tiêu cho đô thị.

Vì vậy, đối với lưu vực dưới cống Hà Đông, cần quan tâm xem xét việc bố trí các trạm bơm phân tán như các quy hoạch hay là bố trí một trạm bơm chung ở cuối lưu vực thay cho tất cả các trạm bơm phân tán đó.

3.1.2. Bố trí các trạm bơm tiêu đầu mối

Trong nghiên cứu, để xem xét các trường hợp CS trạm bơm khác nhau, cần chọn ra một giá trị ban đầu của thông số Q (giá trị “nền”) để thực hiện quét tìm tối ưu. Để thực hiện việc này, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước từ 4 quy hoạch đã nêu và kết hợp với việc phương pháp suy luận (Heurestic), chọn giá trị ban đầu của thông số lưu lượng Q của các trạm bơm như sau đây:

a. Tại lưu vực Yên Sở

Vì TB Yên Sở mới được xây dựng với lưu lượng thiết kế 90 m3/s, cho nên giữ nguyên quy mô như hiện nay và như QH4673 và QH725. Như vậy giá trị thông số Q của trạm bơm này là Q=90 m3/s và giữ nguyên không đổi.

b. Tại lưu vực Tây Hà Nội

- Bố trí TB Yên Nghĩa như các quy hoạch: QH937, QH1259, QH4673 và QH725

với giá trị ban đầu của thông số Q của trạm bơm này được lấy là Q(0)=120 m3/s.

- Bố trí TB Liên Mạc như các quy hoạch: QH937, QH1259, QH4673 và QH725 với

giá trị ban đầu Q(0)=170 m3/s.

- Bố trí TB Yên Thái theo các quy hoạch: QH937, QH1259, QH4673 và QH725 với

giá trị ban đầu Q(0)=54 m3/s.

- Bố trí TB Đào Nguyên theo các quy hoạch: QH1259, QH4673 và QH725 với giá

trị ban đầu Q(0)=25 m3/s.

- Không bố trí TB Liên Trung (Q=30 m3/s) như QH725 với lý do là, vị trí không thuận về thủy lực, vị trí đạt trạm dự kiến (thôn Hạ Trì, xã Liên Trung, huyện Đan Phượng) vướng quá nhiều nhà cửa và cơ sở sản xuất, chi phí giải phóng mặt bằng quá lớn, không lợi về kinh tế, có giải pháp tốt hơn như tăng CS TB Liên Mạc.

c. Tại lưu vực Đông Mỹ

- Bố trí TB Đông Mỹ theo như các quy hoạch: QH937, QH4673 và QH725 với giá

trị ban đầu Q(0)=35 m3/s.

- Không bố trí TB Vạn Phúc (Q=6,3 m3/s) như QH1259 và QH725 với lý do là, kênh xả ra sông quá dài, vị trí dự kiến (thôn Vạn Phúc, xã Đông Mỹ, huyên Thanh Trì) vướng quá nhiều nhà cửa và công trình, lưu lượng thiết kế quá nhỏ, quá gần TB Đông Mỹ, nếu cần thì có giải pháp tốt hơn như tăng công suất TB Đông Mỹ.

101

d. Tại lưu vực dưới Hà Đông

- Không đầu tư cải tạo nâng cấp các TB Siêu Quần, Hòa Bình và Đại Áng như các các quy hoạch QH4673 và QH725. Các trạm bơm này hiện nay có CS quá nhỏ, đã cũ và xuống cấp nghiêm trọng, duy trì 3 trạm bơm này để tiêu cục bộ và xóa bỏ khi hết khả năng sử dụng. Như vậy, không bố trí 3 trạm bơm này trong mô hình mà thay bằng 3 cống tự chảy ra sông Nhuệ.

- Đối với TB Khê Tang (Q=22 m3/s, q=13,86 l/s/ha, xây năm 2005): trước mắt vẫn sử dụng trạm bơm này để tiêu cho diện tích lưu vực F=4.608 ha hiện tại (chủ yếu là đất nông nghiệp). Khi hình thành đường VĐ4 và hoàn chỉnh phân khu đô thị S4 tại đây thì lưu vực tiêu này sẽ bị chia thành 2 phần. Phần diện tích 1.587 ha nằm trong đường VĐ4 sẽ được tiêu vào sông Nhuệ, còn phần diện tích còn lại F=2.461 ha sẽ được tiêu vào sông Đáy qua TB Cao Viên như QH725 và QH4673 (trạm bơm mới). Duy trì TB Khê Tang để tiêu cục bộ và sẽ xóa bỏ khi hết khả năng sử dụng. Như vậy, không bố trí trạm bơm này trong mô hình mà thay bằng cống tự chảy ra sông Nhuệ.

- Đối với TB Thạch Nham (Q=11 m3/s, q=16,77 l/s/ha, xây năm 2014): Trước mắt trạm bơm này vẫn làm nhiệm vụ tiêu cho đất nông nghiệp khi phân khu đô thị S4 tại đây chưa được xây dựng hoàn chỉnh. Tiếp tục duy trì trạm bơm này để tiêu cục bộ cho diện tích lưu vực F=656 ha trong lưu vực và sẽ xóa bỏ khi hết khả năng sử dụng. Như vậy, không bố trí trạm bơm này trong mô hình mà thay bằng cống tự chảy ra sông Nhuệ.

- Không bố trí TB Ba Xã (Q=20 m3/s) như các quy hoạch. Lý do là, không có mặt bằng, vướng quá nhiều nhà cửa và công trình, chi phí giải phóng mặt bằng quá lớn, không lợi về kinh tế, có giải pháp tốt hơn như bố trí TB Hiền Giang như mô tả dưới đây.

- Đề xuất bố trí một trạm bơm đầu mối tại vị trí sông Nhuệ giao cắt đường VĐ4 tại địa phận xã Hiền Giang huyện Thường Tín (tạm đặt tên là “Hiền Giang”), gồm cả cống tự chảy đầu mối với những lý do sau:

+ Với cách bố trí này thì toàn bộ đất đai đô thị trung tâm Hà Nội tương lai nằm trong đường VĐ4 và đê sông Hồng (F=37.050 ha) sẽ được tạo thành như một vùng tiêu độc lập, hoàn toàn chủ động về tiêu nước. Đường VĐ4 sẽ trở thành một tuyến đê mới bảo vệ đô thị Hà Nội giống như một tuyến “La Thành” mới, bảo vệ kép cho khu vực đô thị của Thủ đô cùng với đê sông Đáy ở phía tây.

+ Không cần nâng cao tuyến đê hai bên bờ sông Nhuệ từ sau cống Hà Đông đến

đường VĐ4.

+ Không phải xây dựng mới TB Ba Xã tại khu vực Cầu Bươu, khắc phục được khó

khăn về mặt bằng.

+ Không phải xây dựng lại các TB Siêu Quần, Hòa Bình và Đại Áng.

+ Toàn bộ lưu vực dưới cống Hà Đông với diện tích 7.133 ha được tiêu theo hình

102

thức tiêu triệt để bởi TB Hiền Giang mà không phải là hình thức tiêu vợi, tránh phải bơm nước hai lần, đồng thời có thể khống chế mực nước trên đoạn sông từ cống Hà Đông đến đường VĐ4 một cách chủ động thông qua hoạt động của TB Hiền Giang, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiêu thoát nước của mạng lưới thoát nước đô thị cũng như khu vực nông thôn.

+ Do có “chốt chặn” vị trí cuối lưu vực là cụm đầu mối TB Hiền Giang nên ngăn được dòng chảy ngược của sông Nhuệ từ phía Thường Tín lên, đảm bảo cho các trạm bơm bên trên như Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Sở... làm việc đúng chức năng.

+ Hỗ trợ được TB Yên Sở để đảm bảo tiêu được với mưa tần suất thiết kế mà có thể không phải nâng CS của TB Yên Sở lên 145 m3/s như một số quy hoạch (QH937, QH1259).

+ Tạo điều kiện phối hợp hỗ trợ lẫn nhau giữa 8 trạm bơm đầu mối (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ, Hiền Giang) trên toàn lưu vực chung của đô thị trung tâm Hà Nội. Từ đó tăng hiệu quả chống úng, trạm bơm ở khu vực mưa nhỏ hơn có thể hỗ trợ cho trạm bơm ở khu vực mưa lớn hơn, bởi vì trong thực tế, trên cả lưu vực, thường có sự phân bố mưa không đều về lượng mưa cũng như thời điểm xảy ra đỉnh mưa. Sự phối hợp này không thể được thực hiện được nếu không có TB Hiền Giang.

+ Các hồ điều hòa dự kiến (hồ Thượng Phúc 1, Thượng Phúc 2) mới có thể phát

huy vai trò điều tiết chung.

+ TB Hiền Giang không làm dềnh thêm mực nước sông Nhuệ đoạn hạ lưu, vì thực chất chỉ là sự thay thế cho các trạm bơm cục bộ đổ ra sông Nhuệ (Ba Xã, Siêu Quần, Hòa Bình, Đại Áng, Khê Tang, Thạch Nham...). Mặt khác, lưu lượng TB Hiền Giang đổ xuống phía hạ lưu còn nhỏ hơn nhiều so với lưu lượng thiết kế sông Nhuệ trước đây tại vị trí này (khoảng 200 m3/s) vì các LV ở bên trên (Tây Hà Nội, Yên Sở và Đông Mỹ) được tiêu ra sông Hồng và sông Đáy, giảm tải rất nhiều cho sông Nhuệ ở hạ lưu.

Dựa vào diện tích phụ trách của trạm bơm là 7.133 ha, cho trạm bơm này nhận giá

trị ban đầu là Q(0)=120 m3/s.

Ở Bảng 3.1. trình bày giá trị ban đầu của thông số điều khiển Q(0)=623 m3/s của toàn hệ thống tiêu thoát nước nghiên cứu bao gồm tổng giá trị lưu lượng Q của từng trạm bơm đầu mối. Từ giá trị của trường hợp “nền” này sẽ thay đổi tăng hoặc giảm để tạo ra các trường hợp giá trị Q trong việc quét để tìm kiếm giá trị tối ưu Q*.

103

Bảng 3.1. Giá trị “nền” thông số lưu lượng thiết kế Q của các trạm bơm tiêu đầu mối

Đề xuất

Lưu vực

FLV (ha)

Hiện trạng q Q (m3/s) (l/s/ha)

Quy hoạch q Q (m3/s) (l/s/ha)

Q (m3/s)

q (l/s/ha)

LV Hồ Tây LV Yên Sở LV Tây Hà Nội TB Liên Mạc TB Yên Nghĩa TB Y. Thái + Đ. Nguyên TB Liên Trung TB Nam Thăng Long

LV Đông Mỹ

TB Đông Mỹ TB Vạn Phúc

LV Hiền Giang LV TB Ba Xã LV Tả Thanh Oai TB Siêu Quần TB Hoà Bình TB Đại Áng LV TB Khê Tang LV TB Thạch Nham TB Hiền Giang

90 24 - - 15 - 9 35 35 48 - 15 3 10 3 22 11 197

872 7.541 19.276 8.201 7.019 3.533 - 523 2.229 2.229 7.133 1.061 3.829 1.587 656 37.051

TỔNG CỘNG:

11,93 1,25 - - 4,25 17,21 15,70 15,70 6,77 - 4,00 13,86 16,77 5,33

90 408 170 120 79 - 9 35 35 98 20 45 10 25 10 22 11 601

11,93 21,17 20,73 17,10 22,36 17,21 15,70 15,70 13,74 18,85 11,75 13,86 16,77 16,22

90 378 170 120 79 - 9 35 35 120 120 623

11,93 19,61 20,73 17,10 22,36 - 17,21 15,70 15,70 16,82 16,81

3.1.3. Bố trí hệ thống hồ điều hòa

1. Khái niệm về hồ điều hòa

Trong hệ thống tiêu, hồ thực hiện đồng thời nhiều chức năng, như điều tiết nước mưa giảm ngập úng, nuôi trồng thủy sản hoặc, làm nguồn nước cấp cho tưới hoặc sinh hoạt, cải thiện vi khí hậu, tạo sinh thái môi trường, văn hóa tín ngưỡng... Tùy theo chức năng chính của hồ, có thể phân thành các loại sau:

- Hồ điều tiết nước mưa giảm ngập úng: Hồ có dung tích dùng để trữ một phần hay toàn bộ lượng nước mưa từ các khu vực lân cận chảy đến, nhằm giảm lưu lượng đỉnh của hệ thống thoát nước mưa, giảm ngập úng.

- Hồ cảnh quan: Thường được xây dựng trong các công viên, khu đô thị tập trung. Hồ đóng vai trò là công trình kiến trúc, được thiết kế xây dựng nhằm tạo cảnh quan đẹp, tăng giá trị thẩm mỹ cho hồ và khu vực xung quanh. Thông thường, hồ này luôn duy trì mực nước ở mức nhất định và giữ chất lượng nước tốt để đảm bảo phục vụ cho các hoạt động văn hóa thể thao và tạo cảnh quan.

104

- Hồ xử lý môi trường: Thường bố trí trong khu xử lý nước thải, hoặc vùng trũng tự nhiên, có nhiệm vụ thu nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp và xử lý nước đó bằng hình thức tự làm sạch của hệ thủy sinh trong hồ...

- Hồ nuôi trồng thủy sản: Thường tận dụng diện tích đất thấp trũng trong vùng sản xuất nông nghiệp, mực nước trong hồ được duy trì thấp hơn bờ một khoảng an toàn chống tràn và đủ độ sâu cho nuôi trồng thủy sản. Khi gặp mưa lớn có thể tận dụng khoảng an toàn đó để trữ nước mưa.

- Hồ với các chức năng khác: Như phục vụ tôn giáo, tín ngưỡng...

Trong nghiên cứu này chỉ tập trung xem xét loại hồ điều hòa với chức năng điều

tiết nước mưa giảm ngập úng là chính và có những đặc điểm sau:

- Về chế độ thủy lực, độ mực nước trong hồ thay đổi rõ ràng theo chế độ làm việc của công trình tiêu đầu mối (ở hệ thống nghiên cứu này là các trạm bơm). Khi mưa nhỏ dùng công trình tiêu đầu mối rút nước hồ đến mực nước thấp nhất, khi mưa lớn hồ có khả năng trữ nước đến mực nước cao nhất mà không làm tràn bờ hoặc gây úng cho các vùng chung quanh. Như vậy, những hồ nằm quá xa công trình tiêu đầu mối hoặc có cao trình đáy quá cao thì tác dụng điều hòa cho hệ thống tiêu là không đáng kể; chẳng hạn như Hồ Tây (ở Hà Nội) mặc dù diện tích hồ này rất lớn.

- Có phạm vi thay đổi mực nước từ mực nước nhỏ nhất Zmin đến mực nước lớn nhất Zmax khá lớn; hay nói cách khác là độ sâu điều tiết khá lớn, khoảng 1÷3 m đối với lưu vực nghiên cứu phù hợp với độ sâu mực nước khoảng 3÷5 m của các kênh nối với hồ.

- Diện tích hồ đủ lớn, khoảng vài ha trở lên đối với LV nghiên cứu; riêng lưu vực

Yên Sở đưa vào hầu hết các hồ, trong đó hồ nhỏ nhất là hồ Văn có F=0,7 ha.

Trong vùng nghiên cứu còn có các ao hồ nhỏ nằm phân tán xen kẽ trong các khu đô thị, các khu dân cư và các vùng đất canh tác. Với mức độ khác nhau, các hồ này cũng có tác dụng trữ nước mưa cục bộ làm giảm lưu lượng dòng chảy, nhưng chúng có đặc điểm là: độ sâu điều tiết nhỏ, điều tiết một cách tự nhiên, quan hệ thủy lực kém chặt chẽ với công trình tiêu đầu mối, vì vậy vai trò điều tiết nước cho lưu vực chung không nhiều. Tuy nhiên, tác dụng điều tiết của những hồ này cũng được tính đến trong việc chọn thông số bề mặt của các TLV; khi tính toán theo mô hình SWMM có thể mô phỏng loại hồ nhỏ phân tán này thông qua các thuộc tính của TLV như: hệ số nhám n, lớp nước trữ (Dstore)... một cách thích hợp.

2. Đối với lưu vực Hồ Tây

Hồ Tây là hồ tự nhiên rất lớn với diện tích mặt nước là 521 ha, đã được cải tạo hoàn chỉnh ở DA thoát nước Hà Nội giai đoạn I [3]. Tuy nhiên, do hồ này nằm ở vị trí có cao độ cao hơn so với các nơi khác ở lưu vực song Tô Lịch nên tác dụng điều tiết của hồ cho toàn lưu vực sông Tô Lịch là không đáng kể, bởi vậy trong các tính toán người ta thường bỏ qua tác dụng điều hòa giảm lũ của hồ này cho LV Yên Sở mà chỉ coi là dung tích trữ nước chỉ

105

cho bản thân diện tích 872 ha diện tích mặt hồ cùng diện tích đổ trực tiếp vào hồ. Trong nghiên cứu này cũng đưa Hồ Tây vào mô phỏng chung của hệ thống tiêu thoát nước, kết nối Hồ Tây nối với sông Tô Lịch qua Cống A (đầu tuyến Cống Đõ) và Cống B.

3. Đối với lưu vực Yên Sở

Lưu vực này có rất nhiều hồ tự nhiên có tác dụng điều hòa nước giảm úng ngập đáng kể. Mặc dù đã bị thu hẹp nhiều trong quá trình phát triển đô thị nhưng hiện tại vẫn còn hàng chục hồ và các hồ này đã được cải tạo ở DA Hệ thống thoát nước Hà Nội giai đoạn I và II [3] [4]. Trong tính toán đưa 22 hồ điều hòa vào mô phỏng với các thông số về diện tích tính toán như nêu ở bảng dưới đây (Bảng 3.2. ). 22 hồ này chiếm tới 4,7% tính theo diện tích tổng của hồ và 3,97% tính theo diện tích mặt nước tính toán so với tổng diện tích của LV Yên Sở. Đặc biệt có các hồ lớn như hồ Yên Sở, Linh Đàm, Định Công, Bảy Mẫu, Thanh Nhàn... là những hồ lớn đã được chỉnh trang, nạo vét tăng độ sâu, có tác dụng điều hòa lớn làm giảm đáng kể quy mô thiết kế của trạm bơm đầu mối Yên Sở.

4. Đối với lưu vực Tây Hà Nội

Lưu vực này bao gồm các lưu vực thành phần: Yên Nghĩa, Liên Mạc (gồm cả Nam

Thăng Long), Yên Thái (gồm cả Đào Nguyên).

Khác với LV Yên Sở, vùng này hầu như không có hồ tự nhiên và hiện nay chưa có hồ điều hòa nào đáng kể được xây dựng. Trong các quy hoạch, kiến nghị bố trí các hồ nhân tạo với tổng diện tích khoảng 5÷7% diện tích lưu vực. Cho dù việc bố trí hồ điều hòa trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị là hết sức cần thiết, nhưng với mức diện tích này thì quỹ đất để làm hồ rất lớn, lên tới 900÷1.300 ha và chi phí thu hồi đất (chủ yếu là đất đang canh tác và một phần đất thổ cư) để làm hồ sẽ tốn khoảng trên 10.000 tỷ đồng. Đây là một con số quá lớn, vì vậy càng có ý nghĩa khi làm nhiệm vụ xác định diện tích hồ tối ưu theo bài toán quy hoạch động trong mối liên hệ “trạm bơm - hồ điều hòa”.

Trong bảng dưới thể hiện sự bố trí các hồ điều hòa theo quy hoạch và theo đề xuất của nghiên cứu trong Luận án này. Có một số hồ không nên bố trí vì không thực sự cần thiết, hoặc do khó tìm được quỹ đất, hoặc do không có lợi nhiều về thủy lực... và được ghi chú bằng cụm từ “không là HĐH” ở bảng dưới đây (Bảng 3.2. ); khi xây dựng đô thị nếu có hồ nào trong số này thì sẽ chỉ làm nhiệm vụ hồ cảnh quan. Một số hồ có diện tích dự kiến trong quy hoạch quá lớn chẳng hạn như hồ Yên Nghĩa 1, hồ Phú Đô, hồ Công Viên Mễ Trì, hồ Công Viên Hà Đông, hồ Liên Mạc 1... được đề xuất giảm bớt diện tích.

Tổng diện tích mặt nước tính toán cho hệ thống hồ ở LV Tây Hà Nội được đề xuất ban đầu là F=197,76 ha (chiếm 1,0% diện tích lưu vực), khi đó tổng diện tích để làm hồ sẽ là 243,14 ha (chiếm 1,26% diện tích lưu vực), thấp hơn nhiều so với diện tích mà các nghiên cứu trong các quy hoạch đưa ra.

Để thuận tiện tính toán, đề xuất ban đầu mưc tỷ lệ 1,0% cho toàn LV Tây Hà Nội cũng

106

như phân bổ đều cho từng lưu vực thành phần (Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái) như ở bảng dưới đây (Bảng 3.2. ) làm trường hợp “nền”, từ đó có thể tạo ra nhiều phương án diện tích hồ bằng cách tăng hoặc giảm đồng đều diện tích từng hồ theo cùng một tỷ lệ: 0,6%, 0,8%,... 1,8%; 2,0% v.v... để tiến hành tính toán thủy lực cũng như phân tích tối ưu.

5. Đối với lưu vực Đông Mỹ

Lưu vực này gồm có quy hoạch một hồ điều hòa Đông Mỹ với diện tích là 45 ha. Trong nghiên cứu này sẽ đề xuất mức diện tích hồ ban đầu là 22,3 ha (tỷ lệ 1,00%) cho toàn LV Đông Mỹ làm trường hợp “nền”, từ đó sẽ tạo ra nhiều trường hợp diện tích hồ bằng cách tăng hoặc giảm diện tích từng hồ theo tỷ lệ như đối với các lưu vực trên.

6. Đối với lưu vực Hiền Giang

Lưu vực này gồm các lưu vực thành phần: Ba Xã, Khê Tang, Tả Thanh Oai, Thạch

Nham, đều đổ nước trực tiếp vào sông Nhuệ.

Tương tự như LV Tây Hà Nội, ở lưu vực này cũng hầu như không có hồ điều hòa tự nhiên nào đáng kể, cần phải làm các hồ nhân tạo để điều hòa nước mưa. Trong bảng (Bảng 3.2. ) cũng trình bày việc bố trí các hồ điều hòa theo quy hoạch và theo đề xuất. Đề nghị không bố trí một số hồ vì không thực sự cần thiết, hoặc do không nên lấy đất, hoặc do không lợi nhiều về thủy lực, chẳng hạn như các hồ: Khê Tang 2, 4, 6 và các hồ Thanh Oai 1, 2, 3. Một số hồ có diện tích dự kiến quá lớn như các hồ Thượng Phúc 1, 2 (lấy đất lúa) cần giảm bớt quy mô. Các hồ Thanh Liệt 1, 2, 3 cũng đề xuất giảm bớt diện tích và nhập lại thành một hồ để thuận tiện bố trí cống đóng mở nước ra vào hồ.

Tổng diện tích mặt nước tính toán cho hệ thống hồ ở LV Hiền Giang được đề xuất ban đầu là 71,33 ha (chiếm 1,0% diện tích lưu vực), khi đó tổng diện tích để làm hồ sẽ là 86,4 ha (chiếm 1,21% diện tích lưu vực), thấp hơn nhiều so với diện tích 335,3 ha (4,70%) mà quy hoạch dự kiến đưa ra.

Với mức đề xuất ban đầu làm trường hợp “nền” (tỷ lệ 1,0%) cho toàn LV Hiền Giang, diện tích hồ cũng được phân bổ đều cho từng lưu vực thành phần như ở bảng dưới đây (Bảng 3.2. ) làm trường hợp “nền”, từ đó có thể tạo ra nhiều phương án diện tích hồ bằng cách tăng hoặc giảm đồng đều diện tích từng hồ theo cùng một tỷ lệ: 0,6%, 0,8%,... 1,8%; 2,0% v.v... để tiến hành tính toán thủy lực cũng như phân tích tối ưu.

Bảng 3.2. Bố trí hệ thống hồ điều hòa ứng với giá trị diện tích F ban đầu - trường hợp “nền”

Diện tích (ha)

Tên hồ

Theo đề xuất

Ghi chú

Theo QH

Tổng

Tính toán %

Cao độ tính toán (m) Zđáy Hmax Zđỉnh

LV Hồ Tây

416,8 (47,80%)

(% DT lưu vực)

Hồ Tây

521,0 521,00 Tỷ lệ: (59,75%) (59,75%) 521,0

416,8 80%

2,5

5,5

8,0 Đã có

107

Diện tích (ha)

Tên hồ

Theo đề xuất

Ghi chú

Cao độ tính toán (m) Zđáy Hmax Zđỉnh

LV Yên Sở

Tỷ lệ:

Tính toán % 299,7 (3,97%)

(% DT lưu vực)

Theo QH 354,22 (4,70%) 136,00 78,00 18,43 11,30 22,30 2,89 9,59 4,70 12,43 4,69 5,50 7,90 5,98 2,70 1,47 2,56 0,73 0,96 10,96 3,27 7,76 4,10

Tổng 354,22 (4,70%) 136,00 78,00 18,43 11,30 22,30 2,89 9,59 4,70 12,43 4,69 5,50 7,90 5,98 2,70 1,47 2,56 0,73 0,96 10,96 3,27 7,76 4,10

Hồ Yên Sở Hồ Linh Đàm Hồ Định Công Hồ Thanh Nhàn Hồ Bảy Mẫu Hồ Chuối Hồ Kh Trung Hồ Phương Liệt Hồ Đống Đa Hồ Xã Đàn Hồ Thiền Quang Hồ Giảng Võ Hồ Thành Công Hồ Đền Lừ Hồ Hai Bà Hồ Linh Quang Hồ Giám Hồ Hứa Văn Hồ Hoàn Kiếm Hồ Ngọc Khánh Hồ Thủ Lệ Hồ Nghĩa Tân

122,4 90% 66,3 85% 15,7 85% 9,0 80% 19,0 85% 2,2 75% 7,2 75% 3,5 75% 10,6 85% 3,5 75% 4,1 75% 5,9 75% 4,5 75% 2,0 75% 1,1 75% 1,9 75% 0,5 75% 0,7 75% 8,2 75% 2,5 75% 5,8 75% 3,1 75%

0,5 1,5 1,5 3,0 2,1 2,0 2,0 2,0 2,5 2,0 2,5 3,0 2,5 2,0 3,5 2,5 2,7 2,5 3,0 2,6 3,5 2,0

5,0 4,0 4,5 3,5 4,9 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 4,0 4,0 3,5 3,5 4,0 3,8 4,0 4,0 4,4 4,0 5,0

5,5 Đã có 5,5 Đã có 6,0 Đã có 6,5 Đã có 7,0 Đã có 6,0 Đã có 6,0 Đã có 6,0 Đã có 6,5 Đã có 6,0 Đã có 7,0 Đã có 7,0 Đã có 6,5 Đã có 5,5 Đã có 7,0 Đã có 6,5 Đã có 6,5 Đã có 6,5 Đã có 7,0 Đã có 7,0 Đã có 7,5 Đã có 7,0 Đã có

LV Tây Hà Nội

Tỷ lệ:

LV Yên Nghĩa

192,8 (1,00%)

651,47 (3,38%) 39,00 20,00 7,50 19,50 30,00 18,00 12,00 0,94 1,66 1,28 2,83 1,28 0,64 1,73

243,2 (1,26%) 15,0 20,0 7,5 15,0 12,5 10,0 7,5 - - - - - - -

Hồ Yên Nghĩa 1 Hồ Yên Nghĩa 2 Hồ Yên Nghĩa 3 Hồ CV Hà Đông Hồ Phú Đô (đầu mối) Hồ CV Mễ Trì Hồ Mễ Trì (đầu mối) Hồ YN1 Hồ YN2 Hồ YN3 Hồ YN4 Hồ YN5 Hồ YN6 Hồ YN7

12,0 80% 16,0 80% 6,0 80% 12,0 80% 12,0 80% 7,0 80% 5,0 80%

- - - - - - -

1,0 2,0 2,2 2,0 1,0 1,0 1,4 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

5,5 4,5 4,6 4,2 5,3 5,2

(% DT lưu vực) 6,5 6,5 6,8 6,2 6,3 6,2 5,1 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,3 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH

108

Diện tích (ha)

Tên hồ

Theo đề xuất

Ghi chú

Theo QH

Tổng

Tính toán %

Cao độ tính toán (m) Zđáy Hmax Zđỉnh

Hồ YN8 Hồ YN9 Hồ YN10 Hồ YN11 Hồ YN12 Hồ YN13 Hồ Mễ Trì 1 Hồ Mễ Trì 2 Hồ Mễ Trì 3 Hồ Mễ Trì 4 Hồ Mễ Trì 5 Hồ Mỹ Đình

2,15 2,56 1,44 2,85 3,10 3,00 5,10 6,40 5,80 2,90 10,00 19,00

- - - - - - - - - - - -

6,5 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 5,8 Không là HĐH 5,8 Không là HĐH 5,8 Không là HĐH 5,8 Không là HĐH 5,1 Không là HĐH 5,1 Không là HĐH 5,1 Không là HĐH 5,1 Không là HĐH 5,1 Không là HĐH 5,0 Không là HĐH

LV Liên Mạc

- - - - - - - - - - - -

5,2 5,0 5,5 3,4 3,4 6,0 4,1 4,2 4,2 4,2

Hồ Liên Mạc 1 Hồ Liên Mạc 2 Hồ Liên Mạc 3 Hồ SP4 Hồ Ngọc Long Hồ CN4 Hồ CN6 Hồ Giao Lưu Hồ Cổ Nhuế 1 Hồ Cổ Nhuế 2 Hồ Chèm Hồ Mai Dịch Hồ Xuân Đỉnh Hồ Trung Tâm Hồ CN1 Hồ CN2 Hồ CN3 Hồ CN4 Hồ CN5 Hồ CN6 Hồ SP1 Hồ SP2 Hồ SP3 Hồ SP5 Hồ SP6 Hồ SP7 Hồ SP9 Hồ Liên Trung

40,00 5,80 12,60 18,10 9,50 5,02 3,17 10,00 10,00 17,00 9,00 6,00 12,00 5,00 0,65 2,29 3,09 5,02 1,02 3,17 0,51 4,03 6,28 16,66 12,57 17,95 15,75 23,60

40,0 5,8 12,6 18,1 5,5 5,0 3,2 10,0 5,0 6,0 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

32,0 80% 4,4 75% 10,1 80% 14,5 80% 4,4 80% 3,0 75% 2,0 75% 8,0 80% 4,0 80% 4,8 80%

- - - - - - - - - - - - - - - - - -

3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,5 1,5 1,0 3,3 3,3 1,0 2,5 2,5 2,0 1,4 2,5 2,5 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3,0

6,7 6,5 6,5 6,7 6,7 7,0 6,6 6,7 Đã có 7,0 Không là HĐH 6,7 Không là HĐH 5,55 Không là HĐH 5,50 Không là HĐH 5,22 Không là HĐH 5,50 Không là HĐH 6,3 Không là HĐH 6,3 Không là HĐH 6,3 Không là HĐH 6,3 Không là HĐH 6,25 Không là HĐH 6,3 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH

109

Diện tích (ha)

Tên hồ

Theo đề xuất

Ghi chú

Theo QH

Tổng

Tính toán %

Cao độ tính toán (m) Zđáy Hmax Zđỉnh

0,51 3,48 4,31 1,80 4,45 2,03 1,90

Hồ SD1 Hồ SD2 Hồ SD3 Hồ SD4 Hồ SD5 Hồ SD6 Hồ SD7

6,0 Không là HĐH 6,0 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH

- - - - - - -

LV Yên Thái - Đào Nguyên

- - - - - - - 12,0 12,0 8,0 8,0 4,5 - - - - - - - - - - -

9,6 80% 9,6 80% 6,4 80% 6,4 80% 3,6 80%

- - - - - - - - - - -

34,50 23,50 12,00 12,00 8,50 2,43 4,50 5,56 1,37 3,78 2,10 12,00 4,03 7,19 1,73 1,36

Hồ Yên Thái 1 Hồ Yên Thái 2 Hồ Yên Thái 3 Hồ Đào Nguyên Hồ ĐN11 Hồ ĐN1 Hồ ĐN2 Hồ ĐN3 Hồ ĐN4 Hồ ĐN5 Hồ ĐN6 Hồ ĐN7 Hồ ĐN8 Hồ ĐN9 Hồ ĐN10 Hồ ĐN12

7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH 6,5 Không là HĐH

2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,5 1,0 1,5 2,0 1,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

5,5 6,0 5,5 5,0 5,5

LV Đông Mỹ

Tỷ lệ:

22,3 (1,00%)

(% DT lưu vực)

Hồ Đông Mỹ

45,00 (4,24%) 45,00

26,2 (2,47%) 26,2

22,3 85%

5,0

0,5

4,5

LV Ba Xã

Tỷ lệ:

10,6 (1,00%)

(% DT lưu vực)

Hồ Thanh Liệt Hồ Văn Quán

38,50 (3,63%) 32,00 6,50

14,1 (1,33%) 7,60 6,50

5,7 75% 4,9 75%

6,2 6,5 Đã có

1,5 2,8

4,7 3,7

LV Khê Tang

Tỷ lệ:

15,9 (1,00%)

(% DT lưu vực)

6,2

-

Không là HĐH

6,2

-

Không là HĐH

5,9

Hồ Khê Tang 1 Hồ Khê Tang 2 Hồ Khê Tang 3 Hồ Khê Tang 4 Hồ Khê Tang 5 Hồ Khê Tang 6

24,90 (1,57%) 5,80 2,10 7,90 2,70 5,40 1,00

19,1 (1,20%) 5,8 - 7,9 - 5,4 -

4,9 85% 6,7 85% 4,3 80%

-

Không là HĐH

0,3 1,9 0,5

5,9 4,3 5,4

LV Tả Thanh Oai

263,70

45,0

38,2

110

Diện tích (ha)

Tên hồ

Theo đề xuất

Ghi chú

Tính toán %

Cao độ tính toán (m) Zđáy Hmax Zđỉnh

Tỷ lệ:

(1,00%)

(% DT lưu vực)

Hồ Thượng Phúc 1 Hồ Thượng Phúc 2 Hồ Thanh Oai 1 Hồ Thanh Oai 2 Hồ Thanh Oai 3

Tổng (1,18%) 22,5 22,5 - - -

19,1 85% 19,1 85%

- - -

Theo QH (6,89%) 105,00 98,20 14,00 32,00 14,50

0,5 0,5 2,2 2,2 2,2

4,5 4,5

5,0 5,0 5,5 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH 5,5 Không là HĐH

LV Thạch Nham

Tỷ lệ:

6,6 (1,00%)

(% DT lưu vực)

8,2 (1,25%) 8,2

6,6 80%

8,20 (1,25%) 8,20

0,5

4,5

5,0

Hồ Thạch Nham

Bảng 3.3. Các trường hợp diện tích hồ điều hòa (ha) theo các tỷ lệ diện tích

Trường hợp tỷ lệ diện tích hồ

Tên hồ

0,6%

0,8%

1,0%

1,2%

1,4%

1,6%

1,8%

2,0%

LV Tây Hà Nội

115,7 0,60%

154,3 0,80%

192,8 1,00%

231,4 1,20%

270,0 1,40%

308,5 1,60%

347,1 1,80%

385,7 2,00%

Tỷ lệ:

LV Yên Nghĩa

Hồ Yên Nghĩa 1 Hồ Yên Nghĩa 2 Hồ Yên Nghĩa 3 Hồ CV Hà Đông Hồ Phú Đô (đầu mối) Hồ CV Mễ Trì Hồ Mễ Trì (đầu mối)

7,2 9,6 3,6 7,2 7,2 4,2 3,0

9,6 12,8 4,8 9,6 9,6 5,6 4,0

19,2 25,6 9,6 19,2 19,2 11,3 8,1

21,6 28,8 10,8 21,6 21,6 12,7 9,1

24,0 32,0 12,0 24,0 24,0 14,1 10,1

12,0 16,0 6,0 12,0 12,0 7,0 5,0

14,4 19,2 7,2 14,4 14,4 8,4 6,0

16,8 22,4 8,4 16,8 16,8 9,9 7,1

LV Liên Mạc

Hồ Liên Mạc 1 Hồ Liên Mạc 2 Hồ Liên Mạc 3 Hồ SP4 Hồ Ngọc Long Hồ CN4 Hồ CN6 Hồ Giao Lưu Hồ Cổ Nhuế 1 Hồ Cổ Nhuế 2

19,2 2,6 6,1 8,7 2,6 1,8 1,2 4,8 2,4 2,9

25,6 3,5 8,1 11,6 3,5 2,4 1,6 6,4 3,2 3,8

51,2 7,0 16,2 23,2 7,0 4,8 3,2 12,8 6,4 7,7

57,6 7,9 18,2 26,1 7,8 5,4 3,6 14,4 7,2 8,6

64,0 8,8 20,2 29,0 8,7 6,0 4,0 16,0 8,0 9,6

32,0 4,4 10,1 14,5 4,4 3,0 2,0 8,0 4,0 4,8

38,4 5,3 12,1 17,4 5,2 3,6 2,4 9,6 4,8 5,8

44,8 6,2 14,1 20,3 6,1 4,2 2,8 11,2 5,6 6,7

LV Yên Thái - Đào Nguyên

Hồ Yên Thái 1 Hồ Yên Thái 2 Hồ Yên Thái 3

5,8 5,8 3,8

7,7 7,7 5,1

15,4 15,4 10,2

17,3 17,3 11,5

19,2 19,2 12,8

9,6 9,6 6,4

11,5 11,5 7,7

13,4 13,4 9,0

111

Trường hợp tỷ lệ diện tích hồ

Tên hồ

1,6%

1,8%

2,0%

Hồ Đào Nguyên Hồ ĐN11

0,6% 3,8 2,2

0,8% 5,1 2,9

1,0% 6,4 3,6

1,2% 7,7 4,3

1,4% 9,0 5,0

10,2 5,8

11,5 6,5

12,8 7,2

LV Đông Mỹ

Tỷ lệ:

Hồ Đông Mỹ

13,4 0,60% 13,4

17,8 0,80% 17,8

22,3 1,00% 22,3

26,7 1,20% 26,7

31,2 1,40% 31,2

35,6 1,60% 35,6

40,1 1,80% 40,1

44,5 2,00% 44,5

LV Hiền Giang

Tỷ lệ:

Hồ Thanh Liệt Hồ Văn Quán Hồ Khê Tang 1 Hồ Khê Tang 3 Hồ Khê Tang 5 Hồ Thượng Phúc 1 Hồ Thượng Phúc 2 Hồ Thạch Nham

42,8 0,60% 3,4 2,9 2,9 4,0 2,6 11,5 11,5 3,9

57,0 0,80% 4,6 3,9 3,9 5,4 3,4 15,3 15,3 5,2

71,3 1,00% 5,7 4,9 4,9 6,7 4,3 19,1 19,1 6,6

85,5 1,20% 6,8 5,9 5,9 8,0 5,2 22,9 22,9 7,9

99,8 1,40% 8,0 6,9 6,9 9,4 6,0 26,7 26,7 9,2

114,0 1,60% 9,1 7,8 7,8 10,7 6,9 30,6 30,6 10,5

128,3 1,80% 10,3 8,8 8,8 12,1 7,7 34,4 34,4 11,8

142,5 2,00% 11,4 9,8 9,8 13,4 8,6 38,2 38,2 13,1

3.1.4. Phân tích thủy lực

Vận dụng thuật toán giải bài toán tối ưu như đã nêu ở mục 2.1.2. , trong nghiên cứu này cần xác định được tổng lưu lượng thiết kế của các trạm bơm đầu mối Q và diện tích hồ điều hòa F. Lập sơ đồ lưới quét để giải bài toán tìm kiểm tối ưu theo 2 thông số điều khiển Q và f được mô tả trên hình vẽ dưới đây (Hình 3.1. ).

1) Lấy một mức giá trị Q=Qmax=637,8.

2) Lấy một mức giá trị F=Fmin=0,6F.

3) Chạy mô hình SWMM, xác định các thông số thủy lực của hệ thống.

Xác định được mực nước lớn nhất Zmax (Max Head) tại các điểm khống chế, số nút ngập Nng (Flooding Nodes), khối lượng nước gây ngập Wngập (Total Flood Volume) và tỷ lệ (%) lượng nước gây ngập tại các nút.

4) Tăng F thêm một bước với độ dài bước quét ΔF=0,2%F và lặp lại bước 2 với giá

trị mới F:=F+ ΔF cho đến khi F= Fmax=2,0%F.

5) Giảm Q thêm một bước với độ dài bước ΔQ (tương ứng với mức giảm số máy bơm đi 1 máy tại mỗi trạm bơm) và lặp lại từ bước 1 với giá trị mới Q:=Q−ΔQ cho đến khi Q=Qmin=338,1.

4) Sau khi đến biên dưới Q=Qmin thì hoàn tất.

Để thay đổi bước quét theo Q, tăng hoặc giảm số máy của từng trạm bơm đầu mối với số gia là 1 máy. Ví dụ, đối với TB Yên Nghĩa thì số máy ban đầu là 10 máy (trường

112

hợp “nền”), thay đổi số máy sau mỗi lần quét ta được các trường hợp: 11 máy, 10 máy,..., 6 máy và tất cả có 7 mức (lần) quét theo lưu lượng của trạm bơm này. Đối với các trạm bơm khác cũng tiến hành một cách tương tự, ngoại trừ LV Yên Sở và Hồ Tây không thay đổi lưu lượng và diện tích hồ, bởi vì trạm bơm đầu mối và hệ thống hồ điều hoà ở lưu vực này đã được xây dựng xong.

Để thay đổi bước quét theo F, tăng tỷ lệ diện tích f (tính theo % so với diện tích tuyệt đối F) với số gia là Δf=0,2%; ta được các trường hợp 0,6%, 0,8%..., 2,0% và tất cả có 8 mức (lần) quét theo diện tích hồ. Để thuận tiện, thay đổi đồng đều tỷ lệ f cho tất cả các lưu vực, ngoài trừ LV Yên Sở không thay đổi diện tích hồ hệ thống hồ điều hoà và trạm bơm đầu mối ở lưu vực này đã được xây dựng.

Việc tạo ra các cấp lưu lượng (338,1; 393,1; ..., 637,8 m3/s) được thực hiện bằng cách thay đổi số máy bơm của trạm. Đối với các cấp diện tích hồ, qua thực hành thấy rằng chỉ cần xem xét f từ 0,6% ÷ 2,0%, còn các trị số nhỏ hơn hoặc lớn hơn không cần thiết đưa vào tính toán. Cấp Δf=0,2% là để đủ số điểm cần thiết cho việc xây dựng các đường quan hệ theo Δf, tuy nhiên nếu lấy Δf càng nhỏ hơn thì độ chính xác càng cao.

Từ Hình PL3.1 đến Hình PL3.22, là ví dụ minh hoạ cho kết quả tính toán thủy lực, trong đó có đường quá trình mực nước tại một số nút đại biểu ứng với trận mưa thiết kế dạng 1 và dạng 2. Nhận thấy rằng, kết quả về mức ngập theo hai mô hình mưa sai khác không đáng kể. Chẳng hạn, tại LV Tây Hà Nội, với trường hợp Q=380m3/s, F=192,76 ha, với mưa dạng 1 thì ZmaxHĐ=4,50 m, với mưa dạng 2 thì ZmaxHĐ=4,44 m.

Tập hợp các kết quả tính toán được trình bày như các bảng dưới đây:

Lưới quét trong không gian hai chiều (f, Q)

113

1. Tại mức Q=Q(+1)=637,8m3/s

Bảng 3.4. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(+1)=Qmax=637,8m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 417,1 132,0 11

Liên Mạc 182,1 15

Nam Thăng Long 9,0 3

Yên Thái 64,0 8

Đào Nguyên 30,0 6

8 Đông Mỹ 47,0

10 Hiền Giang 120,0

18 Yên Sở 90,0

Cộng: 637,8

Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(+1)=637,8m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

4,65

4,49

4,37

4,29

4,16

4,11

4,07

4,03

ZHàĐông (m)

4,59

4,36

4,21

4,11

4,00

3,88

3,78

ZLiênMạc (m)

4,65

4,53

4,42

4,31

4,20

4,11

4,03

3,97

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

3,41

3,38

3,21

3,19

3,16

3,17

3,16

ZĐôngMỹ (m)

3,70

3,58

3,47

3,41

3,40

3,39

3,37

3,35

ZHiềnGiang (m)

176

247

249

247

248

251

248 391,1

1,285,6 1,283,9 1,282,1 1,280,9 1,280,4

1,279,3

1,278,3

0,310% 1,021% 1,019% 1,018% 1,017% 1,016% 1,016% 1,015%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

114

2. Tại mức Q=Q(−0)=611,0m3/s (mức “nền”)

Bảng 3.6. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−0)=611,0m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 10 378,0 120,0

Liên Mạc 14 170,0

Nam Thăng Long 3 9,0

Yên Thái 7 54,0

Đào Nguyên 5 25,0

9 Đông Mỹ 35,0

6 Hiền Giang 108,0

18 Yên Sở 90,0

Cộng: 611,0

Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−0)=611,0m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

4,87

4,68

4,50

4,36

4,31

4,20

4,13

ZHàĐông (m)

4,80

4,61

4,40

4,28

4,18

4,05

3,95

3,91

ZLiênMạc (m)

4,82

4,70

4,58

4,47

4,37

4,25

4,21

4,14

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

4,00

3,82

3,64

3,53

3,43

3,40

3,41

ZĐôngMỹ (m)

3,81

3,67

3,60

3,55

3,53

3,52

3,50

3,47

ZHiềnGiang (m)

178

174

169

173

180

185 398,5

393,9

389,4

387,1

385,1

384,2

388,3

387,2

0,316% 0,313% 0,309% 0,307% 0,306% 0,305% 0,308% 0,307%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

115

3. Tại mức Q=Q(−1)=558,0m3/s

Bảng 3.8. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−1)=558,0m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 9 342,9 108,0

Liên Mạc 13 157,9

Nam Thăng Long 3 9,0

Yên Thái 6 48,0

Đào Nguyên 4 20,0

5 Đông Mỹ 29,2

8 Hiền Giang 96,0

18 Yên Sở 90,0

Cộng: 558,0

Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−1)=558,0m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

5,07

4,87

4,74

4,61

4,46

4,33

4,26

4,22

ZHàĐông (m)

5,01

4,78

4,60

4,45

4,35

4,22

4,14

4,10

ZLiênMạc (m)

5,06

4,87

4,75

4,65

4,54

4,45

4,38

4,32

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

5,01

4,79

4,55

4,36

4,17

4,03

3,89

3,76

ZĐôngMỹ (m)

4,23

4,02

3,88

3,76

3,65

3,60

3,57

3,56

ZHiềnGiang (m)

200

180

177

182

176

178

175 474,7

401,6

396,7

394,0

412,3

390,6

389,6

388,7

0,377% 0,319% 0,315% 0,313% 0,327% 0,310% 0,309% 0,309%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

116

4. Tại mức Q=Q(−2)=503,0m3/s

Bảng 3.10. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−2)=503,0m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 8 305,7 96,0

Liên Mạc 12 145,7

Nam Thăng Long 3 9,0

Yên Thái 5 40,0

Đào Nguyên 3 15,0

4 23,3 Đông Mỹ

7 84,0 Hiền Giang

18 90,0 Yên Sở

Cộng: 503,0

Bảng 3.11. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−2)=503,0m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

5,31

5,06

4,89

4,77

4,62

4,46

4,45

4,44

ZHàĐông (m)

5,25

5,01

4,83

4,64

4,54

4,45

4,31

4,28

ZLiênMạc (m)

5,29

5,09

4,94

4,82

4,73

4,62

4,55

4,50

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

5,09

5,08

5,03

5,00

5,01

4,92

4,71

4,54

ZĐôngMỹ (m)

5,00

4,63

4,46

4,30

4,16

4,03

3,93

3,82

ZHiềnGiang (m)

289

210

199

196

185

182

185 2.109,2

948,7

794,3

645,8

497,8

405,2

402,7

400,6

1,674% 0,753% 0,631% 0,513% 0,395% 0,322% 0,320% 0,318%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

117

5. Tại mức Q=Q(−3)=448,1m3/s

Bảng 3.12. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−3)=448,1m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 7 268,6 84,0

Liên Mạc 11 133,6

Nam Thăng Long 3 9,0

Yên Thái 4 32,0

Đào Nguyên 2 10,0

3 Đông Mỹ 17,5

6 Hiền Giang 72,0

18 Yên Sở 90,0

Cộng: 448,1

Bảng 3.13. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−3)=448,1m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

5,96

5,68

5,46

5,30

5,16

5,01

4,90

4,80

ZHàĐông (m)

5,91

5,62

5,41

5,23

5,09

4,94

4,84

4,75

ZLiênMạc (m)

5,97

5,21

5,48

5,32

5,17

5,03

4,95

4,86

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

5,07

5,09

5,07

5,05

5,01

ZĐôngMỹ (m)

5,03

4,99

4,92

4,76

4,59

4,45

4,33

ZHiềnGiang (m)

332

351

284

223

221

215

216

217 4.883,5 5.215,5 2.023,0 1.517,8 1.334,4 1.174,2 1.017,6

865,1

3,877% 4,140% 1,606% 1,205% 1,059% 0,932% 0,808% 0,687%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

118

6. Tại mức Q=Q(−4)=393,1m3/s

Bảng 3.14. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−4)=393,1m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 6 231,4 72,0

Liên Mạc 10 121,4

Nam Thăng Long 3 9,0

Yên Thái 3 24,0

Đào Nguyên 1 5,0

2 Đông Mỹ 11,7

5 Hiền Giang 60,0

18 Yên Sở 90,0

Cộng: 393,1

Bảng 3.15. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−4)=393,1m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

6,19

6,16

6,14

6,04

5,87

5,69

5,54

5,42

ZHàĐông (m)

6,29

6,18

6,21

6,01

5,86

5,60

5,48

5,37

ZLiênMạc (m)

6,54

6,40

6,23

6,08

5,91

5,69

5,57

5,46

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

5,10

5,04

5,00

5,03

5,07

5,11

5,07

5,01

ZĐôngMỹ (m)

5,01

5,02

5,00

4,90

ZHiềnGiang (m)

408

378

363

346

318

300

288

231 11.357,3 7.699,1 5.928,0 4.373,4 3.572,3 2.934,9 2.362,0 1.911,0

9,016% 6,112% 4,706% 3,472% 2,836% 2,330% 1,875% 1,517%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

119

7. Tại mức Q=Q(−5)=338,1m3/s

Bảng 3.16. Lưu lượng các trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(−5)=Qmin=338,1m3/s

Trạm bơm Q (m3/s) Số máy

Tây Hà Nội

Yên Nghĩa 194,3 60,0 5

Liên Mạc 109,3 9

Nam Thăng Long 9,0 3

Yên Thái 16,0 2

Đào Nguyên - 0

1 Đông Mỹ 5,8

4 Hiền Giang 48,0

18 Yên Sở 90,0

Cộng: 338,1

Bảng 3.17. Kết quả kiểm tra các ràng buộc tại các điểm quét - Mức Q=Q(−5)=338,1m3/s

Tỷ lệ diện tích hồ

Mực nước

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

2,00%

6,19

6,15

6,04

ZHàĐông (m)

6,38

6,37

6,35

6,28

6,21

6,19

6,14

6,02

ZLiênMạc (m)

6,85

6,83

6,75

6,65

6,51

6,34

6,25

6,13

ZYênThái (m)

4,66

ZYênSở (m)

5,10

5,07

ZĐôngMỹ (m)

5,02

5,01

5,00

5,01

5,02

5,01

5,00

ZHiềnGiang (m)

518

490

460

415

394

370

362

351 16.216,0 15.508,9 13.541,5 10.461,1 9.993,9 8.041,5 6.529,3 5.215,5

12,873% 12,311% 10,750% 8,304% 7,933% 6,384% 5,183% 4,140%

Số nút ngập Nng Wngập (103m3) Wngập (%)

120

3.1.5. Xác định quan hệ ràng buộc giữa quy mô trạm bơm và hồ điều hòa

Trong quá trình thực hiện các phép quét để tìm quan hệ ràng buộc của bài toán tối ưu với sự trợ giúp của mô hình thủy văn - thủy lực hệ thống tiêu thoát nước (SWMM) nói trên, giả định giá trị lưu lượng Q và tỷ lệ diện tích hồ điều hòa f ở một lưu vực nào đó đang ở giá trị nhỏ, khi ta tăng dần Q hoặc f hoặc cả hai thì đến một tổ hợp giá trị (Q, f) nào đó hệ thống tiêu sẽ đạt được điều kiện không úng ngập. Điều kiện này đã được biểu diễn bằng những ràng buộc mà ta đã mô tả ở mục (2.1.2. ).

Dựa vào tài liệu thiết kế hệ thống thoát nước Hà Nội có thể biết rằng, để LV Yên Sở cơ bản không bị úng ngập thì cần khống chế cao trình mực nước tại điểm trước hồ Yên Sở là +4,5 m [3]. Tương tự, mực nước khống chế này là +4,5 m tại thương lưu cống Hà Đông đối với LV Tây Hà Nội [1]; +3,9 m tại ngã ba kênh Om gặp kênh Đồng Trì đối với LV Đông Mỹ [37] và +3,6 m tại thượng lưu cống Hiền Giang đối với LV Hiền Giang.

Đến đây có thể viết lại các ràng buộc:

(3.1) ZmaxHĐ(QTHN, fTHN) = [ZmaxHĐ] = 4,5

(3.2) ZmaxĐM(QĐM, fĐM) = [ZmaxĐM] = 3,9

(3.3) ZmaxHG(QHG, fHG) = [ZmaxHG] = 3,6

(3.4) ZmaxYS(QYS, fYS) = [ZmaxYS] = 4,5

Trong đó:

ZmaxHĐ, [ZmaxHĐ] - MN lớn nhất và MN lớn nhất cho phép tại trước cống Hà Đông;

ZmaxĐM, [ZmaxĐM] - MN lớn nhất và MN lớn nhất cho phép tại Đông Mỹ;

ZmaxHG, ZmaxHG] - MN lớn nhất và MN lớn nhất cho phép tại trước cống Hiền Giang;

ZmaxYS, [ZmaxYS] - MN lớn nhất và MN lớn nhất cho phép tại trước hồ Yên Sở.

Mỗi khi cố định f và tăng dần giá trị Q thì mực nước lớn nhất Zmax tại điểm xem xét sẽ giảm dần, từ đó vẽ được đường quan hệ Zmax~Q ứng với trị số f đó. Với nhiều giá trị f sẽ vẽ được một họ đường quan hệ Zmax~Q mà mỗi đường lấy một giá trị của f làm tham số, ví dụ như ở Bảng 3.18. và Hình 3.2. đối với LV Tây Hà Nội.

Hình 3.2. cho thấy đường nằm ngang Zmax=4,5 cắt đường Zmax~Q (ứng với một f nào đó) tại một điểm và từ giao điểm này dóng xuống tìm được Q; nghĩa là với cặp giá trị (Q, f) này thì ZmaxHĐ=4,5. Tiếp tục xem xét các giao điểm khác sẽ tìm được các cặp giá trị (Q, f) khác... và từ các tập hợp các (Q, f) này vẽ được một đường quan hệ Q~f như ở Hình 3.3. , tức là đã tìm được đường cong biểu diễn ràng buộc dạng phương trình ZmaxHĐ(Q, f)=4,5 nêu ở biểu thức (3.1).

Thực hiện công việc này một cách tương tự cho các lưu vực khác, kết quả được

trình bày ở các bảng biểu và hình vẽ (Hình 3.3. , Hình 3.5. , Hình 3.7. ) dưới đây.

121

Việc tìm ra quan hệ ràng buộc Q~F (hoặc Q~f) cho mỗi lưu vực có ý nghĩa quan trọng, bởi vì từ một điểm nào đó trên đường cong này có thể xác định được một cặp giá trị (Q, F), nghĩa là tìm được CS trạm bơm và diện tích hồ điều hòa đảm bảo đúng yêu cầu chống ngập.

Nhận thấy rằng, quan hệ Q~F có dạng nghịch biến, nghĩa là khi tăng công suất trạm bơm đầu mối lên thì diện tích hồ điều hoà sẽ giảm xuống và ngược lại. Từ các đường cong Q~F này, sẽ thực hiện việc tìm kiếm tối ưu trong miền các giá trị (Q, F) chỉ nằm trên đường cong đó, thể hiện quan hệ ràng buộc dạng phương trình trong bài toán tối ưu hóa đang xem xét.

122

1. Lưu vực Tây Hà Nội

Bảng 3.18. Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - Lưu vực Tây Hà Nội

Tỉ lệ diện tích hồ fhồ (%)

Q (m3/s) 194,3 231,4 268,6 305,7 342,9 378,0 591,8

0,6% 6,19 6,19 5,96 5,31 5,07 4,87 4,65

0,8% 6,19 6,16 5,68 5,06 4,87 4,68 4,49

1,0% 6,19 6,14 5,46 4,89 4,74 4,50 4,37

1,2% 6,19 6,04 5,30 4,77 4,61 4,36 4,29

1,4% 1,6% 6,15 6,19 5,69 5,87 5,01 5,16 4,46 4,62 4,33 4,46 4,20 4,31 4,11 4,16

1,8% 6,15 5,54 4,90 4,45 4,26 4,20 4,07

2,0% 6,04 5,42 4,80 4,44 4,22 4,13 4,03

f 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0%

Q (m3/s) Fhồ (ha) 154,2 192,8 231,3 269,9 308,4 347,0 385,5

415 378 359 343 336 334 333

Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Tây Hà Nội

Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHĐ(Q, F)=4,5 - LV Tây Hà Nội

123

2. Lưu vực Hiền Giang

Bảng 3.19. Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - LV Hiền Giang

Q (m3/s) 48,0 60,0 72,0 84,0 96,0 108,0 120,0

Tỉ lệ diện tích hồ f (%) 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% 5,00 5,02 4.91 5.03 4.33 5.03 3.82 5.00 3,56 4,23 3,47 3,81 3,35 3,70

5,00 5.01 4.99 4.46 3,88 3,60 3,47

5,01 5.00 4.92 4.30 3,76 3,55 3,41

5,01 5.02 4.99 4.63 4,02 3,67 3,58

5,01 4.99 4.76 4.16 3,65 3,53 3,40

5,02 4.99 4.59 4.03 3,60 3,52 3,39

5,01 4.99 4.45 3.93 3,57 3,50 3,37

f 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0%

Q (m3/s) F (ha) 42,8 57,1 71,3 85,6 99,9 114,1 128,4 142,7

130,0 117,5 108,0 104,0 100,8 97,0 95,9 95,7

Quan hệ ZmaxHG~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Hiền Giang

Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHG(Q, F)=3,6 - LV Hiền Giang

124

3. Lưu vực Đông Mỹ

Bảng 3.20. Quan hệ Zmax~Q theo các mức diện tích hồ khác nhau - LV Đông Mỹ

Q (m3/s) 5,8 11,7 17,5 23,3 29,2 35,0 58,3

Tỉ lệ diện tích hồ f (%) 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% 5,07 5,10 5,01 5,10 5,01 5,07 4,54 5,09 3,76 5,01 3,41 4,00 3,16 3,41

5,07 5,07 5,01 4,71 3,89 3,40 3,17

5,07 5,04 5,07 5,08 4,79 3,82 3,38

5,07 5,03 5,09 5,00 4,36 3,53 3,19

5,07 5,07 5,07 5,01 4,17 3,43 3,19

5,07 5,11 5,05 4,92 4,03 3,40 3,16

5,07 5,00 5,07 5,03 4,55 3,64 3,21

Quan hệ ZmaxHĐ~Q với các mức diện tích hồ f khác nhau - Lưu vực Đông Mỹ

Q (m3/s) F (ha) 13,4 17,8 22,3 26,7 31,2 35,7 40,1 44,6 13,4

37,2 34,4 33,4 32,4 31,3 30,1 29,1 28,1 37,2

f 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% 0,6%

Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxĐM(Q, F)=3,9 - LV Đông Mỹ

125

3.1.6. Xác định các giá trị lưu lượng và diện tích hồ tối ưu

1. Xác định các thành phần của hàm mục tiêu

Ở mục 2.1.2. đã xây dựng hàm mục tiêu C là tổng chi phí ĐTXD công trình tiêu

thoát nước theo công thức (2.3):

C = C(Q, F)

Tổng chi phí C bao hồm hai thành phần là: Chi phí xây dựng trạm bơm CTB (bao

gồm cả kênh chính) và cho phí xây dựng hồ điều hòa Chồ.

Có thể coi chi phí xây dựng trạm bơm CTB là hàm số chỉ phụ thuộc vào tổng lưu lượng thiết kế trạm Q. Tất nhiên, CTB còn phụ thuộc vào nhiều thông số khác, nhưng Q là biến số quyết sách bao trùm lên tất cả. Mặt khác, trong lý thuyết về tối ưu hóa các đối tượng kỹ thuật, hàm mục tiêu được coi là một chỉ tiêu để so sánh giữa các trường hợp / phương án, mà không cần phải bao hàm mọi yếu tố ảnh hưởng đến giá trị hàm mục tiêu, tức là được so sánh “cùng một mặt bằng”. Loại tối ưu hóa này được gọi là tối ưu cục bộ.

Cũng tương tự, có thể coi chi phí xây dựng hồ điều hòa trong hệ thống Chồ là hàm số chỉ phụ thuộc vào diện tích hồ F. Các thông số khác của hồ có thể được xác định theo phép suy luận, chẳng hạn cao trình mực nước nhỏ nhất khống chế trong hồ Zmin có thể suy luận sau khi chạy thủy lực sơ bộ; cao trình đáy hồ Zđáy có thể được suy luận từ Zmin sao cho đảm bảo một độ sâu nhỏ nhất Hmin cần thiết trong hồ (để nuôi cá hoặc để duy trì hệ thủy sinh trong hồ); cao trình đỉnh hồ Zđỉnh có thể lấy theo cao độ san nền quy hoạch. Như vậy, khi biết diện tích hồ điều hòa thì có thể tìm ra được khối lượng (đào đắp đất) cũng như tổng chi phí ĐTXD hồ. Đặc biệt, đối với khu vực đô thị Hà Nội, chi phí cho công tác thu hồi đất và giải phóng mặt bằng chiếm một tỷ trọng rất lớn trong tổng chi phí ĐTXD hồ do phải lấy đất làm hồ từ đất sản xuất nông nghiệp và có thể cả một số diện tích đất ở trong điều kiện giá đất rất cao. Vì các điều kiện này Chồ có quan hệ chặt chẽ Fhồ như là hàm độc lập một biến, thậm chí là quan hệ gần như tuyến tính.

Như vậy, nếu lấy F làm biến độc lập thì có thể xác định Q theo F từ một trong các quan hệ ràng buộc từ (3.1) đến (3.4) trên đây; hoặc một cách trực quan, từ đồ thị ở một trong các hình vẽ trên đây (Hình 3.3. , Hình 3.5. , Hình 3.7. ) với một giá trị F sẽ tra được ngay một giá trị Q.

Từ những phân tích trên đây có thể viết lại công thức hàm mục tiêu:

(3.5) C = CTB(Q(F)) + Chồ(F)

a. Xác định quan hệ CTB~Q:

Để tìm hai thành phần CTB và Chồ ở công thức trên, tham khảo số liệu từ tổng dự toán hoặc tổng mức đầu tư của một số dự án xây dựng trạm bơm trên địa bàn Hà Nội [1] [37]... và vùng lân cận đã được phê duyệt với số liệu được trình bày tại bảng PL3.1 và tập hợp ở Bảng 3.21. Sử dụng phần mềm Exell, tiến hành phép phân tích hồi quy

126

(Hình 3.8. ) và xác định được quan hệ này có dạng hàm số:

(3.6) CTB=8319,4.Q1.1218, 109 đ

Bảng 3.21. Chi phi xây dựng các trạm bơm

Trạm bơm

C (109 đ)

Địa điểm

Đào Nguyên

QTK (m3/s) 15

175.882 Hoài Đức, Hà Nội

Liên Nghĩa

25 265.913 Văn Giang, Hưng Yên

Đông Mỹ

35 651.004 Thanh Trì, Hà Nội

Sông Chanh

56,4

628.884 Ý Yên, Nam Định

Văn Khê

72 788.004 Mê Linh, Hà Nội

Liên Mạc

100 1.629.056 Từ Liêm, Hà Nội

Yên Nghĩa

120 1.968.756 Hoài Đức, Hà Nội

Đồ thị quan hệ giữa phí xây dựng trạm bơm và lưu lượng trạm CTB~Q

a. Xác định quan hệ Chồ~Q:

Trên địa bàn TP Hà Nội có DA “Cải tạo nâng cấp hệ thống trạm bơm tiêu Đông Mỹ

huyện Thanh Trì” [37] đã được phê duyệt. Hồ này có các thông số:

- Cao trình đáy Zđáy = +0,50 m

- Cao trình mực nước min: Zmin = +1,50 m

- Cao trình mực nước max: Zmax = +3,90 m

- Cao trình bờ Zbờ = +5,00 m

- Độ sâu điều tiết: HĐT = 2,4 m

127

- Độ sâu hồ: H = 4,5 m

- Diện tích làm hồ Fhồ_tổng = 22,9 ha

- Diện tích điều tiết Fhồ = 18,24 ha

Ở bảng sau, xác định được mức chi phí xây dựng hồ là 8.440×106 đ/ha. Coi chi phí

xây dựng hồ tỷ lệ thuận với diện tích hồ, xác định được quan hệ Chồ~Q có dạng:

(3.7) Chồ = 8,440×F, 109 đ

Bảng 3.22. Xác định mức chi phí xây dựng hồ điều hòa

Hạng nục

Chi phí:

Chi phí xây dựng (phần đất) Chi phí xây dựng (phần xây lát) Cộng:

Chi khác Chi phí GPMB

Đơn vị 106đ - - - - - - Cộng: Hồ Đông Mỹ 157.496 - 157.496 47.249 114.000 161.249

ha % ha 106đ/ha 109đ/ha Diện tích chiếm đất Fhồ_tổng Tỷ lệ mặt nước Diên tích điều hòa Fhồ Mức đầu tư đơn vị chồ Mức đầu tư đơn vị chồ 22,80 80% 18,24 8.440 8,440

Như vậy hàm mục tiêu C được viết đầy đủ là:

C = 8,3194×Q1,1218 + 8,440×F, 109 đ (3.8)

Công thức (3.8) được áp dụng cho lưu vực có 1 trạm bơm đầu mối; đối với lưu vực

có nhiều trạm bơm là LV Tây Hà Nội, công thức trên được viết thành:

(3.9)

Trong hai công thức trên:

Q - Tổng lưu lượng chung của lưu vực, m3/s;

F - Tổng diện tích hồ điều hòa của lưu vực, ha;

αYN, αLM, αYT, αDN, αNTL - Lần lượt là tỷ lệ lưu lượng của các TB: Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long so với tổng lưu lượng chung Q của lưu vực này; lấy theo tỷ lệ tại mức nền (Bảng 3.1. , Bảng 3.6. ):

αYN=120/378=0,317;

128

αLM=170/378=0,450;

αYT=54/378=0,143;

αDN=25/378=0,066;

αNTL=9/378=0,024.

Trong tính toán chi phí xây dựng như kết quả ở các bảng trên (Bảng 3.21. , Bảng

3.22. ) đã áp dụng:

+ Đơn giá xây dựng tại thời điểm quý 3 năm 2016.

+ Đơn giá đền bù đất nông nghiêp: 200.000 đ/m2 (tại các huyện Đan Phượng, Hoài

Đức, Từ Liêm, Thanh Trì).

(tại các huyện Đan Phượng, Hoài Đức, Từ

+ Đơn giá đền bù đất ở: 2.200.000 đ/m2

Liêm, Thanh Trì).

+ Tỷ lệ đất nông nghiệp / đất ở: 85% / 15%.

+ Giá đất lấy theo Quyết định số 96/2014/QĐ-UBND ngày 29/12/2014 của UBND TP Hà Nội về việc ban hành Quy định về giá các loại đất trên địa bàn TP Hà Nội áp dụng từ 01/01/2014 đến 31/12/2019.

2. Xác định thông số tối ưu của hệ thống tiêu thoát nước

Tính toán giá trị hàm mục tiêu theo công thức (3.7) trên đây, với một giá trị F, tra được một giá trị Q ở quan hệ Q~F. Tính cho nhiều điểm và xác định được quan hệ C~F~Q như trình bày ở các bảng (Bảng 3.23. , Bảng 3.24. , Bảng 3.25. ) và các hình (Hình 3.9. , Hình 3.10. , Hình 3.11. ) dưới đây.

129

1. Lưu vực Tây Hà Nội

Bảng 3.23. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Tây Hà Nội

q (l/s/ha)

Fhồ (ha)

CTB (109đ)

fhồ (%)

154,2

Q (m3/s) 415,0

Chồ (109đ) 1.363,26 6.183,23

C (109đ) 7.546,49

0,8%

21,53

1.704,08 5.584,79

7.288,86

1,0%

19,66

192,8

378,0

231,3

359,0

2.044,89 5.255,26

7.300,15

1,2%

18,62

269,9

343,0

2.385,71 4.993,24

7.378,94

1,4%

17,79

308,4

336,0

2.726,52 4.879,06

7.605,58

1,6%

17,43

347,0

334,0

3.067,34 4.846,50

7.913,83

1,8%

17,33

385,5

333,0

3.408,15 4.830,22

8.238,37

2,0%

17,28

Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Tây Hà Nội

130

2. Lưu vực Hiền Giang

Bảng 3.24. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Hiền Giang

fhồ (%)

q (l/s/ha)

Fhồ (ha)

0,6%

18,23

42,8

Q (m3/s) 130,0

Chồ (109đ) 378,35

CTB (109đ) 1.956,65

C (109đ) 2.335,00

0,8%

16,47

57,1

117,5

504,47

1.746,87

2.251,34

1,0%

15,14

71,3

108,0

630,59

1.589,23

2.219,82

1,2%

14,58

85,6

104,0

756,70

1.523,35

2.280,05

1,4%

14,13

99,9

100,8

882,82

1.470,87

2.353,69

1,6%

13,60

114,1

97,0

1.008,94

1.408,81

2.417,75

1,8%

13,44

128,4

95,9

1.135,05

1.390,90

2.525,95

2,0%

13,42

142,7

95,7

1.261,17

1.387,65

2.648,82

Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Hiền Giang

131

3. Lưu vực Đông Mỹ

Bảng 3.25. Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - LV Đông Mỹ

q (l/s/ha)

Fhồ (ha)

Chồ (109đ)

CTB (109đ)

C (109đ)

fhồ (%)

0,6%

16,69

13,4

Q (m3/s) 37,2

118,23

480,76

598,99

0,8%

15,43

17,8

34,4

157,64

440,36

598,00

1,0%

14,98

22,3

33,4

197,05

426,02

623,07

1,2%

14,54

26,7

32,4

236,46

411,74

648,20

1,4%

14,04

31,2

31,3

275,87

396,09

671,96

1,6%

13,50

35,7

30,1

315,28

379,09

694,38

1,8%

13,06

40,1

29,1

354,69

365,00

719,69

2,0%

12,61

44,6

28,1

394,10

350,95

745,06

Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa và tổng cộng - Lưu vực Đông Mỹ

132

Từ vị trí có giá trị C nhỏ nhất sẽ xác định được các giá trị F và Q tương ứng và đó chính là giá trị tối ưu F* và Q* của hai thông số điều khiển F và Q, tìm được thông qua việc giải bài toán tối ưu hóa đã xây dựng. Thực hiện công việc này đối với từng lưu vực thành phần và được kết quả như ở Bảng 3.26. .

Tuy nhiên, nhận thấy rằng đồ thị hàm mục tiêu C biến đổi khá chậm chung quanh điểm có giá trị nhỏ nhất; vì vậy có thể xét thêm các cặp giá trị (Q, F) gần nghiệm tối ưu (Q*, F*) (như ở Bảng 3.27. ) và coi đó là các trường hợp có thể về quy mô trạm bơm và hồ điều hòa theo thứ tự ưu tiên từ trường hợp 1 đến trường hợp 3. Tùy theo điều kiện cụ thể, khi cần giảm diện tích thu hồi đất làm hồ thì chọn trường hợp Q lớn và ngược lại.

Bảng 3.26. Giá trị tối ưu của tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm và diện tích mặt nước hồ điều hòa đối với từng lưu vực thành phần

Giá trị tuyệt đối tối ưu Giá trị tương đối tối ưu

Lưu vực Ghi chú

D/tích lưu vực FLV (ha)

Tây Hà Nội 19.276 L/lượng Q* (m3/s) 379,0 DT hồ F* (ha) 192,8 HST đầu mối q* (l/s/ha) 19,66 Tỷ lệ DT f* (%) 1,00%

2.229 34,4 17,8 Đông Mỹ 15,43 0,80%

7.133 108,0 71,3 Hiền Giang 15,14 1,00%

7.541 90,0 299,7 Yên Sở 11,93 3,97% Hiện trạng, đã có

872 - 468,9 Hồ Tây - 53,77% Tự trữ lũ

Bảng 3.27. Các giá trị tối ưu và các giá trị lân cận của tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm và diện tích hồ điều hòa đối với từng lưu vực thành phần

G/trị tuyệt đối tối ưu G/trị tương đối tối ưu

Lưu vực Tr/ hợp G (109đ) Sai khác giá trị C so với Cmin HST đầu mối q* (l/s/ha) Tỷ lệ DT f* (%) D/tích lưu vực FLV (ha) L/lượng Q* (m3/s) DT hồ F* (ha)

3 154,2 415,0 21,53 7.546,49 3,53% 0,8%

19.276 - Tây Hà Nội 1 (*) 2 192,8 231,3 379,0 359,0 19,66 18,62 7.288,86 7.300,15 0,15% 1,0% 1,2%

2 13,4 37,2 16,69 598,99 0,17% 0,6%

2.229 - Đông Mỹ 1 (*) 3 17,8 22,3 34,4 33,4 15,43 14,98 598,00 623,07 4,19% 0,8% 1,0%

2 57,1 117,5 16,47 2.251,34 1,42% 0,8%

7.133 - Hiền Giang 1 (*) 3 71,3 85,6 108,0 104,0 15,14 14,58 2.219,82 2.280,05 2,71% 1,0% 1,2%

133

Như vậy, đến đây tìm được tỷ lệ diện tích hồ tối ưu so với tổng diện tích lưu vực f*

cho từng lưu vực thành phần là:

- Đối với lưu vực Tây Hà Nội: f * = 1,0% (F=192,8 ha)

- Đối với lưu vực Đông Mỹ: f * = 0,8% (F=17,8 ha)

- Đối với lưu vực Hiền Giang: f* = 1,0% (F=71,3 ha).

Các giá trị này là diện tích hồ tính toán, tức là diện tích mặt nước. Nếu tính thêm diện tích phụ trợ (mái, bờ, đường, cây xanh...) thì diện tích làm hồ còn được tăng thêm khoảng 20÷25% nữa tùy theo các nhu cầu khác.

Từ các kết quả trên đây, nhận thấy rằng:

- Đối với LV Tây Hà Nội, lưu lượng và hệ số tiêu đầu mối rất sát với kết quả tính toán của QH937 (q=19,7 l/s/ha), nhưng tỷ lệ diện tích hồ xác định được (f=1,00%) nhỏ hơn nhiều so với đề xuất trong 4 quy hoạch (f=5÷7%).

- Đối với LV Đông Mỹ, lưu lượng và hệ số tiêu đầu mối (q=15,43 l/s/ha) thấp hơn so với kết quả tính toán của QH937 (q=17,9 l/s/ha), nhưng tỷ lệ diện tích hồ xác định được (f=0,80%) nhỏ hơn nhiều so với đề xuất trong 4 quy hoạch (f=5÷7%).

- Đối với LV Hiền Giang, lưu lượng và hệ số tiêu đầu mối (q=15,14 l/s/ha) thấp hơn so với kết quả tính toán của QH937 (q=17,9 l/s/ha), nhưng tỷ lệ diện tích hồ xác định được (f=1,00%) nhỏ hơn nhiều so với đề xuất trong 4 quy hoạch (f=5÷7%).

- Đối với LV Yên Sở, lưu lượng và hệ số tiêu đầu mối (q=11,93 l/s/ha) thấp hơn so với kết quả tính toán của QH937 (q=17,9 l/s/ha), tỷ lệ diện tích hồ thực tế (f=4,7% theo tổng diện tích) xấp xỉ như đề xuất trong 4 quy hoạch (f=5÷7%). Mực nước lớn nhất trước hồ Yên Sở (ZmaxYS=4,7m), chưa đạt yêu cầu chống lũ ([ZmaxYS]=4,5m), cần bổ sung giải pháp tiêu úng cho LV này.

- Đối với LV Hồ Tây, do tỷ lệ diện tích mặt nước rất lớn (f=59,75%) nên hoàn toàn có khả năng trữ hết lượng nước mưa úng mà không phải đổ vào LV Yên Sở lúc đang tiêu úng căng thẳng. Trong trường hợp tính toán thiết kế hệ thống tiêu thoát nước, có thể không cần đưa LV Hồ Tây vào tính toán.

3.2. MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ GIẢI PHÁP TIÊU THOÁT NƯỚC VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH CHỦ YẾU

3.2.1. Các trạm bơm

1. Số lượng và quy mô các trạm bơm

Thông qua việc mô phỏng thủy lực cho toàn hệ thống lớn, sau các phân tích thủy lực khác nhau, đã xác định được tổng lưu lượng tối ưu cho lưu vực nghiên cứu và cho các lưu

134

vực thành phần (Bảng 3.26. ), đồng hành thu được kết quả về quy mô hợp lý của từng trạm bơm đầu mối. Từ đó đề xuất bố trí các trạm bơm đầu mối và quy mô (lưu lượng thiết kế, diện tích phụ trách) của từng trạm như sau (Bảng 3.28. ).

Bảng 3.28. Đề xuất điều chỉnh việc bố trí và quy mô các trạm bơm

TT

Công trình

Diễn giải

QH 937 368

QH 1259 378

QH 4673 378

QH 725 413

Hiện trạng

Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

Đề xuất 378 120 7019 X/định rõ hơn biên LV.

54 120 6300 54 3500

120 6300 54 3770

120 5011 54 3878 3533 X/định rõ hơn biên LV; Gồm

A Lưu vực Tây Hà Nội 1 TB Yên Nghĩa 2 TB Yên Thái Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

25 cả TB Đào Nguyên Cùng với TB Yên Thái.

25 170 8021 X/định rõ hơn biên LV.

Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

Không xây TB này, vì không thuận thủy thế và không có mặt bằng.

0 0 9 Đã xây dựng. 523 X/định rõ hơn biên LV .

25 170 9200 9 450

90 TB Yên Sở Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

175 2050 30 2267 9 450 90 7750 7.541 X/định rõ hơn biên LV.

9 450 90 7450 6,7 1950

TB Vạn Phúc Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

145 7753 35÷90 1950

35 2219 X/định rõ hơn biên LV Không xây TB này, vì không phù hợp không có mặt bằng.

35 2010 6,3

120 6300 54 3500 15 170 9200 9 450 145 35 1950

0 0

3 TB Đào Nguyên Q (m3/s) 25 Diện tích phụ trách (ha) 4 TB Liên Mạc Q (m3/s) 170 - Diện tích phụ trách (ha) - TB Liên Trung 5 TB Nam Thăng Long Q (m3/s) 9 450 Diện tích phụ trách (ha) Lưu vực Yên Sở 6 90 7753 C Lưu vực Đông Mỹ 7 TB Đông Mỹ Q (m3/s) 35 1950 Diện tích phụ trách (ha) D Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (trên cống Hà Đông)

TB Cổ Nhuế Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

12 1520

Là TB cục bộ, không tính vào CS của LV chung.

12 1520

- -

135

TT

Công trình

Diễn giải

TB Đồng Bông 1 Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

TB Đồng Bông 2 Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

Hiện trạng 1360 9 1470

QH 937

QH 1259

QH 4673

QH 725 20 1360 9 1470

Là TB cục bộ, không tính vào CS của LV chung. Là TB cục bộ, không tính vào CS của LV chung.

Đề xuất - - - -

E Lưu vực Hiền Giang

51,3

81

65

108 Không xây TB này.

(các TB bơm vào S Nhuệ (dưới cống Hà Đông) TB Ba Xã Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

TB Siêu Quần Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

TB Hoà Bình Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

TB Đại Áng Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

TB Khê Tang Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

TB Thạch Nham Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

- - X/định rõ hơn biên LV Không xây lại TB này, tương lai sẽ bỏ. Không xây lại TB này, tương lai sẽ bỏ. - - Không xây lại TB này, tương lai sẽ bỏ. - - Sẽ coi là TB cục bộ, không tính vào CS của LV - chung. - Sẽ coi là TB cục bộ, không tính vào CS của LV - chung. - Bổ sung QH, thay cho các

8 TB Hiền Giang

Q (m3/s) Diện tích phụ trách (ha)

- 2,8 9,7 5,8 22 11

20 990

20 990 10 25 10 16

20 990 10 25 10

108 TB: Ba Xã, Siêu Quần, Hòa 7133 Bình, Đại Áng,Thạcnh Nham

2. Đề xuất giải pháp đối với từng nhóm trạm bơm

a. Các trạm bơm đang có, giữ CS như hiện trạng, không mở rộng:

- TB Yên Sở, QTK=90 m3/s

- TB Nam Thăng Long, QTK=9 m3/s

b. Các trạm bơm đang có, sẽ xây lại mới và nâng CS:

- TB Đào Nguyên, QTK=25 m3/s (hiện trạng QTK=15 m3/s)

c. Các trạm bơm sẽ xây mới, giữ CS như các quy hoạch:

136

- TB Yên Nghĩa, QTK=120 m3/s

- TB Liên Mạc, QTK=170 m3/s

- TB Yên Thái, QTK=54 m3/s

d. Các trạm bơm dự kiến theo quy hoạch, đề xuất bỏ ra khỏi quy hoạch:

- TB Liên Trung (QTK=30 m3/s)

- TB Vạn Phúc (QTK=6,3 m3/s)

e. Trạm bơm đề xuất bổ sung vào quy hoạch xây mới:

- TB Hiền Giang, QTK=108 m3/s

f. Trạm bơm đang có, sẽ làm nhiệm vụ cục bộ, không tiêu cho lưu vực chung:

- TB Cổ Nhuế, QTK=12 m3/s (mới xây, còn tốt)

- TB Đồng Bông 1, QTK=20 m3/s (mới xây, còn tốt)

- TB Đồng Bông 2, QTK=9 m3/s (mới xây, còn tốt)

- TB Khê Tang, QTK=22 m3/s (còn tốt)

- TB Thạch Nham, QTK=11 m3/s (còn tốt)

g. Trạm bơm đang có, không tiêu cho lưu vực chung, tương lai sẽ xóa bỏ, không nên xây lại như các quy hoạch:

- TB Siêu Quần, QTK=10 m3/s (hiện trạng: QTK=2,8 m3/s, đã cũ, xuống cấp, quy mô

quá nhỏ so với yêu cầu).

- TB Hòa Bình, QTK=25 m3/s (hiện trạng: QTK=9,7 m3/s, đã cũ, xuống cấp, quy mô

quá nhỏ so với yêu cầu).

- TB Đại Áng, QTK=10 m3/s (hiện trạng: QTK=5,8 m3/s, đã cũ, xuống cấp, quy mô

quá nhỏ so với yêu cầu).

3. Thông số thiết kế cơ bản của các trạm bơm đầu mối

Với kết quả tính toán thủy lực từ việc chạy mô hình SWMM cho các trường hợp, trong đó có trường hợp tối ưu đã chọn, có thể đề xuất các thông số thiết kế cơ bản của các trạm bơm đầu mối và cách bố trí các trạm bơm này. Ngoài lưu lượng thiết kế của trạm bơm, thì việc xác định các thông số quan trọng khác như: các mực nước bể hút đặc trưng (Zbh.min, Zbh.max) là rất cần thiết, bởi vì chúng có sự liên quan chặt chẽ đến thông số thiết kế và sự làm việc của hệ thống hồ điều hòa cũng như hệ thống kênh trục, để cùng phát huy hiệu quả tiêu nước chung của toàn hệ thống tiêu thoát nước.

Bảng sau đây (Bảng 3.29. ) là sự đề xuất các thông số thiết kế chính của 8 trạm bơm

đầu mối được đề xuất:

137

Bảng 3.29. Các thông số thiết kế chính của trạm bơm đầu mối

Tram bơm

Q1máy Zbh.min Zbh.max

FLV (ha)

q (l/s/ha)

QTK (m3/s)

Số máy

LV Hồ Tây

872 1,50

4,50

90

18 5,0

11,93

TB Yên Sở

7.541

378 19,71

LV Tây Hà Nội

19.276

170

14 1,50

4,20

20,73

TB Liên Mạc

8.201 12,1

120

10 1,40

3,89

17,10

TB Yên Nghĩa

7.019 12,0

54

7 1,50

4,60

TB Yên Thái

8,0

3.533 15,85

25

5 3,00

4,00

TB Đào Nguyên

5,0

9

3 3,50

3,58

17,21

TB Nam Th Long

523 3,0

1,50

3,56

35

6 5,8

15,70

TB Đông Mỹ

2.229 0,50

3,56

108

9 12,0

15,14

TB Hiền Giang

7.133

611 TỔNG CỘNG

37.051

3.2.2. Các hồ điều hoà

1. Số lượng và quy mô các hồ

a. Đối với lưu vực Yên Sở

Từ trước, ở lưu vực này có rất nhiều hồ tự nhiên, tuy bị thu hẹp nhiều nhưng vẫn còn 22 hồ điều hòa với tổng diện tích khá lớn là 354,22 ha, chiếm 4,70% diện tích lưu vực (Bảng 3.2. ). Hệ thống hồ điều hoà ở đây đã được nghiên cứu, thiết kế và xây dựng cải tạo ở các DA thoát nước Hà Nội [3] [4] [5] và nói chung đã cơ bản đáp ứng yêu cầu thiết kế, chỉ cần cải tiến quy trình vận hành phối hợp hồ và trạm bơm để tăng hiệu quả điều tiết nước.

b. Đối với các lưu vực khác

Đối với 3 lưu vực Tây Hà Nội, Đông Mỹ và Hiền Giang, đề xuất bố trí 31 hồ điều hòa như bảng dưới đây (Bảng 3.30. ), giảm bớt 61 so với 92 hồ điều hòa dự kiến trong QH725 (Bảng 3.2. ). Về tổng diện tích hồ, thông qua mô phỏng thủy lực và tính toán tối ưu, xác định được diện tích của hệ thống hồ này là 286,4 ha (tỷ lệ f ≈ 1%), nếu cả không gian xung quanh hồ thì diện tích hồ là 355,8 ha, giảm 675,9 ha so với 1031,8 ha theo QH725. Với diện tích giảm 675,9 ha này thì có thể sơ bộ ước lượng chi phí đầu tư xây dựng hồ giảm khoảng 6.000 tỷ đồng.

Tỷ lệ diện tích hồ điều hòa này không lớn, đảm bảo tính khả thi trong việc thu hồi đất để làm hồ, nhất là đối với vùng Tây Hà Nội, nơi hầu như không có một hồ tự nhiên đáng kể nào, mà phải lấy đất sản xuất nông nghiệp và có thể có một phần đất thổ cư để đào thành hồ điều hòa.

Đối với 61 hồ không bố trí là hồ điều hòa, trong tương lai nếu cần bố trí thêm hồ

138

nào trong số này thì hồ đó có thể làm nhiệm vụ hồ cảnh quan hoặc làm nhiệm vụ khác theo các nhu cầu khác trong tương lai.

2. Thông số thiết kế cơ bản của hệ thống hồ

Ở các mục trên, đã trình bày kết quả về tổng diện tích hồ điều hòa cho toàn lưu vực nghiên cứu và cho các lưu vực thành phần, đồng thời cũng nhận được kết quả về quy mô hợp lý của từng hồ điều hòa. Từ đó đề xuất bố trí các hồ điều hòa và quy mô của từng hồ như ở bảng dưới đây (Bảng 3.30. ). Việc chọn Zđỉnh được căn cứ vào quy hoạch cao độ san nền. Chọn Zđáy thông qua chạy mô hình SWMM một số lần và xác định hợp lý dần.

Nhận thấy rằng, tổng diện tích các hồ cần thiết làm mới là 346,0 ha, giảm 685,8 ha so với 1031,8 ha như dự kiến trong quy hoạch. Như vậy, nhờ có việc bố trí hợp lý các công trình trên toàn hệ thống, nhờ có việc sử dụng mô hình số thủy văn - thủy lực và dựa vào phép phân tích tối ưu hóa mà việc chọn quy mô hồ có tính xác thực hơn.

Bảng 3.30. Đề xuất điều chỉnh bố trí các hồ điều hòa cần xây dựng mới

Thông số cao độ đề xuất (m)

Tên hồ

Ghi chú

Theo QH

DT tổng

%

Zđáy

H Zđỉnh

Thông số diện tích F (ha) Theo đề xuất DT mặt nước 192,8

LV Tây Hà Nội LV Yên Nghĩa

1. Hồ Yên Nghĩa 1 2. Hồ Yên Nghĩa 2 3. Hồ Yên Nghĩa 3 4. Hồ CV Hà Đông 5. Hồ Phú Đô (đầu mối) 6. Hồ CV Mễ Trì 7. Hồ Mễ Trì (đầu mối)

651,47 39,00 20,00 7,50 19,50 30,00 18,00 12,00

243,24 15,00 20,00 7,50 15,00 12,50 10,00 7,50

LV Liên Mạc

6,5 6,5 6,8 6,2 6,3 6,2 6,2 6,7 6,5 6,5 6,7 6,7 7,0 6,6 6,7 Đã có, cải tạo

8. Hồ Liên Mạc 1 9. Hồ Liên Mạc 2 10. Hồ Liên Mạc 3 11. Hồ SP4 12. Hồ Ngọc Long 13. Hồ CN4 14. Hồ CN6 15. Hồ Giao Lưu 16. Hồ Cổ Nhuế 1 17. Hồ Cổ Nhuế 2

40,00 5,80 12,60 18,10 9,50 5,02 3,17 10,00

LV Yên Thái - Đào Nguyên 18. Hồ Yên Thái 1 19. Hồ Yên Thái 2 20. Hồ Yên Thái 3 21. Hồ Đào Nguyên 22. Hồ ĐN11

7,0 7,0 7,0 7,0 7,0

1,0 2,0 2,2 2,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 1,0 3,3 3,3 1,0 2,5 2,5 1,5 1,0 1,5 2,0 1,5

5,5 4,5 4,6 4,2 5,3 5,2 5,2 5,2 5,0 5,5 3,4 3,4 6,0 4,1 4,2 5,5 6,0 5,5 5,0 5,5

34,50 23,50 12,00 12,00 8,50

40,00 5,80 12,60 18,10 5,45 5,02 3,17 10,00 12,00 12,00 8,00 8,00 4,50

12,0 80% 16,0 80% 6,0 80% 12,0 80% 10,0 80% 8,0 80% 6,0 80% 32,0 80% 4,4 75% 10,1 80% 14,5 80% 4,4 80% 3,0 75% 2,0 75% 8,0 80% 9,6 80% 9,6 80% 6,4 80% 6,4 80% 3,6 80%

139

Thông số cao độ đề xuất (m)

Ghi chú

Tên hồ

Theo QH

DT tổng

%

Zđáy

H Zđỉnh

Thông số diện tích F (ha) Theo đề xuất DT mặt nước

LV Đông Mỹ

1. Hồ Đông Mỹ

45,00 45,00

26,20 16,50

5,0

14,0 14,0 85%

0,5

4,5

335,30

86,40

71,3

LV Hiền Giang LV Ba Xã

1. Hồ Thanh Liệt 2. Hồ Văn Quán

32,00 6,50

7,60 6,50

6,2 6,5 Đã có

5,7 75% 4,9 75%

1,5 2,8

4,7 3,7

LV Khê Tang

3. Hồ Khê Tang 1 4. Hồ Khê Tang 3 5. Hồ Khê Tang 5

24,90 5,80 7,90 5,40

19,10 5,80 7,90 5,40

15,9 4,9 85% 6,7 85% 4,3 80%

0,3 1,9 0,5

5,9 4,3 5,4

6,2 6,2 5,9

LV Tả Thanh Oai

6. Hồ Thượng Phúc 1 7. Hồ Thượng Phúc 2

263,70 105,00 98,20

45,00 22,50 22,50

38,2 19,1 85% 19,1 85%

0,5 0,5

4,5 4,5

5,0 5,0

LV Thạch Nham

8. Hồ Thạch Nham

8,20 8,20

6,6 6,6 80%

0,5

4,5

5,0

355.8 Tổng cộng: Tỷ lệ diện tích:

1.031.8 (3,60%)

286.4 (1,21%) (0,97%)

3.2.3. Hệ thống kênh trục

Bảng 3.31. Đề xuất thông số hệ thống kênh trục

Đã chọn QH Đề xuất

Ghi chú

sông Nhuệ đoạn

17,75 40,0 40,0 7,50 0,00 -1,77

13,89 30,0 30,0 8,50 -2,00 -2,00

6,25 24,0 40,0

17,79 Phù hợp với 40,0 DA Cải tạo nâng cấp 40,0 7,75 Liên Mạc - Hà Đông -0,50 -1,77 13,89 40.0 40,0 7,20 -1,00 -2,12 Phù hợp với 6,25 24,0 DA Trạm bơm tiêu 40,0 Yên Nghĩa

Kênh TT 1 Sông Nhuệ đoạn Liên Mạc - Hà Đông Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 6 Sông Nhuệ đoạn Hà Đông - VĐ4 Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 7 Kênh La Khê Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m)

140

Ghi chú

TT

Kênh

Đã chọn QH Đề xuất

7,50 -1,00 -1,00

7,50 -1,00 -1,00 10,82 10,0 30,0 5,90 1,70 -0,36 3,79 18,0 18,0 5,10 0,88 0,50 5,90 15,0 15,0 7,15 0,10 -0,50 2,50 10,0 10,0 5,50 1,60 1,35 10,75 3,00 15,0 7,50 0,62 -0,45 6,30 6,0 10,0 5,40 2,35

Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 8 Sông Đăm Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 9 Sông Cầu Ngà Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 10 Kênh chính TB Yên Thái Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 11 Kênh chính TB Đào Nguyên Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 13 Kênh DN (Liên Hồng - Yên Thái) Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 14 Kênh Đông La (Đào Nguyên - Đông La) Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m)

141

Ghi chú

TT

Kênh

Đã chọn QH Đề xuất

1,60 14,96 10,0 12,0 5,90 -0,13 -1,33 5,36 6,00 16,00 6,00 -0,50 -1,00

Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 15 Kênh Om Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) 16 Kênh Đồng Trì - Đông Mỹ Chiều dài kênh L (km) Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m)

3.2.4. Các cống điều tiết chính

Đề xuất một số công trình cống điều tiết:

- Bổ sung cống Hiền Giang ở phía cuối lưu vực tại vị trí sông Nhuệ cắt đường VĐ4 để có thể tách lưu vực đô thị trung tâm trong VĐ4 thành một vùng tiêu độc lập, ngăn nước từ phía hạ lưu chảy ngược lên, làm cho 8 trạm bơm đầu mối nói trên làm việc hiệu quả hơn và khi đó vùng đô thị trung tâm được bảo vệ một cách chủ động hơn trước tình trạng úng ngập.

- Cần cải tạo kết cấu cống Hà Đông để có thể ngăn dòng chảy ngược từ hạ lưu lên, vì cao trình đỉnh cánh van là +4,00 m (khi kéo cao nhất), không đủ độ cao để chặn nước chảy ngược vào LV Tây Hà Nội, làm cho các trạm bơm bên trên (Yên Nghĩa, Liên Mạc) bị quá tải. Tuy nhiên, nếu bố trí cụm đầu mối trạm bơm và cống Hiền Giang ở như đề xuất trên đây thì việc cải tạo cống Hà Đông là không cần thiết nữa, điều này là một ưu điểm nữa của việc bố trí TB Hiền Giang.

- Bổ sung 2 cống điều tiết cuối các kênh nhánh lớn tại vị trí cống Đăm đổ vào sông Nhuệ và vị trí sông Cầu Ngà đổ vào sông Nhuệ để có thể điều tiết nước khi cần thiết theo mức độ ưu tiên chống úng của các lưu vực.

- Ngoài ra, cần bổ sung các cống điều tiết trên sông Cầu Ngà để tách LV Đào

Nguyên ra khỏi các lưu vực sông Cầu Ngà khi cần thiết.

3.2.5. Hình thức tiêu nước của hệ thống kênh trục và trạm bơm đầu mối

- Đề xuất nhiệm vụ của hệ thống trục tiêu chính (sông Nhuệ, kênh La Khê, sông Đăm, sông Cầu Ngà...) là trục tiêu triệt để, tức là nước từ các nơi trong lưu vực có thể tự chảy hệ thống này.

142

- Các trạm bơm tiêu ra sông ngoài (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ và Hiền Giang) làm nhiệm vụ bơm tiêu cạn, tức là khi các trạm bơm này hoạt động thì nước trong đại bộ phận diện tích của lưu vực nghiên cứu đều có khả năng tự chảy ra hệ thống sông trục, trừ một số ít vùng thấp cục bộ thì phải bối trí thêm trạm bơm tiêu cục bộ.

- Hạn chế xây dựng thêm các trạm bơm tiêu nội thuỷ bơm ra các sông trục của hệ thống sông Nhuệ đoạn từ Liên Mạc đến VĐ4; tuy nhiên, đối với các trạm bơm hiện tại loại này vẫn có thể tiếp tục sử dụng để làm nhiệm vụ tiêu cục bộ cho đến khi xây dựng xong tất cả 8 trạm bơm đầu mối nói trên và đến khi hết tuổi thọ.

- Với hình thức tiêu này thì đê sông Nhuệ đoạn từ Liên Mạc đến VĐ4 không cần tôn đê quá cao, mà chỉ cần xác định cao trình đỉnh đê theo tiêu chuẩn thiết kế đường đô thị thông thường.

3.2.6. Phối hợp vận hành các trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu quả tiêu nước

Trong việc mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước như đã thực hiện trên đây, các cống điều tiết giữa các lưu vực thành phần (cống Hà Đông, Thanh Liệt, Ngân Hàng, Giải Đò) đều đóng, khi đó 4 lưu vực: Tây Hà Nội, Tô Lịch, Đông Mỹ, Hiền Giang được vận hành tiêu độc lập.

Để phát huy hiệu quả của công tác tiêu thoát nước, có thể tạo ra chế độ vận hành

phối hợp gữa các trạm bơm trên toàn lưu lưu vực theo một số nguyên tắc sau:

- Vùng có mức ưu tiên cao hơn được tập trung tiêu trước.

- Tận dụng tính không đều của mưa rào, trạm bơm ở vùng mưa nhỏ hơn có thể hỗ trợ tiêu cho vùng mưa lớn hơn tùy theo phân bố mưa (ví dụ, TB Đông Mỹ có thể hỗ trợ cho TB Yên Sở và ngược lại; TB Yên Nghĩa có thể hỗ hỗ trợ cho TB Yên Sở và ngược lại; TB Hiền Giang có thể hỗ trợ cho TB Yên Sở hoặc TB Yên Nghĩa và ngược lại...).

- Tận dụng tính không đồng thời của đỉnh mưa ở các lưu vực để giảm mức độ căng thẳng tiêu nước bằng cách chuyển nước ở vùng mà mưa đang ở đỉnh sang vùng mưa đang không ở đỉnh.

Sau đây là một ví dụ về sự phối hợp đó:

Tại trận mưa thiết kế như đã mô tả, cần xem xét 2 trường hợp:

(a) Cống Thanh Liệt đóng hoàn toàn;

(b) Cống Thanh Liệt đóng mở có điều khiển.

Kết quả tính toán thủy lực ( Hình 3.12. ) cho thấy, ở trường hợp (a) đường quá trình mực nước trước hồ Yên Sở có 11 giờ cao hơn mức cho phép [ZmaxYS]=4,50m và mực nước lớn nhất lên tới ZmaxYS=4,67m, song ở trường hợp (b) mực nước lớn nhất tại điểm

143

đó giảm xuống ZmaxYS=4,50m=[ZmaxYS], đạt mức yêu cầu; lý do là tại những lúc cao điểm, có một lượng nước từ LV Yên Sở chảy qua cống Thanh Liệt ra sông Nhuệ chuyển về TB Hiền Giang (Hình 3.13. ).

Mực nước tại Yên Sở ZYS và tại Hiền Giang ZHG khi hai TB hỗ nhau:

(a) Khi cống Thanh Liệt đóng hoàn toàn; (b) Khi cống Thanh Liệt đóng mở theo điều khiển

Đường quá trình lưu lượng qua cống Thanh Liệt trong trường hợp (b), TB Hiền Giang hỗ trợ TB Yên Sở

Từ đó có thể đề xuất thêm rằng, không cần thiết phải nâng công suất TB Yên Sở lên QYS=145 m3/s (như QH937, QH1259) và mà vẫn giữ QYS=90m3/s như hiện nay (và như QH4673, QH725). Để đảm bảo yêu cầu chống ngập cho LV Yên Sở trong trường hợp

144

có mưa úng (ứng với tần suất thiết kế) có thể dùng giải pháp phối hợp với TB Hiền Giang như mô tả trên đây. Tuy nhiên, tại Hiền Giang do nhận thêm nước từ LV Yên Sở nên mực nước có thể vượt mực nước cho phép [ZmaxHG]=3,6 m, vì vậy để giải quyết triệt để vấn đề thiếu CS của TB Yên Sở thì có thể tăng CS TB Hiền Giang từ QHG=108 m3/s (như đã tính ra ở bài toán tối ưu ở trên) lên QHG=120 m3/s.

Ngoài ra, còn có thể có giải pháp phối hợp làm việc giữa TB Yên Sở với TB Đông

Mỹ, hoặc với TB Yên Nghĩa, thậm chí với TB Liên Mạc v.v...

3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Với việc mô hình hóa toàn bộ hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm mới của TP Hà Nội kết hợp với việc xây dựng bài toán tối ưu hóa, đã tìm ra các lưu lượng thiết kế tối ưu Q* của các trạm bơm đầu mối và diện tích tối ưu F* của các hồ điều hòa.

Đồng thời, trong chương này đã thực hiện được một số công việc và thu được một

số kết quả sau:

- Đề xuất bố trí hệ thống trạm bơm đầu mối gồm 8 trạm là: TB Yên Sở (CS 90m3/s), TB Yên Nghĩa (CS 120m3/s), TB Liên Mạc (CS 170m3/s), TB Yên Thái (CS 54m3/s), TB Đào Nguyên (CS 25m3/s), TB Nam Th Long (CS 9m3/s), TB Đông Mỹ (CS 35m3/s) và TB Hiền Giang (CS 108÷120m3/s); đồng thời đã xác định được một số thông số cơ bản của mối trạm bơm này.

- Đề xuất bố trí hệ thống hồ điều hòa với tỷ lệ diện tích là so với diện tích lưu vưc là: 1,0% đối với LV Tây Hà Nội và LV Hiền Giang), 0,8% đối với LV Đông Mỹ; đồng thời đã xác định được một số thông số cơ bản của các hồ điều hòa này.

- Đề xuất hình thức tiêu nước chống úng của các TB đầu mối và hệ thống kênh trục, trong đó có trục chính Sông Nhuệ, là tiêu cạn mà không phải là tiêu vợi. Cũng từ đó xác định lại nhiệm vụ của các trạm bơm khác trong lưu vực.

- Đề xuất bố trí cụm đầu mối trạm bơm và cống điều tiết tiêu tại vị trí cuối lưu vực nơi Sông Nhuệ cắt đường VĐ4 để tạo thành một vùng tiêu độc lập cho đô thị trung tâm TP Hà Nội.

- Xem xét biện pháp phối hợp làm việc giữa các trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu

quả chống úng cũng như giảm thiểu quy mô công trình.

Với những kết quả này, đã làm rõ thêm và chi tiết hơn so với các nghiên cứu trước, trong đó có các nghiên cứu trong các quy hoạch về tiêu thoát nước cho khu vực, đồng thời đề xuất điều chỉnh, bổ sung một số hạng mục công trình vào hệ thống.

145

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. KẾT LUẬN

Với sự cố gắng của bản thân, có thể tự nhận xét rằng, đến nay NCS đã hoàn thành chương trình học tập và công việc nghiên cứu theo đề cương. Qua những vấn đề về lý luận cũng như thực hành nghiên cứu trong đề tài luận án, có thể rút ra một số kết luận, như sau:

1. Về kết quả nghiên cứu

Với việc xây dựng bài toán tối ưu hóa cho hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội kết hợp với mô phỏng thủy văn - thủy lực cho hệ thống này có thể đưa ra một số kết luận về chuyên môn như sau:

Trong nghiên cứu này, đã xem xét việc xác định giải pháp tiêu nước và bố trí công trình tiêu nước cho đô thị trung tâm TP Hà Nội theo cách tiếp cận hệ thống và đặt dưới bài toán tối ưu, từ đó có thể lựa chọn được các thông số thiết kế cơ bản của các công trình tiêu một cách hợp lý, đảm bảo hiệu quả làm việc của hệ thống tiêu thoát nước.

2) Đề xuất hình thức tiêu nước chống úng của các TB đầu mối và hệ thống kênh là

trục là tiêu cạn mà không nên áp dụng hình thức tiêu vợi.

3) Tìm ra đường quan hệ ràng buộc giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm đầu mối và diện tích hồ điều hòa Q~F (hoặc quan hệ giữa hệ số tiêu đầu mối theo tỷ lệ diện tích q~f) để đảm bảo lưu vực tiêu không bị úng ngâp. Từ đó có thể xác định được trường hợp tốt nhất về quy mô trạm bơm và quy mô hồ điều hòa khi cung cấp thêm chỉ tiêu. Kết quả nghiên cứu về quan hệ q~f này cũng có thể được tham khảo cho các lưu vực khác có điều kiện tương tự.

4) Đã đề xuất bố trí hệ thống trạm bơm đầu mối gồm 8 trạm là: TB Yên Sở (CS 90m3/s), TB Yên Nghĩa (CS 120m3/s), TB Liên Mạc (CS 170m3/s), TB Yên Thái (CS 54m3/s), TB Đào Nguyên (CS 25m3/s), TB Nam Thăng Long (CS 9m3/s), TB Đông Mỹ (CS 35m3/s) và TB Hiền Giang (CS 108÷120m3/s); đồng thời đã xác định được một số thông số cơ bản của mối trạm bơm này.

5) Đã đề xuất bố trí hệ thống hồ điều hòa với tỷ lệ diện tích là so với diện tích lưu vưc là: 1,0% đối với LV Tây Hà Nội và LV Hiền Giang), 0,8% đối với LV Đông Mỹ; đồng thời đã xác định được một số thông số cơ bản của các hồ điều hòa này.

6) Đề xuất bố trí trạm bơm tiêu đầu mối Hiền Giang tại vị trí cuối lưu vực nơi Sông Nhuệ cắt đường VĐ4 để hoàn thiện việc tạo thành một vùng tiêu độc lập cho đô thị trung tâm Hà Nội, chủ động về tiêu nước cho một vùng có mức ưu tiên chống ngập cao của Thủ đô.

146

7) Xây dựng được cơ sở dữ liệu khá lớn về hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội. Đó là kết quả của công việc thu thập, phân tích các tài liệu từ kết quả nghiên cứu về tiêu nước tiêu thoát nước trên thế giới và trong nước, trong đó đặc biệt quan tâm tới các nghiên cứu về tiêu thoát nước trên địa bàn TP Hà Nội.

8) Xem xét biện pháp phối hợp làm việc giữa các trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu

quả chống úng cũng như giảm thiểu quy mô công trình.

9) Kết quả nghiên cứu cũng có thể được tham khảo cho công tác quy hoạch, thiết

kế hệ thống tiêu thoát nước.

2. Về những đóng góp mới của luận án

2) Mô hình hóa toàn bộ hệ thống tiêu thoát nước của đô thị trung tâm mới của TP Hà Nội một cách đồng bộ từ các tiểu lưu vực (các khu phố, các ô đất nông nghiệp) đến toàn bộ vùng nghiên cứu rộng lớn, từ mạng lưới thoát nước đường phố hoặc mạng kênh cấp dưới đến công trình đầu mối, bao gồm hầu hết các loại đối tượng của hệ thống cùng các thuộc tính của chúng một cách khá đầy đủ và chi tiết. Từ đó, mô hình có khả năng biểu diễn gần sát với bản chất vật lý của các quá trình hoạt động của hệ thống. Mô hình này cũng có thể được áp dụng cho các công việc khác như công tác điều hành, vận hành và duy tu hệ thống tiêu thoát nước.

3) Đề xuất bố trí các công trình chính của hệ thống tiêu thoát nước của đô thị trung tâm TP Hà Nội, bao gồm: các trạm bơm, các hồ điều hoà, các kênh trục, các cống điều tiết chính... và các thông số cơ bản của các công trình đó. Đặc biệt, đề xuất bố trí trạm bơm tiêu đầu mối Hiền Giang tại vị trí cuối lưu vực nơi Sông Nhuệ cắt đường VĐ4 để hoàn thiện việc tạo thành một vùng tiêu độc lập, chủ động tiêu nước cho một vùng có mức ưu tiên chống ngập cao của Thủ đô. Đồng thời, đưa ra biện pháp phối hợp làm việc giữa các trạm bơm đầu mối (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ, Hiền Giang) nhằm tăng hiệu quả chống úng cũng như giảm thiểu quy mô thiết kế công trình.

II. KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở các công việc đã thực hiện trong thời gian làm luận án, NCS đưa ra một

số kiến nghị sau:

1) Với kết quả mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước cho khu vực đô thị trung tâm TP Hà Nội đã được lập ở nghiên cứu này, đề nghị tiếp tục cập nhật bảo dưỡng mô hình một cách chi tiết hơn để mô hình ngày càng hoàn chỉnh hơn.

147

2) Kiến nghị tiếp tục nghiên cứu sự phối hợp làm việc giữa các công trình trong hệ

thống và để tăng thêm hiệu quả tiêu nước.

3) Kiến nghị có những nghiên cứu về sự phối hợp làm việc và hỗ trợ tiêu úng cho

các vùng phía hạ lưu của lưu vực nghiên cứu này.

Trong thời gian làm luận án, do điều kiện thời gian cũng như khả năng có hạn, đối với khu vực nghiên cứu khá rộng và có nhiều đối tượng, nên chắc chắn sẽ có những sai sót. Mong muốn của bản thân là được đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu tiêu thoát nước cho một khu vực quan trọng của thủ đô Hà Nội.

148

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

1. Lê Quang Vinh, Lê Văn Trường. Cơ sở khoa học xác định hệ số tiêu thiết kế cho lưu vực trạm bơm Yên Sở - Thành phố Hà Nội. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 19 - kỳ 1 - tháng 10 năm 2012. ISSN: 1859-4581.

2. Lê Viết Sơn, Lê Văn Trường. Nghiên cứu định hướng tiêu thoát nước quận Hà Đông - Thành phố Hà Nội. Tạp chí Tài nguyên nước, số 3 - tháng 10 năm 2013. ISSN: 1859-2771.

3. Lê Văn Trường. Đánh giá rủi ro ngập lụt khi chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy.

Tạp chí Tài nguyên nước, số 4 - tháng 10 năm 2016. ISSN: 1859-2771.

149

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] UBND TP Hà Nội. Dự án Cải thiện hệ thống tiêu nước khu vực phía Tây Thành phố Hà Nội - Giai đoạn 1 (phê duyệt theo Quyết định số 1834/QĐ-UBND ngày 23/02/2013 của UBND TP Hà Nội).

[2] UBND TP Hà Nội. Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 (ban hành kèm theo Quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ).

[3] UBND TP Hà Nội. Dự án thoát nước Thành phố Hà nội - giai đoạn I (ban hành

kèm theo Quyết định số 112/TTg ngày 15/02/1996 của Thủ tướng Chính phủ).

[4] UBND TP Hà Nội. Dự án thoát nước Thành phố Hà nội - giai đoạn II (ban hành kèm theo Quyết định số 4315/QĐ-UBND ngày 28/9/2006 của UBND TP Hà Nội).

[5] JICA. Quy hoạch tổng thể thoát nước Hà Nội. Hà Nội, 1994.

[6] Nippon Koei. The Study on Urban Drainege and Wastewater Disposal System in Hanoi City. Hanoi, 1994.

[7] UBND TP Hà Nội. Quy hoạch tiêu nước hệ thống sông Nhuệ (ban hành kèm theo Quyết định 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chính phủ).

[8] UBND TP Hà Nội. Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 (ban hành kèm theo Quyết định số 4673/2012/QĐ-UBND ngày 03/7/2012 của UBND TP Hà Nội).

[9] UBND TP Hà Nội. Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 (ban hành kèm theo Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/5/2013 của Thủ tướng Chính phủ).

[10] Nguyễn Song Dũng. Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý điều hành hệ thống thoát nước sông Tô Lịch - TP Hà Nội. Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Hà Nội, 2005.

[11] Lưu Văn Quân. Nghiên cứu bố trí hợp lý hệ thống hồ điều hoà nhằm giảm tổng mức đầu tư hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp đất nông nghiệp - đô thị. Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Hà Nội, 2015.

[12] Đặng Tiến Dũng. Nghiên cứu mô hình tiêu nước mặt cho khu vực Nam Hà Nội. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Hà Nội, 2008.

[13] Dương Thanh Lượng. Mô phỏng hệ thống thoát nước TP Hà Nội và xác định giải pháp tiêu nước tổng thể. Tạp chí KHKT Thuỷ lợi và môi trường, số đặc biệt, 2009.

[14] Dương Thanh Lượng. Xác định quan hệ giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm Yên Sở và mức đảm bảo tiêu úng của hệ thống thoát nước nội thành Hà Nội. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 2, năm 2010.

[15] Dương Thanh Lượng. Xác định quy mô hợp lý của hồ điều hoà trước trạm bơm. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trường, số 7, năm 2004.

[16] Dương Thanh Lượng và nnk. Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghiệp hoá và đô thị hoá đến hệ số tiêu vùng đồng bằng Bắc bộ. Đề tài khoa học cấp Bộ. Hà Nội, 2010.

150

[17] Dương Thanh Lượng. Tối ưu hoá các đối tượng kỹ thuật. Trường ĐH Thuỷ lợi. Hà Nội, 2015.

[18] Stoyanov S. Optimization of Technological Objects. Technique. Sofia, 1983.

[19] Stoyanov S. Methods and Algorithms for Optimization. Engineering. Sofia, 1990.

[20] Dương Thanh Lượng. Hệ số tiêu thiết kế tối ưu cho các vùng trồng lúa ở đồng bằng Bắc Bộ, Việt Nam. Luận án tiến sĩ. Sifia, 1997.

[21] Tiêu chuẩn thiết kế hệ số tiêu cho ruộng lúa (14 TCN-60-88). Hà Nội, 1990.

[22] Phạm Ngọc Hải và nnk. Giáo trình Quy hoạch và thiết kế hệ thống thuỷ lợi. NXB Xây dựng. Hà Nội, 2006.

[23] Hoàng Văn Huệ. Thoát nước. NXB Khoa học kỹ thuật. Hà Nội, 2002.

[24] TCXN 7957:2008. Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế. Hà Nội, 2008.

[25] Dương Thanh Lượng. Mô phỏng mạng lưới thoát nước bằng SWMM. NXB Xây dựng. Hà Nội, 2010.

[26] Rossman L. Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.1. US Environmental Protection Agency, National Risk Management Research Laboratory, Cincinnati, OH, 2015.

[27] Lei Jiang, Yangbo Chen & Huanyu Wang. Urban flood simulation based on the SWMM model. Proceedings RSHS14 and ICGRHWE14, Guangzhou, China, August 2014.

[28] Huang Bing, Zhu Xiao-min,Wang Shu-dong, Zheng Jin-long, Yao Bo, Chen Su. Modeling of Combined Drainage Networks in Chuanfang River Basin of Kunming City Based on SWMM. China Water & Wastewater. 2012-19. ISSN: 1000-4602.

[29] Kim K., Kim S. and Kim C. (2012), A analysis model for urban flooding hazard zone based on the SWMM simulation historical DB, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 12, No. 1, pp. 217-222. (in Korean with English abstract).

[30] Kim M. and Lee J. (2005). Characteristics of urban runoff model and its application. Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 53, No. 9, pp. 21-27. (in Korean with English abstract).

[31] Lee J. and Yeon K. (2008). Flood inundation analysis using XP-SWMM model in urban area. Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 8, No. 5, pp. 155-161. (in Korean with English abstract).

[32] Park, J., Yoo, Y., Park, Y., Yoon, H., Kim, J., Park, Y., Jeon, J., and Lim, K. (2008), Analysis of runoff reduction with LID adoption using the SWMM, Journal of Korean Society on Water Quality, Vol. 24, No. 6, pp. 805-816. (in Korean with English abstract).

[33] Park S., Kim Y., Yang D. and Roh K. (2011). Improvement of frequently inundated areas using SWMM model. Proceedings on the Conference of Korea Water Resources Association, KWRA, 19-20, May, Daegu, Korea, pp. 264-268. (in Korean).

151

[34] Shon T., Kang D., Jang J. and Shin H. (2010). A study of assessment for internal inundation vulnerability in urban area using SWMM. Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 10, No. 4, pp. 105-117. (in Korean with English abstract).

[35] Don Gon Choi, Jinmu Choi. Mapping Inundation Areas Using SWMM. Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography. Volume 33, Issue 5, 2015, pp.335-342.

[36] Souza1 R., D. Motta Marques, A. Silveira1. Using SWMM as a tool for hydrologic impact assessment in a small urban-rural basin within high resolution GIS. 12nd International Conference on Urban Drainage, Porto Alegre/Brazil, 10-15 September 2011.

[37] Đặng Minh Hải. Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc thoát nước cho những vùng đang diễn ra quá trình đô thị hoá. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Hà Nội, 2008.

[38] UBND TP Hà Nội. Dự án Cải tạo, nâng cấp hệ thống trạm bơm tiêu Đông Mỹ huyện Thanh Trì (phê duyệt theo Quyết định số 2037/QĐ-UBND ngày 08/03/2013 của UBND TP Hà Nội).

[39] Trần Hiếu Nhuệ. Lịch sử phát triển hệ thống thoát nước Hà nội, Đề tài nghiên cứu Khoa học Trường ĐH Xây dựng. Hà Nội, 1991.

[40] Dương Thanh Lượng. Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế mạng lưới thoát nước.

NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ. Hà Nội, 2010.

[41] Dương Thanh Lượng. Mô hình hóa hệ thống cấp thoát nước. Trường ĐH Thuỷ lợi. Hà Nội, 2015.

[42] Trường ĐH Thuỷ lợi. Giáo trình Máy bơm và trạm bơm. NXB Từ điển bách khoa. Hà Nội, 2006.

[43] Nippon Koei và Công ty Tư vấn cấp thoát nước và môi trường Việt Nam. Thuyết minh thiết kế kỹ thuật cải tạo và xây dựng cống thoát nước lưu vực sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Kim Ngưu. Hà Nội, 1997.

[44] Perkins Eastman, Posco E&C và JiNa (Liên danh tư vấn). Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050. Hà Nội, 2011.

[45] UBND TP Hà Nội. Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 (ban hành kèm theo Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20/6/2008 của Thủ tướng Chính phủ).

[46] Ứng Quốc Dũng. Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xác định lưu lượng nước mưa tính toán khi thiết kế hệ thống thoát nước cho các đô thị Việt Nam (Luận án Phó tiến sĩ). Trường ĐH Xây dựng. Hà Nội, 1996.

[47] Mai Liên Hương. Đề tài nghiên cứu khoa học về hồ điều hòa. Bộ Xây dựng, Hà Nội, 2010.

[48] Lưu Văn Quân, Nguyễn Tuấn Anh. Thực trạng sử dụng hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa ở một số đô thị thuộc đồng bằng Bắc Bộ Việt Nam. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi và môi trường, số 41, tháng 6 năm 2004.

[49] Bộ Tài nguyên và môi trường. Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt

152

Nam. NXB Tài nguyên, môi trường và bản đồ Việt Nam. Hà Nội, 2016.

[50] Gironás J., L. Roesner and J. Davis. Storm Water Management Model Applications Manual. EPA/600/R-09/007, U.S. Environmental Protection Agency, National Risk Management Research Laboratory, Cincinnati, OH, 2009.

[51] McGhee T. J. Water Supply and Sewerage, Sixth edition. McGraw Hill, 1991. ISBN: 1-07-060938-1.

[52] Bisht D. S., C. Chatterjee, S. Kalakoti et al. Modeling urban floods and drainage using SWMM and MIKE URBAN - A case study. Natural Hazards, Volume 84, Issue 2, pp 749–776, November 2016, ISSN: 0921-030 (print), ISSN: 1573- 0840 (online).

[53] Suriya S, Mudgal BV. Impact of urbanization on flooding: The Thirusoolam sub water - A case study. Journal of Hydrology, Vol. 412–413, 4 January 2012, Pages 210–219. ISSN: 0022-1694.

[54] Cristina P., F. James, Limbrunner, M. Richard. Optimal Location of Infiltration- Based Best Management Practices for Storm Water Management. Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 131, No 6, 2005. ISSN: 0733- 9496 (print), ISSN: 1943-5452 (online).

[55] Hamel P., E. Dalya, T. D. Fletch. Source-control stormwater management for mitigating the impacts of urbanisation of baseflow. Journal of Hydrology, Volume 485, 2 April 2013, Pages 201–211. ISSN: 0022-1694.

[56] Shuster W., L. Rhea. Catchment-scale hydrologic implications of parcel-level stormwater management (Ohio USA). Journal of Hydrology, Vol 485, 2 April 2013, Pages 177–187. ISSN: 0022-1694.

[57] Minkyu P., G. Chung, C. Yoo, J. Kim. Optimal design of stormwater detention basin using the genetic algorithm. Journal of Civil Engineering - KSCE, Vol 16, Issue 4, Pages 660–666, May 2012. ISSN: 1226-7988 (print), ISSN: 1976-3808 (electronic).

[58] Lee JG., A. Selvakumar, K. Alvi, J. Riserson, JX. Zhen, L. Shoemarker, FH. Lai. A watershed-scale design optimazation model for stormwater best management practices. Environmental Modelling and Software, Vol. 37, November 2012, Pages 6–18. ISSN: 1364-8152.

153

PHỤ LỤC

154

Bảng PL1.1. Nội dung đề xuất của quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch JICA - Lưu vực Tô Lịch

Hạng mục Các thông số kỹ thuật chủ yếu

1) TB Yên Sở: CS bơm Cửa xả Mương dẫn nước vào, ra

2) Hồ điều hoà Yên Sở: Dung tích điều hoà Cốt đáy hồ Mức nước nhỏ nhất Mức nước cao nhất Diện tích điều hoà Toàn bộ diện tích khu vực 3) Hồ Linh Đàm và hồ Định Công: 4) Cải tạo sông:

Hạ lưu sông Tô Lịch, Kim Ngưu, Lừ và mương Thanh Liệt Sông Sét và thượng lưu sông Lừ Thượng lưu sông Kim Ngưu Mương tách nước Yên Sở

LV Hồ Tây Tổng số:

5) Cải tạo mương thoát nước:

90 m3/s 60 m2 cửa quay bằng thép (cả 2 cống) 1.200 m và 1.600 m 3.870.000 m3 0,5 m 1,5 m 4,5 m (độ sâu 3,0 m để kiểm soát úng ngập) 130 ha 203 ha 107 ha và 25 ha 2.100 m với 4 cửa xả, xây lại 6 cầu và 11 cống 7.500 m với 3 cầu được xây dựng lại 3.400 m với 3 cầu 3.400 m để dịch vị trí sông Kim Ngưu dọc theo bờ phía tây hồ Yên Sở để sử dụng đất có hiệu quả cho việc xây dựng hồ 2 cửa kiểm soát tại các cửa cống của hồ Tây 33.000 m với 6 cửa xả, 17 cầu xây lại, 12 cống 16.400 m với 1 cửa xả 16 cầu và 24 cống

LV sông Tô Lịch và hạ lưu sông Lừ và Hoàng Liệt LV sông Sét và thượng lưu sông Lừ: 3.700 m với 1 cầu và 14 cống được xây dựng lại LV sông Kim Ngưu Tổng số:

6) Nạo vét các hồ nhỏ: 7) Bảo tồn hồ: 8) Xây dựng cống: LV Hồ Tây LV sông Tô Lịch LV sông Lừ LV sông Sét LV sông Kim Ngưu LV thoát nước Hoàng Liệt LV thoát nước Yên Sở Tổng cộng: 10.700 m với 21 cống được xây dựng lại 32.400m với 1 cửa xả và 60 cầu / cống 18 hồ 11 hồ (ngoài phần 6 nói trên) 480 ha 2.000 ha 1.020 ha 710 ha 1.280 ha 460 ha 250 ha 6.200 ha

155

Bảng PL1.2. Nội dung đề xuất của quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch JICA - Lưu vực sông Nhuệ

Hạng mục Các thông số kỹ thuật chủ yếu

1) Các trạm bơm:

12 m3/s 8 m3/s 9 m3/s 6 m3/s 35 m3/s LV thoát nước Cổ Nhuế LV thoát nước Mỹ Đình LV thoát nước Mễ Trì LV thoát nước Ba Xã Tổng số:

2) Các hồ điều hoà:

Cổ Nhuế Mỹ Đình Mễ Trì Ba Xã Tổng số

3.020 76 84 55 1.590 40 44 26 1.600 1.070 27 30 14 40 44 31 7.280 183 202 126

Lưu vực thoát nước Dung tích điều hoà (103m3) Diện tích điều hoà (ha) Toàn bộ d/tích khu vực hồ (ha) Đập tràn Mực nước nhỏ nhất: 1,0 m 4,0 m Độ sâu lớn nhất:

3) Cải tạo mương:

LV thoát nước Cổ Nhuế LV thoát nước Mỹ Đình LV thoát nước Mễ Trì LV thoát nước Ba Xã Tổng số:

4) Xây dựng cống:

19.200 m, xây lại 30 cầu / cống 13.400 m, xây lại 24 cầu / cống 13.500 m, xây lại 22 cầu / cống 8.700 m, xây lại 16 cầu / cống 54.800 m, xây lại 92 cầu / cống 1.970 ha 670 ha 870 ha 440 ha 3.950 ha LV thoát nước Cổ Nhuế LV thoát nước Mỹ Đình LV thoát nước Mễ Trì LV thoát nước Ba Xã Tổng số:

156

Bảng PL1.3. Thông số các hồ điều hòa phía tây đô thị trung tâm (theo QH1259)

Tên hồ Diện tích (ha) Zmax (m) Zđáy (m) Lưu vực

Yên Nghĩa

Liên Mạc

Yên Thái 1

Đào Nguyên

Yên Sở

28 7,4 35 7,5 50,0 17,5 24,5 15,8 8,4 12,0 5,0 8,8 130 80 19,2 567 Yên Nghĩa 1 Yên Nghĩa 2 Yên Nghĩa 3 Yên Nghĩa 4 Liên Mạc 1 Liên Mạc 2 Yên Thái 1 Yên Thái 2 Yên Thái 3 Đào Nguyên 1 Đào Nguyên 2 Đào Nguyên 3 Yên Sở Linh Đàm Định Công Hồ Tây 5,5 5,5 5,5 5,5 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 5,5 6,5 6,5 4,5 4,7 4,95 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,5 2,5 2,5

Bảng PL1.4. Dự kiến tổng quy mô công trình đầu mối tiêu thoát nước mưa cho Thủ đô Hà Nội theo QH725 (riêng vùng tả Đáy)

TT Tên vùng / lưu vực Nguồn xả Diện tích (ha) Hồ điều hòa (ha) CS bơm (m3/s)

811,5

A. Vùng Tả Đáy 1. LV sông Tô Lịch 47.350 7.750 2.330 944 90,0 Sông Hồng

2. LV Đông Mỹ 2.010 97 41,3 Sông Hồng

3. LV Tả Nhuệ 9.800 564 115,0 Sông Hồng, sông Nhuệ

4. LV Hữu Nhuệ 17.714 531 464,0 Sông Hồng, sông Nhuệ, sông Đáy

157

Bảng PL1.5. Công trình đầu mối chính tiêu thoát nước mưa cho Thủ đô Hà Nội dự kiến theo QH725

Vùng / Lưu vực

Trạm bơm

STT

Tên

Phạm vi

Tên

CS (m3/s)

Yên Sở

90 Gồm các quận Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống Đa, Hai Bà Trưng và một phần các quận Tây Hồ, Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hoàng Mai

1 LV sông Tô Lịch 1.1 Tiểu LV Hồ Tây 1.2 Tiểu LV Tô Lịch 1.3 Tiểu LV Lừ 1.4 Tiểu LV Kim Ngưu 1.5 Tiểu LV Sét 1.6 Tiểu LV Hoàng Liệt 1.7 Tiểu LV Yên Sở

Diện tích (ha) 7.750 930 2.000 1.020 1.730 710 810 550

Đông Mỹ

35 2 LV Đông Mỹ

2.010 Vạn Phúc

6,3

Gồm một phần các huyện Thanh Trì, Thường Tín

9.800 450 Nam Thăng Long

1.520 Cổ Nhuế 1.360 Đồng Bông 1 1.470 Đồng Bông 2

3 LV Tả Nhuệ 3.1 Tiểu LV Nam Thăng Long 3.2 Tiểu LV Cổ Nhuế 3.3 Tiểu LV Mỹ Đình 3.4 Tiểu LV Mễ Trì 3.5 Tiểu LV Ba Xã

990 Ba Xã

Bao gồm các quận Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hoàng Mai, một phần quận Tây Hồ, các huyện Từ Liêm, Thanh Trì, Thanh Oai và Thường Tín

3.6 Tiểu LV Tả Thanh Oai

4.010 Siêu Quần Hòa Bình Đại Áng

4 LV Hữu Nhuệ 4.1 Tiểu LV Sông Đăm 4.2 Tiểu LV Sông Pheo

17.714 2.267 Liên Trung 2.050 Liên Mạc

4.3 Tiểu LV Đào Nguyên

3.878 Đào Nguyên Yên Thái

9 12 20 9 20 10 25 10 30 170 25 54

Yên Nghĩa

120 Gồm một phần các quận huyện: Từ Liêm, Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Oai, Thanh Trì và quận Hà Đông

4.4 Tiểu LV Cầu Ngà 4.5 Tiểu LV Yên Nghĩa 4.6 Tiểu LV Khê Tang

1.505 3.406 4.608 Cao Viên

60

158

Bảng PL2.1. Thống kê tóm tắt các mô hình / công cụ tính toán tiêu thoát nước

TT Mô hình hoặc công cụ

Mô hình thủy lực

Độ phức tạp đầu vào

Kiểu mô phỏng

Kiểu mô phỏng chất lượng nước

Miễn phí

Mô phỏng dòng không ổn định

1 TR-55

Thấp

Đơn

Có

Công cụ tính toán mưa - d/chảy ×

Mô hình thủy văn

Kết hợp thủy văn và thủy lực

Mô hình ch/ lượng nước

Thấp

Đơn

Có

Rational method (equation)

Trung bình Trung bình

Có Đơn hoặc Liên tục Có

Trung bình

Đơn

Có

3 HEC-1 4 HEC-HMS Win TR-55 (or TR-20 DOS version)

Có Không

6 Win TR-55 7 HydroCAD 8 HEC-RAS 9 HEC-2 10 WSPRO 11 CulvertMaster 12 Flow Master 13 PondPack

Thấp Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Thấp Thấp Trung bình

Đơn Đơn Có Đơn hoặc Liên tục Có Không Có Có Không Không Không Đơn Không Không Đơn Không Không Đơn

× × × × ×

× ×

14 SWMM

Trung bình / Cao Đơn hoặc Liên tục Có

Có

15 PC SWMM

Trung bình / Cao Đơn hoặc Liên tục Không Có

16 Info SWMM

Trung bình / Cao Đơn hoặc Liên tục Không Có

17 XPSWMM

Trung bình/Cao Đơn hoặc Liên tục Không Có

Trung bình / Cao Đơn hoặc Liên tục Không Có

MIKE URBAN (SWMM / MOUSE)

19 ICPR 20 InfoWorks ICM

Trung bình Cao

Đơn Không Đơn hoặc Liên tục Không

Sự tiếp nhận nước Sự nạp, tiếp nhận nước (giới hạn đến phản ứng phân rã bậc nhất) Sự nạp, tiếp nhận nước (giới hạn đến phản ứng phân rã bậc nhất) Sự nạp, tiếp nhận nước (giới hạn đến phản ứng phân rã bậc nhất) Sự nạp, tiếp nhận nước (giới hạn đến phản ứng phân rã bậc nhất) Sự nạp, tiếp nhận nước (giới hạn đến phản ứng phân rã bậc nhất)

× ×

159

TT Mô hình hoặc công cụ

Mô hình thủy lực

Độ phức tạp đầu vào

Kiểu mô phỏng

Kiểu mô phỏng chất lượng nước

Miễn phí

Mô phỏng dòng không ổn định

Không Có

21 Mike 11 22 CivilStorm 23 MODRET 24 WinHSPF 25 LSPC 26 SWAT 27 WARMF 28 SUSTAIN

Đơn Trung bình Đơn hoặc Liên tục Có Cao Cao Đơn hoặc Liên tục Có Trung bình / Cao Đơn hoặc Liên tục Có Trung bình

Đơn hoặc Liên tục Đơn hoặc Liên tục Có

Sự nạp, Sự tiếp nhận nước Sự nạp, Sự tiếp nhận nước Sự nạp Sự nạp, Sự tiếp nhận nước

Có Có Có Có

Công cụ tính toán mưa - d/chảy

Mô hình thủy văn ×

Kết hợp thủy văn và thủy lực × × × × × × ×

Mô hình ch/ lượng nước × × × × ×

Thấp

Đơn hoặc Liên tục Có

Virginia Runoff Reduction Method EPA National Stormwater Calculator

31 MIDUSS 32 HY8 33 Hydraulic Toolbox

× ×

Nguồn: Minnesota Pollution Control Agency https://stormwater.pca.state.mn.us/

160

Bảng PL3.1. Chi phí xây dựng một số trạm bơm

Hạng nục

Đvị

Đông Mỹ

Yên Nghĩa

Liên Mạc

Liên Nghĩa

Đào Nguyên

Văn Khê

Sông Chanh

106đ

Chi phí

Xây dựng

-

Khu đầu mối

345,329

743,358

731,158 94,481 98,696 238,162 408,333

-

Kênh chính

235,578

350,000

37,792 21,765 149,959

-

C/trình điện

4,692

74,438

4,569 10,963

-

Cộng:

366,564 1,167,796

731,158 132,273 125,030 399,084 408,333

-

Chi khác

36,656

116,780

73,116 13,227 12,503 39,908 40,833

-

Cộng:

403,220 1,284,576

804,273 145,501 137,533 438,992 449,167

-

Thiết bị

225,784

607,946

764,782 110,412 21,765 242,973 163,777

-

Cộng:

629,004 1,892,522 1,569,056 255,913 159,297 681,965 612,944

-

GPMB

22,000

76,234

60,000 10,000 16,585 106,038 15,941

-

Cộng:

651,004 1,968,756 1,629,056 265,913 175,882 788,004 628,884

35

120

100

25

15

72

56.4 - m3/s

QTK

Hình PL3.1. Mực nước tại Hà Đông - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%)

161

Hình PL3.2. Mực nước tại Liên Mạc - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%)

Hình PL3.3. Mực nước tại Yên Sở - QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%)

Hình PL3.4. Mực nước tại Đông Mỹ - QĐM=35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 ha (f=0,62%)

162

Hình PL3.5. Mực nước tại Hiền Giang - QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%)

Hình PL3.6. Mực nước trên sông Nhuệ lúc 16 giờ mô phỏng

Hình PL3.7. Mực nước trên sông La Khê lúc 16 giờ mô phỏng

163

Hình PL3.8. Mực nước trên sông Tô Lịch lúc 16 giờ mô phỏng

Hình PL3.9. Mực nước trên sông Lừ lúc 16 giờ mô phỏng

Hình PL3.10. Mực nước trên sông Sét lúc 16 giờ mô phỏng

164

Hình PL3.11. Mực nước trên sông Kim Ngưu lúc 15 giờ mô phỏng

Hình PL3.12. Mực nước trên sông Om lúc 16 giờ mô phỏng

Hình PL3.13. Mực nước trên sông Đăm lúc 16 giờ mô phỏng

165

Hình PL3.14. Mực nước trên sông Cầu Ngà lúc 16 giờ mô phỏng

Hình PL3.15. Mực nước trên kênh Liên Hồng - Yên Thái lúc 16 giờ mô phỏng

Hình PL3.16. Mực nước trên kênh Đông La lúc 16 giờ mô phỏng

166

Hình PL3.17. MN trên tuyến cống từ đường Hoàng Quốc Việt - kênh Phú Đô lúc 13 giờ mô phỏng

Hình PL3.18. MN trên tuyến cống từ đường Nghĩa Tân - Đồng Bông lúc 13 giờ mô phỏng

Hình PL3.19. Mực nước tại Hà Đông (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%)

167

Hình PL3.20. Mực nước tại Yên Sở (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%)

Hình PL3.21. Mực nước tại Đông Mỹ (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QĐM =35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 ha (f=0,62%)

Hình PL3.22. Mực nước tại Hiền Giang (Kiểm tra với mưa dạng 2) - QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%)

168