LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu
có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Hà Nội, tháng 04 năm 2018
Tác giả Luận văn
i
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu dưới sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo, đến nay
công việc nghiên cứu của học viên đã đạt được những kết quả nhất định để có thể viết
lên luận văn này.
Từ đáy lòng mình, tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn GS. TS. Dương Thanh
Lượng, 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 học viên học tập và nghiên cứu.
Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên, giúp đỡ và
gửi gắm nơi học viên.
Hà Nội, tháng 04 năm 2018
Tác giả Luận văn
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................x
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ........................................................................x
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. xii
3. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... xii
4. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. xii
5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ xii
6. Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận .......................................................... xiii
7. Dự kiến các kết quả ............................................................................................. xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................14
1.1. Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu ..................................................................14
1.2. Tình hình dân sinh, kinh tế, xã hội .....................................................................21
1.3. Hiện trạng thủy lợi vùng dự án ...........................................................................22
1.4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu về quy mô trạm bơm và hồ điều hòa cho lưu vực
nghiên cứu ...........................................................................................................24
1.1. Các nghiên cứu về tối ưu hóa hệ thống tiêu thoát nước ở trong nước và thế giới
.............................................................................................................................26
1.1.1. Các nghiên cứu ở trong nước ......................................................................26
1.1.2. Các nghiên cứu tiêu thoát nước ở nước ngoài .............................................27
1.2. Kết luận chương 1 ..............................................................................................29
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HÓA TRẠM BƠM, HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC ĐỐI
TƯỢNG KHÁC CỦA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC NGHIÊN CỨU ....31
2.1. Trạm bơm và phương pháp xác định các thông số thiết kế trạm bơm ...............31
2.1.1. Phương pháp xác định cột nước của máy bơm tiêu ....................................31
2.1.2. Phương pháp xác định lưu lượng thiết kế trạm bơm tiêu ............................32
2.1.3. Lựa chọn phương pháp tính toán tiêu thoát nước........................................39
2.2. Hồ điều hoà trong hệ thống tiêu thoát nước và phương pháp tính toán hồ điều
hòa .......................................................................................................................39
2.2.1. Khái niệm ....................................................................................................39
iii
2.2.2. Phương pháp và thuật toán xác định kích thước của hồ điều hoà ...............41
2.3. Các loại đối tượng cần mô phỏng trong mô hình SWMM .................................41
2.4. Các số liệu đầu vào cơ bản của mô hình ............................................................49
2.5. Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước ....................................................................53
2.6. Thiết lập mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước trên SWMM ...........................54
2.7. Bài toán tối ưu hóa thông số cơ bản của hệ thống tiêu thoát nước ....................58
2.8. Kết luận chương 2 ..............................................................................................62
CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ TRẠM BƠM VÀ KÍCH
THƯỚC THIẾT KẾ CỦA CÁC HỒ ĐIỀU HOÀ ................................................63
3.1. Xác định quan hệ ràng buộc giữa quy mô trạm bơm và hồ điều hòa .................63
3.1.1. Phương trình của điều kiện ràng buộc .........................................................63
3.1.2. Phương pháp xác định ràng buộc ................................................................63
3.2. Xác định các giá trị lưu lượng và diện tích hồ tối ưu .........................................67
3.2.1. Xây dựng hàm mục tiêu của bài toán tối ưu................................................67
3.2.2. Xác định phương án tối ưu ..........................................................................70
3.3. Kết luận chương 3 ..............................................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................74
PHỤ LỤC .....................................................................................................................76
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (0C)................................16
Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (%) ...................16
Bảng 1.3. Lượng mưa năm tại một số trạm trên hệ thống Sông Nhuệ ..........................17
Bảng 1.4. Kết quả tính toán lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max ứng với tần suất P = 5% và
10% (đơn vị: mm)..........................................................................................................17
Bảng 1.5. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Láng (mm) ........................................................17
Bảng 1.6. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông (mm) ..................................................18
Bảng 1.7. Lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 (mm)....................19
Bảng 1.8. Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội và Hà Đông (mm) ...................19
Bảng 1.9. Các mực nước Sông Hồng tại Hà Nội (Long Biên) ứng với các tần suất tính
toán ................................................................................................................................20
Bảng 1.10. Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở ứng với các tần suất tính toán ........20
Bảng 1.11. Các mực nước Sông Hồng tại Đông Mỹ ứng với các tần suất tính toán ....21
Bảng 1.12. Mực nước báo động tại một số vị trí trên sông Nhuệ và sông Hồng ..........21
Bảng 1.13. Tình hình dân số năm 2015 huyện Thanh Trì (Phần nằm trong trong lưu
vực tiêu TB Đông Mỹ) ..................................................................................................22
Bảng 1.14. Diện tích, năng suất một số cây trồng chủ yếu của các địa phương thuộc Hà
Nội .................................................................................................................................22
Bảng 1.15. Phương án máy bơm của trạm bơm Đông Mỹ............................................26
Bảng 2.1. Thông số các tiểu lưu vực (Subcathments) của hệ thống tiêu Đông Mỹ ......50
Bảng 2.2. Lượng mưa lớn nhất ứng với tần suất 10% (mm) .........................................51
Bảng 2.3. Lượng mưa 3 ngày max TS 10% phân phối theo ngày (mm).......................51
Bảng 2.4. Lượng mưa 72 giờ TS 10% phân phối theo giờ (mm) ..................................52
Bảng 3.1. Kết quả xác định diện tích hồ F hồ theo lưu lượng trạm bơm đầu mối Q TB để
lưu vực không có ngập úng ...........................................................................................66
Bảng 3.2. Chi phi xây dựng các trạm bơm ....................................................................68
Bảng 3.3. Tổng chi phí xây dựng ..................................................................................70
Bảng 3.4. So sánh với kết quả tính toán với các nghiên cứu trước ...............................71
Bảng PL1. Thông số các tiểu lưu vực (Subcathments) của hệ thống tiêu Đông Mỹ mô
phỏng trong SWMM......................................................................................................77
Bảng PL2. Thông số các nút (Junctions) của hệ thống tiêu Đông Mỹ mô phỏng trong
SWMM ..........................................................................................................................81
v
Bảng PL3. Thông số các đường dẫn (Conduits) của hệ thống tiêu Đông Mỹ mô phỏng
trong SWMM .................................................................................................................84
Bảng PL4. Quá trình mực nước tại điểm khống chế O-51 - Trường hợp chọn
Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ...............................................................................................88
Bảng PL5. Cơ cấu sử dụng đất năm 2015 huyện Thanh Trì (Phần đất nằm trong lưu
vực tiêu TB Đông Mỹ) ..................................................................................................90
Bảng PL6. Tổng hợp diện tích các loại đất cơ bản trong lưu vực tiêu trạm bơm Đông
Mỹ..................................................................................................................................91
Bảng PL7. Cơ cấu diện tích đất phi nông nghiệp ..........................................................92
Bảng PL8. Hiện trạng các công trình trên kênh thuộc lưu vực dự án. ..........................92
vi
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Vị trí lưu vực nghiên cứu trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP
Hà Nội............................................................................................................................14
Hình 2.1. Sơ đồ tính toán thời gian dòng chảy ..............................................................33
Hình 2.2. Quan niệm về dòng chảy mặt ........................................................................37
Hình 2.3. Ví dụ về sự thể hiện các đối tượng vật lý dùng để mô hình hóa một hệ thống
tiêu thoát nước ...............................................................................................................42
Hình 2.4. Thí dụ về trắc ngang kênh tự nhiên ...............................................................47
Hình 2.5. Mô hình mưa giờ thiết kế - trạm Hà Đông ....................................................53
Hình 2.6. Mô hình mưa giờ thiết kế - trạm Hà Nội .......................................................53
Hình 2.7. Hệ thống tiêu thoát nước của lưu vực nghiên cứu mô phỏng trên SWMM ..56
Hình 2.8. Minh họa một phần bản đồ làm việc SWMM trên nền ảnh hệ thống tiêu
thoát nước ......................................................................................................................57
Hình 2.9. 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............................................................61
Hình 3.1. Nhập giá trị diện tích hồ điều hòa và các thông số khác của hồ ...................64
Hình 3.2. Đường quá trình lưu lượng của TB Đông Mỹ - Trường hợp Q TB =21m3/s
F hồ =64,7ha .....................................................................................................................65
Hình 3.3. Đường quá trình mực nước tại điểm khống chế O-51 - Trường hợp
Q TB =21m3/s, F hồ =64,7ha ...............................................................................................65
Hình 3.4. Đường quá trình mực nước tại hồ Đông Mỹ - Trường hợp Q TB =21m3/s,
F hồ =64,7ha .....................................................................................................................65
Hình 3.5. Đường quá trình lưu lượng ra (+) và vào (−) hồ Đông Mỹ - Trường hợp
Q TB =21m3/s, F hồ =64,7ha ...............................................................................................66
Hình 3.6. Quan hệ F hồ ~Q TB thỏa mãn ràng buộc Z maxĐM (Q, F)=3,9 ............................67
Hình 3.7. Đồ thị quan hệ giữa phí xây dựng trạm bơm và lưu lượng trạm C TB ~Q ......69
Hình 3.8. Đồ thị quan hệ C hồ và diện tích hồ F hồ ..........................................................70
Hình 3.9. Quan hệ giữa tổng chi phí xây dựng và lưu lượng thiết kế trạm bơm ..........71
Hình PL1. Đường quá trình lưu lượng của TB Đông Mỹ - Trường hợp chọn
Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ...............................................................................................87
Hình PL2. Đường quá trình mực nước tại điểm khống chế O-51 - Trường hợp chọn
Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ...............................................................................................87
Hình PL3. Đường quá trình mực nước tại hồ Đông Mỹ - Trường hợp chọn
Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ...............................................................................................89
Hình PL4. Đương quá trình lưu lượng ra (+) và vào (−) hồ Đông Mỹ - Trường hợp
chọn Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ......................................................................................89
vii
Hình PL5. Đường trắc dọc kênh Om tại giờ có mực nước lớn nhất - Trường hợp chọn
Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ...............................................................................................89
Hình PL6. Đường trắc dọc kênh Đồng Trì giờ có mực nước lớn nhất - Trường hợp
chọn Q TB =36m3/s, F hồ =11,8ha ......................................................................................90
viii
CP
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chi phí
CS
Công suất
DA
Dự án
DT
Diện tích
ĐTXD
Đầu tư xây dựng
HL
Hạ lưu
HT
Hệ thống
LL
Lưu lượng
LV
Lưu vực
MN
Mực nước
QH
Quy hoạch
QH108
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)
QH1259
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)
QH4673
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)
QH725
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)
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)
QH937
SWMM
Storm Water Management Model - Mô hình quản lý ngập úng do mưa
TB
Trạm bơm
TL
Thượng lưu
TLV
Tiểu lưu vực
TP
Thành phố
UBND
Ủy ban nhân dân
VĐ3
Đường Vành Đai 3
VĐ4
Đường Vành Đai 4
ix
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Hà Nội là thủ đô của Việt Nam, là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học
và công nghệ của cả nước. Hà Nội có tiềm năng phát triển đáng kể, tuy nhiên, cơ sở hạ
tầng xây dựng không bắt kịp tốc độ đô thị hóa. Hà Nội đang đối mặt với nhiều vấn đề,
đặc biệt là tình trạng ngập úng.
Trong các các quy hoạch mới của thủ đô, lưu vực Đông Mỹ là một phần của đô thị
trung tâm TP Hà Nội ở phía nam sông Hồng. Lưu vực Đông Mỹ đang được đô thị hóa
với tốc độ cao và dự kiến sẽ hoàn toàn trở thành đất đô thị vào khoảng năm 2030. Lưu
vực này chứa một phần của đô thị S5, thuộc chuỗi đô thị phía đông đường Vành Đai 4
của đô thị trung tâm Hà Nội, đồng thời còn chứa một phần đất sinh thái nông nghiệp.
Lưu vực Đông Mỹ nằm ở phần thấp nhất của đô thị Hà Nội phía nam sông Hồng
và được biết như là “rốn nước” của đô thị Hà Nội bởi nạn úng ngập thường xuyên xảy
ra và mức độ ngập là nghiêm trọng nhất.
Trong những năm gần đây, với những thành tựu mới về khoa học và công nghệ,
việc tính toán tiêu nước ngày càng được cải tiến với các công cụ hiện đại, cho phép
tăng độ chính xác và gần gũi hơn với bản chất của các quá trình vật lý của hệ thống,
bao gồm cả quy trình thủy văn, thủy lực, như các mô hình: MIKE, SWMM... Do vậy ý
định sử dụng một trong các công cụ này để mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước lưu vực
Đông Mỹ nhằm xác định được quy mô của các công trình chính (trạm bơm đầu mối,
hồ điều hoà chủ yếu, các kênh tiêu chính) là một việc nên được đề cập đến.
Để khắc phục tình trạng ngập úng, thành phố đang có kế hoạch xây dựng hệ thống
tiêu thoát nước và trạm bơm để thoát nước ra sông Hồng. Dự kiến vào khoảng năm
2020, khu vực này sẽ có trạm bơm Đông Mỹ. Ngoài ra, cũng dự kiến xây dựng các hồ
chứa nước mưa để giảm úng ngập và giảm kích thước của trạm bơm. Tuy nhiên, số
lượng và quy mô hồ điều hoà chưa được xác định một cách rõ ràng, do đó cần nghiên
cứu cụ thể về vấn đề này.
Nghiên cứu xây dựng hệ thống tiêu thoát nước Đông Mỹ, trong đó có việc xác
định quy mô trạm bơm đầu mối và hồ điều hòa là rất cần thiết vì những lý do sau đây:
1) Phòng chống lũ lụt, khắc phục sự bất cập của hệ thống tiêu hiện tại và đối phó
với biến đổi khí hậu toàn cầu
Do thủy thế của khu vực bất lợi, trong mùa mưa mực nước sông cao mà mặt đất
trong khu vực lại thấp, việc tiêu nước tự chảy từ khu vực ra nguồn nhận nước sông
Nhuệ là hết sức khó khăn. Giải pháp tiêu nước cho khu vực cần được thực hiện chủ
yếu bằng động lực, nhưng năng lực của trạm bơm tiêu Đông Mỹ hiện nay còn quá
thấp, quy mô của các công trình tiêu còn quá nhỏ bé, hệ thống kênh mương tiêu nước
x
hiện nay bị xuống cấp.
Trong thực tế, chỉ cần một trận mưa không lớn lắm với lượng mưa khoảng 100
mm đã có thể gây úng ngập khá nghiêm trọng trong khu vực, trong khi mưa lớn với
cường độ hàng trăm mm/ngày thường xuyên xảy ra. Đặc biệt, do tác động của sự biến
đổi khí hậu toàn cầu cho nên trong những năm gần đây các trận mưa có cường độ cực
mạnh chưa từng có trong lịch sử liên tiếp xảy ra, gây úng ngập cực kỳ nghiêm trọng
trên diện rộng.
2) Khắc phục thiệt hại về kinh tế - xã hội
Trung bình mỗi năm ở khu vực này có hàng trăm héc ta đất bị úng ngập, gây thiệt
hại lớn về kinh tế, trong đó có việc giảm sản lượng nông nghiệp, công nghiệp và ảnh
hưởng lớn đến điều kiện sinh hoạt bình thường của hàng trăm nghìn người dân. Chỉ
tính riêng về nông nghiệp, mỗi năm thiệt hại khoảng 200 tỷ đồng do ngập lụt, còn nếu
tính chung cho các ngành kinh tế và hậu quả cho môi trường, xã hội với mức thiệt hại
có thể ước tính tới hàng ngàn tỷ đồng.
3) Đáp ứng yêu cầu phát triển của thủ đô
Theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô, Thanh Trì sẽ là khu vực phát triển đô thị
cũng như các cơ sở công nghiệp quy mô nhỏ và vừa, các trung tâm dịch vụ, thương
mại, đào tạo của thành phố... Cùng với đó, Thanh Trì còn được quy hoạch thành một
khu vực tạo vành đai công viên, cây xanh sinh thái và nông nghiệp chất lượng cao cho
Thủ đô.
Quá trình đô thị hóa làm cho diện tích bề mặt thấm nước giảm, diện tích điều tiết
nước (ao, hồ, ruộng lúa...) giảm, diện tích bề mặt không thấm (bê tông, nhựa đường,
mái nhà...) tăng lên, khi có mưa dòng chảy mặt hình thành nhanh chóng với hệ số tiêu
rất lớn (lớn hơn so với trước khi đô thị hóa 4 đến 5 lần). Vì vậy, phải nhanh chóng và
kịp thời xây dựng hệ thống tiêu thoát nước để kịp thời phục vụ cho sự phát triển đô thị;
đặc biệt đô thị này là thủ đô - một trung tâm văn hóa, chính trị, kinh tế quan trọng bậc
nhất của đất nước.
4) Bảo vệ môi trường, phát triển tài nguyên nước và quản lý tổng hợp lưu vực
sông Nhuệ
Hệ thống kênh chính cùng mạng lưới kênh mương nhánh trong khu vực là một
nguồn tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nhiều mục đích: là một nguồn nước cho
sinh hoạt và công nghiệp, là mạng thoát nước mưa, là nguồn thu nhận và vận chuyển
nước thải, bổ cập nước ngầm, phục vụ giao thông thủy... Vì vậy có thể coi sông hệ
thống kênh mương trong khu vực là những huyết mạch của đô thị, cần được duy trì
dòng chảy cơ bản một cách liên tục và thông suốt.
Khi dòng chảy trong các sông ở khu vực được duy trì tốt, không bị quá cạn và
cũng không bị tràn bờ, thì hệ thống sông này sẽ giúp cho việc duy trì nồng độ các chất
xi
trong nước và trong đất ở mức độ và thời gian cho phép, góp phần rất quan trọng trong
việc làm giảm bớt sự tích tụ và phát tán các chất độc hại (khí mê tan, khí sunfua, các
kim loại nặng...). Việc cải thiện môi trường đó có tác động tốt trực tiếp cho khu vực,
đồng thời còn tác động gián tiếp cho phạm vi rộng hơn: cho vùng lân cận, cho các tỉnh
khác, và cho cả thế giới, từ đó nó cũng đóng góp tích cực vào việc làm giảm bớt sự
biến đổi khí hậu và sự nóng lên của trái đất.
Xây dựng hệ thống tiêu sẽ góp phần làm cho môi trường nước trên các kênh
mương, ao hồ được cải thiện một cách đáng kể.
Việc xây dựng các công trình tiêu động lực từ khu vực đổ ra sông Hồng còn làm
“giảm tải” sông Nhuệ, tức là giảm đáng kể lưu lượng dòng chảy và làm vợi mực nước
của sông Nhuệ phía hạ lưu khi có mưa úng, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các vùng
hạ du hai bên Sông Nhuệ tiêu nước vào sông Nhuệ với mức ngập giảm và thời gian
tiêu nhanh hơn, giảm bớt hiện tượng tràn đê sông Nhuệ.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Tìm được quan hệ giữa lưu lượng thiết kế trạm bơm tiêu đầu mối Đông Mỹ và
quy mô của hồ điều hoà nước mưa (diện tích, các cao trình, dung tích trữ) để đảm
bảo tiêu nước cho lưu vực tiêu Đông Mỹ.
- Xác định được các thông số hợp lý (có thể là tối ưu): lưu lượng thiết kế trạm
bơm Đông Mỹ Q TK , diện tích hồ điều hoà Đông Mỹ F hồ .
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu là Hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ.
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các công trình chính của hệ thống tiêu
thoát nước, bao gồm: trạm bơm tiêu đầu mối, hồ điều hoà. Còn các hạng mục khác
được kế thừa từ các nghiên cứu trước hoặc tham khảo trong các dự án quy hoạch hoặc
dự án đầu tư xây dựng.
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Các nội dung nghiên cứu cơ bản cần thực hiện là:
- Đánh giá tổng quan về hệ thống tiêu thoát nước của đô thị Hà Nội nói chung,
trong đó có lưu vực Đông Mỹ;
- Xây dựng phương pháp tính toán hệ thống tiêu thoát nước cho khu vực nghiên cứu;
- Lập mô hình mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ;
- Phân tích thuỷ lực để xác định lưu lượng thiết kế trạm bơm và kích thước thiết
kế của các hồ điều hoà.
xii
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH TIẾP CẬN
* Sử dụng các phương nghiên cứu chính sau đây:
- Phương pháp thu thập số liệu: Để có được dữ liệu cho nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng lý thuyết về thuỷ lực, cấp nước,
máy bơm và trạm bơm, tối ưu hoá...
- Phương pháp mô hình toán: Dự kiến áp dụng mô hình SWMM, là một mô hình
thuỷ văn, thuỷ lực để mô phỏng hoạt động của hệ thống.
- Sử dụng các công cụ hỗ trợ mà hiện nay đã trở thành phổ biến: Word, Exel, CAD...
* Sử dụng cách tiếp cận cơ bản sau đây:
- Cách tiếp cận hệ thống: Xem xét đối tượng nghiên cứu trong một hệ thông bao
gồn các phần tử khác nhau và mối liên hệ gữa chúng; đó là: các tiểu lưu vực thoát
nước, các đường dẫn nước (đường ống, kênh mương), các hồ điều hoà, các công trình
điều chỉnh dòng chảy (cống điều tiết, tràn điều tiết...), trạm bơm, máy bơm...; quan hệ
hữu cơ giữa mưa - dòng chảy mặt - dòng thấm xuống đất - dòng chảy trên kênh v.v...
- Các tiếp cận kế thừa: Sử dụng số liệu và kết quả của các nghiên cứu trước đây
từ: các đề tài, các dự án quy hoạch, các dự án đầu tư xây dựng, các công trình khoa
học đã công bố.
- Các tiếp cận hiện đại: Cố gắng sử dụng các công cụ mới nhất để nghiên cứu,
trong đó có phần mềm SWMM phiên bản 5.1 năm 2017.
7. DỰ KIẾN CÁC KẾT QUẢ
- Kết quả về tính toán mô hình mưa, mực nước và các số liệu khác.
- Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước lưu vực Đông Mỹ theo quy hoạch mới nhất.
- Các phương án về thông số thiết kế trạm bơm đầu mối Đông Mỹ và hồ điều hoà
Đông Mỹ và lựa chọn phương án hợp lý (hoặc tối ưu).
xiii
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN
1.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
1. Vị trí vùng nghiên cứu
Tham khảo QH724 và hồ sơ Dự án Cải tạo nâng cấp Hệ thống trạm bơm tiêu
Đông Mỹ, có thể giới thiệu lưu vực nghiên cứu và tóm tắt tình hình tổng quan vùng
này như sau đây.
Hình 1.1. Vị trí lưu vực nghiên cứu trong hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP Hà Nội
Lưu vực tiêu Đông Mỹ nằm trong Hệ thống tiêu thoát nước đô thị trung tâm TP
14
Hà Nội, là một phần của Hệ thống thuỷ lợi sông Nhuệ, nằm ở vùng đồng bằng sông
Hồng. Lưu vực tiêu Đông Mỹ được gồm diện tích đất đai của thị trấn Văn Điển và các
xã Tứ Hiệp, Ngũ Hiệp, Đông Mỹ, Liên Ninh, Ngọc Hồi, Vĩnh Quỳnh. Căn cứ vào
QH725 [6], lưu vực tiêu Đông Mỹ giới hạn bởi:
- Phía bắc là kênh Yên Sở;
- Phía đông là đê sông Hồng;
- Phía tây và tây nam là bờ sông Om và đường biên với lưu vực tiêu Tả Thanh Oai;
- Phía nam là đường Vành Đai 4.
Diện tích lưu vực tiêu Đông Mỹ được đo lại là 2.238,6 ha, có thay đổi so với các
quy hoạch trước đây nhưng không đáng kể.
2. Địa hình và địa mạo
Khu vực có độ cao thay đổi từ +4,0÷+5,5 m với địa hình cao ở phía Bắc và thấp dần
xuống phía Nam. Khu vực cao nhất là thị trấn Văn Điển, có cao độ trung bình từ
+4,8÷+5,5m. Khu vực thấp nhất là xã Đông Mỹ, có cao độ trung bình từ +4,0÷+5,0m.
3. Địa chất công trình, địa chất, địa chất thuỷ văn
a. Địa tầng chung khu vực nghiên cứu
Địa tầng ở đây có đặc điểm phổ biến là các lớp trầm tích nguồn gốc bồi tích sông aluvi:
sét, á sét, cát... hoặc phân bố xen kẹp các trầm tích nói trên. Mặt lớp gần như nằm ngang
hoặc hơi nghiêng. Địa tầng khu vực ít biến đổi, các trầm tích có nguồn gốc aluvi tướng lòng
sông và bãi bồi. Phần dưới sâu có nguồn gốc trầm tích biển, hoặc cửa sông ven biển.
Địa tầng khu vực về tổng thể là gần tương tự nhau. Trong phạm vi chiều sâu thăm
dò của các hố khoan có thể phân chia thành 6 đơn nguyên địa tầng, tuỳ từng vị trí mà
có bề dày khác nhau. Các trầm tích này có tuổi Đệ tứ: Bên trên có tuổi Holocen muộn
thuộc hệ tầng Thái Bình: aQ 2 3 tb, tướng lòng sông và bãi bồi. Thành phần thạch học
biến đổi theo quy luật: dưới là hạt thô, trên là hạt mịn gồm cát, á cát, á sét và các thành
phần biến đổi trung gian.
b. Địa chất công trình tại khu trạm bơm Đông Mỹ
- Lớp 1: Là lớp đất phủ, lộ trực tiếp trên bề mặt thiên nhiên; chỉ xuất hiện ở hố khoan
H7 phân bố trên đê, bờ kênh, nền đất vườn; đất đắp lấp hỗn hợp; bề dày thay đổi từ
0,0÷3,20 m, thay đổi tuỳ từng vị trí. Chủ yếu là cát pha màu xám nâu trạng thái chảy.
- Lớp 2: Đất sét pha màu xám nâu, xám đen, trạng thái dẻo mềm đôi chỗ dẻo
cứng. Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=10053’, C=0,204 kG/cm2, a 1−2 =0,04 cm2/kG.
- Lớp 3: Đất sét pha lẫn hữu cơ, màu xám đen, trạng thái dẻo chảy đôi chỗ dẻo
mềm. Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=7040’, C=0,119 kG/cm2, a 1−2 =0,072 cm2/kG. Cần xem
15
xét tính toán xử lý gia cố.
- Lớp 4: Đất sét pha lẫn ít sỏi sạn màu xám vàng, loang lổ, trạng thái dẻo cứng xen
kẹp dẻo mềm. Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=12010’, C=0,229 kG/cm2, a 1−2 =0,036 cm2/kG.
- Lớp 5: Đất cát pha lẫn ít sỏi sạn màu xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo. Chỉ gặp tại
hố khoan H4. Các chỉ tiêu chủ yếu: φ=18059’, C=0,082 kG/cm2, a1−2 =0,026 cm2/kG.
- Lớp 6: Đất cát hạt vừa lẫn ít sỏi sạn xen kẹp cát pha, cát hạt nhỏ, màu xám ghi,
kết cấu chặt vừa.
4. Khí tượng
Hệ thống tiêu nằm giữa vùng đồng bằng Bắc bộ nên nó 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
Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23oC÷24oC. Tổng nhiệt độ toàn năm khoảng
8.600oC. Hàng năm có 3 tháng (từ tháng XII đến tháng II) nhiệt độ trung bình giảm
xuống dưới 20oC. Tháng I lạnh nhất, có nhiệt độ trung bình trên 16oC. Mùa hè nhiệt độ
tương đối dịu hơn. Có 5 tháng (từ tháng V đến tháng 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
Trạm
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
Hà Nội
16,2
18,1 20,1 23,8 27,2 28,6 28,9 28,2 27,2 24,5
Hà Đông
17,0
19,3 22,1 25,4 27,0 27,0 27,9 27,9 26,8 24,5
XI
XII
21,3
18,1
20,8 19,3
Nguồn: [13]
b. Độ ẩm
Độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 83÷85%. Ba tháng mùa xuân là thời kỳ
ẩm ướt nhất, độ ảm 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
Trạm
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: [13]
16
c. Mưa
Đây là vùng có lượng mưa tương đối lớn. Tổng lượng mưa trung bình thay đổi từ
1.554 đến 1.836 mm với số ngày mưa khoảng 130÷140 ngày mỗi năm.
Bảng 1.3. Lượng mưa năm tại một số trạm trên hệ thống Sông Nhuệ
Trạm
Liên
Mạc
Hà
Đông
Đồng
Quan
X tb (mm)
1.571,4
1.607,0
1.626,0
Nhật
Tựu
Vân
Đình
Lương
Cổ
Điệp
Sơn
1.768,9 1.821,7 1.835,6 1.822,6
Nguồn: [13]
Bảng 1.4. Kết quả tính toán lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max
ứng với tần suất P = 5% và 10% (đơn vị: mm)
Trận mưa
Tần suất 5%
Tần suất 10%
1ngmax 3ngmax 5ngmax 7ngmax 1ngmax 3ngmax 5ngmax 7ngmax
Trạm
Láng
251,83
387,67
434,31
478,65
218,09
338,14
377,28
415,79
Hà Đông
252,69
386,55
435,68
476,17
220,46
337,38
379,17
416,06
Nguồn: [13]
Bảng 1.5. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Láng (mm)
Trận mưa
Giờ
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
Điển hình 1994
29/8
30/8
31/8
29/8
30/8
31/8
9,86
0,22
12,36
15,15
0,22
0,57
17,39
0,87
3,18
17,79
1,41
22,16
0,33
0,20
3,47
0,92
0,54
0,81
68,23
1,53
14,21
7,52
11,82
18,50
4,56
13,12
5,86
14,54
4,34
3,05
2,50
7,83
5,53
1,22
3,36
17
Tần suất 10%
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
12,62
0,18
10,11
19,39
0,18
0,46
22,25
0,71
2,60
22,77
1,15
0,00
28,37
0,27
0,00
0,26
2,84
0,00
1,17
0,44
0,00
1,04
55,83
0,00
1,95
11,63
0,00
9,63
9,68
0,00
23,68
3,73
0,00
16,79
4,79
0,00
18,61
3,55
0,00
3,90
2,04
0,00
10,02
4,53
0,00
1,56
2,75
0,00
17-18
0,20
1,09
0,26
0,89
0,00
18-19
5,39
6,90
0,00
0,00
19-20
0,61
0,78
0,00
0,00
20-21
1,83
2,34
0,00
0,00
21-22
4,47
5,73
0,00
0,00
22-23
5,39
0,98
6,90
0,80
0,00
23-24
0,31
0,39
0,00
0,00
Tổng ngày
0,61
1,09
0,78
0,89
0,00
Tổng trận
317,100
338,1
Ghi chú: Trận mưa thiết kế chứa lượng mưa 24 h max tần suất 10%
Nguồn: [13]
Bảng 1.6. Lượng mưa 72 giờ tại trạm Hà Đông (mm)
Trận mưa
Giờ
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
Điển hình 1994
29/8
30/8
31/8
11,92
1,06
8,65
14,39
2,02
6,43
13,53
2,97
15,68
1,70
9,78
10,50
0,42
2,90
40,21
1,93
76,28
0,97
23,02
2,15
6,79
2,15
2,97
28,79
4,99
30,94
6,37
14,61
4,99
3,76
1,70
4,08
4,03
0,11
2,86
0,11
0,64
0,97
1,07
1,61
1,83
2,90
0,21
1,18
0,75
18
Tần suất 10%
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
15,65
0,59
4,84
18,88
1,13
3,60
17,75
1,66
0,00
20,57
0,95
0,00
12,82
5,88
0,24
3,80
22,52
0,00
2,54
42,71
0,00
1,27
12,89
0,00
2,82
3,80
0,00
2,82
1,66
0,00
37,75
2,79
0,00
40,57
3,56
0,00
19,16
2,79
0,00
4,93
0,95
0,00
5,35
2,26
0,00
0,14
1,60
0,00
0,14
0,36
0,00
1,27
0,00
0,00
1,41
0,00
0,00
2,11
0,00
0,00
2,39
0,00
0,00
3,80
0,12
0,00
1,55
0,00
0,00
0,99
0,00
0,00
Trận mưa
Điển hình 1994
Tần suất 10%
Giờ
29/8
30/8
31/8
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
Tổng ngày
168,10 193,30 15,50 220,48
108,22
8,68
Tổng trận
377,0
337,4
Ghi chú: Trận mưa thiết kế chứa lượng mưa 24 h max TS10%
Nguồn: [13]
Bảng 1.7. Lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 (mm)
Ngày
Hà Nội
Hà Đông
31/10
01/11
02/11
391,2
91,8
81,1
514,2
186,4
112,3
Cộng
564,1
812,9
Nguồn: [13]
d. Bốc hơi
Lượng bốc hơi bình quân năm ở toàn vùng 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 (tháng II÷ IV) có lượng
bốc hơi nhỏ nhất là những tháng có nhiều mưa phùn và độ ẩm tương đối cao.
Bảng 1.8. 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 Cả 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: [13]
e. Gió, bão
Hướng gió thịnh hành trong mùa hè là gió Nam và Đông Nam và mùa đông
thường có gió Bắc và Đông Bắc. Tốc độ gió trung bình khoảng 2÷3 m/s. Tháng VII,
IX là những tháng có nhiều bão nhất. Các cơn bão đổ bộ vào vùng này thường gây ra
mưa lớn trong ba ngày, ảnh hưởng lớn cho sản xuất và đời sống của nhân dân. Tốc độ
gió lớn nhất trong cơn bão có thể đạt 40 m/s.
f. Mây
Lượng mây trung bình năm chiếm 75% bầu trời. Tháng III u ám nhất có lượng
mây cực đại, chiếm trên 90% bầu trời còn tháng X trời quang đãng nhất, lượng mây
trung bình chỉ chiếm khoảng trên 60% bầu trời.
g. Nắng
19
Số giờ nắng hàng năm khoảng 1.600÷1.700 giờ. Các tháng mùa hè từ tháng V
đến tháng X có nhiều nắng nhất, trên dưới 200 giờ mỗi tháng. Tháng II, III trùng khớp
với những tháng u ám là tháng rất ít nắng, chỉ đạt 30÷40 giờ mỗi tháng.
5. Thuỷ văn, sông ngòi
a. Sông Hồng
Sông Hồng là con sông lớn, có tổng diện tích lưu vực 155.000 km² (phần lưu vực
trong lãnh thổ Việt Nam là 72.800 km²). Sông dài 1.126 km, trong đó đoạn qua khu
vực nghiên cứu dài khoảng 10,1 km theo đường đê. Sông Hồng không chỉ là nguồn
cung cấp nước chính cho hệ thống mà còn là nơi một trong những nơi nhận nước tiêu
chính của vùng. Khả năng chuyển nước của sông rất lớn. Lưu lượng bình quân tháng
trung bình nhiều năm thời đoạn 1956-1985 tại Sơn Tây đạt khoảng 3.560 m³/s và Hà
Nội 2.710 m³/s.
Mùa kiệt dài 7 tháng (tháng XI÷V). Dòng chảy của sông thời gian này ngoài nước
mưa trên toàn lưu vực, chủ yếu do nước ngầm cung cấp. Do vậy mực nước và lưu
lượng của sông giảm xuống nhanh. Mực nước sông trong các tháng III và IV thường
xuống đến mức thấp nhất. Số liệu quan trắc tại trạm Hà Nội cho thấy, mực nước thấp
nhất xảy ra trước khi có hồ Hòa Bình là 1,73 m (tháng 3/1956), sau khi có hồ Hòa
Bình là 1,47 m (20/2/2006). Lưu lượng đo được vào ngày 09/5/1960 chỉ có 350 m³/s.
Bảng 1.9. Các mực nước Sông Hồng tại Hà Nội (Long Biên)
ứng với các tần suất tính toán
Tần suất
Mực nước
H max
H 1ngày max
H 3ngày max
H 5ngày max
1%
5%
10%
13.82
12.78
12.54
12.21
12.89
12.33
12.11
11.83
12.43
12.07
11.87
11.60
20%
11.91
11.74
11.54
11.30
Nguồn: [13]
Bảng 1.10. Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở
ứng với các tần suất tính toán
Tần suất
Mực nước
H max
H 1ngày max
H 3ngày max
H 5ngày max
1%
5%
10%
12,02
11,95
11,71
11,38
11,56
11,50
11,28
11,00
11,30
11,24
11,04
10,77
20
20%
10,96
10,91
10,71
10,47
Nguồn: [13]
- Xem thêm -
.PDF 
92 
27 
121 
