TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HẠ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ Giáo viên: GS. TSKH. Trần Hữu Uyển Học viên: Bùi Nhật Minh Lớp: Cao học Cấp Thoát Nước 2008 Hà Nội, 2009 CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC ĐỀ BÀI: Câu 1: Các loại hệ thống thoát nước, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng? Câu 2: Giếng thu nước mưa cho hệ thống thoát nước chung? Tính toán, kiểm tra, bố trí giếng thu nước mưa ứng với P=5 năm cho đoạn cống dài L = 200m; độ dốc dọc của đường i = 0,005; diện tích lưu vực F = 2,5ha. Câu 3: Xác định thông số cường độ mưa cho thành phố Nam Định Với công thức tính: bt A i + = [mm/h]; [l/s.ha] CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC Câu 1: Các loại hệ thống thoát nước, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng? 1. Các loại hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước (HTTN) là một tập hợp gồm các công cụ, đường ống và những công trình trên mạng lưới thực 3 chức năng chính: thu gom, vận chuyển và xử lý nước thải trước khi xả ra nguồn. Tuỳ theo nguồn gốc, nước thải được phân thành 3 loại chính: - Nước thải sinh hoạt - Nước thải sản xuất - Nước mưa nhiễm bẩn Căn cứ vào việc vận chuyển nước thải sinh hoạt chung hay riêng mà chia ra các loại hệ thống thoát nước sau: - HTTN chung - HTTN riêng - HTTN nửa riêng - HTTN hỗn hợp a. Hệ thống thoát nước chung HTTN chung là loại hệ thống mà tất cả các loại nước thải được dẫn chung trong cùng 1 hệ thống đưa đến công trình xử lý rồi xả ra nguồn. Để giảm bớt lượng nước mưa đưa đến trạm bơm và công trình xử lý, các giếng tràn tách nước mưa được xây dựng ở đầu các đoạn cống góp, cống chính nhằm tách phần lớn lượng nước mưa của những trận mưa to kéo dài và đổ ra nguồn tiếp nhận. (1) (2) (3) (7) TXL (4) (4) (4) (3) (1) (2) (1) (2) (5) (8) (8) (8) (6) (9) Hình 1.1. Sơ đồ HTTN chung (1) cống nhánh; (2)(3) cống góp chính; (4) cống xả; (5) cống xả nước thải; (6) trạm bơm; (7) trạm xử lý; (8) giếng tràn tách nước mưa; (9) nguồn nhận. b. Hệ thống thoát nước riêng HTTN riêng là hệ thống có 2 hay nhiều mạng lưới riêng biệt dùng để: • Vận chuyển nước thải bẩn (nước thải SH, SX, ) đưa về trạm xử lý. • Vận chuyển nước thải quy ước sạch (nước mưa, một phần nước thải SX quy ước sạch) có thể xả trực tiếp. (*) Nếu nước thải sản xuất có chứa các chất độc hại, không thể dẫn chung với nước thải SH thì phải có mạng lưới thu gom riêng. Trường hợp mỗi lại nước thải được vận chuyển trong hệ thống thoát nước riêng gọi là HTTN riêng hoàn toàn. Khi chỉ có hệ thống cống ngầm để vận chuyển nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất bẩn, còn nước thải sản xuất quy ước sạch và nước mưa cho vận chuyển theo mương hay rãnh lộ thiên đổ trực tiếp vào nguồn tiếp nhận thì được gọi là HTTN riêng không hoàn toàn. (1) (3) (5) TXL (3) (6) (4) Sông (2) XNCN (1)(2) Hình 1.2. Sơ đồ HTTN riêng (1) MLTN thải bẩn; (2) MLTN mưa; (3) cống góp; (4) trạm bơm; (5) trạm xử lý; (6) cống xả. c. Hệ thống thoát nước nửa riêng HTTN nửa riêng là hệ thống trong đó ở những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới độc lập có xây dựng giếng tràn tách nước mưa. (1) (3) (5) TXL (3) (6) (4) Sông (2) XNCN (1) (2) (1) (2) (7) (7) (7) Hình 1.3. Sơ đồ HTTN nửa riêng (1) MLTN thải bẩn; (2) MLTN mưa; (3) cống góp; (4) trạm bơm; (5) trạm xử lý; (6) cống xả nước thải; (7) giếng tràn tách nước mưa. Trong thời gian đầu của trận mưa, lưu lượng nước mưa ít, nước mưa cuốn theo cặn bẩn, toàn bộ lượng nước mưa này được tách và dẫn trong HTTN chung về TXL; Khi thời gian mữa kéo dài, lượng nước mưa lớn, chất lượng tương đối sạch, nước mưa sẽ tràn qua giếng để đưa thẳng ra nguồn tiếp nhận. 2. Ưu nhược điểm của các HTTN a. Hệ thống thoát nước chung Ưu điểm: - Tốt nhất về điều kiện vệ sinh vì tất cả các loại nước thải đều được xử lý, kể cả nước mưa nếu không được tách. - Chiều dài mạng lưới giảm 30-40% so vưới HTTN riêng, chi phí quản lý giảm 15-20% đối với những khu xây dựng nhà cao tầng, những khu đô thị gần nguồn nước lớn. - Chỉ tồn tại 1 HTTN nằm trong đô thị. Nhược điểm: - Do lượng nước chảy tới trạm bơm và TXL không điều hoà nên việc quản lý vận hành hệ thống gặp nhiều khó khăn, phức tạp. - Đường kính ống lớn, mùa khô làm việc không hiệu quả, có thể gây lắng đọng, việc sử dụng vốn đầu tư không hiệu quả. - Vốn xây dựng bỏ ra ban đầu lớn. b. Hệ thống thoát nước riêng Ưu điểm: - Chỉ phải bơm và vận chuyển lượng nước bé nên đường kính ống nhỏ hơn. - Chế độ thuỷ lực ổn định, hiệu quả sử dụng cao. - Vốn xây dựng có thể chia thành nhiều đợt, phù hợp với nước đang phát triển. Nhược điểm: - Tồn tại đồng thời 2 hay nhiều mạng lưới thoát nước trong đô thị. - Tổng chiều dài mạng lưới lớn. - Đảm bảo điều kiện vệ sinh kém hơn so với HTTN chung. c. Hệ thống thoát nước nửa riêng Ưu điểm: - Khắc phục được nhược điểm của 2 loại HTTN chung và HTTN riêng, thu được toàn bộ nước thải sinh hoạt và nước mưa đợt đầu bị nhiễm bẩn để đưa về TXL. Nhược điểm: - Vốn đầu tư xây dựng ban đầu tương đối cao. - Phải xây dựng thêm các giếng tràn tách nước mưa tại những điểm giao nhau của 2 hệ thống mà sự làm việc của giếng tràn thường không đạt hiệu quả mong muốn. 3. Phạm vi áp dụng a. Hệ thống thoát nước chung - Không thích hợp cho những khu nhà thấp tầng, phân tán. - Thích hợp với khu đô thị, khu vực xây dựng nhà cao tầng, có bể tự hoại trong công trình. Và thường xây dựng ở giai đoạn đầu của HTTN riêng. - Khu đô thị gần với nguồn nước có khả năng tiếp nhận lớn. - Điều kiện địa hình thuận lợi cho việc thoát nước, hạn chế được số lượng trạm bơm và công suất bơm. - Cường độ mưa q 20 <80 (lít/s.ha) b. Hệ thống thoát nước riêng - HTTN riêng nên áp dụng cho những đô thị lớn, có mức độ tiện nghi cao hoặc cho các cí nghiệp công nghiệp. - Nguồn nước mặt có khả năng tiếp nhận toàn bộ lượng nước mưa. - Cường độ mưa q 20 >80 (lít/s.ha) - HTTN riêng không hoàn toàn phù hợp với những đô thị và cùng ngoại ô có sự chênh lệch mức tiện nghi không cao, và xây dựng trong giai đoạn đầu của HTTN. c. Hệ thống thoát nước nửa riêng - Khu đô thị có số dân > 50.000 người. - Lưu lượng của nguồn tiếp nhận bị hạn chế, ít có dòng chảy. - Nguồn nước mặt dùng cho mục đích thể thao, giải trí. - Có yêu cầu bảo vệ nguồn nước mặt đối với lượng chất thải do nguồn nước thải mang vào. 4. Kết luận Mỗi loại HTTN chung - riêng - nửa riêng đều có những ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng hiệu quả. Khi thiết kế, cải tạo HTTN cần nghiên cứu kỹ điều kiện cụ thể của địa phương, trên cơ sở so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật - vệ sinh mà chọn ra sơ đồ HTTN thích hợp, có thể sử dụng kết hợp các loại HTTN cho từng vùng. Quy hoạch sơ đồ thoát nước tổng thể phải tính đến khả năng phát triển kinh tế trong tương lai nhằm đạt được những giải pháp tổ hợp và hiệu quả. Đồng thời cần tính đến việc sử dụng lại các công trình hiện có trong tương lai. Câu 2: Giếng thu nước mưa trong hệ thống thoát nước chung? 1. Nhiệm vụ Giếng thu nước mưa có nhiệm vụ thu gom toàn bộ lượng nước mưa chảy trên mặt đường, hè phố một cách nhanh nhất rồi đưa vào mạng lưới thoát nước để xả ra nguồn tiếp nhận. Trong HTTN chung, nước thải vận chuyển từ đầu mạng lưới tới TXL chủ yếu bằng phương pháp tự chảy, thời gian nước thải lưu trong mạng lưới lâu, có thể tới 2-3 ngày. Các hợp chất hữu cơ có trong nước thải bị phân huỷ và gây mùi hôi, vì vậy đối với HTTN chung thì giếng thu nước mưa còn phải đảm bảo ngăn được hiện tượng mùi thoát ra đường phố ở miệng giếng. 2. Vị trí Giếng thu thu nước mưa được đặt ở các vị trí sau: - Các ngã đường phố - Dọc theo đường phố Việc đặt các giếng thu nước mưa ở các ngã đường nhằm hạn chế lượng nước mưa chảy qua các ngã đường là ít nhất, trong điều kiện tốt nhất là không có nước mưa chảy xuyên qua ngã đường. (1) (3) (2) L1 L1* L2 L2* Hình 2.1. Vị trí giếng thu nước mưa (1) Giếng thu ở ngã đường; (2) Giếng thu dọc đường; (3) MLTN chung. Ở hình trên là ví dụ bố trí giếng thu nước mưa của 1 ngã tư đường phố. Phụ thuộc độ dốc ngang mặt đường thì có thể bố trí giếng thu nước mưa ở hai hay một phía. Tuỳ theo độ dốc dọc của đường phố mà tính được khoảng cách L1, L2 đảm bảo thu được toàn bộ lượng nước mưa ở đầu lưu vực thoát nước, hay đầu các ô phố. Khoảng cách L1* và L2* là khoảng cách giữa các giếng bố trí dọc theo đường phố. Thường thì trong khoảng 30-80m. O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,001 L (m) i 0,025 Hình 2.2. Đường cong liên hệ giữa L và i 3. Cấu tạo Giếng thu nước mưa chia thành 2 dạng: - Thu nước vỉa hè - Thu nước lòng đường (1) (2) (3) Hình 2.3. Sơ đồ vị trí giếng thu nước mưa (1) Giếng thu nước mưa; (2) Cống nối; (3) Cống thoát nước trong HTTN chung. Trong những đô thị cũ HTTN thường là HTTN chung, giếng thu nước mưa có cấu tạo cửa thu dạng khe, sử dụng kết cấu dạng hàm ếch để ngăn mùi. (2) (3) (1) Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo miệng thu hàm ếch (1) Bó vỉa; (2) Khe thu; (3) Kết cấu hàm ếch. Tuy nhiên lớp nước trong miệng hàm ếch chỉ ngăn được mùi trong khoảng thời gian ngắn (7-10 ngày) – trong mùa khô hầu như không có nước bổ sung khiến mùi trong HTTN chung thoát ra gây ô nhiễm nặng nề, đồng thời phải nạo vét thường xuyên khiến cho việc quản lý gặp thêm nhiều khó khăn, kém hiệu quả. Để đảm bảo được mùi không thoát ra thì lớp nước ngăn mùi tối thiểu trong giếng phải đạt được chiều cao ít nhất 30cm. Đến nay đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải tạo giếng thu nước mưa sao cho đạt hiệu quả thu nước cũng như ngăn mùi tốt nhất. Một trong những nghiên cứu có kết quả được đánh giá cao và đã được áp dụng rộng rãi tại Bà Rịa – Vũng Tàu là của kỹ sư Hoàng Đức Thảo, cấu tạo của hệ thống gồm 3 phần: hố thu nước mặt đường có lưới chắn bằng gang, hệ thống ngăn mùi gồm cửa phai chặn nước và ống nối. Khi có mưa, nước mưa sẽ vào hố thu đầu, sau đó chảy sang hố thu kế tiếp bằng 2 ống nhựa. Khi mực nước ở đây dâng lên đến 600mm thì nước chảy sang hố thu hiện hữu trên đường, đến lúc hết mưa, mực nước trong hố thu có tác dụng ngăn mùi, giảm xuống còn 400mm. Lượng nước này sẽ giữ lại trong hố ga và bốc hơi sau 7 tháng (đủ thời gian ngăn mùi trong suốt mùa khô). (1) (2) (3) h1 h2 Hình 2.5. Giếng thu cải tiến (1) Ngăn thu 1; (2) Ngăn thu 2; (3) HTTN cũ; h1≥300mm-lắng cặn; h2≥400mm; 4. Tính toán Cấu tạo lưới thu nước mưa thể hiện trên hình 2.6 Tính toán lưới thu theo các công thức sau: - Tổn thất qua lưới thu H: g2 v HH 2 0 += (m) Trong đó: • H 0 : chiều cao lớp nước chảy tới (m) • v : vận tốc nước chảy tới (m/s) • g : gia tốc trọng trường (m/s 2 ) L B S 0 Hình 2.6. Lưới thu nước mưa - Tổng diện tích khe thu nước A: ∑ = 0 SA (m 2 ) với S 0 là diện tích của một khe thu. - Chu vi lưới chắn C: )LB(2C += (m) - Lưu lượng nước qua lưới Q: • Nếu C A 33,1H ≤ thì: 5,1 H.C.5,1Q = (m 3 /s) • Nếu C A 33,1H ≤ thì: H.A.2Q = (m 3 /s) Ví dụ: Tính toán, kiểm tra, bố trí giếng thu nước mưa ứng với P=5 năm cho đoạn cống dài L = 200m; độ dốc dọc của đường i = 0,005; diện tích lưu vực F = 2,5ha. Giải: Trước hết tính toán khả năng thu nước của một giếng thu nước mưa sử dụng lưới thu 600x400: Giả sử tính toán giếng thu nước mưa với chiều cao lớp nước chảy tới H 0 = 0,05m, vận tốc v = 0,7 m/s. Khi đó: • Tổn thất qua lưới: 075,0 81,9.2 7,0 05,0 g2 v HH 22 0 =+=+= (m) • Tổng diện tích các khe thu: 096,016,0.02,0.30SA 0 === ∑ (m 2 ) 30 : số các khe thu nước 0,02 : chiều rộng khe thu (m) 0,16 : chiều dài khe thu (m) • Chu vi lưới thu: C = 2(L+B) = 2(0,6 + 0,4) = 2 (m) Vì: 063,0 2 096,0 33,1 C A 33,1096,0H ==>= Nên lưu lượng nước vào giếng: 5,15,1 0 096,0.2.5,1H.C.5,1Q == 09,0Q 0 = (m 3 /s) = 90 (l/s) Như vậy khi thiết kế mạng lưới thì tính toán phải bố trí các giếng thu sao cho đảm bảo thu được lượng nước mưa tại mỗi giếng là Q 0 ≈ 100 (l/s) Với chu kỳ P = 5 năm, giả sử tính với khu vực Hà Nội, có các thông số khí hậu như sau: + b = 11,61 + C = 0,2458 + q 20 = 289,9 + n = 0,7951 Ta có: • Cường độ mưa: n 20 n )bt( )Plog.C1.(q.)b20( q + ++ = Chọn t = 20 phút là thời gian mưa tính đến mặt cắt tính toán. Khí đó: 7951,0 7951,0 )61,1120( )5log.2458,01.(9,289.)61,1120( q + ++ = 340q = (l/s.ha) • Diện tích lưu vực mà tuyến cống phục vụ: F m = F đường + F lv = (200.10.10 -4 ) + (2,5) = 2,7 (ha) • Hệ số dòng chảy ψ chọn bằng 0,7. • Lưu lượng tính toán tuyến cống: Q = q.ψ.F = 340.0,7.2,7 = 642 (l/s) Theo trên thì lưu lượng nước thu được tại mỗi giếng là Q 0 ≈ 100 (l/s). Như vậy số lượng giếng thu cần thiết để thu được toàn bộ lượng nước mưa là: 7 90 642 Q Q N 0 === (*) Theo đồ thị trên hình 2.2 ta thấy: với độ dốc dọc của đường i = 0,005 thì bố trí các giếng thu nước mưa cách nhau một khoảng L 0 = 50 m, và khi đó với chiều dài đường phố là L = 200m thì số lượng giếng thu là: 51 50 200 1 L L N 0 =+=+= (**) Từ (*) và (**) ta có nhận xét: - Số lượng giếng thu theo tiêu chuẩn hay khoảng cách giữa các giếng là chưa đủ đáp ứng yêu cầu thực tế. - Để tránh được hiện tượng ngập lụt thì phải thực hiện cải tạo mạng lưới hiện đang tồn tại, mở rộng lưới thu nước, tăng khả năng thu nước tại các giếng thu. - Các thiết kế mới cần thay đổi hợp lý trong cách tính toán, so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, sử dụng tiêu chuẩn làm cơ sở lựa chọn sơ bộ. Câu 3: Xác định thông số cường độ mưa cho thành phố Nam Định với công thức tính: bt A q + = (l/s.ha) Trong công thức trên thì: A = A 1 + B.log(P) Trong đó: + A 1 , B, b là các hệ số + t : thời gian mưa (phút) + P : chu kỳ mưa (năm) + q : cường độ mưa tính toán Bảng 3.1. Cường độ mưa theo thời gian của tỉnh Nam Định Chu kỳ P năm Giá trị q (l/s.ha) phụ thuộc theo thời gian t (ph) 10 15 20 30 45 60 90 120 0,25 245 19 5 170 130 96 85 60 50 0,5 290 23 0 200 175 130 11 2 82 65 1 320 29 0 230 190 155 12 6 96 78 2 380 34 0 290 255 195 16 0 125 110 3 402 35 0 310 265 210 18 5 140 120 5 415 35 5 315 275 215 19 0 145 125 B1) Xác định hệ số A, b: Các thông số A và b tính theo công thức: • ∑ ∑ − ∑ ∑ − ∑ = 2 i 2 i iiii )i(i.K )h.i(.Ki.h b • K i.bh A ii ∑ ∑ + = • q = 166,7i Trong đó: + h i : chiều dầy lớp nước (mm) + i i : cường độ mưa (mm/ph) + K = 8 (số điểm tính) Ứng với P = 0,25 ta có bảng tính sau: St t t h i i^2 i.h phút mm mm/ph 1 10 14,7 1,470 2,160 21,600 2 15 17,5 1,170 1,368 20,525 3 20 20,4 1,020 1,040 20,800 4 30 23,4 0,780 0,608 18,245 5 45 25,9 0,576 0,332 14,924 6 60 30,6 0,510 0,260 15,600 7 90 32,4 0,360 0,130 11,659 8 120 36,0 0,300 0,090 10,796 Tổng 200, 9 6,185 5,988 134,149 • 5659,17 185,6988,5.8 149,134.8185,6.9,200 b 2 = − − = • 6963,38 8 165,6.5659,179,200 A = + = Tương tự ta tính được các hệ số A, b theo P = 0,5–1–2–3–5 và lập thành bảng 3.2. Bảng 3.2. Các giá trị A – b – P tương ứng Stt P b A 1 0,25 17,566 38,696 2 0,5 23,348 54,986 3 1 24,215 64,746 4 2 31,221 92,300 5 3 35,844 106,489 6 5 36,660 110,792 B2) Xác định hệ số A 1 và B: Từ công thức A = A 1 + B.log(P) ta có: • ∑ ∑ − ∑ ∑ ∑ − = 2 ii 2 iiii )Plog(PlogK APlogPlogAK B . NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ Giáo viên: GS. TSKH. Trần Hữu Uyển Học viên: Bùi Nhật Minh Lớp: Cao học Cấp Thoát Nước 2008 Hà Nội, 2009 CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC ĐỀ BÀI: Câu 1: Các. bt A i + = [mm/h]; [l/s.ha] CHUYÊN ĐỀ MÔN HỌC Câu 1: Các loại hệ thống thoát nước, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng? 1. Các loại hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước (HTTN) là một tập hợp. tạo Giếng thu nước mưa chia thành 2 dạng: - Thu nước vỉa hè - Thu nước lòng đường (1) (2) (3) Hình 2.3. Sơ đồ vị trí giếng thu nước mưa (1) Giếng thu nước mưa; (2) Cống nối; (3) Cống thoát nước trong