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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2017 i Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học: GS TS Dương Thanh Lượng GS TS Nguyễn Quang Kim Phản biện 1: GS TSKH Trần Hữu Uyển Phản biện 2: PGS TS Trần Chí Trung Phản biện 3: PGS TS Phạm Việt Hòa Luận án tổ chức bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp trường tại: Trường Đai học Thủy lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội, Vào hồi 30, ngày 05 tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án Phòng Đào tạo đại học sau đại học, Thư viện Trường Đại học Thủy lợi Thư viện Quốc gia ii MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Trong năm gần đây, Hà Nội điểm nóng tình trạng úng ngập Hàng năm vào mùa mưa, khu vực nội ngoại thành thường bị úng ngập, tác động tiêu cực đến mặt đời sống kinh tế - xã hội Trong nhiều năm qua địa bàn Hà Nội có nhiều dự án quy hoạch (QH) tiêu nước nghiên cứu, nhiều công trình tiêu đầu tư xây dựng tình trạng úng ngập chưa cải thiện nhiều Trong nhiều lý dẫn đến tình trạng nói trên, có nguyên nhân quan trọng chưa có sở khoa học thực xác đáng để đề xuất giải pháp tiêu nước quy mô công trình tiêu phù hợp Vì vậy, việc tìm giải pháp tiêu nước hợp lý có hiệu cho thành phố (TP) Hà Nội nói chung đô thị trung tâm Hà Nội nói riêng mối quan tâm lớn cấp, ngành, nhà chuyên môn toàn thể nhân dân; lý hình thành đề tài: “Nghiên cứu sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước quy mô công trình tiêu địa bàn thành phố Hà Nội” nghiên cứu Luận án II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xây dựng sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước, xác định quy mô công trình tiêu nước chủ yếu phù hợp với điều kiện tự nhiên trình phát triển kinh tế - xã hội TP Hà Nội tình hình mở rộng đất đô thị III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài hệ thống tiêu thoát nước (HTTTN) mưa đô thị giải pháp tiêu nước hệ thống (HT) Phạm vi nghiên cứu - Về phạm vi đối tượng, nghiên cứu đề tài giới hạn vào công trình tiêu nước chủ yếu (các TB đầu mối, hồ điều hòa (HĐH), trục tiêu chính, công trình điều tiết chính) HTTTN Các đối tượng khác (mạng lưới thoát nước tiểu khu, mạng lưới thoát nước đường phố khu vực, hồ nhỏ ) đưa vào HT thông số đầu vào biết - Về phạm vi không gian, nghiên cứu giới hạn vùng tiêu đô thị trung tâm TP Hà Nội IV NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu 1) Đánh giá nghiên cứu thoát nước đô thị TP Hà Nội 2) Xây dựng toán tối ưu hóa thông số kỹ thuật công trình tiêu nước chủ yếu 3) Mô hình hóa HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội tiến hành phân tích thủy văn thủy lực HT mô với lời giải khác toán tối ưu hóa lập 4) Đề xuất giải pháp kỹ thuật, cải tiến bố trí số công trình tiêu nước chủ yếu Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: 1) Phương pháp kế thừa; 2) Phương pháp điều tra thu thập phân tích tổng hợp; 3) Phương pháp thống kê xác suất; 4) Phương pháp phân tích hệ thống; 5) Phương pháp phân tích tối ưu; 6) Phương pháp mô hình toán thủy văn - thủy lực 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 việc áp dụng toán tối ưu hóa với trợ giúp mô hình SWMM tính toán tiêu thoát nước cho khu đô thị trình phát triển - Ý nghĩa thực tiễn: Qua nghiên cứu này, đề xuất giải pháp tiêu nước, bố trí công trình tiêu chính HTTTN địa bàn thành phố Hà Nội với quy mô thông số công trình Kết nghiên cứu tham khảo công tác: lập quy hoạch chi tiết, thiết kế, xây dựng vận hành HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội khu vực khác có điều kiện tương tự VI NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1) Xây dựng giải thành công toán tối ưu hóa quy mô công trình tiêu nước HTTTN, có trạm bơm (TB) đầu mối HĐH nước mưa, với trợ giúp mô hình SWMM 2) Mô hình hóa toàn HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội cách đồng từ tiểu lưu vực (TLV) (các khu phố, ô đất nông nghiệp) đến toàn vùng nghiên cứu rộng lớn, từ mạng lưới thoát nước đường phố mạng kênh cấp đến công trình đầu mối, bao gồm hầu hết loại đối tượng HT thuộc tính chúng cách đầy đủ chi tiết Từ đó, mô hình có khả biểu diễn gần sát với chất vật lý trình hoạt động HT Mô hình áp dụng cho công việc khác công tác điều hành, vận hành tu HTTTN 3) Đề xuất bố trí công trình HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội, bao gồm: trạm bơm, hồ điều hoà, kênh trục, cống điều tiết thông số công trình Đặc biệt, đề xuất bố trí trạm bơm tiêu đầu mối Hiền Giang vị trí cuối lưu vực (LV) nơi Sông Nhuệ cắt đường Vành Đai (VĐ4) để hoàn thiện việc tạo thành vùng tiêu độc lập, chủ động tiêu nước cho vùng có mức ưu tiên chống ngập cao Thủ đô Đồng thời, đưa biện pháp phối hợp làm việc trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu chống úng giảm thiểu quy mô thiết kế công trình VII CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Luận án gồm chương, phần chính: Mở đầu Chương 1: Tổng quan nghiên cứu Chương 2: Xây dựng sở khoa học xác định giải pháp tiêu thoát nước quy mô công trình đầu mối Chương 3: Đề xuất giải pháp tiêu nước quy mô công trình tiêu địa bàn TP Hà Nội Kết luận kiến nghị Phụ lục Luận án dài 153 trang 15 trang phụ lục; có 59 bảng 69 hình vẽ; danh mục tài liệu tham khảo gồm 58 tài liệu −−−−−−−−−−−−−−− CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực HTTTN nghiên cứu giới hạn phạm vi đường VĐ4 đê hữu sông Hồng Tổng diện tích LV tiêu 37.050 ha, hoàn toàn nằm ranh giới Đô thị trung tâm TP Hà Nội phần phía nam sông Hồng 1.1.2 Điều kiện tự nhiên Khí hậu, khí tượng Khu vực nghiên cứu nằm vùng đồng Bắc Bộ nên mang đặc điểm điển hình khí hậu vùng đồng bằng, kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa Thuỷ văn, sông ngòi Sông Hồng, sông Đáy sông Nhuệ nơi nhận nước tiêu khu vực Hình 1.1 Vị trí lưu vực nghiên cứu đồ TP Hà Nội 1.1.3 Tình hình úng ngập vùng nghiên cứu Nguyên nhân úng ngập - Thủy bất lợi, có mưa lớn mực nước (MN) nơi nhận nước thường cao - Mưa lớn, cường độ mưa cao - Công trình tiêu thoát nước chưa đồng - Do tốc độ đô thị hóa nhanh mà HTTTN chưa phát triển kịp Tình hình úng ngập số trận mưa lớn điển hình Năm 2008, từ 31/10÷02/11 xảy trận mưa cực lớn (P≈1%), gập úng nghiêm trọng kéo dài nhiều ngày diện rộng TP Hà Nội vùng lân cận Ngày mưa lớn vào 31/10 đạt 530 mm trạm Hà Đông, 405 mm Láng Thiệt hại hạ tầng SX nông nghiệp: 3.312 tỷ Năm 2016, từ đêm 24/5 đến sáng 25/5 xảy trận mưa lớn với lượng mưa khoảng 220 mm (P≈10%), làm cho nhiều nơi bị ngập 0,2÷0,5m, chủ yếu nằm khu vực phía tây sông Tô Lịch 1.1.4 Hiện trạng công trình tiêu chủ yếu Các trạm bơm tiêu: Gồm 15 trạm: TT Trạm bơm Yên Sở Đào Nguyên Cổ Nhuế Đồng Bông Đồng Bông Cầu Biêu Hữu Hòa Bơm sông Hồng Đáy Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ DT phụ trách (ha) 7.753 2.200 1.520 1.360 1.470 CS (m3/s) 90 17,3 12 20 5,6 2,8 Năm XD 2010 1986 2016 2016 2016 2001 2004 Hiện trạng TT 10 11 12 13 14 15 16 Trạm bơm Khê Tang Sái Siêu Quần Hòa Bình Thạch Nham Đại Áng Đan Thần Đan Nhiễm Đông Mỹ Bơm sông Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ Nhuệ Hồng DT phụ trách (ha) 1.995 CS (m3/s) 22,2 5,6 2,8 9,7 11,1 2,8 1,1 2,8 6,7 Năm XD 2005 Hiện trạng Đã xuống cấp, dự kiến bỏ 2005 1992 2014 1994 Đã xuống cấp Đã xuống cấp Đã xuống cấp, dự kiến bỏ Đã xuống cấp, dự kiến bỏ Đã xuống cấp Các trục tiêu LV: Sông Nhuệ, kênh La Khê, sông Đăm, sông Cầu Ngà, Tô Lịch Các cống trục tiêu: Cống Liên Mạc, cống cống Liên Mạc 2, cống Hà Đông, cống La Khê (cống Yên Nghĩa), cống Thanh Liệt, cống Ngân Hàng, cống Giải Đò 1.1.5 Hướng phát triển chung không gian đô thị Theo QH1259, Hà Nội có đô thị trung tâm từ đường VĐ4 trở vào Các phân khu đô thị phân cách với hành lang xanh 1.2 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN HTTTN NƯỚC ĐÔ THỊ HÀ NỘI Hệ thống thoát nước đô thị Hà Nội ban đầu Pháp xây dựng vào năm 1938−1939 phần đất nội đô lịch sử Hệ thống cống ngầm dài tổng cộng 66 km, đảm bảo tiêu nước cho 1.008 nội thành hồi với Qmax=36,36 m3/s Đây HTTTN chung, đổ vào trục sông chính: Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu Sau Dự án (DA) thoát nước Hà Nội, gồm DA giai đoạn I DA giai đoạn II, hoàn thành vào năm 2015, LV sông Tô Lịch xây dựng cải tạo tương đối hoàn chỉnh Hiện nay, Hà Nội trình đô thị hóa nhanh với việc chuyển đất nông nghiệp sang đất đô thị HTTTN phát triển từ HT tiêu cho đất nông nghiệp sang HTTTN đô thị 1.3 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THOÁT NƯỚC CHO KHU VỰC 1.3.1 Nghiên cứu thoát nước JICA Phạm vi quy hoạch Dự án thoát nước Hà Nội tổ chức JICA lập, hoàn thành nghiên cứu năm 1994 xây dựng xong vào năm 2015 Phạm vi khu vực nội đô lịch sử vùng lân cận với tổng diện tích 135,4 km2 Nội dung quy hoạch thoát nước QH nghiên cứu tổng thể thoát nước đô thị xử lý nước thải, phù hợp với QH phát triển TP đến năm 2010, bao gồm QH về: 1) Thoát nước, 2) Bảo tồn hồ, 3) Xử lý nước thải Nội dung đề xuất phần QH thoát nước mưa bảng PL1.1 bảng PL1.2 LA 1.3.2 Nghiên cứu QH937 Vùng nghiên cứu QH937(1) nằm HT thủy lợi Sông Nhuệ: Phân vùng tiêu: Tổng diện tích LV tiêu toàn HT Sông Nhuệ 107.530 ha, phân thành vùng: 1) vùng tiêu sông Hồng (28.175 ha, 2) vùng tiêu sông Đáy (36.820 ha), 3) vùng tiêu sông Nhuệ, 4) vùng sông Châu (41.535 ha) 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 Các công trình tiêu nước chủ yếu: Quy mô trạm bơm (TB) tiêu LV nghiên cứu liệt kê bảng 1.14, 1.15 1.16 1.3.3 Nghiên cứu QH1259 - Theo QH1259(2), giải pháp chung đảm bảo thông thoáng trục tiêu chính, đặc biệt sông Nhuệ (1) (2) Quy hoạch tiêu nước hệ thống sông Nhuệ (theo Quyết định 937/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 Thủ tướng Chính phủ) Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 (theo Quyết định số 1259/QĐTTg ngày 26/7/2011 Thủ tướng Chính phủ) Hoàn chỉnh HTTTN đô thị Tạo hệ thống tiêu liên hoàn, đặc biệt đô thị trung tâm - Giải pháp cho LV: Tô Lịch, Tả Nhuệ, Hữu Nhuệ LV tiêu nước sông Đáy thống kế bảng bảng 1.14, 1.15, 1.16 bảng PL1.3 - Đề nghị bố trí tỷ lệ hồ 5÷7% Khu vực mở rộng (phía tây sông Nhuệ) xây dựng cụm HĐH Liên Mạc, Yên Thái, Yên Nghĩa 1.3.4 Nghiên cứu QH4673 Nói chung, công trình tiêu nước QH4673(1) giữ QH937 có cập nhật QH1259 (liệt kê bảng 1.14, 1.15 1.16) 1.3.5 Nghiên cứu QH725 QH725(2) dự kiến xây dựng công trình tiêu thoát nước mưa cho đô thị Hà Nội liệt kê bảng 1.14, 1.15, 1.16 bảng PL1.5 1.3.6 Các nghiên cứu khác Nhóm kết nghiên cứu luận văn cao học luận án tiến sĩ LATS Nguyễn Song Dũng (2004) “Nghiên cứu đề xuất số giải pháp quản lý điều hành HT thoát nước sông Tô Lịch - TP Hà Nội” LATS Lưu Văn Quân (2015) “Nghiên cứu bố trí hợp lý HT hồ điều hoà nhằm giảm tổng mức đầu tư HT tiêu cho vùng hỗn hợp đất nông nghiệp - đô thị” Đối với LV Tây Hà Nội: f=2,91%, Q=622,85m3/s v.v Nhóm báo Dương Thanh Lượng (2009) “Mô HTTTN TP Hà Nội xác định giải pháp tiêu nước tổng thể” Dương Thanh Lượng (2010) “Xác định quan hệ lưu lượng (LL) thiết kế TB Yên Sở mức đảm bảo tiêu úng HT thoát nước nội thành Hà Nội” v.v Nhóm đề tài nghiên cứu khoa học 1) Rà soát bổ sung QH tiêu nước HT thủy lợi Sông Nhuệ (ĐT cấp Bộ - 2007) 2) Nghiên cứu ảnh hưởng công nghiệp hoá đô thị hoá đến hệ số tiêu vùng đồng Bắc Bộ (ĐT cấp Bộ - 2011) v.v 1.3.7 So sánh thông số công trình tiêu nước theo nghiên cứu quy hoạch Trong bảng 1.14, 1.15 1.16 tiến hành so sánh thông số công trình chủ yếu: TT Bảng 1.14 So sánh nghiên cứu công trình trạm bơm Hiện QH QH QH QH Công trình trạng 937 1259 4673 725 TB Yên Nghĩa Q (m3/s) Diện tích phụ trách F (ha) TB Yên Thái Q (m3/s) F (cả TB Đào Nguyên) (ha) TB Đào Nguyên Q (m3/s) F (ha) TB Liên Mạc Q (m3/s) F (ha) TB Liên Trung Q (m3/s) F (ha) 120 6.300 120 6.300 120 6.300 54 3.500 54 3.500 54 3.770 15 25 25 170 9.200 170 9.200 170 - Nhận xét vể thống quy hoạch (Đã ấn định, x/dựng) 120 Thống 5.011 Khoanh LV chưa c/xác 54 Thống 3.878 Khá thống (Đã ấn định, lập DA) 25 Khá thống Cùng với TB Yên Thái (Đã ấn định, lập DA) 175 Khá thống 2.050 Không thống Không thống 30 Không thống 2.267 Không thống Quy hoạch phát triển thủy lợi Hà Nội đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 (theo Quyết định số 4673/2012/QĐUBND ngày 03/7/2012 UBND TP Hà Nội) (2) Quy hoạch thoát nước thủ đô Hà Nội đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 (theo Quyết định số 725/QĐ-TTg ngày 10/5/2013 Thủ tướng Chính phủ) (1) TT Công trình Hiện trạng TB Nam Thăng Long Q (m3/s) F (ha) 450 TB Yên Sở Q (m3/s) 90 F (ha) 7450 TB Đông Mỹ Q (m3/s) 6,7 F (ha) 1.950 TB Vạn Phúc Q (m3/s) F (ha) * Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (trên cống Hà Đông) 10 TB Cổ Nhuế Q (m3/s) 12 F (ha) 1520 11 TB Đồng Bông Q (m3/s) F (ha) 1360 12 TB Đồng Bông Q (m3/s) F (ha) 1470 * Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (dưới cống Hà Đông) 13 TB Ba Xã Q (m3/s) F (ha) 14 TB Siêu Quần Q (m3/s) 2,8 F (ha) 15 TB Hoà Bình Q (m3/s) 9,7 F (ha) 16 TB Đại Áng Q (m3/s) 5,8 F (ha) 17 TB Khê Tang Q (m3/s) 22 F (ha) 18 TB Thạch Nham Q (m3/s) 11 F (ha) TT Công trình Hồ Yên Thái F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Đào Nguyên F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Yên Nghĩa F (ha) Zđáy (m) QH 937 QH 1259 QH 4673 450 450 450 145 145 7.753 90 7.753 35 1.950 35÷90 1.950 35 1.950 6,3 - Nhận xét vể thống quy hoạch (Đã ấn định, xây) Thống 450 Thống (Đã ấn định, xây) 90 Chưa thống 7.750 Thống (Đã ấn định, lập DA) 35 Chưa thống 2010 Khá thống (Đã ấn định, lập DA) 6,3 Chưa thống Cùng với TB Đông Mỹ QH 725 (Đã ấn định, xây) 12 1520 20 1360 (Đã ấn định, xây) (Đã ấn định, xây) 1470 20 990 20 990 20 990 20 990 Khá thống 10 10 Khá thống 25 25 Khá thống 10 10 Khá thống 16 Chưa thống Chưa thống Bảng 1.15 So sánh nghiên cứu số công trình hồ điều hoà ` QH QH QH1259 QH725 937 4673 YT1 YT2 YT3 YT1 YT2 YT3 24,5 15,8 8,4 30 34,5 23,5 12,0 1,0 1,0 1,0 0,0 6,0 6,0 6,0 3,9 6,0 6,0 7,0 1,5 3,0 3,0 3,0 ĐN1 ĐN2 ĐN3 12 8,8 12,0 1,0 1,0 1,0 5,5 6,5 6,5 4,8 3,2 4,2 4,2 3,2 YN1 YN2 YN3 YN4 YN1 YN2 YN3 28 7,4 35,0 7,5 30,0 39,0 20,0 7,5 1,0 1,0 1,0 1,0 0,0 Nhận xét thống quy hoạch Không thống Không thống Không thống Không thống Không thống Không thống TT 10 11 12 TT Công trình ` QH 937 Zmax (m) Zmin (m) Hồ Liên Mạc F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Yên Sở F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Linh Đàm F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Định Công F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Tây Hồ Đông Mỹ F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Thanh Oai F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Thượng Phúc F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Hồ Thượng Phúc F (ha) Zđáy (m) Zmax (m) Zmin (m) Công trình QH1259 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 5,5 3,2 130 0,5 4,5 1,5 80 5,5 3,2 QH 4673 3,9 1,4 QH725 4,5 5,5 5,5 2,5 3,2 3,2 LM1 LM2 LM3 Không thống 65,0 40,0 5,8 12,6 Không thống 0,5 4,0 5,5 6,0 6,0 1,5 3,5 3,5 3,5 (Đã ấn định, xây) 136 Khá thống 0,5 4,5 1,5 (Đã ấn định, xây) 78 Thống 4,7 4,5 2,5 19,2 25,0 4,95 4,75 2,50 ≥30 19,2 Nhận xét thống quy hoạch 45,0 4,95 (Đã ấn định, xây) Khá thống (Đã ấn định) Chưa thống 4,1 1,5 32,0 Không thống 5,5 3,2 105,0 Không thống 5,5 3,2 98,2 Không thống 5,5 3,2 Bảng 1.16 So sánh nghiên cứu kênh trục lớn Đã QH QH QH QH chọn 937 1259 4673 725 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) Sông Lừ L (km) Bđầu (m) Bcuối (m) H (m) 12,31 7,0 22,0 4,8 2,00 0,66 Nhận xét Đã đầu tư hoàn thiện DA JICA 5,22 8,0 13,2 4,3 Đã đầu tư hoàn thiện DA JICA TT Công trình Đã chọn 2.96 0,97 QH 937 QH 1259 QH 4673 QH 725 Zđầu (m) Zcuối (m) Sông Sét L (km) 3,22 Bđầu (m) 12,0 Bcuối (m) 14,5 H (m) 2,8÷4,6 Zđầu (m) 2,49 Zcuối (m) 0,53 Sông Nhuệ đoạn Liên Mạc - Hà Đông L (km) 17,75 Bđầu (m) 40,0 Bcuối (m) 40,0 H (m) 7,5 Zđầu (m) 0,00 Zcuối (m) -1,77 Sông Nhuệ đoạn Hà Đông - VĐ4 L (km) Bđầu (m) 12,70 Bcuối (m) 30,0 H (m) 7,5 Zđầu (m) -2,0 Zcuối (m) -2,0 Kênh La Khê L (km) 6,25 Bđầu (m) 24,0 Bcuối (m) 40,0 H (m) 7,5 Zđầu (m) -1,00 Zcuối (m) -1,00 Các kênh khác: Sông Đăm, Sông Cầu Ngà, Kênh TB Yên Thái, Kênh TB Đào Nguyên, Kênh Phú Đô, Kênh DN , Kênh Đông La, Kênh Om, Kênh Đồng Trì - Đông Mỹ Nhận xét (từ Đại La ÷ cuối kênh) Đã đầu tư hoàn thiện DA JICA Đang xác định DA Cải tạo sông Nhuệ (Liên Mạc - Hà Đông) Cần nghiên cứu tiếp Đang xác định DA Cải tạo sông Nhuệ (Hà Đông - VĐ4) Cần nghiên cứu tiếp Đang xác định DA Trạm bơm tiêu Yên Nghĩa Cần nghiên cứu tiếp Chưa nghiên cứu 1.3.8 Nhận xét tổng hợp kết nghiên cứu tiêu thoát nước đô thị Hà Nội Về quy mô trạm bơm Một số TB có thống cao QH: 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 nhiều TB có khác QH; ví dụ: - TB Yên Sở có QTK=145 m3/s (QH937, QH1259), QTK=90 m3/s (QH4673, QH725) - TB Đào Nguyên có QTK=15 m3/s (QH937), QTK=25 m3/s (QH1259, QH4673, QH725) - TB Đông Mỹ có QTK=35÷90 m3/s (QH1259), QTK=35 m3/s (QH937, QH4673, QH725) - TB Liên Trung có QTK=30 m3/s (QH725), (QH1259, QH4673, QH725) - TB Vạn Phúc có QTK=6,3 m3/s (QH1259, QH725), (QH937, QH4673) - Chưa rõ loại nhiệm vụ TB đổ trực tiếp vào sông Nhuệ (Cổ Nhuế, Đồng Bông 1&2, Ba Xã, Siêu Quần, Hoà Bình, Đại Áng, Khê Tang 2, Thạch Nham ) Về hồ điều hoà Số lượng, quy mô chưa có thống QH nghiên cứu Về trục tiêu Các trục tiêu cho LV Yên Sở ổn định Thông số trục tiêu lớn khác trình nghiên cứu Về cống điều tiết Các cống điều tiết thuộc LV Tô Lịch đầu tư xây dựng Các cống điều tiết LV 2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC 2.2.1 Phương pháp thuỷ nông mô hình hồ chứa mặt ruộng Ưu điểm PP có thuật toán tương đối đơn giản, áp dụng nhiều tính toán tiêu nước cho vùng đất nông nghiệp, vận dụng để tính cho tất loại đất, kể đất đô thị Phương pháp phù hợp để xác định trình tiêu nước ruộng lúa, nhiên việc tính toán diện tích khác lại không xác Xét tính toán cho HT nhược điểm lớn phương pháp độ xác không cao bỏ qua thời gian chậm tới dòng chảy Đối với đô thị Hà Nội, phương pháp áp dụng để tính toán hệ số tiêu thiết kế LL thiết kế trạm bơm QH937 QH4673 2.2.2 Phương pháp cường độ giới hạn Phương pháp thích hợp cho việc thiết kế đường cống mạng lưới thoát nước đô thị, quy định áp dụng TCVN 7957:2008 Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm: - Chủ yếu dựa vào kinh nghiệm để tìm thông số khí hậu công thức tính cường độ mưa mà không mô thực trình vật lý hình thành dòng chảy - Chỉ tính trường hợp thiết kế, không dùng vận hành HT với trận mưa thực tế Phương pháp áp dụng để thiết kế cho mạng lưới đường cống thoát nước QH1259 QH725 2.2.3 Phương pháp mô hình Transfert 2.2.4 Phương pháp mô hình Mike Bộ chương trình Mike bao gồm: Mike 11, Mike 21, Mike Urban, Mike Mouse đánh giá công nghệ cao, áp dụng cho nhiều khu vực có đặc điểm khác địa hình, điều kiện khí tượng thủy văn Tuy nhiên, chi phí mua phần mềm lớn nên hạn chế tính phổ biến nó; mặt khác, việc mô trạm bơm máy bơm phần mềm chưa chi tiết SWMM 2.2.5 Phương pháp mô hình SWMM Phương pháp SWMM có ưu điểm: - Xét hầu hết phận đối tượng HT tiêu; mô thời gian liên tiếp - Khi cần thiết, mô chất lượng nước lan truyền chất ô nhiễm - Phần mềm SWMM công cụ tính toán thủy văn - thủy lực mạnh - SWMM mô máy bơm chi tiết, có xét đến đường đặc tính máy bơm Hạn chế SWMM việc mô ngập tràn mạng lưới thoát nước tải đơn giản 2.2.6 Chọn phương pháp mô hình tính toán tiêu thoát nước Qua phân tích đây, thấy phương pháp SWMM phù hợp với đối tượng nghiên cứu, đáp ứng đầy đủ tiêu chí chọn mô hình, miễn phí cần thiết tích hợp vào phần mềm có tính mở rộng khác Vì chọn để nghiên cứu đề tài 2.3 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TIÊU THOÁT NƯỚC NGHIÊN CỨU 2.3.1 Các loại đối tượng cần mô Các đối tượng gồm: biểu mưa, TLV, nút nối, cửa xả, công trình trữ nước, đường dẫn, máy bơm, cống, tràn, cửa xả, tầng ngậm nước, lệnh điều khiển, đường cong, dãy số theo thời gian 2.3.2 Các số liệu đầu vào mô hình Sơ đồ chung hệ thống: HTTTN có diện tích 37.050 Tham khảo nghiên cứu QH gần đây, phân lại LV nghiên cứu thành LV thành phần hình 2.16 Số liệu mưa: (bảng 2.1 2.2) Số liệu mực nước: (bảng 2.4) 11 Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống tiêu nghiên cứu bố trí công trình tiêu chủ yếu Bảng 2.1&2.2 Lượng mưa 72 tần suất 10%, phân phối theo mưa điển hình (mm) 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 Tổng ngày: Tổng trận: Ngày 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 Hà Đông Ngày 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 Ngày 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 12 Ngày 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 10,02 1,56 0,26 6,90 0,78 2,34 5,73 6,90 0,39 0,78 218,09 Hà Nội (Láng) Ngày Ngày 0,18 10,11 0,18 0,46 0,71 2,60 1,15 0,00 0,27 0,00 2,84 0,00 0,44 0,00 55,83 0,00 11,63 0,00 9,68 0,00 3,73 0,00 4,79 0,00 3,55 0,00 2,04 0,00 4,53 0,00 2,75 0,00 0,89 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,00 0,00 0,00 0,89 0,00 106,88 13,17 338,14 Bảng 2.4 Mực nước tính toán cửa xả trạm bơm Trạm bơm Sông Mực nước (m) 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 Đào Nguyên Đáy 6,72 Yên Nghĩa Đáy 6,62 2.3.3 Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước Gồm bước: từ đồ QH; tiến hành giản lược hoá đồ, sơ đồ hoá HTTTN; thể vị trí thông tin đối tượng; chuyển sang dạng file ảnh 2.3.4 Lập mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước SWMM - Tạo đối tượng nhìn thấy đồ mô hình: mô hình mưa; TLV, nút nối, đường dẫn, HĐH, tràn, cống, máy bơm, cửa xả - Tạo đối tượng không nhìn thấy đồ mô hình: đặc tính máy bơm, mô hình thấm, quy tắc điều khiển, đường cong, dãy số theo thời gian Hình 2.21 Hệ thống tiêu toàn lưu vực nghiên cứu mô SWMM 13 2.3.5 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình Dùng tiêu Nash-Sutcliffe để đánh giá kết tính toán mô hình Hiệu chỉnh mô hình Đợt tiêu từ ngày 24÷28/5/2016 (lượng mưa 281,09 mm) Kết tính toán đường mô hình thực tế theo tiêu Nash-Sutcliffe thu kết NSE=0,85 Mô hình đạt loại Hình 2.26 Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình theo thực đo kênh Yên Sở vị trí đập tràn C đợt tiêu từ ngày 24÷28/5/2016 Kiểm nghiệm mô hình * Đợt tiêu từ ngày 22÷26/5/2012 (mưa 185,4 mm) Kết NSE=0,87 Mô hình đạt loại * Đợt tiêu từ ngày 17÷21/8/2012: Tương tự, tính NSE=0,97 Mô hình đạt loại tốt Hình 2.28 Biểu đồ so sánh đường mực nước tính toán theo mô hình theo thực đo kênh Yên Sở vị trí đập tràn C đợt tiêu từ ngày 22÷26/5/2012 Xác định thông số mô hình chọn sau kiểm định - Hệ số độ nhám: bề mặt: không thấm: n=0,02; bề mặt thấm: n=0,15÷0,20 - Thông số tính thấm đất: f0=1,0 mm/h; fc=0,25 mm/h; k=4,0 1/h; φ=0,3; h=60 mm - Hệ số nhám đường dẫn: Kênh mái lát đá cừ: n=0,018; kênh đất: n=0,024; cống bê tông: n=0,015 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương xây sở khoa học xác định giải pháp tiêu thoát nước quy mô công trình tiêu: - Xây dựng toán tối ưu hóa thông số LL trạm bơm Q diện tích hồ điều hòa F HTTTN xác định phương pháp thuật toán giải - Phân phân tích số phương pháp tính toán tiêu chọn SWMM - Thiết lập mô hình HTTTN Đô thị trung tâm TP Hà Nội cách đồng - Thực hiệu chỉnh kiểm mô hình - Kết Chương sở để phân tích đề xuất giải pháp tiêu nước quy mô công trình tiêu địa bàn thực Chương −−−−−−−−−−−−−−− 14 CHƯƠNG 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 Giải pháp tiêu nước tổng thể: Tiêu động lực sông ngoài; bố trí HĐH nhằm giảm LL đỉnh; tuyến kênh trục để dẫn điều hoà nước; hình thức tiêu úng TB đầu mối kênh trục tiêu cạn mà tiêu vợi Đối với LV Yên Sở: Đánh giá khả thoát nước sông (Tô Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu) Xem xét có nên nâng công suất (CS) lên 145 m3/s (để đủ q=17,9 l/s/ha) Đối với LV Tây Hà Nội - Tiêu sông TB: Yên Nghĩa, Đào Nguyên, Yên Thái; TB Liên Mạc, Nam Thăng Long - Các trục tiêu chính: Sông Nhuệ, kênh La Khê, sông Đăm, sông Cầu Ngà, DN, Đông La - Các HĐH (tham khảo QH725 vị trí hồ, cần xác định hồ cần thiết) Đối với LV phía cống Hà Đông: Xem xét bố trí TB tổng cuối LV thay cho tất TB phân tán 3.1.2 Bố trí trạm bơm tiêu đầu mối Bảng 3.1 Giá trị “nền” thông số lưu lượng thiết kế Q trạm bơm tiêu đầu mối Hiện trạng Quy hoạch Đề xuất FLV Lưu vực Q q Q q Q q (ha) (m3/s) (l/s/ha) (m3/s) (l/s/ha) (m3/s) (l/s/ha) LV Yên Sở 7.541 90 11,93 90 11,93 90 11,93 LV Tây Hà Nội 19.276 24 1,25 408 21,17 378 19,61 TB Liên Mạc 8.201 170 20,73 170 20,73 TB Yên Nghĩa 7.019 120 17,10 120 17,10 TB Y Thái + Đ Nguyên 3.533 15 4,25 79 22,36 79 22,36 TB Liên Trung TB Nam Thăng Long 523 17,21 17,21 17,21 LV Đông Mỹ 2.229 35 15,70 35 15,70 35 15,70 TB Đông Mỹ 2.229 35 15,70 35 15,70 35 15,70 TB Vạn Phúc LV Hiền Giang 7.133 48 6,77 98 13,74 120 16,82 LV TB Ba Xã 1.061 20 18,85 LV Tả Thanh Oai 3.829 15 4,00 45 11,75 TB Siêu Quần 10 TB Hoà Bình 10 25 TB Đại Áng 10 LV TB Khê Tang 1.587 22 13,86 22 13,86 LV TB Thạch Nham 656 11 16,77 11 16,77 TB Hiền Giang 120 TỔNG CỘNG: 37.051 197 5,33 601 16,22 623 16,81 3.1.3 Bố trí hệ thống hồ điều hòa Tên hồ LV Tây Hà Nội LV Yên Nghĩa Hồ Yên Nghĩa Hồ Yên Nghĩa Hồ Yên Nghĩa Hồ CV Hà Đông Bảng 3.3 Các trường hợp diện tích hồ điều hòa (ha) theo tỷ lệ diện tích Trường hợp tỷ lệ diện tích hồ 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 115,7 154,3 192,8 231,4 270,0 308,5 Tỷ lệ: 0,60% 0,80% 1,00% 1,20% 1,40% 1,60% 7,2 9,6 3,6 7,2 9,6 12,8 4,8 9,6 12,0 16,0 6,0 12,0 15 14,4 19,2 7,2 14,4 16,8 22,4 8,4 16,8 19,2 25,6 9,6 19,2 1,8% 347,1 1,80% 2,0% 385,7 2,00% 21,6 28,8 10,8 21,6 24,0 32,0 12,0 24,0 Tên hồ Hồ Phú Đô Hồ CV Mễ Trì Hồ Mễ Trì LV Liên Mạc Hồ Liên Mạc Hồ Liên Mạc Hồ Liên Mạc Hồ SP4 Hồ Ngọc Long Hồ CN4 Hồ CN6 Hồ Giao Lưu Hồ Cổ Nhuế Hồ Cổ Nhuế LV Yên Thái - Đào Nguyên Hồ Yên Thái Hồ Yên Thái Hồ Yên Thái Hồ Đào Nguyên Hồ ĐN11 LV Đông Mỹ Tỷ lệ: Hồ Đông Mỹ LV Hiền Giang Tỷ lệ: Hồ Thanh Liệt Hồ Văn Quán Hồ Khê Tang Hồ Khê Tang Hồ Khê Tang Hồ Thượng Phúc Hồ Thượng Phúc Hồ Thạch Nham Trường hợp tỷ lệ diện tích hồ 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 12,0 14,4 16,8 19,2 7,0 8,4 9,9 11,3 5,0 6,0 7,1 8,1 0,6% 7,2 4,2 3,0 0,8% 9,6 5,6 4,0 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 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 5,8 5,8 3,8 3,8 2,2 13,4 0,60% 13,4 42,8 0,60% 3,4 2,9 2,9 4,0 2,6 11,5 11,5 3,9 7,7 7,7 5,1 5,1 2,9 17,8 0,80% 17,8 57,0 0,80% 4,6 3,9 3,9 5,4 3,4 15,3 15,3 5,2 9,6 9,6 6,4 6,4 3,6 22,3 1,00% 22,3 71,3 1,00% 5,7 4,9 4,9 6,7 4,3 19,1 19,1 6,6 11,5 11,5 7,7 7,7 4,3 26,7 1,20% 26,7 85,5 1,20% 6,8 5,9 5,9 8,0 5,2 22,9 22,9 7,9 13,4 13,4 9,0 9,0 5,0 31,2 1,40% 31,2 99,8 1,40% 8,0 6,9 6,9 9,4 6,0 26,7 26,7 9,2 1,8% 21,6 12,7 9,1 2,0% 24,0 14,1 10,1 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 15,4 15,4 10,2 10,2 5,8 35,6 1,60% 35,6 114,0 1,60% 9,1 7,8 7,8 10,7 6,9 30,6 30,6 10,5 17,3 17,3 11,5 11,5 6,5 40,1 1,80% 40,1 128,3 1,80% 10,3 8,8 8,8 12,1 7,7 34,4 34,4 11,8 19,2 19,2 12,8 12,8 7,2 44,5 2,00% 44,5 142,5 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 Từ thuật toán hình 2.6, lập sơ đồ lưới quét theo thông số Q f mô tả hình 3.1: 1) Lấy mức giá trị Q=Qmax=637,8 2) Lấy mức giá trị F=Fmin=0,6F 3) Chạy mô hình SWMM, xác định thông số thủy lực HT Zmax điểm khống chế 4) Tăng F thêm bước quét ΔF=0,2%F lặp lại bước F= Fmax=2,0%F 5) Giảm Q thêm độ dài bước ΔQ (giảm máy) lặp lại từ bước Q=Qmin=338,1 6) Sau đến biên Q=Qmin hoàn tất Kết tính toán thủy văn - thủy lực Hình 3.1 Lưới quét không gian hai chiều (f, Q) SWMM cho điểm quét bảng sau: Tại mức Q=Q(+1)=637,8m3/s Bảng 3.4 Lưu lượng trạm bơm đầu mối - Mức Q=Q(+1)=Qmax=637,8m3/s Trạm bơm Q (m3/s) Số máy Tây Hà Nội 417,1 Yên Nghĩa 132,0 11 Liên Mạc 182,1 15 16 Trạm bơm Nam Thăng Long Yên Thái Đào Nguyên Đông Mỹ Hiền Giang Yên Sở Cộng: Q (m3/s) 9,0 64,0 30,0 47,0 120,0 90,0 637,8 Số máy 8 10 18 Bảng 3.5 Kết kiểm tra ràng buộc 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% ZHàĐông (m) 4,65 4,49 4,37 4,29 4,16 4,11 4,07 4,03 ZLiênMạc (m) 4,59 4,36 4,21 4,11 4,00 3,88 3,78 3,78 ZYênThái (m) 4,65 4,53 4,42 4,31 4,20 4,11 4,03 3,97 ZYênSở (m) 4,66 4,66 4,66 4,66 4,66 4,66 4,66 4,66 ZĐôngMỹ (m) 3,41 3,38 3,21 3,19 3,19 3,16 3,17 3,16 ZHiềnGiang (m) 3,70 3,58 3,47 3,41 3,40 3,39 3,37 3,35 Wngập (%) 0,310% 1,021% 1,019% 1,018% 1,017% 1,016% 1,016% 1,015% Tương tự tiến hành tính toán: Tại mức Q=Q(−0)=611,0m3/s Tại mức Q=Q(−1)=558,0m3/s Tại mức Q=Q(−2)=503,0m3/s Tại mức Q=Q(−3)=448,1m3/s Tại mức Q=Q(−4)=393,1m3/s Tại mức Q=Q(−5)=338,1m3/s 3.1.5 Xác định quan hệ ràng buộc quy mô trạm bơm hồ điều hòa Trong trình quét, thay đổi Q f đến điểm (Q, f) HT tiêu đạt điều kiện không úng ngập: Zmax(Q, f) = [Zmax] Cụ thể LV sau: Lưu vực Tây Hà Nội Bảng 3.18 Quan hệ Zmax~Q theo mức diện tích hồ khác - Lưu vực Tây Hà Nội Q (m3/s) 194,3 231,4 268,6 305,7 342,9 378,0 591,8 f 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% 0,6% 6,19 6,19 5,96 5,31 5,07 4,87 4,65 Q (m3/s) 415 378 359 343 336 334 333 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 Tỉ lệ diện tích hồ fhồ (%) 1,2% 1,4% 6,19 6,19 6,04 5,87 5,30 5,16 4,77 4,62 4,61 4,46 4,36 4,31 4,29 4,16 1,6% 6,15 5,69 5,01 4,46 4,33 4,20 4,11 1,8% 6,15 5,54 4,90 4,45 4,26 4,20 4,07 Fhồ (ha) 154,2 192,8 231,3 269,9 308,4 347,0 385,5 Hình 3.3 Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHĐ(Q, F)=4,5 - LV Tây Hà Nội Lưu vực Đông Mỹ lưu vực Hiền Giang (tương tự) 17 2,0% 6,04 5,42 4,80 4,44 4,22 4,13 4,03 Hình 3.5 Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxHG(Q, F)=3,6 - LV Hiền Giang Hình 3.7.Quan hệ QTB~Fhồ thỏa mãn ràng buộc ZmaxĐM(Q, F)=3,9 - LV Đông Mỹ 3.1.6 Xác định giá trị lưu lượng diện tích hồ tối ưu Xác định hàm mục tiêu Từ số liệu số dự án đầu tư xây dựng địa bàn TP Hà Nội lân cận, tiến hành phân tích hồi quy, tìm chi phí xây dựng cho TB HĐH, từ tìm hàm mục tiêu C: C = 8,3194×Q1,1218 + 8,440×F, 109 đ (3.8) Đối với lưu vực có nhiều trạm bơm LV Tây Hà Nội: C  8,3194  YNQ1,1218  LMQ1,1218  YTQ1,1218  DNQ1,1218   NTLQ1,1218Q1,1218   8,44.F (3.9) Trong đó: αYN, αLM, αYT, αDN, αNTL - Lần lượt tỷ lệ LL TB: Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long so với tổng LL chung Q lưu vực Xác định thông số tối ưu hệ thống tiêu thoát nước a) Lưu vực Tây Hà Nội fhồ 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% Fhồ Q (ha) (m3/s) 154,2 415,0 192,8 379,0 231,3 359,0 269,9 343,0 308,4 336,0 347,0 334,0 385,5 333,0 C (109đ) 7.546,49 7.288,86 7.300,15 7.378,94 7.605,58 7.913,83 8.238,37 Hình 3.9 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa tổng cộng - LV Tây Hà Nội 18 b) Lưu vực Hiền Giang fhồ 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% Fhồ (ha) 42,8 57,1 71,3 85,6 99,9 114,1 128,4 142,7 Q (m3/s) 130,0 117,5 108,0 104,0 100,8 97,0 95,9 95,7 C (109đ) 2.335,00 2.251,34 2.219,82 2.280,05 2.353,69 2.417,75 2.525,95 2.648,82 Hình 3.10 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa tổng cộng - LV Hiền Giang fhồ 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4% 1,6% 1,8% 2,0% Fhồ Q (ha) (m3/s) 13,4 37,2 17,8 34,4 22,3 33,4 26,7 32,4 31,2 31,3 35,7 30,1 40,1 29,1 44,6 28,1 C (109đ) 598,99 598,00 623,07 648,20 671,96 694,38 719,69 745,06 Hình 3.11 Chi phí đầu tư cho trạm bơm, hồ điều hòa tổng cộng - LV Đông Mỹ Kết tìm kiểm tối ưu Lưu vực D/tích lưu vực FLV (ha) Tây Hà Nội 19.276 Đông Mỹ 2.229 Hiền Giang 7.133 Bảng 3.27 Các giá trị tối ưu giá trị lân cận tổng lưu lượng thiết kế trạm bơm diện tích hồ điều hòa lưu vực thành phần G/trị tuyệt đối tối ưu G/trị tương đối tối ưu Tr/ G L/lượng DT HST Tỷ lệ hợp (109đ) Q* hồ F* đầu mối DT (m3/s) (ha) q* (l/s/ha) f* (%) 415,0 154,2 21,53 0,8% 7.546,49 (*) 379,0 192,8 19,66 1,0% 7.288,86 359,0 231,3 18,62 1,2% 7.300,15 37,2 13,4 16,69 0,6% 598,99 (*) 34,4 17,8 15,43 0,8% 598,00 33,4 22,3 14,98 1,0% 623,07 117,5 57,1 16,47 0,8% 2.251,34 (*) 108,0 71,3 15,14 1,0% 2.219,82 104,0 85,6 14,58 1,2% 2.280,05 19 Sai khác giá trị C so với Cmin 3,53% 0,15% 0,17% 4,19% 1,42% 2,71% 3.2 MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ GIẢI PHÁP TIÊU THOÁT NƯỚC VÀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH CHỦ YẾU 3.2.1 Đề xuất trạm bơm TT A - B - - - C - - - - - Bảng 3.28 Đề xuất điều chỉnh việc bố trí quy mô trạm bơm Hiện QH QH QH QH Đề Công trình Ghi chú, giải thích trạng 937 1259 4673 725 xuất Các trạm bơm bơm sông TB Yên Nghĩa Lưu lượng Q (m3/s) 120 120 120 120 120 Như tất QH DT phụ trách F (ha) 6300 6300 6300 5011 7091 X/định rõ biên LV TB Yên Thái Q (m3/s) 54 54 54 54 54 Như tất QH F (ha) 3500 3500 3770 3878 3533 X/định rõ biên LV TB Đào Nguyên Q (m3/s) 15 25 25 25 25 Theo QH có Q=25m3/s F (ha) (cùng với TB Yên Thái) TB Liên Mạc Q (m3/s) 170 170 170 175 170 Theo QH có Q=170m3/s F (ha) 9200 9200 2050 8021 X/định rõ biên LV Không xây TB này, không thuận TB Liên Trung Q (m3/s) 30 thủy mặt F (ha) 2267 TB Nam Thăng Long Q (m3/s) 9 9 9 Giữ nguyên QH F (ha) 450 450 450 450 450 523 X/định rõ biên LV TB Yên Sở Q (m3/s) 90 145 145 90 90 90 Theo QH có Q=90m3/s F (ha) 7450 7753 7753 7750 7.541 X/định rõ biên LV TB Đông Mỹ Q (m3/s) 6,7 35 35÷90 35 35 35 Theo QH có Q=35m3/s F (ha) 1950 1950 1950 1950 2010 2219 X/định rõ biên LV Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (trên cống Hà Đông) Là TB cục bộ, không tính vào CS TB Cổ Nhuế Q (m3/s) 12 12 - LV chung F (ha) 1520 1520 Là TB cục bộ, không tính vào CS TB Đồng Bông Q (m3/s) 20 - LV chung F (ha) 1360 1360 Là TB cục bộ, không tính vào CS TB Đồng Bông Q (m3/s) 9 - LV chung F (ha) 1470 1470 Các trạm bơm bơm vào Sông Nhuệ (dưới cống Hà Đông) Không xây TB TB Ba Xã Q (m3/s) 20 20 20 20 F (ha) 990 990 990 990 Không xây lại TB này, tương lai TB Siêu Quần bỏ Q (m3/s) 2,8 10 10 F (ha) Không xây lại TB này, tương lai TB Hoà Bình Q (m3/s) 9,7 25 25 - bỏ F (ha) Không xây lại TB này, tương lai TB Đại Áng Q (m3/s) 5,8 10 10 - bỏ F (ha) Sẽ coi TB cục bộ, không tính vào TB Khê Tang Q (m3/s) 22 16 - CS LV chung F (ha) - 20 - TB Thạch Nham Q (m3/s) F (ha) TB Hiền Giang Q (m3/s) F (ha) 11 11 - Sẽ coi TB cục bộ, không tính vào CS LV chung Bổ sung QH, thay cho TB: Ba 108 Xã, Siêu Quần, Hòa Bình, Đại Áng, 7133 Khê Tang, Thạch Nham 3.2.2 Đề xuất hồ điều hoà Tên hồ LV Tây Hà Nội LV Yên Nghĩa Hồ Yên Nghĩa Hồ Yên Nghĩa Hồ Yên Nghĩa Hồ CV Hà Đông Hồ Phú Đô (đầu mối) Hồ CV Mễ Trì Hồ Mễ Trì (đầu mối) LV Liên Mạc Hồ Liên Mạc Hồ Liên Mạc 10 Hồ Liên Mạc 11 Hồ SP4 12 Hồ Ngọc Long 13 Hồ CN4 14 Hồ CN6 15 Hồ Giao Lưu 16 Hồ Cổ Nhuế 17 Hồ Cổ Nhuế LV Yên Thái - Đào Nguyên 18 Hồ Yên Thái 19 Hồ Yên Thái 20 Hồ Yên Thái 21 Hồ Đào Nguyên 22 Hồ ĐN11 LV Đông Mỹ Hồ Đông Mỹ LV Hiền Giang LV Ba Xã Hồ Thanh Liệt Hồ Văn Quán LV Khê Tang Hồ Khê Tang Hồ Khê Tang Hồ Khê Tang LV Tả Thanh Oai Hồ Thượng Phúc Hồ Thượng Phúc LV Thạch Nham Hồ Thạch Nham Tổng cộng: Tỷ lệ diện tích: Bảng 3.30 Đề xuất điều chỉnh bố trí hồ điều hòa cần xây dựng Thông số diện tích F (ha) Thông số cao độ đề xuất (m) Theo đề xuất Theo QH DT tổng DT mặt nước % Zđáy H Zđỉnh 651,47 243,24 192,8 Ghi 39,00 20,00 7,50 19,50 30,00 18,00 12,00 15,00 20,00 7,50 15,00 12,50 10,00 7,50 12,0 16,0 6,0 12,0 10,0 8,0 6,0 80% 80% 80% 80% 80% 80% 80% 1,0 2,0 2,2 2,0 1,0 1,0 1,0 5,5 4,5 4,6 4,2 5,3 5,2 5,2 6,5 6,5 6,8 6,2 6,3 6,2 6,2 40,00 5,80 12,60 18,10 9,50 5,02 3,17 10,00 40,00 5,80 12,60 18,10 5,45 5,02 3,17 10,00 32,0 4,4 10,1 14,5 4,36 3,0 2,0 8,0 80% 75% 80% 80% 80% 75% 75% 80% 1,5 1,5 1,0 3,3 3,3 1,0 2,5 2,5 5,2 5,0 5,5 3,4 3,4 6,0 4,1 4,2 6,7 6,5 6,5 6,7 6,7 7,0 6,6 6,7 Đã có, cải tạo 34,50 23,50 12,00 12,00 8,50 45,00 45,00 335.30 12,00 12,00 8,00 8,00 4,50 26,20 16,50 86.40 9,6 9,6 6,4 6,4 3,6 14,0 14,00 71.3 80% 80% 80% 80% 80% 1,5 1,0 1,5 2,0 1,5 5,5 6,0 5,5 5,0 5,5 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 85% 0,5 4,5 5,0 32,00 6,50 24,90 5,80 7,90 5,40 263,70 105,00 98,20 8,20 8,20 1.031.8 (3,60%) 7,60 6,50 19,10 5,80 7,90 5,40 45,00 22,50 22,50 8,20 8,20 355.8 (1,21%) 5,7 4,9 15,9 4,9 6,7 4,3 38,2 19,1 19,1 6,6 6,6 286.4 (0,97%) 75% 75% 1,5 2,8 4,7 3,7 6,2 6,5 Đã có 85% 85% 80% 0,3 1,9 0,5 5,9 4,3 5,4 6,2 6,2 5,9 85% 85% 0,5 0,5 4,5 4,5 5,0 5,0 80% 0,5 4,5 5,0 21 Như số lượng quy mô hồ là: a Đối với LV Yên Sở: Giữ nguyên 22 hồ, F=354,22 (tỷ lệ f=4,70%) (không kể Hồ Tây) b Đối với LV Tây Hà Nội, Đông Mỹ, Hiền Giang: Đề xuất bố trí 31 hồ, giảm 61 so với 92 hồ dự kiến QH725 Tổng Fhồ cần thiết 286,4 (tỉ lệ f≈1%), kể không gian xung quanh Fhồ 355,8 ha, giảm 675,9 so với 1031,8 theo QH 3.2.3 Hệ thống kênh trục TT 10 11 13 14 15 16 Bảng 3.31 Đề xuất thông số hệ thống kênh trục Kênh Đã chọn QH Đề xuất Sông Nhuệ đoạn Liên Mạc - Hà Đông Chiều dài kênh L (km) 17,75 17,79 Bề rộng đáy đầu kênh Bđầu (m) 40,0 40,0 Bề rộng đáy cuối kênh Bcuối (m) 40,0 40,0 Ch/cao tr/bình lòng kênh H (m) 7,50 7,75 Cao độ đáy đầu kênh Zđầu (m) 0,00 -0,50 Cao độ đáy đầu kênh Zcuối (m) -1,77 -1,77 Sông Nhuệ đoạn Hà Đông - VĐ4 L (km) 13,89 13,89 Bđầu (m) 30,0 40.0 Bcuối (m) 30,0 40,0 H (m) 8,50 7,20 Zđầu (m) -2,00 -1,00 Zcuối (m) -2,00 -2,12 Kênh La Khê L (km) 6,25 6,25 Bđầu (m) 24,0 24,0 Bcuối (m) 40,0 40,0 H (m) 7,50 7,50 Zđầu (m) -1,00 -1,00 Zcuối (m) -1,00 -1,00 Sông Đăm L (km) 10,82 Bđầu (m) 10,0 Bcuối (m) 30,0 H (m) 5,90 Zđầu (m) 1,70 Zcuối (m) -0,36 Sông Cầu Ngà L (km) 3,79 Bđầu (m) 18,0 Bcuối (m) 18,0 H (m) 5,10 Zđầu (m) 0,88 Zcuối (m) 0,50 Kênh TB Yên Thái Kênh TB Đào Nguyên Kênh DN (Liên Hồng - Yên Thái) Kênh Đông La (Đào Nguyên - Đông La) Kênh Om Kênh Đồng Trì - Đông Mỹ Ghi Phù hợp với DA Cải tạo nâng cấp sông Nhuệ đoạn Liên Mạc - Hà Đông Phù hợp với DA Trạm bơm tiêu Yên Nghĩa Tương tự tìm thông số cho kênh 3.2.4 Các cống điều tiết - Cần cải tạo kết cấu cống Hà Đông để ngăn dòng chảy ngược từ hạ lưu lên 22 - Bổ sung cống điều tiết cuối kênh nhánh lớn vị trí cống Đăm vị trí sông Cầu Ngà - Cần bổ sung cống điều tiết sông Cầu Ngà để tách LV Đào Nguyên cần thiết 3.2.5 Hình thức tiêu nước hệ thống kênh trục trạm bơm đầu mối - Đề xuất nhiệm vụ TB đầu mối tiêu HT trục tiêu tiêu cạn mà không tiêu vợi - Hạn chế xây dựng thêm TB tiêu nội thuỷ bơm sông trục HT sông Nhuệ 3.2.6 Phối hợp vận hành trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu tiêu nước Có thể tạo chế độ vận hành phối hợp TB đầu mối theo số nguyên tắc: - Vùng có mức ưu tiên cao tập trung tiêu trước - Vùng mưa nhỏ hỗ trợ tiêu cho vùng mưa lớn (ví dụ: TB Đông Mỹ hỗ trợ cho TB Yên Sở ngược lại; TB Yên Nghĩa hỗ hỗ trợ cho TB Yên Sở ngược lại ) Ví dụ, trận mưa thiết kế, cần xem xét trường hợp: (a) cống Thanh Liệt đóng hoàn toàn; (b) cống Thanh Liệt đóng mở có điều khiển Kết tính toán thủy lực (hình 3.12) cho thấy MN max Yên Sở giảm 0,16 cm, từ 4,66m xuống 4,50m TB Hiền Giang hỗ trợ chống úng cho TB Yên Sở Hình 3.12 Mực nước Yên Sở ZYS Hiền Giang ZHG hai TB hỗ nhau: (a) Cống Thanh Liệt đóng hoàn toàn; (b) Cống Thanh Liệt đóng mở theo điều khiển 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Đề xuất bố trí HT trạm bơm đầu mối gồm 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) TB Hiền Giang (CS 108÷120m3/s); số thông số mối trạm bơm - Đề xuất bố trí cụm đầu mối Hiền Giang (TB + cống) vị trí cuối LV, nơi Sông Nhuệ cắt đường VĐ4 - Đề xuất bố trí HT hồ điều hòa với f=1,0% (LV Tây Hà Nội, LV Hiền Giang), f=0,8% (LV Đông Mỹ) thông số hồ - Đề xuất hình thức tiêu nước TB đầu mối HT kênh trục tiêu cạn (không phải tiêu vợi) thông số trục tiêu - Đề xuất giải pháp phối hợp việc TB đầu mối nhằm tăng hiệu chống úng giảm thiểu quy mô công trình −−−−−−−−−−−−−−− 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Về kết nghiên cứu Sau thực nghiên cứu, rút số kết luận sau: - Trong NC, xác định giải pháp tiêu nước bố trí công trình tiêu theo cách tiếp cận hệ thống đặt toán tối ưu - Đề xuất hình thức tiêu TB đầu mối HT kênh trục tiêu cạn mà không tiêu vợi - Tìm quan hệ ràng buộc tổng CS trạm bơm DT hồ điều hòa: QTB~Fhồ, - Đã đề xuất bố trí hệ thống TB đầu mối thông số trạm bơm - Đã đề xuất bố trí hệ thống điều hòa thông số hồ - Đề xuất bố trí cụm công trình tiêu đầu mối Hiền Giang gồm trạm bơm cống - Xây dựng sở liệu lớn HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội - Đề xuất biện pháp phối hợp làm việc trạm bơm đầu mối để hỗ trợ tiêu úng cho Đóng góp luận án 1) Xây dựng giải thành công toán tối ưu hóa quy mô công trình tiêu nước HTTTN, có TB đầu mối HĐH, với trợ giúp mô hình SWMM 2) Mô hình hóa toàn HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội cách đồng từ TLV (các khu phố, ô đất nông nghiệp) đến toàn vùng nghiên cứu rộng lớn, từ mạng lưới thoát nước đường phố mạng kênh cấp đến công trình đầu mối, bao gồm hầu hết loại đối tượng HT thuộc tính chúng cách đầy đủ chi tiết Từ đó, mô hình có khả biểu diễn sát với chất vật lý trình hoạt động HT Mô hình áp dụng cho công việc khác công tác điều hành, vận hành tu HTTTN 3) Đề xuất bố trí công trình HTTTN đô thị trung tâm TP Hà Nội, bao gồm: TB, hồ điều hoà, kênh trục, cống điều tiết thông số công trình Đặc biệt, đề xuất bố trí TB đầu mối Hiền Giang vị trí cuối LV nơi Sông Nhuệ cắt đường VĐ4 để hoàn thiện việc tạo thành vùng tiêu độc lập, chủ động tiêu nước cho vùng có mức ưu tiên chống ngập cao Thủ đô Đồng thời, đưa biện pháp phối hợp làm việc trạm bơm đầu mối (Yên Sở, Yên Nghĩa, Liên Mạc, Yên Thái, Đào Nguyên, Nam Thăng Long, Đông Mỹ, Hiền Giang) nhằm tăng hiệu chống úng giảm thiểu quy mô thiết kế công trình II KIẾN NGHỊ - Với mô hình HTTTN lập, đề nghị tiếp tục cập nhật bảo dưỡng mô hình cách thường xuyên để mô hình ngày hoàn chỉnh - Kiến nghị có nghiên cứu tiếp phối hợp làm việc công trình HT để tăng thêm hiệu tiêu nước - Kiến nghị có nghiên cứu tiếp hỗ trợ tiêu úng HT cho vùng phía hạ lưu lưu vực sông Nhuệ 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 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 phát triển nông thôn, số 19 - kỳ - tháng 10 năm 2012 ISSN: 1859-4581 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 - tháng 10 năm 2013 ISSN: 1859-2771 Lê Văn Trường Đánh giá rủi ro ngập lụt chuyển lũ từ sông Hồng vào sông Đáy Tạp chí Tài nguyên nước, số - tháng 10 năm 2016 ISSN: 1859-2771 25 ... công trình tiêu địa bàn thực Chương −−−−−−−−−−−−−−− 14 CHƯƠNG 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... tâm Hà Nội nói riêng mối quan tâm lớn cấp, ngành, nhà chuyên môn toàn thể nhân dân; lý hình thành đề tài: Nghiên cứu sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước quy mô công trình tiêu địa bàn thành. .. thành phố Hà Nội nghiên cứu Luận án II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xây dựng sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước, xác định quy mô công trình tiêu nước chủ yếu phù hợp với điều kiện tự nhiên trình