Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2018 Cải Tạo Hệ Thống Thoát Nước Kết Hợp Với Trồng Cây Xanh Trong Khuôn Viên Trường GTVT Sinh viên thực hiện: 1.Đặng Văn Cường Lớp: KTHTĐTK55 Khoa: KTXD 2.Trương Thị Huyền Trang Lớp: KTHTĐTK55 Khoa: KTXD 3.Nguyễn Thị Thơi Lớp: KTHTĐTK55 Khoa: KTXD (in đậm Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Người hướng dẫn: Th.S: Bùi Thị Loan Hà Nội 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: Tên đề tài: Cải Tạo Hệ Thống Thoát Nước Kết Hợp Với Trồng Cây Xanh Trong Khuôn Viên Trường GTVT Sinh viên thực hiện 1: Đặng Văn Cường Lớp: KTHTĐTK55 Khoa: KTXD Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4.5 Sinh viên thực hiện 2: Trương Thị Huyền Trang Lớp: KTHTĐTK55 Khoa: KTXD Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4.5 Sinh viên thực hiện 1: Nguyễn Thị Thơi Lớp: KTHTĐTK55 Khoa: KTXD Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4.5 Người hướng dẫn: Th.S: Bùi Thị Loan 2. Mục tiêu đề tài: Tìm hiểu giải pháp thoát nước xanh bền vững với tương lai của trường ĐHGTVT. Hướng mọi người có sự nhìn nhận đúng về thoát nước bền vững 3. Tính mới và sáng tạo: Phát triển các giải pháp thoát nước theo hình thức bảo vệ môi trường. 4. Kết quả nghiên cứu: Lựa chọn được một số giải pháp thoát nước kết hợp cây xanh cho trường GTVT 5. Đóng góp về mặt kinh tế xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Tăng nhận thức của sinh viên về bảo vệ môi trường thông qua các công trình xanh. Là tiền đề cho sự phát triển tương lai xanh sạch đẹp. Ngày16 tháng 4năm 2018 Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (ký, họ và tên) Đặng Văn Cường Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày16 tháng 4 năm 2018 Người hướng dẫn (ký, họ và tên) Bùi Thị Loan PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay vấn đề môi trường và vấn đề thoát nước đang là vấn đề nhức nhối của thành phố Hà Nội, bởi mỗi khi mùa mưa tới vấn đề ngập lụt lại xảy ra rất nghiêm trọng (xảy ra trên diện rộng và thời gian kéo dài). Vì vậy, việc cải thiện môi trường và đặc biệt là cải thiện hệ thống thoát nước của thành phố Hà Nội theo hướng “bền vững” hơn và thuận với tự nhiên là vấn đề đang nhận được sự quan tâm nghiên cứu. Cùng xu hướng đó, trường đại học Giao thông Vận tải là một trong những trường đại học lớn thuộc địa bàn thành phố Hà Nội nên việc cải thiện môi trường sống và làm việc cho cán bộ giảng viên và sinh viên của trường cũng như việc cải thiện hệ thống thoát nước trong khuôn viên trường đại học Giao Thông Vận Tải theo hướng “bền vững” hơn và “xanh” hơn là rất thực tiễn và có ý nghĩa khoa học. Với lý do đó, nhóm nghiên cứu chúng em đã trăn trở và lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp thoát nước kết hợp trồng cây xanh trong khuôn viên trường đại học Giao thông vận tải” MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Mục tiêu nghiên cứuMỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu lựa chọn một số giải pháp thoát nước theo hướng “bền vững”, kết hợp với trồng cây xanh, phù hợp và khả thi với điều kiện phát triển của Trường đại học Giao Thông Vận Tải. Nhiệm vụ nghiên cứuHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Đánh giá tổng quan về các giải pháp thoát nước của các đô thị ở Việt Nam và trên thế giới. Phân tích các cơ sở khoa học về các mô hình tổ chức thoát nước và xử lý nước thải. Phân tích các cơ sở khoa học về giải pháp thoát nước luân lưubền vững. Nghiên cứu đề xuất ,cải tạo hệ thống thoát nước theo hướng bền vững, kết hợp tạo không gian xanh mát cho khuôn viên trường đại học Giao Thông Vận Tải. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Hệ thống thoát nước và cây xanh trong khuôn viên trường đại học Giao thông Vận Tải. PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu cải tạo hệ thống thoát nước theo hướng bền vững, kết hợp trồng cây xanh trong khuôn viên trường đại học Giao thông Vận Tải PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Thu thập số liệu thực tế và lí thuyết Phân tích đánh giá và tổng hợp số liệu Kế thừa các kết quả nghiên cứu trước Đề xuất giải pháp và tính toán Ý NGHĨA KHOA HỌC, THỰC TIỄN ĐỀ TÀI: Từ kết quả nghiên cứu, các nhà thiết kế và quản lý có thể tham khảo để lựa chọn ra giải pháp kỹ thuật và biện pháp quản lý cho hệ thống thoát nước phù hợp với sư phát triển của Trường đại học Giao Thông Vận Tải và có thể áp dụng cho các khu vực khác nếu đê tài khả thi. CẤU TRÚC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU: CẤU TRÚC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU: CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THOÁT NƯỚC TRUYỀN THỐNG. Khái Niệm. Thoát nước truyền thống là một hệ thống thu gom nước mưa từ lưu vực vận chuyển ra khỏi khu vực đó một cách nhanh chóng và có tổ chức để tránh xảy ra hiện tượng ngập lụt Hệ thống thoát nước mưa bao gồm mạng lưới cống, kênh mương thu gom và chuyển tải, hồ điều hoà, các công trình đầu như trạm bơm, cửa xả. 1.2 Phân loại các hình thức thoát nước Thoát nước riêng Thoát nước chung Thoát nước nửa riêng 1.3 Phân loại Mạng lưới thoát nước mưa trong và ngoài nhà. Mạng lưới thoát nước mưa trong nhà có nhiệm vụ thu nước mưa từ mái nhà , sân nhà . . . . Mạng lưới thoát nước mưa ngoài nhà có nhiệm vụ thu nước mưa từ mạng lưới thoát nước mưa trong vận chuyển ra các nơi tiếp nhận, nó sẽ bao gồm các bộ phận sau: Giếng thu nước mưa Giếng thăm Trạm bơm thoát nước mưa đối với các vị trí không thể tự chảy được Hồ điều hòa HTTN của Hà Nội: Trước kia, HTTN của Hà Nội là HTTN chung. Nước thải và nước mưa đều xả trực tiếp vào sông hồ hay kênh mương tự nhiên hiện có. HTTN này ngày càng quá tải, thường xuyên ngập lụt vào mùa mưa và gây ô nhiễm tới vệ sinh môi trường. Trước tình hình đó, Dự án thoát nước Hà Nội (1995) đã ra đời với giải pháp chọn HTTN riêng hoàn toàn cho cả khu vực thành phố cũ và khu vực thành phố mở rộng. Đối với khu vực thành phố mới thì dễ chấp nhận nhưng đối với khu vực thành phố cũ là chưa thỏa đáng, chưa đủ căn cứ thuyết phục bởi lẽ việc cải tạo thành hai hệ thống riêng biệt sẽ quá tốn kém, chỉ có thể phù hợp với một số lưu vực nào đó trong khu vực này. Thực tế cho thấy khi bước vào giai đoạn thực thi giai đoạn I của dự án đã gặp một số khó khăn trong việc giải quyết yêu cầu trước mắt về vệ sinh. Ngoài ra, Thành phố Hà Nội chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ thủy văn sông Hồng và sông Nhuệ (hình 1.17). Trong mùa mưa, mức nước sông Hồng cao hơn mặt đất của Thành phố, vì vậy Hà Nội được bảo vệ bởi hệ thống đê chống lụt từ sông Hồng. Đê điều là kết cấu quan trọng của Thành phố trong hệ thống bảo vệ và thoát nước. Sông Nhuệ là kênh đào nhân tạo có nhiệm vụ vừa tưới và tiêu. Cho tới năm 1999 trở về trước, sông Nhuệ là nơi tiếp nhận duy nhất của HTTN Hà Nội qua cửa cống Thanh Liệt. Trong điều kiện bình thường sông Nhuệ luôn giữ mức nước đệm đảm bảo điều kiện thoát nước cho Thành phố Hà Nội. Nhưng khi gặp trường hợp có lượng mưa dài ngày, tổng lượng mưa lớn làm cho mức nước sông Nhuệ tăng nhanh. Đồng thời lúc đó các cửa xả sông Đáy phải đóng lại, các trạm bơm tiêu úng đồng ruộng lại khá nhiều làm cho sông Nhuệ trở thành một hồ chứa nước hữu hạn. Và tất nhiên trong trường hợp đó HTTN Hà Nội hầu như không làm việc được. Khi mưa nhiều khu vực trong thành phố bị ngập sâu và kéo dài. Trước tình hình đó, để chống ngập lụt cho Hà Nội biện pháp duy nhất là cải tạo, mở rộng các hồ điều hòa và xây dựng các trạm bơm tiêu nước. Qui hoạch thoát nước Hà Nội đã được triển khai với các giải pháp chủ yếu như sau: Lưu vực sông Tô Lịch (giới hạn giữa sông Hồng và sông Tô Lịch) diện tích 77,5 km2 dựa vào 4 trục sông chính hiện có (Sông Tô Lịch,Sông Lừ, Sông Sét, Sông Kim Ngưu) đã được cải tạo và mở rộng chuyển nước mưa về hồ Yên Sở. Một trạm bơm nước mưa có công suất 90m3s đã được xây dựng để bơm nước mưa ra sông Hồng. Tổng diện tích hồ điều hòa là 600ha, trong đó hồ Yên Sở 203 ha (Hình 1.17). Lưu vực sông Tô Lịch ( giới hạn giữa sông Nhuệ và sông Tô Lịch) diện tích 58km2, là khu vực mở rộng của thành phố.Toàn bộ lưu vực này thoát nước vào sông Nhuệ, tùy thuộc vào mực nước của sông này trong thời điểm cụ thể để tự chảy hay bơm. Quy hoạch dự kiến có 4 trạm bơm khu vực với tổng công suất 35m3s, tổng diện tích hồ điều hòa 183 ha (Hình 1.17) 7. Hình 1.17: Hệ thống sông, hồ ở Thành phố Hà Nội 7 Cách tiếp cận hiện nay: Chỉ tập trung vào việc thu và chuyển nước mưa thông qua các hệ thống thoát nước để nước mưa thoát khỏi đô thị càng nhanh càng tốt. Chi phí cho xây dựng và vận hành, bảo dưỡng các đường cống thoát nước thường rất lớn, trong khi công suất của chúng lại chỉ có giới hạn và không dễ nâng cấp. Cách làm này dẫn đến nguy cơ ngập lụt, xói mòn đất và ô nhiễm ở vùng hạ lưu tăng. Đánh giá về HTTN ở thành phố Hà Nội HTTN ở các đô thị Việt Nam so với các đô thị trên thế giới vẫn còn lạc hậu cả về công tác qui hoạch cũng như công tác quản lý, có thể đánh giá tóm tắt như sau: 1 Phần lớn các khu đô thị cũThành phố vẫn duy trì HTTN chung. Trong đó, phổ biến nhất là giải pháp sử dụng HTTN chung hiện có để dẫn nước mưa ra nguồn, xây dựng thêm hệ thống cống bao có nhiệm vụ thu gom nước thải từ HTTN chung đưa tới trạm xử lý trước khi ra nguồn xả. CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG. Nguyên nhân cần có giải pháp thoát nước bền vững (Hình 2.1 Ảnh minh họa khả năng thấm nước của các khu vực) Khái niệm thoát nước bền vững. Trái với giải pháp thoát nước truyền thống trình bày trong chương I ở trên, Giải Giaỉ pháp thoát nước mưa bền vững là giải pháp thoát chậm, không phải thoát nhanh, để tránh lượng mưa tập trung lớn trong thời gian ngắn. Tiết diện cống sẽ khó có thể đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém mà nước vẫn tràn cống, gây ngập đường, lụt nhà. Vì vậy, phải tổ chức thoát nước mưa, kết hợp các biện pháp khác nhau một cách đồng bộ, sao cho dòng chảy được tập trung chậm. Sử dụng các hồ điều hòa trên diện tích thu gom và truyền dẫn nước mưa để lưu giữ nước là một cách làm phổ biến. Bên cạnh đó, sử dụng bản thân diện tích bề mặt của thành phố, tăng cường việc cho nước mưa thấm tự nhiên xuống đất qua các thảm cỏ xanh, đồng thời cải tạo cảnh quan và điều hòa tiểu khí hậu Cách tiếp cận đảm bảo thoát nước bền vững : Mục tiêu ngăn ngừa, giảm thiểu, trì hoãn, xử lý và loại bỏ nước mưa đã bị ô nhiễm trước khi đổ ra nguồn tiếp nhận. Phương pháp tối ưu là các kỹ thuật thu gom, thấm, chuyển tải, trữ và xử lý, phương án này có tính bền vững, linh hoạt, triển khai với kinh phí thấp. Quá trình đô thị hóa đã gây những tác động xấu đến quá trình thoát nước tự nhiên: dòng chảy tự nhiên bị thay đổi, quá trình lưu giữ tự nhiên dòng chảy bằng các thảm thực vật và đất bị mất đi, thay vào đó là những bề mặt phủ không thấm nước như mái nhà, bê tông, đường nhựa, làm tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt. Những dòng chảy này thường bị ô nhiễm do rác, bùn đất và các chất bẩn khác rửa trôi từ mặt đường. Lượng nước và cường độ dòng chảy tăng tạo nên sự xói mòn và lắng bùn cặn. Tất cả những yếu tố này gây những tác động xấu đến môi trường, úng ngập, ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước. Phát hiện và khắc phục những tồn tại trên, gần đây, người ta đã nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật thay thế, theo phương thức tiếp cận mới: hướng tới việc duy trì những đặc thù tự nhiên của dòng chảy về dung lượng, cường độ và chất lượng; kiểm soát tối đa dòng chảy từ nguồn, giảm thiểu tối đa những khu vực tiêu thoát nước trực tiếp, lưu giữ nước tại chỗ và cho thấm xuống đất, đồng thời kiểm soát ô nhiễm. Đó chính là những nguyên lý của SUDS. Theo một số thí nghiệm đã được kiểm chứng mật độ bê tông hóa đã ảnh hưởng trực tiếp đến nước thấm xuống đất Cách tiếp cận của thoát nước mưa bền vững (SUDS) Thoát nước mưa bền vững là thoát chậm, không phải thoát nhanh, để tránh lượng mưa tập trung lớn trong thời gian ngắn. Tiết diện cống sẽ khó có thể đáp ứng nếu lượng mưa lớn, tốn kém mà nước vẫn tràn cống, gây ngập đường, lụt nhà. Trong trường hợp khả năng kiểm soát dòng chảy tại chỗ bị hạn chế, thì có thể phân tán dòng chảy theo các lưu vực nhỏ, dẫn nước đi bằng những giải pháp như sử dụng kênh mương hở và nông, lưu giữ nước mưa trong những hồ chứa và cho thấm xuống đất ở những khu vực thích hợp. Để ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm, có thể áp dụng những giải pháp xử lý tại chỗ trong bãi đất thấm, hồ lắng, bãi lọc trồng cây… →Thoát nước bền vững phụ thuộc vào các yếu tố như địa hình , địa chất và các tính chất của vật liệu. Nội dung chủ yếu của giải pháp thoát nước bền vững. Giải pháp thoát nước bền vững là một trong những giải pháp thoát nước mặt chậm, nghĩa là nước mưa được chuyển động từ trạng thái này sang trạng thái khác nhằm kéo dài thời gian dòng chảy để đưa đường quá trình dòng chảy trong đô thị trở lại gần giống với đường quá trình dòng chảy trong môi trường tự nhiên. (Hình 2.2) Hình 2.2: Dòng chảy tập trung do bề mặt phủ bị thay đổi (nguồn?) Các kỹ thuật luân lưu có mục đích giới hạn bề mặt hoạt động để tạo thuận lợi cho nước thấm vào đất hoặc giới hạn lưu lượng đỉnh xả vào mạng lưới nhờ biện pháp chứa. (Hình 2.3) Hình 2.3: Dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên ban đầu nhờ các giải pháp làm chậm dòng chảy bề mặt Một số kỹ thuật áp dụng trong giải pháp thoát nước bền vững Giải pháp thoát nước bền vững bằng kỹ thuật thấm a Thấm nước bằng bê tông trên mặt đường, vỉa hè. . Thấm nước bằng bê tông trên mặt đường Thiết bị thấm nước là trong đó người ta sử dụng các loại vật liệu có lỗ rỗng có thể là vật liệu tự nhiên như cát, sỏi hoặc những vật liệu nhân tạo như những khối bằng chất dẻo, hình tổ ong có độ bền cao đặt ở dưới lòng đường, bãi đỗ xe, vỉa hè, sân thể thao, sân trường học …để thực hiện quá trình chứa và phân bố nước mưa. Hiện nay công nghệ chế tạo bê tông đã phát triển và đã chế tạo được các loại bê tông có lỗ rỗng mà vẫn đảm bảo về mặt cường độ. Độ thấm của bê tông phụ thuộc lớn vào độ rỗng của bê tông Nó có thể bố trí trong những khu vực mật độ xây dựng cao tùy theo tính chất tự nhiên của đất và mực nước ngầm. Nước sau khi qua ngấm qua các vật liệu sẽ được thấm ra môi trường đất tự nhiên hoặc dẫn ra nguồn xả. Hình 2.4: Mặt đường thấmoát nước Mặt đường thấm nước được khuyên nên sử dụng cho các khu có lưu lượng xe ít và tải trọng không cao. Thấm nước trên vỉa hè, sân bãi, đỗ đỗ xe. Kết cấu vỉa hè, sân bãi đỗ xe thường có nhiều cách thấm như sử dụng gạch Block có lỗ rỗng hoặc bê tông thấm . . . . Bê tông Vỉa hè thấm nước thường được sử dụng tại những nơi như vỉa hè hầu hết cho các bãi đỗ xe và có thể cũng sử dụng cho những nơi không có phương tiện giao thông hoặc những nơi giao thông cóvới tải trọng nhẹ như sân thể thao, sân trường học, sân các công trình công cộng … Để đảm bảo việc thấm nước của bê tông xuống đất tốt cần có các lớp trong kết cấu xếp theo trình tự : Bê tông thấm nước, lớp base, vải địa kỹ thuật và đến lớp đất tự nhiên Hình 2.57: Gạch Block 25 aGạch Block có lỗ rỗng b Gạch Block không có lỗ rỗng Tốc độ thấm cần tính tới hệ số an toàn do các hạt cặn ngày càng lắng đọng làm quá trình thấm không đạt được hiệu quả như mong muốn. Cần có các lớp như vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng tính ngăn cách sự xâm nhập từ lớp đất vào lớp base. Hình 2.6: Kết cấu điển hình của vỉa hè thấm kết hợp ống dẫn nước Kết cấu điển hình của vỉa hè thấm nước được minh họa như trên đây là kết cấu sử dụng đường ống thoát nước có đục lỗ khi nước mưa thấm xuống qua các lớp thấm thì nó sẽ ngấm xuống đất đầu tiên, Khi đất bão hòa không có khả năng thấm nước thì lượng nước sẽ dâng lên và đi ống chuyển ra đến ống thoát nước Hình 2.76: Bãi đỗ xe có kết cấu vỉa hè thấm nước Trong một nỗ lực nhằm chống lại tình trạng đường ngập lụt, các nhà sáng chế Anh đã cho ra đời một loại bêtông đặc biệt, được dùng như vật liệu phủ bề mặt siêu hút thấm, cho phép nước rỉ thấm qua nó thay vì đọng lại trên mặt đường. Loại bêtông có tên Topmix Permeable này do hãng Lafarge Tarmac sản xuất. Theo CIRIA R156 (Bettess,1996), công thức tính chiều cao lớp nước lớn nhất cho phép chứa trong lớp subbase của vỉa hè thấm nước được xác định như sau : Trường hợp cho nước tiếp tục thấm qua đáy của lớp subbase: h¬¬¬max = Dn(Ri – f) hmax: chiều cao lớp nước lớn nhất cho phép trong lớp subbase (m) D: thời gian mưa (h) n: hệ số rỗng của lớp subbase R: tỷ lệ giữa diện tích lưu vực thoát nước và diện tích bề mặt thấm nước i: cường độ mưa (mh) f: tốc độ thấm (mh) Trường hợp không cho nước thấm qua đáy của lớp subbase (có hệ thống chứa nước trong kết cấu) : h¬¬¬max = DRin Việc xác định tốc độ thấm của đất là khó bởi tốc độ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kích thước và cấp phối hạt, kết cấu đất, lớp phủ thực vật, sự hình thành của đất …Để tính toán sơ bộ, tốc độ thấm có thể lấy theo bảng sau (Better, 1996). Loại đất Tốc độ (mmh) Sỏi 10 1000 Cát 0.1 100 Đất nhiều mùn 0.01 1 Đá vôi 0.001 100 Sét