Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý điều hành hệ thống thoát nước sông Tô Lịch - Thành phố Hà Nội

Bộ giáo dục và đào tạo













Nguyên cứu đề xuất một số giải pháp
quản lý điều hành hệ thống thoát nớc
sông Tô Lịch - Thành phố Hà Nội




Chuyên ngành : Cấp thoát nớc
Mã số : 62-58-70-01




tóm tắt Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2004


Công trình đợc hoàn thành tại:






Ngời hớng dẫn khoa học:






Phản biện 1:

Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ đợc tổ chức bảo vệ tại hồi đồng chám luận án cấp nhà nớc tại:


Vào hồi . . . . . giờ, ngày . . . .tháng . . . .năm 2005

Có thể tìm hiểu luận án tại:


III. Danh mục công trình có liên quan đến luận án của tác giả
1. (1996) ( Th kí đề tài) Cơ sở khoa học sử dụng hợp lý tài nguyên nớc
mặt, ứng dụng tin học trong quản lý khai thác tài nguyên nớc mặt Hà
Nội, Đề tài NCKH TP Hà Nội.
2. (1998) (Thành viên tham gia); Đánh giá ô nhiễm môi trờng đất trồng
trọt và nớc tới nông nghiệp Hà Nội: Thực trạng và giải pháp; Đề tài
NCKH TP Hà Nội
3. (1999), (chủ nhiệm đề tài); Xây dựng hệ thống thông tin GIS Hà Nội. Đề
tài NCKH TP Hà Nội.
4. (2002) ( cộng tác viên); Nâng cao chất lợng quản lý hệ thống thoát
nớc bằng việc ứng dụng tin học; Đề tài NCKH TP Hà Nội.
5. (2004) (giám đốc dự án); Xây dựng hệ thống thông tin giải quyết những
vấn đề bức xúc về quản lý đô thị thành phố Hà Nội. Dự án khả thi TP
Hà Nội.
6. (2004); Tình hình và nguyên nhân gây úng ngập thành phố Hà Nội; Tạp
chí khí tợng thủy văn; Bộ Tài nguyên Môi trờng số tháng 8/2004.
7. (2004);
Nghiên cứu vai trò của hồ điều tiết trong hệ thống thoát nớc
Hà Nội; Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trờng; Đại học

Thủy lợi Hà Nội số tháng 8/2004.
8. (2004); Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch thành
phố Hà Nội; Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trờng; Đại
học Thủy lợi Hà Nội số tháng 8/2004.



Mở đầu
1 - Tính cấp thiết của luận án
2 - Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
3 - Phạm vi, đối tợng nghiên cứu của luận án:
4 - Phơng pháp nghiên cứu.
5 - ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Chơng 1:
Tổng quan về quản lý điều hành hệ thống
thoát nớc đô thị
1.1 - Vấn đề tiêu thoát nớc đô thị Thế giới
1.2 - Tiêu thoát nớc đô thị Việt Nam.
1.3 - Thực trạng thoát nớc ở Hà Nội và những vấn đề cần giải quyết.
1.3.1 - Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của Hà Nội
1.3.2 - Đặc điểm khí tợng - thủy văn.
1.3.3 - Hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
1.3.4 - úng ngập trong hệ thống tiêu sông Tô Lịch
1.4 - Bài toán QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
1.4.1 - Quan điểm xây dựng bài toán QLĐH tiêu thoát nớc hệ thống
sông Tô Lịch thành phố Hà Nội.
1.4.2 - Mô tả bài toán QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch.
Chơng 2:
ứng dụng mô hình toán dòng chảy cho hệ thống
thoát nớc sông tô lịch

2.1 - Mô hình toán dòng chảy đô thị
2.2 - Giới thiệu mô hình Mô hình SWMM (Storm Water Management
Model)
2.3 - Xác định bộ thông số mô hình SWMM đối với lu vực sông Tô Lịch.

Chơng 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu và phần mềm phục vụ
QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch - hà nội
3.1 - Hệ thống thông tin địa lý trong QLĐH hệ thống thoát nớc đô thị
3.2 - ứng dụng CNTT trong quản lý thoát nớc sông Tô Lịch.
3.3 - Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu và phần mềm:
Chơng 4:
đề xuất một số Giải pháp QLĐH hệ thống thoát
nớc sông tô lịch
4.1 - Thiết lập các phơng án trạng thái phục vụ QLĐH hệ thống thoát
nớc sông Tô Lịch.
4.1.1 Cơ sở khoa học và thực tế thiết lập các phơng án trạng thái
4.1.2 - Thiét lập các phơng án trạng thái cơ bản
4.2 - Tính toán dòng chảy theo các phơng án trạng thái.
4.3 - Diễn biến mực nớc trên hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
4.4 - Đề xuất một số giải pháp QLĐH thoát nớc hệ thống sông Tô Lịch.


1
Mở đầu
1 - Tính cấp thiết của luận án
Hà Nội nằm bên sông Hồng trên vùng đất trũng, độ dốc ít, mức độ đô
thị hóa tăng nhanh, nhiều cánh đồng, ao, hồ, kênh, mơng, sông ngòi đã bị
san lấp để xây dựng các công trình do đó công tác thoát nớc của thành phố
gặp nhiều khó khăn. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, Hà Nội đang đợc
xây dựng, cải tạo và phát triển nhanh chóng. Song việc xây dựng cơ sở hạ tầng,

quản lí điều hành (QLĐH) không theo kịp với tốc độ phát triển đô thị, trong
đó có vấn đề tiêu nớc. Với đặc điểm, vị trí và vai trò của Thủ đô, Hà Nội
đã và đang cải tạo, xây dựng một hệ thống thoát nớc đồng bộ để phòng,
chống úng ngập và cải thiện môi trờng cho Thủ đô nhằm góp phần xây dựng
một Thủ đô hòa bình, xanh và đẹp. Nhng, đến nay nhiều trận ma cha đạt
thiết kế vẫn gây ngập úng trên nhiều điểm của thành phố làm ảnh hởng đến
môi trờng, đời sống sinh họat và sản xuất của nhân dân. Nh vậy, đã xuất
hiện một mâu thuẫn là hệ thống công trình tiêu thoát nớc đợc đầu t hàng
ngàn tỷ đồng tơng đối đồng bộ, có vai trò quan trọng đảm bảo chống úng
ngập cho Thủ đô, nhng công tác QLĐH thoát nớc vẫn cha đợc đầu t
đúng mức, còn áp dụng phơng pháp thủ công cha đáp ứng yêu cầu. Với mục
tiêu, nội dung và phát huy hiệu quả của hệ thống hạ tầng tiêu thoát nớc của
Thủ đô, cần thiết phải có giải pháp QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
dựa trên công nghệ hiện đại.
2 - Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu xác định cơ sở khoa học và thực tiễn
cho giải pháp QLĐH tiêu thoát nớc theo quan điểm hệ thống dựa trên
phơng pháp và công nghệ hiện đại nhằm phát huy hiệu quả của hệ thống
thoát nớc sông Tô Lịch để chủ động phòng và chống úng ngập cho Hà Nội.
Để đạt mục tiêu trên, luận án giải quyết các nội dung sau:

2
1. Nghiên cứu hiện trạng thoát nuớc hệ thống sông Tô Lịch, trên cơ sở
đó xây dựng bài toán đề xuất một số giải pháp QLĐH hệ thống thoát nớc
sông Tô Lịch.
2.
ứ
ng dụng phơng pháp mô hình toán và CNTT để thiết lập bộ công
cụ hiện đại nhằm nghiên cứu, tính toán diễn biến dòng chảy theo không gian,
thời gian với các phơng án trạng thái khác nhau, tổ chức quản lí và khai thác

thông tin phục vụ QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch.
3. Đề xuất một số giải pháp QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch,
thành phố Hà Nội trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, quản lí thông tin và tính
toán dòng chảy trên hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch.
3 - Phạm vi, đối tợng nghiên cứu của luận án:
Đối tợng nghiên cứu:
- Hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch - thành phố Hà Nội.
- Nghiên cứu tiêu nớc ma để chống úng ngập cho đô thị.

Phạm vi nghiên cứu:

- Xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn cho giải pháp quản lí, điều hành
thoát nớc ma hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch.
- Không xét đến nớc thải hay chất lợng nớc.
- Không đi sâu giải quyết các nội dung cụ thể nh bảo trì, bảo dỡng, tổ
chức, vận hành thoát nớc cụ thể từng trận ma.
4 - Phơng pháp nghiên cứu.
1. Phơng pháp thống kê sác xuất và tổng hợp địa lí sử dụng trong việc
đánh giá đặc điểm khí hậu, thủy văn hệ thống sông Tô Lịch.
2. Phơng pháp mô hình toán thủy văn đô thị sử dụng để mô phỏng quá
trình dòng chảy trên hệ thống sông Tô Lịch.
3. Phơng pháp phân tích hệ thống sử dụng để phân tích, đánh giá vai
trò và mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống thoát nớc.
4. Phơng pháp hệ thông tin địa lí (GIS) sử dụng để tổ chức thu thập,
lu trữ, xử lí và quản lí các thông tin về hệ thống thoát nớc.

3
5. Phơng pháp lập trình hớng đối tợng sử dụng để xây dựng phần
mềm ứng dụng.
5 - ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

í

nghĩa khoa học:
Luận án đã xác định cơ sở khoa học xây dựng một
giải pháp QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch trên sử dụng CNTT và mô
hình toán. Cơ sở khoa học này có thể đợc vận dụng để thiết lập giải pháp
QLĐH thoát nớc cho các đô thị có điều kiên tơng tự.

í nghĩa thực tiễn:
Luận án đề xuất một giải pháp mới mang tính hệ
thống để quản lí thông tin và điều hành thoát nớc một cách hợp lý, chủ động
dần dần tiến tới tự động hóa công tác QLĐH hệ thống góp phần giảm nhẹ lao
động thủ công, làm chủ trong các tình huống phòng và chống úng ngập,
đồng thời nâng cao hiệu quả của hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch.
6 - Bố cục của luận án:
Luận án gồm 147 trang thuyết minh, () bảng biểu, () sơ đồ và hình vẽ, ()
tài liệu tham khảo, trang phụ lục. Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung
của luận án đợc trình bày trong 4 chơng:
Chơng 1: Tổng quan về QLĐH hệ thống thoát nớc đô thị
Chơng 2:

ứ
ng dụng mô hình toán dòng chảy cho hệ thống thoát nớc
sông Tô Lịch
Chơng 3:
Xây dựng cơ sở dữ liệu và phần mềm phục vụ quản lí điều
hành hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch - Hà Nội
Chơng 4:
Đề xuất giải pháp quản lí điều hành hệ thống thoát nớc

sông Tô Lịch
Chơng 1:

Tổng quan về quản lí điều hành hệ thống
thoát nớc đô thị
1.1 - Vấn đề tiêu thoát nớc đô thị Thế giới
Nghiên cứu xác định định lợng dòng chảy gây ngập úng, gây ô nhiễm
môi trờng và điều khiển hệ thống thoát nớc tổng thể là hai nội dung cơ bản

4
trong QLĐH hệ thống thoát nớc của đô thị, chúng đã đợc nhiều nớc trên
Thế giới đặt ra từ lâu và đang có bớc tiến bộ vợt bậc cả về chất và lợng.
Phơng pháp mô hình và CNTT là hai công cụ quan trọng trong quá trình
quản lí, điều hành hệ thống thoát nớc đô thị phức tạp, chúng đã đợc sử dụng
rộng rãi trong việc qui hoạch, xây dựng, QLĐH và đã góp phần phát huy hiệu
quả của hệ thống thoát nuớc đô thị.
1.2 - Tiêu thoát nớc đô thị Việt Nam.
Đa số các đô thị Việt Nam đợc hình thành tự phát, chủ yếu từ quá trình
đô thị hoá làng- xã. Quá trình đô thị hoá tự phát đã tạo ra một hệ thống hạ
tầng yếu kém, đặc biệt là hệ thống thoát nớc. Trong những năm gần đây cùng
với sự phát triển kinh tế xã hội của đất nớc, quá trình đô thị hóa phát triển
nhanh chóng trên toàn quốc. Nhiều đô thị mới đợc hình thành và phát triển,
nhiều đô thị cũ đợc xây dựng, cải tạo và phát triển cả chiều rộng và chiều
sâu. Nhng xây dựng hạ tầng không theo kịp tốc độ đô thị hóa. Hệ thống cống
rãnh thoát nớc rất thiếu, thờng chỉ có khả năng thoát nớc với các trận ma
có tần suất xuất hiện nhỏ hơn hay bằng 1 năm. Nhiều đô thị hầu nh cha có
hệ thống thoát nớc nhất là các tỉnh vừa chia tách nh đô thị Tuy Hoà tỉnh Phú
Yên, hệ thống thoát nớc mới chỉ bảo đảm phục vụ 5% diện tích đô thị; Qui
Nhơn 10%; Ban Mê Thuột 15%; Cao Bằng 20%. Do đó, các thành phố, thị xã
của cả nớc hầu hết đều bị úng ngập trong mùa ma. Với trận ma khoảng

100 mm/ngày, mức độ ngập úng thờng xuyên tại một số đô thị nh sau:
thành phố Ban Mê Thuột có 60% đờng phố bị ngập. Các đô thị lớn nh Hà
Nội ngập trên 50 điểm, thành phố Hồ Chí Minh ngập trên 100 điểm. Các đô
thị đồng bằng đều bị ngập lụt trung bình 1 ữ2 lần/năm với mức ngập thờng từ
0,5m
ữ
2m. Thời gian ngập úng từ 2 h đến 2 ngày.
Hiện nay, các đô thị Việt Nam đều thành lập tổ chức để QLĐH hệ
thống thoát nớc nhằm phòng và chống úng ngập cho đô thị nhng còn cha
đáp ứng nhu cầu nh: quản lí điều hành chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, thủ
công lạc hậu. Tổ chức quản lí thông tin chủ yếu bằng giấy tờ, lu trữ tản mạn,

5
chồng chéo, cát cứ. Liên lạc để điều hành tiêu thoát nớc chủ yếu bằng văn
bản, điện thoại. Cha có đô thị nào trên toàn quốc có giải pháp QLĐH hệ
thống thoát nớc một cách đồng bộ và hiện đại. Có nhiều nguyên nhân trong
đó có một nguyên nhân quan trọng là QLĐH còn lạc hậu cha đáp ứng yêu
cầu. Với tốc độ đô thị hóa ngày càng cao thì công tác QLĐH hệ thống thoát
nớc nh trên càng không thể đáp ứng đợc yêu cầu cả hiện tại lẫn tơng lai
nếu không có giải pháp QLĐH bằng các phơng pháp và công cụ hiện đại.
1.3 - Thực trạng thoát nớc ở Hà Nội và những vấn đề cần giải quyết.
1.3.1 - Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của Hà Nội
Hà Nội thuộc địa phận đồng bằng châu thổ sông Hồng cách biển
khoảng 100 Km, diện tích tự nhiên: 918, 46 Km2. Địa hình Hà Nội bao gồm
địa hình đồi và núi thấp, đồng bằng - gò đồi và đồng bằng, có hớng nghiêng
từ Bắc xuống Nam với độ dốc trung bình 0,003. Đồng bằng chiếm 80% diện
tích thành phố.
Hệ thống sông ngòi Hà Nội thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái
Bình, phân bố không đồng đều giữa các vùng, mật độ thay đổi khá lớn từ 0,1 -
2,5 km/km

2
(chỉ kể các sông tự nhiên có dòng chảy tự nhiên). Các sông lớn
chảy qua và hình thành trên địa phận thành phố Hà Nội gồm có: sông Hồng,
sông Đuống, sông Cà Lồ, sông Nhuệ, sông Cầu, sông Ngũ Huyện Khê, sông
Cầu Bây. Các sông lớn, nhỏ đều có độ dốc lòng sông bé, độ uốn khúc lớn 1,2 -
2,9. Chế độ thủy văn phức tạp. Khả năng tiêu thoát nớc rất kém, nhất là khi
ma lớn và mực nớc trên hệ thống các sông đang ở mức cao.
Hà Nội là trung tâm đầu não của cả nớc về chính trị, văn hóa, khoa học
công nghệ, là trung tâm lớn của cả nuớc về kinh tế, cùng với phát triển kinh tế
xã hội quá trình đô thị hóa diễn ra rất nhanh.
Thành phố Hà Nội chia 9 quận, 5 huyện có 3 triệu dân sinh sống với
nền kinh tế đa dạng. Nhịp độ tăng trởng kinh tế luôn luôn đạt ở mức cao so
với cả nớc (11-14%). GDP bình quân đầu ngời từng bớc đợc tăng lên, đến
nay đã đạt khoảng 1000$/ngời. Cơ cấu kinh tế có sự thay đổi về chất, tỷ

6
trọng nông nghiệp giảm đi, tỷ trọng công nghiệp tăng lên theo chiều hớng
công nghiệp hóa hiện đại hóa.
Cơ cấu sử dụng đất xây dựng đô thị của thành phố Hà Nội: Năm 1954
mới chỉ có 1008 ha đất đô thị; Dự báo đến năm 2005 nhu cầu sử dụng đất là
14600 ha tới năm 2020 là 25000 ha. Diện tích đô thị gấp 20 lần so với năm
1954. Nội thành cũ đợc mở rộng, các đô thị mới đợc xây dựng, hình thành
các chùm đô thị mới. Điều đó đỏi hỏi cơ sở hạ tầng thoát nớc cũng nh công
tác QLĐH tiêu thoát nớc phải phát triển tơng ứng để đảm bảo chống úng
ngập, bảo về môi trờng.
1.3.2 - Đặc điểm khí tợng - thủy văn.
Hà Nội nằm trong vùng ma trung bình của đồng bằng Bắc Bộ với
lợng ma năm trung bình 1651 mm (trạm Láng giai đoạn 1960 - 2000). Mùa
ma: từ tháng V đến tháng X với lợng ma trung bình chiếm tới trên 82,9 %
lợng ma năm. Mùa ít ma kéo dài từ tháng XI đến tháng IV năm sau, với

lợng ma trung bình chiếm 17,1% lợng ma năm. Số ngày ma trong năm
trung bình trạm Láng là 154,5 ngày. Trong đó, số ngày ma lớn bắt đầu gây
ngập úng cho Hà Nội (lợng ma > 50mm/ngày) đạt 7,9 ngày/năm, xảy ra vào
các tháng IV đến tháng XI hàng năm. Chủ yếu xảy ra vào tháng VII, VIII, IX
với tỷ lệ 58%.
Ma là nhân tố có ảnh hởng quyết định đến tình hình úng ngập của Hà
Nội, đặc biệt là các trận ma thời đoạn ngắn, cờng độ lớn. Đối với những
trận ma lớn thì thờng ma trên diện rộng, biến động theo không gian ít,
nhng biến động lớn theo thời gian. Vì vậy luận án tập trung chủ yếu phân
tích, tính toán ma thiết kế theo thời đoạn ngắn tại trạm Láng - Hà Nội.
Ma thời đoạn ngắn với cờng độ lớn, tập trung trong thời gian ngắn
thờng gây hậu quả ngập úng trong nội thành. Ma trận tại Hà Nội rất tập
trung, khoảng 30% thời gian ở khu vực đỉnh ma chiếm tới 80 - 90% tổng
lợng ma cả trận.

7
Nghiên cúu, phân tích ma 1, 2, 3 ngày lớn nhất liên tục (từ tháng V
đến tháng X giai đoạn 1972 - 2001, trạm Láng - Hà Nội) cho thấy:
Lợng ma lớn, gây úng ngập thành phố chủ yếu do bão và áp thấp
nhiệt đới. Khả năng xảy ra các trận ma lớn là ngẫu nhiên, hoàn toàn có thể
xuất hiện ở đầu, giữa hoặc cuối mùa ma.
* Tính toán ma tiêu thiết kế.
Qua nghiên cứu ma 3 ngày lớn nhất cho thấy ma 2 ngày lớn nhất
chiếm tỷ trọng 90,7% lợng ma của toàn trận ma. Vì vậy, luận án lựa chọn
lợng ma 2 ngày để làm trận ma thiết kế tính toán tiêu thoát nớc cho hệ
thống sông Tô Lịch. Kết qủa tính toán tần suất ma 2 ngày lớn nhất trạm Láng
ta có các đặc trng thống kê nh sau:
X
bq
= 184,4 mm; C

v
= 0,44 ; C
s
= 1,09
Bảng 1.2: Lợng ma hai ngày lớn nhất thiết kế theo tần suất
Trạm Láng - Hà Nội

Tần suất % 1 5 10 20 25 50
X2ngaymax (mm) 455 354 307 257 240 179

Mô hình ma thiết kế: Ma trận Hà Nội có nhiều dạng khác nhau:
Dạng ma một đỉnh, dạng ma hai đỉnh, dạng ma đều . . .
Mô hình ma hai đỉnh và ma một đỉnh sẽ đợc ứng dụng vào mô hình
để tính toán dòng chảy vì đây là mô hình ma bất lợi đối với hệ thống thoát
nớc do cờng độ ma tập trung có thể vợt quá khả năng thoát nớc của hệ
thống, hoặc do thời gian ma lớn kéo dài.
Trong thực tế đã xảy ra hai trận ma điển hình gây úng ngập lớn trong
thành phố là: Trận ma một đỉnh từ ngày 10/11/1984 đến ngày 11/11/1984 với
X= 577 mm/2ngày và trận ma hai đỉnh xuất hiện ngày 11/6/1989 đến
12/6/1989 với X=286,7 mm/2ngày. Thu phóng trận ma hai ngày với các tần
suất khác nhau, với dạng ma điển hình: loại 1 đỉnh, loại 2 đỉnh. ta sẽ đợc
cấc trận ma hai ngày lớn nhất với các tần suất khác nhau.

8
Nghiên cứu ma thời đoạn ngắn tại trạm khí tợng Láng - Hà Nội, có
thể rút ra một số nhận xét làm cơ sở khoa học để phục vụ công tác QLĐH tiêu
thoát nớc hệ thống sông Tô Lịch nh sau:
+ Căn cứ vào dự báo thời tiết nếu có ma lớn có thể dự báo khả năng
gây úng ngập thành phố trên cơ sở đó đề ra kế hoạch chống úng ngập.
+ Ma trận Hà Nội rất tập trung, với trận ma 3 ngày lớn nhất thì lợng

ma hai ngày lớn nhất chiếm tới 90,7% lợng ma toàn trận. Vì vậy, khi có
giải pháp chống đợc úng ngập với trận ma hai ngày thì có thể chống đợc
các trận ma dài ngày hơn.
+ Với cờng độ ma lớn và khả năng thoát nớc hạn chế của hệ thống
công trình trên lu vực sông Tô Lịch thì với nhiều trận ma cha đạt thiết kế
cũng có khả năng bị ngập úng khi cờng độ ma vợt quá khả năng thoát
nớc của hệ thống công trình. Nhng chúng thờng chỉ gây ngập úng cục bộ
với thời gian ngắn.
+ Trong mùa ma, các trận ma gây ngập úng có thể xuất hiện bất cứ
thời gian nào trong mùa ma. Cần thiết xây dựng giải pháp chủ động phòng
chống úng ngập trong toàn bộ thời gian mùa ma.
b - Đặc điểm thuỷ văn
Sự hình thành và diễn biễn dòng chảy của hệ thống sông Tô Lịch phụ
thuộc chủ yếu vào chế độ ma, nớc thải (do sinh hoạt và sản xuất) trên lu
vực. Do lu vực hệ thống sông Tô Lịch nằm kẹp giữa sông Hồng và sông
Nhuệ nên quá trình tiêu thoát nớc trên hệ thống sông Tô Lịch chủ yếu theo
hai hớng là thoát nớc ra sông Nhuệ và sông Hồng. Qua nghiên cứu thời gian
duy trì lũ của hai sông và từ các kết quả phân tích mối quan hệ giữa sông
Hồng và sông Nhuệ có thể rút ra một số nhận xét:
- Khả năng xảy ra tổ hợp bất lợi nhất khi đỉnh lũ sông Hồng tại Hà Nội
gặp đỉnh lũ sông Nhuệ tại Hà Đông là ngẫu nhiên, với tần suất không lớn.
- Thời gian duy trì mực nớc cao trên sông Hồng (độ cao mực nớc >
độ cao bề mặt thành phố) thờng kéo dài suốt mùa lũ và trùng với mùa ma

9
gây úng ngập cho thành phố, nên giải pháp tiêu bằng bơm từ sông Tô Lịch ra
sông Hồng mặc dù là giải pháp cơ bản chủ động phòng, chống úng ngập cho
thành phố nhng trong thời kỳ này luôn luôn đứng trớc một đe dọa về mức
an toàn vì có thể xảy ra bất kỳ sự cố nào của hệ thống đê qua Hà Nội.
- Một năm có 95 ngày mực nớc tại đập Thanh Liệt gần bằng 3,5 m đây

là khoảng thời gian đập Thanh Liệt đóng lại. Nh vậy, khả năng thoát nớc tự
chảy của sông Tô Lịch qua hệ thống sông Nhuệ vẫn còn bỏ ngỏ nhiều khả
năng tiêu tự chảy ra sông Nhuệ góp phần giảm bớt chi phí bơm tại Yên Sở.
1.3.3 - Hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
a - Lu vực hệ thống sông Tô Lịch
* Lu vực sông
Lu vực hệ thống sông Tô Lịch nằm trong địa phận thành phố Hà Nội,
kẹp giữa sông Nhuệ và sông Hồng, có diện tích 77,5km
2.
, diện tích cụ thể của
từng lu vực nh sau: sông Tô Lịch (20 Km
2
), sông Sét (7,1Km
2
), sông Lừ
(10,2 Km
2
), sông Kim Ngu (17,3 Km
2
), hồ Tây (9,3 Km
2
), lu vực Hoàng
Liệt (8,1 Km
2
), lu vực Yên Sở (5,5 Km
2
).
Để phục vụ tính toán trong giai đoạn qui hoạch tổng thể thoát nớc Hà
Nội, lu vực hệ thống sông Tô Lịch đợc chia làm 28 lu vực bộ phậncăn cứ
điều kiện địa hình, hớng thoát nớc, tỷ lệ diện tích thấm và khồng thấm

nớc . . .
* Địa hình lu vực hệ thống sông Tô Lịch
Địa hình tự nhiên lu vực hệ thống sông Tô lịch khu vực nội thành đợc
chia làm ba bậc địa hình chính: Bề mặt có độ cao lớn hơn 8 m chiếm 10%; bề
mặt có độ cao từ 5 - 8 m 50%; bề mặt cao dới 5 m chiếm 40% diện tích
thành phố.
b - Hệ thống công trình tiêu thoát nớc lu vực sông Tô Lịch.
Hệ thống thoát nớc Hà Nội đợc hình thành cơ bản từ năm 1939, bao
gồm các diện tích tập trung nớc, các rãnh thu nớc dọc phố, ga thu nớc, các
tuyến cống, hồ, đầm, ao, kênh, mơng, sông ngòi, đập tràn, cửa xả, hệ thống

10
bơm tiêu. Nớc ma, nớc thải tập trung vào hệ thống cống, rãnh đợc lắp đặt
chủ động theo các dờng phố, ngõ, xóm (mạng lới cấp 2,3) sau đó tập trung
vào các kênh, mơng, sông nội tại của thành phố (mạng lới cấp 1) và cuối
cùng xả ra sông lớn.
Từ năm 1954 đến nay nhiều công trình trong hệ thống thoát nớc
đã đợc cải tạo và xây dựng mới. Các lu vực thoát nớc chính cũng đợc kéo
dài ra và mở rộng theo 4 trục tiêu chính: sông Kim Ngu, sông Lừ, sông Sét,
sông Tô Lịch.
* Hệ thống lòng dẫn.
- Sông tiêu thoát nớc.
Hệ thống sông Tô Lịch đóng vai trò quan trọng trong việc thoát nớc
của thành phố Hà Nội. Hiện nay, các dòng sông này đã đợc cải tạo để đạt
tiêu chuẩn thiết kế, cải thiện chế độ dòng chảy và cảnh quan đô thị môi trờng
nhằm giảm thiểu khả năng ngập lụt với chu kỳ lặp lại 10 năm.
Sông Tô Lịch:
có diện tích lu vực 20 Km
2
, dài 13,5 Km, sông

đã đợc cải tạo, mặt cắt sông hình thang, rộng trung bình từ 20 - 45 m, sâu 2 -
3 m, hai bờ kè đá. Có 16 cầu, đờng bắc qua sông. Có khả năng thoát nớc với
lu lợng 30 m
3
/s.
Sông Kim Ngu: có diện tích lu vực 17,3Km
2
, dài 11,9 km, sông
đã đợc cải tạo lát đá hai bờ sông, mặt cắt rộng trung bình 25 - 30 m, sâu 2 -
4 m, có 19 cầu đờng bắc qua sông, có khả năng thoát nớc với lu lợng 15
m
3
/s.
Sông Sét: có diện tích lu vực 7,1 Km
2
, dài 6,7 km, đã cải tạo lát đá hai
bờ sông, mặt cắt rộng trung bình 3 - 4 m, có 2 cầu, đờng bắc qua sông, có
khả năng thoát nớc với lu lợng 8 m
3
/s.
Sông Lừ: có diện tích lu vực 10,2 Km
2
, chiều dài 6,8 km đã cải tạo lát
đá hai bờ sông, sâu trung bình 2 - 3 m, có 5 cầu đờng bắc qua sông, có khả
năng thoát nớc với lu lợng 6m
3
/s.
- Hệ thống cống thoát nớc.

11

Hệ thống cống hầu hết đợc xây dựng khá lâu, phần lớn nằm trong nội
thành cũ (80%) trong đó khoảng một nửa xây dựng trớc năm 1954, hiện đã bị
xuống cấp nghiêm trọng, không đáp ứng yêu cầu thoát nớc.
Tổng số chiều dài cống là 318km, 6002 ga thu nớc và 6574 ga thăm.
Tỷ lệ giữa các tuyến cống với chiều dài đờng phố còn thấp, vào khoảng 64%
và chủ yếu tập trung ở khu vục nội thành cũ.
- Hệ thống mơng thoát nớc
Tổng chiều dài các mơng thoát nớc hiện nay của thành phố Hà nội là
31 km. Các mơng hở này nối với hệ thống cống ngầm và các ao hồ tạo thành
mạng lới thoát nớc hình rẻ quạt.
- Các cửa điều tiết trên hệ thống sông Tô Lịch
Cửa điều tiết Hồ Tây A: có lu lợng xả thiết kế Q = 12 m3/s
Cửa điều tiết Hồ Tây B

: có lu lợng xả thiết kế Q = 3,0 m
3
/s
Cửa xả Nghĩa Đô

: có lu lợng xả thiết kế Q=9,0 m
3
/s.
Cửa điều tiết Lừ-Sét
:
có lu lợng xả thiết kế Q = 15 m3/s.
Cửa xả Thanh Liệt : có lu lợng xả thiết kế Q = 45 m3/s.
Cửa xả Văn Điển : có lu lợng xả thiết kế Q = 5,0 m3/s
Cửa xả Đồng Chì

:

có lu lợng xả thiết kế Q = 5.0 m3/s.
Mỗi đập tràn, cửa xả trong hệ thống đều có tác dụng riêng, nhìn chung
mục đích để điều khiển dòng chảy theo mục tiêu của ngời sử dụng là phục vụ
phòng chống úng ngập và thủy lợi trên hệ thống.
- Hệ thống hồ điều hòa
Lu vực sông Tô Lịch có 70 hồ tự nhiên và nhân tạo với diện tích mặt
hồ đến 1178,8 ha, chiếm 15,2% (11,788km
2
/77,5km
2
). Nếu tính cả diện tích
các ao nuôi cá của khu vực Yên Sở (830,4 ha) thì tỷ lệ hồ chiếm tới 25,9%.
Các hồ này phân bố không đồng đều trên lu vực nhng đóng vai trò điều tiết,
cải thiện vi khí hậu, cảnh quan trong đô thị và góp phần làm sạch một phần
nớc thải đô thị.
- Công trình đầu mối trạm bơm Yên Sở.

12
Đây là một tổ hợp công trình bao gồm kênh dẫn vào, ra, hồ điều hòa và
trạm bơm.

Hồ điều hoà:
có diện tích hồ là 130 ha, chiếm diện tích đất 203 ha.
Mực nớc thấp nhất 1,5m, mực nớc cao nhất 4,5m; mực nớc bình thờng
3,5m. Cao độ bờ hồ 5,1m. Cao độ lòng hồ 0,5m.
Trạm bơm Yên Sở:
Trạm bơm đầu mối Yên Sở giai đoạn 1 có công suất bơm 45m
3
/s. Giai
đoạn 2 có công suất 90 m

3
/s.
Kênh Yên Sở:
Gồm hệ thống kênh dẫn vào và ra trạm bơm với chiều
dài 2,1 Km
.
Cống qua đê 60m và 2 cầu bắc qua kênh dẫn.
+ Kênh dẫn chính có công suất 76m
3
/s;
+ Kênh dẫn thờng có công suất thiết kế 15m
3
/s;
+ Kênh xả từ trạm bơm công suất 90m
3
/s.
Khi ma to và mực nớc tại cửa xả Thanh Liệt >=3,5m thì cửa xả
Thanh Liệt đóng lại, toàn bộ nớc ma và nớc thải chảy theo kênh dẫn vào
trạm bơm Yên Sở để bơm ra sông Hồng. Các đập tràn bằng cao su xả tự động
khi mực nớc kênh Yên Sở +3,7m và căng lên tự động khi mực nớc kênh
Yên Sở <3,5m.
c - Hiện trạng quản lí vận hành hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
Công ty thoát nớc Hà Nội đợc giao nhiệm vụ đảm bảo việc thoát
nớc chống úng ngập và ô nhiễm môi trờng do nớc thải gây ra trên địa bàn
thành phố. Công tác quản lí điều hành sản xuất: trực tại những điểm cần thiết
trong mùa ma bão. Bố trí trang thiết bị cần thiết giám sát theo dõi và xử lí
các điểm úng ngập ngoài hiện trờng. Hình thức thông tin liên lạc, điều hành
sản xuất: Chủ yếu thông qua điện thoại, văn bản và trực tiếp. Để vận hành
trạm bơm Yên Sở, hàng năm Công ty thoát nớc Hà Nội ban hành qui trình
vận hành trạm bơm. Tuy nhiên qui trình này tập trung chủ yếu qui định chế độ

vận hành bơm tại công trình đầu mối trạm bơm Yên Sở.
1.3.4 - úng ngập trong hệ thống tiêu sông Tô Lịch

13
a - Tình hình úng ngập
* Trớc năm 2000
Công suất thoát nớc của hệ thống cống trong thành phố trớc năm
2000 chỉ có khả năng tiêu thoát nớc của các trận ma có tần suất lặp lại 1,0 -
1,2 năm. Do vậy, hiện trạng ngập úng và đọng nớc xảy ra hàng năm ở khu
vực này rất nghiêm trọng nhất là khu phố cổ. Nguyên nhân do thiếu cống và
sự xuống cấp của hệ thống thoát nớc hiện có.
Khi có ma khoảng 100 mm thì Hà Nội đã có 70 - 80 điểm bị ngập,
trong đó có 24 điểm bị ngập trầm trọng. Thời gian ngập thờng từ 2 - 24 h
hoặc từ 2 - 3 ngày thậm chí có điểm bị ngập 6 - 7 ngày. Độ sâu ngập trung
bình từ 0,6 - 0,8 m.
* Từ năm 2000 đến nay:
Thành phố Hà Nội đã đầu t xây dựng và cải tạo hệ thống thoát nớc
giai đoạn I với tổng mức đầu t 250 triệu USD. Các công trình đợc xây dựng,
cải tạo đợc đa vào sử dụng đã phát huy hiệu quả, giảm mức độ và thời gian
úng ngập.
Hiện nay, với trận ma khoảng 100 mm, số điểm ngập là 40 -50 điểm,
thời gian ngập từ 1h đến 24h, độ sâu ngập từ 0,10 đến 0,5 m. Tuy nhiên, mức
độ ngập úng đã giảm về thời gian, diện tích, độ sâu ngập.
b - Nguyên nhân gây úng ngập.
Qua thực tế quan trắc hiện tợng úng ngập của Hà Nội cho thấy: Mặc
dù hệ thống sông đợc thiết kế cải tạo để thoát nớc với trận ma thiết kế 10%,
hệ thống cống đợc cải tạo với khả năng tiêu thoát nớc với trận ma thiết kế
20%, trạm bơm Yên Sở đợc xây dựng có khả năng tiêu thoát với công suất 45
m3/s, nhng vẫn đang tồn tại 3 dạng úng ngập: úng ngập cục bộ, úng ngập
khu vực, úng ngập vùng. Mỗi dạng úng ngập có những nguyên nhân với vai

trò khác nhau, ảnh hởng khác nhau. Có thể chia làm 2 nhóm nguyên nhân
chủ quan và khách quan.
* Nguyên nhân khách quan

14
- Nguyên nhân do điều kiện địa lí, địa hình, thủy văn của hệ thống
- Nguyên nhân do khí hậu, thời tiết (ma)
* Nguyên nhân chủ quan:
- Quá trình xây dựng và phát triển đô thị
- Công tác quản lí, điều hành hệ thống thoát nớc
1.4 - Bài toán quản lí điều hành hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch
1.4.1 - Quan điểm xây dựng bài toán QLĐH tiêu thoát nớc hệ
thống sông Tô Lịch thành phố Hà Nội.
a - Quan điểm hệ thống:
b - Quan điểm ứng dụng công nghệ hiện đại trong QLĐH
c - Quan điểm thực tiễn
d - Quan điểm kế thừa
e - Quan điểm QLĐH có trọng tâm và hợp lí
f - Quan điểm hệ thống mở và điển hình

1.4.2 - Mô tả bài toán QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch.
a - Các giai đoạn cơ bản của hiện tợng ứng ngập trên hệ thống sông
Tô Lịch.
1. Ma rơi trên lu vực sông Tô Lịch hình thành dòng chảy, lấp đầy ô
trũng, chảy tràn trên bề mặt theo các cống, ga tập trung về các sông Tô Lịch,
Lừ, Sét, Kim Ngu hình thành lũ trên hệ thống.
2. Các hồ điều hòa tích nớc điều tiết lũ trên hệ thống
3. Các đập tràn cửa xả đợc mở để tiêu nớc ra khỏi hệ thống.
4. Trong quá trình lũ có thể xảy ra hiện tợng nớc ứ đọng hoặc tràn bờ
gây úng ngập trên lu vực hệ thống sông Tô Lịch.

5. Khi mực nớc tại đập Thanh Liệt bằng 3,5 m ( tơng ứng với mực
nớc tại Yên Sở là 3,2m) thì toàn bộ hệ thống đập tràn cửa xả đóng lại, nớc
tập trung về hệ thống hồ điều hòa và trạm bơm Yên Sở để bơm tiêu nớc ra
sông Hồng.

15
6. Hệ thống máy bơm bơm nớc ra sông Hồng cho đến khi mực nớc
trên kênh dẫn tại Yên Sở là H= 3,0 m và trong hồ Yên Sở mực nớc là
H=1,5m.
b - Quá trình cơ bản của bài toán QLĐH tiêu thoát nớc trên hệ
thống sông Tô Lịch.
Bài toán QLĐH tiêu thoát nớc hệ thống sông Tô Lịch bao gồm các quá
trình thành phần cơ bản sau:
1. Quá trình tổ chức số hóa và quản lí thông tin dữ liệu có liên quan đến
hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch trên hệ thống máy tính.
2. Quá trình thiết lập các phơng án trạng thái và tính toán dòng chảy
dới ảnh hởng của nhân tố đầu vào là ma, ảnh hởng của hệ thống công
trình (hồ điều hòa), ảnh hởng của nhân tố đầu ra (bơm).
3. Quá trình phân tích diễn biến lũ trên hệ thống theo các phơng án
trạng thái có thể xảy ra trong thực tế.
4. Quá trình nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lí diều hành hệ thống
thoát nớc sông Tô Lịch.
Các quá trình cơ bản bài toán QLĐH trong sơ đồ bài toán thể hiện ở 4
khối cơ bản: Khối quản lí thông tin, khối phơng án trạng thái, khối tính toán.
khối phân tích, khối giải pháp quản lí điều hành (hình 1.1). Nội dung từng
khối đợc thể hiện trong sơ đồ bài toán.
c - Sơ đồ bài toán:
Sơ đồ bài toán trong hình 1.5 đợc thể hiện nh sau:
- Khối quản lí thông tin: Đầu vào của khối là các thông tin về hệ thống
thoát nớc sông Tô Lịch. Đầu ra của khối là các thông tin về hệ thống thoát

nớc đã đợc tổ chức dới dạng CSDL và là đầu vào của khối tính toán hoặc
đầu vào của khối trạng thái hoặc đầu vào của khối đề xuất giải pháp QLĐH.
Nội dung chi tiết của khối đợc trình bày trong chơng 3.
- Khối phơng án trạng thái: Đầu vào của khối là tiếp nhận thông tin
từ đầu ra của khối quản lí thông tin hoặc đợc nhập trực tiếp theo yêu cầu

16
ngời sử dụng. Đầu ra của khối là các phơng án trạng thái đã đợc kiểm tra
tính hợp lí và logic. Nội dung chi tiết của khối đợc trình bày trong chơng 4.
- Khối tính toán: Đầu vào của khối tính toán chính đợc tạo ra từ khối
phơng án trạng thái và từ khối quản lí thông tin. Đầu ra của khối tính toán là
quá trình mực nớc trên hệ thống với các phơng án trạng thái khác nhau. Nội
dung chi tiết của khối tính toán đợc trình bày chi tiết trong chơng 2 và
chơng 4.
- Khối phân tích: Đầu vào của khối là kết quả của tập đầu ra do khối
tính toán tạo ra. Đầu ra của khối phân tích là diễn biến của mực nớc trên hệ
thống sông với các phơng án trạng thái khác nhau. Nội dung chi tiết đợc
trình bày trong chơng 4.
- Khối giải pháp QLĐH: Đầu vào của khối là kết quả tính toán và phân
tích diễn biến mực nớc dới tác động của các kịch bản ma và các biến điều
khiển trên hệ thống sông Tô Lịch. Đồng thời đầu vào của khối cũng tiếp nhận
thông tin từ CSDL của hệ thống. Đầu ra của khối là các giải pháp QLĐH hệ
thống thoát nớc sông Tô Lịch. Chi tiết đợc trình bày trong chơng 4.
Sơ đồ tổng quát bài toán đợc thể hiện trong hình 1.1
Kết luận chơng 1:
1. Trên Thế giới, vấn đề thủy văn đô thị nói chung và thoát nớc đô thị
nói riêng đợc quan tâm nghiên cứu đồng bộ từ qui hoạch đến thiết kế, xây
dựng và quản lí vận hành. Nhiều hệ thống đợc xây dựng từ lâu nhng vẫn
họat động hiệu quả. Luôn cập nhật, ứng dụng các công nghệ hiện đại vào
trong công tác QLĐH hệ thống thoát nớc.

2. Các đô thị Việt Nam chủ yếu hình thành từ làng xã, hạ tầng thoát
nớc xây dựng manh mún, Ngày nay tốc độ đô thị hóa phát triển nhanh, hạ
tầng thoát nớc không theo kịp tốc độ đô thị hóa. Đô thị thờng xuyên bị ngập
úng trong mùa ma. QLĐH hệ thống thoát nớc chủ yếu thực hiện theo kinh
nghiệm , thủ công và lạc hậu, cha có đô thị nào ứng dụng công nghệ hiện đại

17
là công nghệ thông tin và mô hình toán phục vụ QLĐH. Vì vậy, nhiều hệ
thống tiêu thoát nớc cha phát huy hết hiệu quả.
3. Hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch là một hệ thống tiêu thoát nớc
phức tạp, đợc xây dựng tơng đối đồng bộ, thoát nớc theo phơng thức tự
chảy và bơm động lực. Nhng trên thực tế, hệ thống tiêu thoát nớc cha phát
huy hết hiệu quả. Nhiều trận ma cha đạt thiết kế vẫn gây úng ngập cho
thành phố.
4. Nghiên cứu và xác định đợc tình hình và nguyên nhân gây ngập úng
thành phố Hà Nội, từ đó thấy rằng một trong những nguyên nhân làm cho hệ
thống thoát nớc sông Tô Lịch cha phát huy hết hiệu quả là công tác QLĐH,
trên cơ sở đó xác định vấn đề nghiên cứu của luận án.
5. Nghiên cứu giải pháp QLĐH hệ thống thoát nớc sông Tô Lịch là
một nhu cầu cần thiết về khoa học và thực tế không những chỉ cho hệ thống
thoát nớc Hà Nội mà còn là kinh nghiệm cho các đô thị khác.
6. Luận án thiết lập đợc sơ đồ mô phỏng bài toán QLĐH hệ thống
thoát nớc sông Tô Lịch nhằm bớc đầu quản lí các thông tin và điều khiển hệ
thống tiêu thoát nớc một cách đồng bộ với sự trợ giúp của CNTT và mô hình
toán dòng chảy. Các nghiên cứu của chơng 1 là cơ sở và tiền đề cho nội
dung của luận án và sẽ đợc giải quyết ở các chơng tiếp theo.

Chơng 2 ứng dụng mô hình toán dòng chảy cho hệ thống
thoát nớc sông tô lịch
2.1 - Mô hình toán dòng chảy đô thị

2.1.1 -

Đặc điểm cơ bản của dòng chảy đô thị.
Qúa trình ma - dòng chảy ở một lu vực đô thị tơng tự nh lu vực tự
nhiên, đợc chia thành 3 giai đoạn: Giai đoạn hình thành dòng chảy, giai đoạn
dòng chảy mặt (chảy tràn trên sờn dốc), giai đoạn chảy tập trung trong hệ
thống thoát nớc.

18
Tuy nhiên, khác với lu vực tự nhiên, lu vực đô thị có bề mặt đất bị
biến dạng mạnh mẽ họat động sinh hoạt và sản xuất của con ngời. Vì vậy, so
với hệ thống sông ngòi tự nhiên, hệ thống tiêu thoát nớc đô thị có một số đặc
điểm riêng nh sau:
- Diện tích thoát nớc tơng đối nhỏ.
- Dòng chảy chủ yếu là dòng chảy hình thành từ ma và nói chung là
dòng không ổn định, không đều và biến đổi chậm có áp hoặc không áp.
- Ngoài nớc ma, lu vực đô thị còn tiếp nhận một phần nớc thải do
sinh họat và sản xuất của con ngời tạo ra.
- Tính chất thủy văn, thủy lực của hệ thống tiêu thoát biến đổi mạnh mẽ
theo không gian và thời gian, chịu ảnh hởng mạnh do các họat động của con
ngời nh xây dựng, cải tạo đô thị . . .
- Dòng chảy trong hệ thống chịu ảnh hởng của các điều kiện biên tại
cửa thoát chính. Các điều kiện biên này là một trong các nhân tố có tác động
quyết định đến cấu trúc, qui mô, kích thớc và mức chịu tải của hệ thống tiêu
thoát nớc đang xét.
- Tác động tích, điền trũng tạm thời trong nội bộ lu vực đô thị cũng có
tác động đáng kể đến chế độ vận hành của hệ thống thoát nớc.
- Về mặt thủy văn, lu vực đô thị đợc nhìn nhận là một hệ thống thủy
văn với chế độ tơng tự nh một lu vực tự nhiên khép kín.
- Trong lu vực đô thị có phần diện tích có thấm và phần diện tích

không thấm (nhà cửa, đờng giao thông, sân . ) xen kẽ nhau.
- Độ nhám của bề mặt lu vực thay đổi nhanh và phức tạp hơn nhiều so
với lu vực tự nhiên.
- Sự họat động có hay không có hiệu quả của hệ thống thoát nớc đô thị
phụ thuộc rất nhiều vào năng lực, trình độ QLĐH và ý thức tác động của con
ngời vào hệ thống đó.
2.1.2 - Mô hình toán dòng chảy đô thị.

19
Từ 1960 đến nay đã diễn ra sự phát triển sâu rộng việc mô hình hóa các
hiện tợng và hệ thống tự nhiên khác nhau. Mô hình dòng chảy đô thị cũng
nằm trong trào lu đó. Mô hình dòng chảy đô thị thuộc dạng mô hình toán mô
phỏng quá trình dòng chảy do ma trên lu vực đô thị.
Cũng nh các phơng pháp tính toán đối với lu vực sông tự nhiên, xu
hớng phổ biến hiện nay trên thế giới để tính toán dòng chảy đô thị là dùng
các mô hình tất định để mô phỏng toàn bộ quá trình dòng chảy theo 3 giai
đoạn (giai đoạn hình thành dòng chảy, giai đoạn chảy tràn trên sờn dốc, giai
đoạn chảy tập trung trong hệ thống). Các mô hình này chủ yếu sử dụng các
trận ma đơn dói dạng một trận ma thiết kế hoặc các trận ma thực đo để
tính toán dòng chảy phục vụ quy hoạch, thiết kế và điều khiển hệ thống thoát
nớc với một tần suất đảm bảo nào đó.
Phơng pháp tính toán dòng chảy đô thị cũng đợc áp dụng riêng cho
từng giai đoạn dòng chảy:
a - Giai đoạn hình thành dòng chảy
Đối với giai đoạn này ngời ta thờng dùng các mô hình xác định quá
trình hình thành ma hiệu quả trên cơ sở tính toán lợng tổn thất.
b - Dòng chảy từ các lu vực bộ phận
Trong giai đoạn này cần lựa chọn một phơng pháp chuyển hoá thích
hợp từ lợng ma hiệu quả thành dòng chảy của từng lu vực bộ phận. Trong
mô hình vật lý để tính toán dòng chảy lu vực, ngoài phơng trình liên tục còn

sử dụng phơng trình động lực ở các dạng khác nhau. Có thể kết hợp nhiều
phơng pháp tính toán khác nhau cho các dạng khác nhau của bề mặt lu vực .
c - Giai đoạn chảy tập trung trong hệ thống thoát nớc
Nói chung có hai phơng pháp cơ bản để tính toán cho giai đoạn này.
Phơng pháp thứ nhất đợc gọi một cách tổng quát là phơng pháp
thuỷ văn. dựa trên tính liên tục và cân bằng của dòng chảy theo định luật bảo
toàn khối lợng nhng không chú ý tới sự thay đổi cấu trúc bên trong của khối
nớc chuyển động.

20
Phơng pháp thứ hai đợc gọi là phơng pháp thủy động lực. Phơng
pháp thủy động lực sử dụng hệ phơng trình Saint-Venant gồm phơng trình ở
dạng đầy đủ và phơng trình liên tục để tính toán dòng chảy trong hệ thống để
mô phỏng dòng chảy ở lu vực đô thị.
2.1.3 - Một số mô hình tiêu thoát nớc đô thị thông dụng
Đa số các mô hình tiêu thoát nớc đô thị đợc xây dựng để mô tả quan
hệ ma dòng chảy dới dạng tổng hợp, nghĩa là nó diễn tả toàn bộ quá trình
ma - dòng chảy gồm 3 giai đoạn đợc tính toán riêng theo một mô hình bộ
phận với phơng pháp khác nhau, hoặc theo xu hớng nhận thức, hoặc theo xu
hớng vật lý.
Dới đây mô tả tóm tắt một số mô hình ma - dòng chảy đô thị đang sử
dụng khá phổ biến trên thế giới.
a - Mô hình UCURM ( Universty of Cincinnati Urban Runoff Model)
Mô hình này bao gồm 5 mô hình bộ phận, mô tả các quá trình thấm,
điền trũng bề mặt, dòng chảy mặt, dòng chảy trong cống tiêu và dòng chảy lũ
trong hệ thống tiêu thoát đô thị. Việc tính toán dòng chảy lũ trong hệ thống
đợc tiến hành trên cơ sở xếp chồng các đờng quá trình lũ bộ phận tại các
cửa nhận nớc (nút, hố ga) của hệ thống. Nói chung các kết quả nhận đợc
thiên lớn so với các mô hình khác.
b - Mô hình TR-20 (Technical Release Model)

Mô hình này là một trong các mô hình đợc sử dụng phổ biến nhất hiện
nay ở Mỹ. Mô hình gồm 4 mô hình bộ phận để tính toán quá trình dòng chảy
đô thị. Cụ thể:
- Xác định ma hiệu quả.
- Tính toán quá trình dòng chảy từ các diện tích bộ phận.
- Xác định thời gian tập trung dòng chảy từ các thông số lu vực.
- Diễn toán dòng chảy trong cống, kênh tiêu.
- Xác định dòng chảy tổng hợp từ các bớc tính trên.
c - Mô hình MIKE 11