Bài giảng Thuỷ văn đô thị

CHƯƠNG I: ĐƠ THỊ HỐ VÀ
VẤN ĐỀ THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ
Hồng Thanh Tùng
Bộ mơn Tính tốn Thủy văn


1.1. Khái niệm chung
Q1: What is
hydrology?
 Hydrology is the
study of water's
properties,
distribution and
circulation on
Earth.
Q2: How is URBAN
Hydrology
different than
natural
hydrology?


1.1. Khái niệm chung
Thuỷ văn đô thị là một bộ phận của
thuỷ văn học chuyên nghiên cứu
những quy luật vận động của nước
trên các lưu vực đô thị (cả về số
lượng và chất lượng). Thuỷ văn đô thị
phát triển theo 2 hướng chính là cấp
nước và thốt nước.


Hướng thứ nhất chú trọng nghiên
cứu tính tốn khai thác, xử lý làm
sạch nguồn nước (cả nước mặt
và nước ngầm) để cung cấp nước
sạch cho mọi hoạt động của thành
phố như: nước dùng cho sinh
hoạt, nước dùng cho sản xuất,
nước dùng để làm sạch và đẹp
môi trường…


1.1. Khái niệm chung

Hướng thứ hai chủ yếu nghiên cứu các quy luật
hình thành dịng chảy từ mưa phục vụ cho tính tốn
quy hoạch, thiết kế và điều hành các hệ thống tiêu
thốt nước trên các lưu vực đơ thị; vì vậy nó cịn có
tên gọi là thuỷ văn tiêu thốt nước đơ thị  Chúng
ta chủ yếu nghiên cứu hướng này


1.2. Đơ thị và q trình đơ thị hố


Sự phân bố dân cư trên một vùng,
lãnh thổ là một quá trình hoạt
động kinh tế- xã hội rất phức tạp,
phản ánh rất nhiều khía cạnh khác
nhau của cuộc sống xã hội lồi
người, chịu sự chi phối của các

quy luật khách quan



Đơ thị - nơi tập trung dân cư với
mật độ cao là trung tâm kinh tế,
chính trị, văn hố và khoa học của
một vùng, một miền. Trong vài thế
kỷ gần đây, sản xuất xã hội nói
chung, sản xuất cơng nghiệp nói
riêng được cuộc cánh mạng khoa
học kỹ thuật tiếp sức đã làm cho
q trình đơ thị hố phát triển với
tốc độ chưa từng có.


1.2. Đơ thị và q trình đơ thị hố



Khi mật độ dân số tập trung quá lớn trên một vùng thì sự tác động
biến cải mơi trường của con người trở nên sâu sắc và toàn diện
cả về số lượng và chất lượng.


1.2. Đơ thị và q trình đơ thị hố



Q trình đơ thị hố càng

phát triển, nhiều quy luật của
tự nhiên, mơi trường trên lưu
vực đơ thị như chu trình khí
tượng thủy văn bị biến dạng
không ngừng và càng thêm
sâu sắc


1.2. Đơ thị và q trình đơ thị hố


Nguồn nước là một tham số rất cơ bản của sự
hình thành và phát triển đơ thị, đồng thời nó cịn
là một tiêu chí quan trọng đánh giá chất lượng
mơi trường, chất lượng sống của một đô thị 
vấn đề thuỷ văn đơ thị khơng phải là một lĩnh
vực mới mà nó đã có một lịch sử phát triển
lâu đời, nhưng sự phát triển với những nhịp
độ khác nhau qua từng thời kỳ tuỳ thuộc vào
trình độ phát triển kinh tế - xã hội.


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thoát nước


Khác với những lưu vực tự nhiên, lưu vực đô
thị là nơi chịu sự tác động rất mạnh mẽ của
con người. Những hoạt động có mục đích của
con người đã làm thay đổi sâu sắc chế độ

dịng chảy trên các lưu vực đơ thị (độ dốc thay
đổi, % diện tích khơng thấm tăng…


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thoát nước


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thoát nước



Hầu hết các lưu vực đơ thị có diện tích hứng nước khơng
lớn: từ vài km2 đến hàng chục km2, nên có thể xếp vào
lưu vực nhỏ


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thoát nước




Nguồn nước đến lưu vực đơ thị ngồi lượng mưa cịn có nguồn nước
nhân tạo (nước chuyển từ nơi khác, nước ngầm, nước thải..)
Nước thải từ các đô thị là nguồn nước đã bị nhiễm bẩn do nhiều nguyên
nhân khác nhau

1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thốt nước


Xét về lượng, thì nước cần
tiêu trên các lưu vực đô thị
lớn hơn so với trước khi đơ
thị có mặt ở đây. Về chất thì
nước thải từ các đô thị đã bị
con người gây ô nhiễm.



Hệ thống tiêu thốt nước
vốn có của các đơ thị đã bị
con người cải tạo khá sâu
sắc, thậm chí được xây
dựng, sắp xếp lại hoàn toàn
khác trước. Mạng lưới tiêu
nước được kênh, cống, ống
hố với kích thước và
hướng chảy quy định. Chế
độ thuỷ lực trong các mạng
lưới tiêu khá phức tạp


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thoát nước


Hồ nước là một
đối tượng được
các nhà xây dựng
đơ thị rất quan
tâm bởi vì nó là
loại cảnh quan
đẹp có tác dụng
tích cực nhiều
hơn tiêu cực. Các
hồ nước có tác
dụng cải tạo mơi
trường sinh thái
của đơ thị. Nó
cũng là một mắt
xích quan trọng
trong q trình
tiêu thốt nước.


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thốt nước


Trong tính tốn
tiêu thốt nước đơ
thị,
ngồi
việc
nghiên cứu những
đặc điểm của cấu

trúc bề mặt lưu
vực,
cần
phải
nghiên cứu những
quy luật, đặc điểm
phân bố nguồn
nước đến lưu vực,
đặc biệt là sự biến
đổi của lượng mưa
theo cả thời gian
và không gian,
mặc dù diện tích
lưu vực đơ thị hầu
hết là nhỏ


1.3. Những đặc điểm chung của các lưu vực
đô thị với vấn đề tiêu thốt nước




Nhìn chung các đơ thị đều nằm
cạnh các dịng sơng do đó khi
tính tốn tiêu nước cho các đô
thị không thể không nghiên cứu
chế độ dịng chảy của các con
sơng chảy qua. Chế độ dịng
chảy của những con sơng này

có ảnh hưởng rất sâu sắc đến
sự tiêu nước của các lưu vực
đô thị.
Do yêu cầu tiêu thốt nước đối
với đơ thị khá cao: thời gian tiêu
nhanh, tiêu trong mọi điều kiện,
ở mọi nơi trong thành phố. Vì
vậy lượng nước cần tiêu địi hỏi
phải xác định chuẩn xác đối với
mọi vùng trên lưu vực. Vì lý do
đó phương pháp sử dụng trong
các bài tốn tiêu nước đơ thị
phải dựa trên quan điểm hệ
thống, tồn thể.


1.4. Vấn đề thốt nước đơ thị ở Việt nam


Nước ta nằm trọn trong vùng
nhiệt đới gió mùa ẩm ướt với
Xtb = 2000 mm/năm. Lượng
mưa hầu hết tập trung vào
những tháng mùa mưa (mùa
hè). Nguyên nhân gây mưa
chủ yếu là do bão, áp thấp
nhiệt đới, dông…



Đặc điểm đáng chú ý của
mưa nhiệt đới là thời gian
mưa ngắn (trừ bão, áp thấp
nhiệt đới), cường độ mưa lớn,
có sự biến động mạnh của
lượng mưa theo không gian,
ngay cả đối với những lưu
vực nhỏ.


1.4. Vấn đề thốt nước đơ thị ở Việt nam


Hầu hết các lưu vực đô thị
đều nằm ở vùng đồng bằng,
ven biển thuộc châu thổ các
sông lớn như sông Hồng,
sông Thái Bình, sơng Lam
sơng Cửu Long… nên địa
hình ở đây khá bằng phẳng 
gây nên nhiều khó khăn cho
việc quy hoạch hướng tiêu và
biện pháp tiêu trọng lực, đồng
thời nổi lên vấn đề cần phải
xem xét khi tính tốn tiêu
nước cho các đô thị này là
tiêu kết hợp giữa tiêu nước
nội thành với tiêu nước vùng
ngoại ô, giữa nước đồng và
nước sông.

1.4. Vấn đề thốt nước đơ thị ở Việt nam



Những đơ thị lớn ở
nước ta đều có lịch sử
phát triển lâu đời. Sự
phát triển này thường
thiếu sự quy hoạch
nhất quán. Sự mở
rộng chắp vá dẫn đến
các hệ thống tiêu nước
được xây dựng nhanh
chóng bị lạc hậu,
xuống cấp, khả năng
chuyển tải kém.


1.4. Vấn đề thốt nước đơ thị ở Việt nam


Sự gia tăng dân số ở nội đô nhanh  Sự cơi nới, mở rộng tự
phát, lấn chiếm đất đai… làm cho phần diện tích khơng thấm
nước vùng nội đơ tăng đáng kể. Lịng dẫn nước có nhiều đoạn bị
thu hẹp, hồ ao bị san lấp. Hậu quả là lượng dòng chảy mặt tăng
nhanh, trong khi đó hệ thống tiêu thốt nước được xây dựng từ
lâu nhiều đoạn đã hết thời gian sử dụng, quản lý vận hành yếu,
thiếu kinh phí tu bổ… làm cho hiện tượng úng ngập thường xuyên

xảy ra khi mùa mưa đến.



Hầu hết các hệ thống tiêu thốt nước ở đơ thị nước ta đều là hệ
thống tiêu chung cho nước mưa, cho nước thải sinh hoạt và nước
thải công nghiệp. Cách tiêu này, xét về mặt kinh tế thì có lợi, song
lại bất lợi về mặt quản lý và bảo vệ môi trường. Đặc điểm này địi
hỏi cơng tác tiêu thốt nước đơ thị ở nước ta không chỉ giải quyết
vấn đề lượng mà phải đồng thời giải quyết cả bài toán về chất
lượng nước.


1.4. Vấn đề thốt nước đơ thị ở Việt nam
Khi tính tốn tiêu thốt nước trong các đơ thị ở
nước ta cần phải chú ý những vấn đề như sau:


Vấn đề tiêu thốt nước cho nội đơ phải đặt trong hệ thống
tiêu nước của cả vùng kế cận, chế độ nước lũ ngồi sơng.



Các đặc điểm điều kiện bề mặt của lưu vực đô thị, các
vùng thấm nước và không thấm nước trong khu vực.



Vấn đề ô nhiễm môi trường do tình trạng ngập lụt trong đơ
thị.

1.4. Vấn đề thốt nước đơ thị ở Việt nam

Khi tính tốn tiêu thốt nước trong các đơ thị ở
nước ta cần phải chú ý những vấn đề như sau:


Ứng dụng các mơ hình tốn thuỷ văn - thuỷ lực vào mơ
phỏng q trình mưa-dịng chảy đánh giá những tác động,
ảnh hưởng và những thay đổi xảy ra trên lưu vực. Trong
tính tốn và kiểm chứng mơ hình cịn gặp nhiều khó khăn
vì các tài liệu quan trắc khí tượng thuỷ văn còn thiếu, đặc
biệt là dòng chảy thực đo trên hệ thống tiêu thoát.



Phương pháp nghiên cứu phải là phân tích, tổng hợp và hệ
thống, có như vậy mới đem lại hiệu quả.


1.5. Kỹ thuật thốt nước đơ thị
Vấn đề tiêu thốt nước đơ thị thực sự cịn là bài tốn phức
tạp bởi lẽ: chế độ mưa chịu sự chi phối của môi trường
luôn biến động do hoạt động của con người ở đây; hơn
nữa tiêu thốt nước cịn là vấn đề kinh tế - kỹ thuật, vấn
đề xã hội của vùng, của quốc gia…kỹ thuật tiêu thốt
nước đơ thị được tách ra thành hai hướng phát triển song
song:

1.5. Kỹ thuật thốt nước đơ thị




Thuỷ văn, chun giải quyết các bài toán xác định lượng
nước cần phải tiêu thoát. Với các phương pháp xác định
cường độ mưa lớn nhất, tần suất mưa và q trình mưa…
Phân tích các chuỗi lượng mưa quan trắc được; xây dựng
những đường quan hệ giữa lượng mưa và thời gian mưa
với tần suất mưa, tìm ra những quy luật biến đổi của lượng
mưa theo khơng gian và thời gian. Có thể kể tới cơng thức
căn ngun dịng chảy được dùng để xác dịnh lưu lượng
lớn nhất phục vụ cho việc định cỡ kích các cống tiêu.
Thuỷ lực, đi sâu nghiên cứu giải quyết bài tốn tiêu như thế
nào. Các phương pháp tính tốn được đưa ra với các giả
thiết dòng chảy trên các hệ thống cống tiêu, kênh tiêu tuân
theo quy luật dòng chảy đều, về sau là dịng khơng đều.


1.5. Kỹ thuật thốt nước đơ thị
Từ những năm 50,một loạt các mơ hình tốn thuỷ văn, thuỷ lực
ra đời được giải trên các máy tính điện tử đã cho phép kỹ thuật
tính tốn tiêu thốt nước đơ thị chuyển sang một giai đoạn mới giai đoạn mơ hình tốn – giải quyết vấn đề về số lượng và chất
lượng nước thải đơ thị. Các mơ hình có khả năng mô phỏng
được những phương án quy hoạch, thiết kế và quản lý tối ưu các
hệ thống tiêu thoát nước của các đô thị.