Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước doc

Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
1

LỜI GIỚI THIỆU
Mục lụ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI –CS2
BỘ MÔN CẤP THOÁT NƯỚC
Biên soạn:sv. Tống Đình Quyết
[\










HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM
SWMM
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC

Tp Hoà Chí Minh. Tháng 5 năm 2008
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
2
PHẦN III : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
I . Giới thiệu phần mềm SWMM :
Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model ) là mô hình động lực
học mô phỏng mưa – dòng chảy cho các khu vực đô thị cả về chất và lượng, và tính
toán quá trình chảy tràn từ mỗi lưu vực bộ phận đến cửa nhận nước của nó.
Mô hình vừa có thể mô phỏng cho từng sự kiện ( từng trận mưa đơn lẻ ), vừa có
thể mô phỏng liên tục.
Mô hình này do Metcalf và Eddy xây dựng năm 1971, là sản phẩm của 1 hợp
đồng kinh t
ế giữa trường ĐH Florida và tổ chức bảo vệ môi trường Hoa kỳ EPA (The
U.S.Environment Protection Agency ).
Khi mới ra đời mô hình chạy trên môi trường DOS. Mô hình liên tục được cập
nhập và phiên bản mới nhất là SWMM 5.0 chạy trên môi trường WINDOW. Phiên
bản mới này được viết lại bởi một bộ phận trong phòng thí nghiệm nghiên cứu Quản lý

rủi ro Quốc gia của EPA.
Các phiên bản đã qua của SWMM :
¾ 1969 – 1971 : Version 1
¾ 1975 : Version 2
¾ 1981 : Version 3
¾ 1988 : Version 4
¾ 2004 : Version 5
Phần mềm này được cung cấp miễn phí có thể Download tại :
/>
II . Khả năng của phần mềm SWMM :
Mô hình SWMM là một mô hình toán học toàn diện, dùng để mô phỏng khối
lượng và tính chất dòng chảy đô thị do mưa và hệ thống cống thoát nước thải chung.
Mọi vấn đề về thuỷ văn đô thị và chu kỳ chất lượng đều được mô phỏng, bao gồm
dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, vận chuyển qua mạng lưới hệ thống tiêu thoát
nước, hồ chứa và khu xử lý.
Mô hình SWMM mô phỏ
ng các dạng mưa thực tế trên cơ sở lượng mưa (biểu
đồ quá trình mưa hàng năm) và các số liệu khí tượng đầu vào khác cùng với hệ thống
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
3
mơ tả (lưu vực, vận chuyển, hồ chứa / xử lý) để dự đốn các trị số chất lượng và khối
lượng dòng chảy.

Hình 1: Các khối xử lý chính trong mơ hình SWMM

Trong sơ đồ trên bao gồm các khối sau:
¾ Khối “dòng chảy” (Runoff block) tính tốn dòng chảy mặt và ngầm dựa trên
biểu đồ q trình mưa (và/hoặc tuyết tan) hàng năm, điều kiện ban đầu về sử dụng đất
và địa hình.
¾ Khối “truyền tải” (Transport block) tính tốn truyền tải vật chất trong hệ
thống nước thải.
¾
Khối “chảy trong hệ thống” (Extran block) diễn tốn thủy lực dòng chảy
phức tạp trong cống, kênh…
¾ Khối “Trữ/xử lý“ (Strorage/Treatment block) biểu thị các cơng trình tích
nước như ao hồ…và các cơng trình xử lý nước thải, đồng thời mơ tả ảnh hưởng của
Dòng chảy
(Khối Runoff)
Nhận nước
(KhốiReceiving)
Truyền tải

chảy mặt
(Khối transport)
Chảy trong
hệ thống
(Khối Extran)
Trữ / Xử lý
(Khối torage/Treatment)
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
4
các thiết bị điều khiển dựa trên lưu lượng và chất lượng - các ước toán chi phí cơ bản
cũng được thực hiện.
¾ Khối “nhận nước” (Receiving block) Môi trường tiếp nhận.
Mục đích ứng dụng mô hình toán SWMM cho hệ thống thoát nước được triển
khai nhằm :
o Xác định các khu vực cần xây mới hoặc mở rộng cống thoát nước
để
giảm tình trạng ngập lụt đường phố hoặc cung cấp dịch vụ thoát nước thải cho những
khu vực mới phát triển.
o Ước tính lưu lượng nước lũ trong kênh và các chi lưu để xác định vị
trí của kênh cần cải thiện nhằm giảm thiểu tình trạng tràn bờ.
o Cung cấp công cụ quy hoạch để đánh giá việc thực hiện các cống chắn
dòng dọc kênh.
* Những ứng dụng điển hình của SWMM :
o Quy hoạch hệ thống thoát nước mưa.
o Quy hoạch ngăn tràn cống chung.
o Quy hoạch hệ thống thoát nước lũ ở kênh hở.
o Quy hoạch cống ngăn lũ.

o Quy hoạch hồ chứa phòng lũ.
SWMM xem xét mọi quá trình thủy văn tạo dòng chảy trên lưu vực đô thị như :
o Quá trình mưa.
o Bốc hơi bề mặt nước.
o Tuyết tan.
o Tổn thất tích tụ trên tán lá cây và tổn thất điền trũng.
o Tổn thất thấm.
o Thẩm thấu của nước vào các tầng nước ngầm.
o Dòng chảy sát mặt.
o Dòng chảy tràn trên bề mặt.
Sự biến đổi về mặt không gian trong mọi quá trình được khắc phục bởi vi
ệc
chia nhỏ khu vực nghiên cứu thành nhiều lưu vực con đồng nhất.
SWMM cũng có tất cả những tính năng mền dẻo của một mô hình thủy lực
dùng để diễn toán dòng chảy, nhập lưu trong cống, kênh, hồ, trạm xử lý nước, các
công trình phân nước của hệ thống tiêu thoát nước như :
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
5
o Tính toán được các hệ thống lớn phức tạp.
o Sử dụng nhiều loại cống có hình dạng và kích thước khác nhau và các
kênh hở.
o Mô hình hóa được các bộ phận phức tạp trong hệ thống như: hồ chứa,
các trạm xử lý nước, trạm bơm tiêu …
o Có thể xét đến nhập lưu hay dòng chảy từ bên ngoài vào cống như
dòng chảy mặt, sát mặ
t, ngầm, nước thải sinh hoạt và nhiều dạng khác của dòng chảy.
o Có thể sử dụng phương pháp diễn toán dòng chảy sóng động học hay

sóng động lực học.
o Mô phỏng được nhiều loại chế độ dòng chảy như nước vật, chảy
ngược, nước nhảy do cống đóng mở đột ngột …
SWMM cũng có thể ước tính chất ô nhiễm liên quan đến dòng chảy trên lư
u
vực đô thị :
o Chất ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt, từ các khu vực khác nhau.
o Ô nhiễm do dòng chảy cuốn đi khi mưa.
o Nguồn ô nhiễm khác chảy từ bên ngoài vào hệ thống tiêu thoát nước.
o Diễn toán chất lượng nước trong hệ thống kênh.
o Ước tính sự giảm chất ô nhiễm từ các bể lắng đọng hoặc trạm xử lý
nước.

III . Các thuật toán trong SWMM :
Cơ sở toán học của SWMM :
Phần mền SWMM này gồm 2 modun chính đó là :
¾ Modun Runoff trong SWMM là modun tính dòng chảy từ mưa, các chất ô
nhiễm trên các lưu vực.
¾ Modun Transport trong SWMM diễn toán dòng chảy trên / trong hệ thống
các đường ống, kênh dẫn, các hồ điều hòa, trạm bơm, trạm xử lý của hệ thống tiêu
thoát nước đô thị .
SWMM cho phép tính toán dòng chảy cả về chất và lượng trong từng lưu vực con, tốc
độ chảy, chiều sâu chảy, chất lượng nước trong từng đoạn ống cống, kênh dẫn trong
quá trình mô phỏng bao gồm nhiều bước thời gian.

Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
6

1.Tính toán lượng mưa hiệu quả.
Việc tính toán lượng mưa hiệu quả được thực hiện bằng phương pháp khấu trừ
tổn thất do thấm, điền trũng, bốc hơi từ bề mặt đất, điền trũng, và do thấm.
PEF (t) = N (t) – VP (t) – F (t) – W (t) (2.2)
Trong đó : PEF : Lượng mưa hiệu quả (mm).
N : Lượng mưa (mm).
P : Lượng bốc hơ
i bề mặt (mm).
F : Lượng thấm vào trong đất (mm).
W(t) : Lượng trữ bề mặt – tổn thất điền trũng (mm).
t : Thời gian.
Lượng mưa : được đưa vào mô hình bằng giá trị lượng mưa hoặc cường độ mưa
theo thời đoạn.
Lượng bốc hơi bề mặt : lượng bốc hơi bề mặt được người sử dụng nhập vào mô
hình, có thể được tính theo phương pháp sau:
- Phương pháp cân bằng năng lượng:

nr
RE 0353,0=
Trong đó: E
r
: Lượng bốc hơi(mm/ngày).
R
n
: Bức xa thực(W/m
2
).
- Phương pháp khí động lực:

)(

aasa
eeBE
−
= (2.3)
với
2
0
2
2
ln
102,0
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
z
z

u
B
;
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
T
T
e
as
3,273
27,17
exp611
;
asha
eRe
=

Trong đó: E
a
: Lượng bốc hơi (mm/ngày).
u
2
: Tốc độ gió (m/s) đo tại chiều cao z
2

(cm).
z
0
: Chiều cao mẫu nhám (cm).
R
h
: Độ ẩm tương đối (%).

Lượng trữ bề mặt : là lượng nước bị tích tụ lại khi dòng chảy di chuyển qua
vùng có địa hình âm như ao, hồ, chỗ trũng trên mặt đường… Lượng trữ bề mặt rất khó
xác định do tính phức tạp của lưu vực đô thị, do vậy thành phần này thường được đánh
giá qua điều tra và sau đó hiệu chỉnh qua mô hình.
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
7
2.Tính toán thấm, lượng thấm:
Thấm là quá trình có tính quyết định với vai trò là đại lượng vào cho hệ thống
đất thoáng khí. Ý nghĩa quan trọng của quá trình thấm trong các quá trình động lực của
quá trình trao đổi nước trong đất là phân chia lượng mưa thành nước bề mặt và nước
trong đất do ảnh hưởng đến quá trình thủy văn, đặc biệt sự hình thành dòng chảy trên
lưu vực. Để tính toán dòng chảy đạt độ chính xác và phù hợ
p với các quy luật vật lý,
đã có nhiều mô hình thấm được xây dựng. Trong mô hình SWMM có 2 phương pháp
để lựa chọn:
¾ Phương pháp mô hình thấm HORTON (1940) : là mô hình thấm 1 giai đoạn.
Horton nhận xét rằng quá trình thấm bắt đầu từ một tốc độ thấm f
0
không đổi

nào đó, sau đó giảm dần theo quan hệ số mũ cho đến khi đạt tới một giá trị
không đổi f
∞
. Mô hình thấm Horton được áp dụng cho để tính cho trận mưa 1
đỉnh và dạng đường cong mưa biến đổi không lớn.
effff
p
)(
00 ∞
−+=
-kt
(2.4)
Trong đó: f
p
(mm/s): Cường độ thấm vào đất.
f
∞
(mm/s): Cường độ thấm nhỏ nhất tại thời điểm bão hòa.
f
0
(mm/s): Cường độ thấm lớn nhất tại thời điểm ban đầu t=0.
t (s) : Thời gian tính từ lúc bắt đầu trận mưa rơi.
k (T
-1
): Hằng số chiết giảm.
Các thông số f
∞
, f
0
, k hoàn toàn xác định đường cong thấm f

p
và được người sử
dụng đưa vào tính toán.
¾ Phương pháp mô hình thấm Green-Ampt (1911) : xây dựng dựa trên phương
trình thấm Darcy. Mein - Lason (1973) đã cải tiến phương pháp này để tính
toán quá trình thấm theo hai giai đoạn: giai đoạn bão hoà và giai đoạn sau bão
hoà. Trong giai đoạn bão hòa, đường cong cường độ thấm là đường quá trình
mưa thực do lượng mưa trong giai đọan này chỉ tham gia vào quá trình thấm.
Trong giai đoạn sau bão hòa, lớp đất bề mặt đã bão hòa nước, đường cong thấm
giảm theo quy luật thấm trọng l
ực.
Phương trình thấm Green-Ampt được viết dưới dạng:
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
8
V = K.J (2.5)
Trong đó: V: Cường độ thấm vào đất (mm/s).
K: Hệ số thấm thuỷ lực bão hoà (mm/s).
J: Độ dốc thủy lực, J=Sf.
• Khi F < Fs thì f = i và F=
1
.
−
Ks
i
IDMS
với i> Ks; và f = i
• Khi F

≥ Fs thì f = f p và fp=Ks (1+
F
IDMS.
)
Trong đó: f: Cường độ thấm vào đất (mm/s).
f
p
: Cường độ thấm tiềm năng (mm/s).
i: Cường độ mưa (mm/s).
F: Lượng thấm tích luỹ (mm).
F
s
: Cường độ thấm tích luỹ đến trạng thái bão hoà (mm).
S: Sức hút mao dẫn trung bình (mm).
IDM: Độ thiếu hụt ẩm ban đầu.
Ks: Hệ số thấm thuỷ lực bão hoà (mm/s).
Theo EULER (1989) lượng bốc hơi ngày được tính theo công thức
VP(mm)=1,58 +(0,96+0,0033i)sin{2
π
/365(i-148)] (2.6)
Trong đó i: Ngày tính theo nămthủy văn.
i=1 Ngày 1 tháng 1.
i=365 Ngày 31 tháng 10 năm sau.
VP : Lượng bốc hơi ngày thứ i
Lượng trữ bề mặt rất khó xác định do tính phức tạp của lưu vực đô thị, do vậy
thành phần này thường được đánh giá qua điều tra và sau đó hiệu chỉnh qua mô hình.
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79

9
3.Tính toán dòng chảy mặt
Phương trình mô phỏng dòng chảy tràn trên mặt bao gồm phương trình liên tục
và phương trình động lượng.
- Phương trình liên tục
QiA
dt
dd
A
dt
dV
−==
*
.
(2.7)
Trong đó: V : Thể tích nước trên bề mặt lưu vực.
d : Chiều sâu lớp dòng chảy mặt.
t : Thời gian.
A : Diện tích lưu vực bộ phận.
i* : Cường độ mưa hiệu quả= cường độ mưa rơi trừ đi tổn thất và
bốc hơi bề mặt.
Q : Lưu lượng dòng chảy ra khỏi lưu vực đang xét.
- Phương trình động lực: Ph
ương trình Manning :

2/13/5
)(
1
Sdpd
n

WQ −= (2.8)
Trong đó: W : Chiều rộng trung bình lưu vực (m).
n: Hệ số nhám Manning.







Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
10
IV. Cấu tạo mạng lưới thoát nước trong SWMM
SWMM dùng tập hợp các nút ( node ), các đoạn ống nối với các nút, hồ điều
hòa, cửa xả, bơm…. Để mô tả hệ thống mạng lưới thoát nước.
Cấu tạo mạng lưới hệ thống thoát nước bao gồm các thành phần :
Subcatchment( lưu vực), Raingage(trạm mưa), Junction(nút),Storage Units( hồ điều
hòa),Conduits(đường ống), Pumps(bơm), Regulatiors(van điều khiển hay van một
chiều ), Outfalls(cửa xả), mố
i liên hệ của từng bộ phân được thể hiện trong sơ đồ sau
đây

Hình 2: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong SWMM
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
11
V. Giao diện làm việc của mô hình SWMM




Hình 3: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới chạy với SWMM
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
12
2. Các bước thực hiện mơ phỏng một Project :
¾ Bước 1: Khai báo các thơng số mặc định và các tùy chọn.
¾ Bước 2: Vẽ sơ đồ lưu lượng và mạng lưới cơng trình thốt nước.

¾ Bước 3: Khai báo các thơng số của hệ thống.
¾ Bước 4: Chạy mơ phỏng.
¾ Bước 5: Xem xét kết quả.
¾ Bước 6: Hiệu chỉnh thơng số đầu vào và mơ phỏng lại (nế
u cần).
a) Bước 1:
Khai báo các thơng số mặc định và các tùy chọn (Project/Defaults):
o Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng


Hình 5
: Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng






9 Tuỳ chọn để giữ nguyên các ký hiệu dùng cho các
project khác
Ỉ
Trạm đo mưa
Ỉ
Tiểu lưu vực
Ỉ
Nút
Ỉ
Cửa xả
Ỉ
Cửa chia nước

Ỉ
Vùng trữ tạm nước
Ỉ
Ống dẫn ( kênh, ống, sông )
Ỉ
Bơm
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
13
o Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lưu vực

Hình 6: Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lưu vực

o Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đường dẫn.

Hình 7: Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đường dẫn.



Ỉ
Diện tích lưu vực ( ha)
Ỉ
Bề rộng lưu vực ( m)
Ỉ
Độ dốc trung bình
Ỉ
% tỷ lệ diện tích không thấm
Ỉ

Hệ số nhám Maning của phần không
thấm & vùng thấm
Ỉ
Lượng nước trữ lại trên vùng không
thấm
Ỉ
Lượng nước trữ lại trên vùng thấm
Ỉ
Phần hoàn toàn không thấm

Ỉ
Giá trò cho nút
Ỉ
Chiều sâu max của nút
Ỉ
Chiều dài conduit (m)
Ỉ
Loại Conduit
Ỉ
Hệ số nhám của Conduit
Ỉ
Đơn vò tính ( CMS – m
3
/s )
Ỉ
Phương pháp tính : Dynamic Wave
cho dòng chảy không ổn đònh
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :

Tel : 0977.78.43.79
14
o Khai báo Map Option ( View / Map Options ) hoặc kích chuột phải tại
hộp thoại Study Area Map
Ỉ
Options.

Hình 8: Khai báo các giá trị mặc định cho Map Option
b) Bước 2:
Vẽ sơ đồ lưu vực và mạng lưới cơng trình thốt nước
View
Ỉ
Back drop
Ỉ
Load
Ỉ
File mặt bằng đơ thị cần đồ
Ỉ
ok
Ỉ
đồ
lại đơ thị theo mặt bằng trên.


Hình 9: Trình tự vẽ sơ đồ lưc vực
Khai báo ký hiệu tiểu lưu vực Ỉ

Khai báo biểu tượng nút Ỉ

Ký hiệu biểu tượng đường ống Ỉ

Ký hiệu nhãn Ỉ

Thể hiện các giá trò trên màn hình Ỉ

Thể hiện ký hiệu ống Ỉ

Loại mũi tên Ỉ

Màu nền Ỉ
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
15
Có thể nhập 1 sơ đồ dạng File hay tạo sơ đồ biểu diễn ( trong đề tài này là tạo
sơ đồ biểu diễn hoàn toàn mới ).
Để xóa File mặt bằng đô thị vừa dẫn ta vào
View
Æ
Back drop
Æ
Unload.
Dùng các biểu tượng của lưu vực, cống, nút…. Mô phỏng mặt bằng khu vực.
Do đặc điểm khu vực ở phía bắc có 1 con kênh dùng để dẫn nước thải nên dựa
vào đặc điểm này ta vạch hai tuyến thoát nước chính thu toàn bộ nước thải và nước
mưa của lưu vực sau đó thải ra kênh, nhằm tận dụng khả năng tự làm sạch của hồ và
điều tiết lưu lượng nước thải trong khu vực trước khi thải ra kênh thì nức thải sẽ d
ược
dẫn vào hồ điều tiết.

Hình 10: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong mô hình SWMM
c) Bước 3: Khai báo các thông số của hệ thống

c.1. Khai báo đối tượng tiểu lưu vực – Subcatchments

Lưu vực con là một khu vực hứng nước nhỏ trong lưu vực đô thị, trong
đó dòng chảy hình thành trong khu vực này đều chảy ra 1 điểm nào đó gọi là
cửa ra của lưu vực. Người sử dụng phải chia khu vực nghiên cứu thành các khu
vực con, nhỏ cho phù hợp và xác định cửa ra của từng lưu vực. Lưu vực con có
thể bao gồm các khu vực thấm nước hoặc không thấm n
ước.
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
16
Q trình thấm trong lưu vực con xuống tầng chưa bão hòa được mơ
phỏng bằng 1 trong 3 mơ hình thấm khác nhau :Horton infiltration, Green-
Ampt infiltration, SCS Curve number infiltration (trong đề tài này chọn mơ
hình thấn Horton).

Bảng thống kê diện tích lưu vực (ha)

Lưu vực 1 1.60 Lưu vực 10 1.61
Lưu vực 2 1.27 Lưu vực 11 1.36
Lưu vực 3 0.83 Lưu vực 12 0.75
Lưu vực 4 1.10 Lưu vực 13 0.71
Lưu vực 5 1.02 Lưu vực 14 1.08
Lưu vực 6 1.55 Lưu vực 15 1.19

Lưu vực 7 1.89 Lưu vực 16 0.82
Lưu vực 8 1.37 Lưu vực 17 0.77
Lưu vực 9 0.88
Bảng 2 : Diện tích các lưc vực
Vì đây là khu đơ thị mới được trải nhựa ở tất cả các con đường nên diện
tích vùng thấm gần như chủ yếu trong các nhà dân do đó ta chọn diên tích này
bằng 25% diện tích tồn bộ lưu vực, việc phân chia lưu vực dựa vào mặt bằng
và cao trình mặt đất.

Hình 11:Giao diện nhập số liệu cho lưu vực
Ỉ
Trạm mưa phụ trách
Ỉ
Nút nhận nùc
Ỉ
Diện tích lưu vực ( ha)
Ỉ
Chiều rộng chảy tràn (m)
Ỉ
Độ dốc mặt đất ( %)
Ỉ
Tỷ lệ diện tích không thấm
Ỉ
Hệ số nhám Maning của vùng không
thấm & vùng thấm
Ỉ
Lớp nước trữ trên vùng không thấm
& vùng thấm ( mm)
Ỉ
Tỷ lệ diện tích hoàn toàn không trữ (%)

Ỉ
Kiểu tràn
Ỉ
Tỷ lệ tham gia tràn
Ỉ
Phương trình thấm ( Horton , Grenn-Apt)
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
17
c.2. Khai báo thông số đo mưa - Rain Gages
Đối với những lưu vực rộng lớn thì sử dụng nhiều cơn mưa khác nhau, ở đây
khu vực tính toán trong đề tài là khu vực nhỏ ( 31 ha ) nên chỉ cần lấy một cơn
mưa cho toàn lưu vực. Số liệu của mưa thiết kế được lấy từ trạm đo Tân Sơn
Nhất là trạm đo mưa tương đối nằm gần quận Bình Chánh.
SWMM cho phép vào số
liệu mưa cho một hoặc nhiều lưu vực con trong khu
vực nghiên cứu. Số liệu mưa được đưa vào dưới dạng chuỗi số hoặc có thể dưới
dạng File.


Hình 12: Giao diện khai báo thông số đo mưa
Các thông số chính của dữ liệu mưa :
o Tên trận mưa (Name)
o Kiểu mưa (Rain Format): bao gồm mưa thời đoạn, mưa thể tích, mưa
tích lũy. Trong đề tài sử dụng số liệu mưa theo giờ ( Intensity – mm/h).
o Khoảng thời gian mưa (Rain Interval): là đoạn thời gian giữa các lần ghi
giá trị đo mưa.
o Số li

ệu của trận mưa (Data sourse – Timeseries)
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
18
o Đơn vị tính ( mm, inch )
o Nhập giá trị trận mưa thiết kế : curves Æ Time Series

Hình 13: Chuỗi thời gian mưa


Hình 14: Đường đặc tính của trận mưa
c.3. Khai báo đối tượng Nút – Junction ( nút thu nước )

Là điểm kết nối giữa các kênh hở, các hố ga chính trong hệ thống cống, hoặc
là điểm nối giữa các đường ống cống, dòng chảy bên ngoài có thể đổ vào các
Junctions này.
Nút thu nước là nơi thu nhận toàn bộ lượng nước trên tiểu lưu vực đó (bao
gồm nước mưa chảy tràn trên lưu vực, nước thải). Độ sâu chôn cống được nhập
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
19
thơng qua độ sâu ban đầu của nút, thơng thường cống thốt nước phải đặt sâu là
để đảm bảo cho nó khơng bị phá hoại do tác động cơ học gây nên đồng thời
cũng nhằm để đảm bảo 1 độ dốc cần thiết, sơ bộ có thể lấy bằng 1,5 m.

Hình 15 : Sơ đồ chơn cống


Hình 16: Giao diện nhập dữ liệu cho nút thu nước


Invert Elev
Z mặt đất
Max de
p
th
Initial de
p
th
Surchar
g
e de
p
th
Ỉ Lưu lượng nhập thêm vào nút
Ỉ Trạm xử lý
Ỉ Cao độ đáy hố ga (m)
Ỉ Chiều sâu max của hố ga = Zgr – Z inv
Ỉ Chiều sâu nước ban đầu của hố ga
Ỉ Chiều sâu lớp nước ngập khi tràn ra ngoài
Ỉ Diện tích bò ngập khi H > Hmax + H surcharge
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79

20
o Khai báo thơng số Inflow của Junction ( lưu lượng nhập thêm vào nút )



Hinh17: Giao diện nhập giá trị lưu lượng cho nút

- Q chảy vào hệ thống đến từ nơi khác
- Khai báo bằng chuỗi thời gian
Ỉ Nước thải sinh hoạt

Ỉ Khai báo bằng giá trò trung bình

Ỉ Khai báo bằng Time Pattern
Dòng chảy phát sinh từ lưu vực khác, có nguồn gốc từ mưa,
Được khai báo bằng Thủy đồ đơn vò (Unit Hydrograph) và diện
tích lưu vực.
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
21
c.4. Khai báo đối tượng tuyến thốt nước – Conduit
Là các đường ống cống, các kênh có khả năng vận chuyển nước từ nút này đến
nút khác trong hệ thống tiêu thốt nước. Hình dạng mặt cắt ngang của đường ống cống
và kênh có rất nhiều hình dạng: tam giác, tròn, hình thang, hình vng, chữ nhật …các
tham số đầu vào của các đường ống và kênh bao gồm:

Hình 18: Giao diện nhập dữ liệu cho cống
Để tiết kiệm diện tích, tận dụng tối đa khả năng dẫn nước, trong đề tài
này sử dụng cống tròn có đường kính từ 800mm đến 1200mm.


Ỉ Nút vào
Ỉ Nút ra


Ỉ Hình dạng
Ỉ Chiều sâu max (m)
Ỉ Chiều dài (m)
Ỉ Hệ số nhám Maning
Ỉ Chiều cao bậc chảy vào (m)
Ỉ Chiều cao bậc chảy ra (m)
Ỉ Lưu lượng ban đầu ( m
3
/s)
Ỉ Hệ số tổn thất cục bộ đầu vào (0,5)
Ỉ Hệ số tổn thất cục bộ đầu ra (1)
Ỉ Hệ số tổn thất cục bộ khác trên đoạn cống
Ỉ Van ngăn một chiều ( yes = chảy ra )
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
22
c.5. Khai báo đối tượng hồ điều hòa - Storage Unit

Tận dụng điều kiện tự nhiên có sẵn nhằm làm giảm chi phí xây dựng trạm xử lý
cũng như góp phần điều hòa lưu lượng dòng chảy trong hệ thống trước khi nước thải
được xả ra kênh sẽ được dẫn vào hồ, sau đó từ hồ nước sẽ theo cống dẫn và xả ra
ngoài cửa xả.

Trong SWMM - EXTRAN sử dụng chương trình Storage để diễn toán hồ chứa.
Quá trhình diễn toán sông - hồ theo sơ đồ tổng quát như sau:



Hình 19: Sơ đồ tổng quát diễn toán dòng chảy qua hồ chứa.
Phương trình mô phỏng hồ chứa là phương trình cân bằng thể tích theo mối
quan hệ trên trong bước thời gian
Δ
t :

OI
t
V
−=
Δ
Δ
( 2.9)
Trong đó:

OI − Là lượng dòng chảy vào và ra hồ chứa trong thời đoạn Δ t (m
3
/s)
V Là lượng nước trong hồ chứa (m
3

).



Hình 20: Mối quan hệ giữa chiều sâu và diện tích của hồ-Đường đặc tính của hồ
I (Input) ) V O (Output)
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
23

Hình 21: Giao diện nhập dữ liệu cho hồ
c.6. Khai báo đối tượng cửa xả – Outfall
Là các nút của hệ thống tiêu thốt nước dùng để xác định các biên cuối cùng
của hệ thống ở chế độ chảy sóng động lực học.
Các điều kiện biên tại outfall có thể được mơ tả bằng 1 trong các trạng thái
quan hệ sau: Độ sâu dòng chảy thơng thường hay critical, cao độ ở nhiều mức độ khác
nhau, bị ảnh hưởng của triều, hoặc theo chuỗi thời gian.
Cửa xả là nơi tiếp nhậ
n nước từ hồ chứa và đưa ra ngồi kênh.
Trong trường hợp này ta xem xét cửa xả khơng chịu ảnh hưởng của triều và
trạng thái chảy là chảy tự do.
Do cao trình đáy của hồ điều hòa -2m để nước có thể tự chảy và ngăn khơng
cho bùn cát chảy theo ta chọn cao trình đáy cửa xả là -1,5m.
Ỉ Dòng chảy vào
Ỉ Trạm xử lý
Ỉ Cao độ đáy (m)
Ỉ Chiều sâu tối đa (m)
Ỉ Chiều sâu nước ban đầu (m)

Ỉ Diện tích khu trữ (m
2
)
Ỉ Hệ số xét đến bốc hơi ( 0 -1)
Ỉ Đường cong hình dạng hồ






- Tên đường cong dung tích – Storage
Curve
Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
24



Hinh 22: Giao diện nhập dữ liệu của cửa xả
III. Các phương án tính tốn
Trong đề tài này tính cho hai trường hợp
Trường hợp 1 : Nhằm kiểm tra khả năng chuyển tải nước thải trong cống và
khả năng điều tiết của hồ chứa nên trường hợp này của chỉ xét ở một ảnh hưởng nhỏ
của nước triều đến hệ thống thốt nước.
Trường hợp 2 : Để đề tài phù hợp với thực tế và tận dụng hết khả n
ăng mơ
phỏng của phần mềm thì trong trường này ta xét tới ảnh hưởng của mức nước triều lên

hệ thống. Trường hợp bất lợi nhất là khi mưa trong ngày lớn nhất ứng với mực nước
triều ngồi kênh là lớn nhất.
Trong cả hai trường hợp này đều tính tiêu thốt nước cho trận mưa kéo dài
trong vòng 3 giờ và hệ thống thốt nước phải tiêu trong vòng 30 phút để đảm bảo cho
hệ thống khơng bị
ngập và phù hợp với thực tế.


- Lưu lượng nhập thêm

- Cao độ đáy (m)
- Có / không có van ngăn triều
- Trạng thái
 Free : chảy tự do ( không ngập )
 Normal : mực nước tại cửa xả là dòng đều
 Fixed : mực nước tại cửa xả cố đònh
 Tidal : mực nước dao động theo triều từng giờ
trong ngày
 Time Series : mực nước dao động theo thời gian



Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thốt nước
Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2
Email :
Tel : 0977.78.43.79
25
IV. Nội dung tính tốn
9 Với trường hợp 1 : Từ các thiết lập ở trên ta tiến hành mơ phỏng hệ thống
thốt nước

Vào General chọn:
o lựa đơn vị lưu lượng: CMS (m
3
/s)
o mơ hình thấm: Horton
o phương pháp lộ trình sóng: sóng động học – Dynamic Wave
o và ấn định việc khơng cho ngập: Allow Ponding


Hình 23: Giao diện mơ phỏng hệ thống thốt nước
Chọn thời điểm bắt đầu q trình mơ phỏng, kết thúc mơ phỏng ( do lượng mưa giờ
lớn nhất là lúc 16 – 17 - 18 giờ ngày 25/9/1997 nên chọn thời điểm mơ tả từ 15h30 và
kết thúc lúc 20h.

Dòng ổn đònh Ỉ
Động học Ỉ
Sóng động học Ỉ