ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWMM TRONG TÍNH TOÁN THỦY LỰC VÙNG VEN ĐÔ

ứNG DụNG MÔ HìNH SWMM TRONG TíNH TOáN THủY LựC VùNG VEN ĐÔ
Th.s Lê Trung Thành B
Th.s Trần Hữu Hoàng
Cơ sở 2 - Đại học Thủy lợi
Tóm tắt: Chế độ thủy lực của hệ thống kênh rạch ven đô là rất phức tạp đặc biệt trong việc mô
hình hóa các hình thức công trình nh đờng ống dẫn nớc (thải công nghiệp) đổ ra hệ thống kênh m-
ơng hở và sông thiên nhiên qua các công trình nh hồ ao, cống ngầm, tràn và các công trình chia n-
ớc Việc sử dụng các chơng trình tính thủy lực phổ biến để giải các bài toán thủy lực đô thị đã
cho ra các kết quả không phù hợp do không mô phỏng đợc hết các hình thức công trình các trạng
thái nớc chảy trong các đờng ống đơn hay kép chảy với nhiều chế độ chảy khác nhau. Qua quá trình
nghiên cứu và các kết quả tính toán thực tiễn chúng tôi xin giới thiệu đôi nét về việc ứng dụng phần
mềm SWMM. Một phần mềm hữu hiệu cho việc tính toán mô hình ma dòng chảy, tiêu thoát nớc cho
khu vực ven đô.
1. Giới thiệu mô hình
Mô hình SWMM (Storm Water
Mannagement Model) do Hiệp hội bảo vệ môi
trờng của Mỹ (The United States Environmental
Protection Agencies - USEPA's) xây dựng,
phiên bản đầu tiên vào năm 1971 sau đó liên tục
đợc chỉnh sửa và hoàn thiện. Bản mới nhất là
SWMM 5.0.07 - năm 2006 (Hình1).
Mô hình SWMM dùng để tính toán thủy văn,
thủy lực dòng chảy cho hệ thống sông ngòi,
kênh, rạch và đờng ống (trong mô hình thủy lực
đã đa vào trên 20 loại kênh, sông và đờng ống
nh : hình thang, hình chữ nhật, hình tròn, hình
tam giác ). Đặc biệt, SWMM mô phỏng bài
toán tiêu thoát nớc của hệ thống kênh rạch, đ-
ờng ống đô thị hoặc ven đô chịu ảnh hởng của
triều trong cho kết quả rất chính xác. Ngoài ra
trong phần mềm SWMM các phiên bản mới còn

kèm theo modul phân tích ô nhiễm và lan
truyền. SWMM là mô hình đã đợc ứng dụng
rộng rãi trên thế giới cũng nh ở Việt Nam, phù
hợp với nhiều công việc nh thiết kế quy hoạch
phòng chống ngập úng cho đô thị, giải các bài
toán về ô nhiễm đô thị, thiết kế hệ thống cung
cấp nớc
Mô hình SWMM gồm nhiều gói nhỏ Block
Các Block tính toán chính : RunOff, Transport,
Extran và Storage/Treatment
Các block phụ : Executive, Rain, Temp,
Graph, Combine
Mỗi Block có một chức năng khác nhau nhng
có sự liên kết với nhau thông qua kết quả của
Block này là số liệu đầu vào cho block khác.
- Block RunOff phân tích quá trình hình thành
dòng chảy từ ma, hay còn gọi ma rào dòng
chảy.
- Block Transport sử dụng lý thuyết sóng động
học để phân tích quá trình lan truyền của sự ô
nhiễm dựa theo tiêu chuẩn Shiled.
- Block Storage/Treatment là sự nối tiếp của
block Transport trong việc tính toán lan truyền
lắng đọng, đóng cặn của các chất thải có kể yếu
tố khí hậu.
- Block Extran là khối tính toán thủy lực hệ
thống theo phơng trình Saint Venant. Block
Extran mô phỏng toàn diện hệ thống sông ngòi,
kênh rạch và đờng ống có áp và không áp, các
hình thức công trình nh cống, đập, máy bơm, hồ

điều hòa với nhiều kích thớc đặc trng khác
nhau.
Bai 17
1
Hình 1. Giao diện chính của SWMM
2. ứng dụng SWMM trong tính thủy lực
khu vực ven đô có chịu ảnh hởng triều
Mô hình SWMM đã đợc ứng dụng khá phổ
biến ở trong xây dựng, thủy lợi. Nh trong công
tác quy hoạch hệ thống đờng tiêu thoát nớc đô
thị, xác định cao trình cho các khu đô thị mới
Nhóm tác giả khi nghiên cứu và tính toán
thủy lực tiêu thoát cho khu vực Tham Lơng -
Bến Cát Rạch nớc Lên (đây là khu vực thuộc
quận ven đô thành phố Hồ Chí Minh, trong địa
bàn có nhiều khu công nghiệp, hệ thống kênh
rạch gồm các đờng ống tiêu thoát kết hợp hệ
thống kênh mơng nối với sông Sài Gòn và chịu
ảnh hởng triều), đã lựa chọn sử dụng mô hình
SWMM do có nhiều tính chất phù hợp.
Trong đó, khi xây dựng hệ thống mạng thủy
lực để tính toán chi tiết việc tiêu thoát nớc cho
vùng nghiên cứu chúng tôi đã chia thành 14 tiểu
vùng và mô hình hóa toàn bộ hệ thống kênh
rạch, đờng ống, lu vực tiêu thoát của hệ thống
kênh Tham Lơng Bến Cát Rạch Nớc Lên
thành 403 nút, 396 đoạn và 204 lu vực.
Qua phân tích số liệu ma và mực nớc cho
thấy : vào tháng 10, 11 tại khu vực nghiên cứu
thờng xuất hiện mực nớc cao nhất kết hợp với

ma với cờng độ lớn. Do đó, chọn thời đoạn tính
toán vào tháng 10 là tháng thờng xảy ra tổ hợp
bất lợi nhất (mực nớc cao, ma lớn) làm số liệu
biên cho việc tính toán tiêu thoát nớc. Do việc
tiêu thoát nớc chủ yếu cho khu dân c đô thị, nên
trong tính toán đợc xét với các chỉ tiêu thông số
kỹ thuật của đô thị phát triển hoàn chỉnh.
- Để tiêu thoát nớc nớc ma giả thiết mật độ
dự kiến 120 ữ 150 m cống/ha (với kích thớc
1.5m x 1m).
- Mô hình ma thiết kế đa vào tính toán là mô
hình ma với tần suất thiết kế là P = 20% ứng với
thời gian 180 phút, tổng lợng ma thiết kế là
99.4mm. Dạng phân phối của mô hình ma thiết
kế lấy theo số liệu trạm ma Tân Sơn Nhất.
Bảng 1. Mô hình ma thiết kế trạm Tân Sơn Nhất với tần suất P = 20% (chu kỳ 5 năm)
Bai 17
2
Hình 4. Sơ đồ mạng, nút hệ thống kênh rạch
Tham Lơng - Bến Cát - Rạch Nớc Lên
Hình 2. Quá trình hình thành dòng chảy (Runoff) Hình 3. Mô phỏng block Transport
Thời đoạn (phút) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
Lợng ma (mm) 18.5 36.1 13.6 7.9 5.3 4.9 3.3 2.9 2.1 1.7 1.6 1.5
- Biên mực nớc : Bài toán thủy lực toàn mạng
tháng 10 tính toán với trờng hợp biên mực nớc
Vũng Tàu với tần suất P = 10%, hồ Dầu Tiếng
xả với lu lợng 1000 m
3
/s. Hồ Trị An và hồ Phớc
Hòa xả trên 8000 m

3
/s (đây là giá trị xả lớn nhất
cho phép của các hồ). Từ kết quả tính toán cho
bài toán lớn (toàn mạng), tính đợc quá trình
mực nớc giờ tại Vàm Thuật (sông Sài Gòn) và
Chợ Đệm (sông Chợ Đệm) kết quả bảng 2.
Đây là mực nớc làm biên cho bài toán thủy lực
hệ thống kênh Tham Lơng Bến Cát Rạch
Nớc Lên đã nói trên.
Bảng 2. Mô hình triều thiết kế tại Vàm Thuật và Chợ Đệm vào tháng 10
(Đơn vị : m)
Giờ
HVàm Thuật - S.Sài Gòn HChợ Đệm - S.Chợ Đệm
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
1 -1.38 -1.27 -1.03 -1.4 -1.52 -1.38
2 -1.01 -1.46 -1.37 -0.61 -1.38 -1.54
3 -0.16 -0.95 -1.38 0.25 -0.56 -1.06
4 0.38 -0.11 -0.60 0.76 0.36 -0.24
5 0.92 0.52 0.05 1.26 0.97 0.51
6 1.43 1.05 0.61 1.45 1.32 0.97
7 1.48 1.45 1.09 1.27 1.45 1.27
8 1.19 1.55 1.43 0.72 1.22 1.38
9 0.79 1.20 1.47 0.21 0.73 1.14
10 0.42 0.82 1.16 -0.2 0.26 0.72
11 0.00 0.47 0.83 1-0.51 -0.1 0.31
12 -0.34 0.1 0.49 -0.65 -0.31 -0.01
13 -0.49 -0.16 0.15 -0.38 -0.32 -0.17
14 -0.12 -0.16 -0.01 0.26 0.08 0.01
15 0.48 0.29 0.16 0.81 0.61 0.47
16 0.89 0.71 0.61 1.14 0.93 0.87

17 1.26 1.02 0.95 1.37 1.16 1.12
18 1.48 1.30 1.19 1.26 1.29 1.20
19 1.22 1.41 1.27 0.78 1.14 1.01
20 0.79 1.14 1.04 0.26 0.73 0.69
21 0.40 0.76 0.71 -0.19 0.25 0.25
22 -0.03 0.33 0.33 -0.56 -0.22 -0.14
23 -0.47 -0.15 -0.09 -0.91 -0.67 -0.53
24 -0.9 -0.62 0.52 -1.26 -1.06 -0.90
Bai 17
3
Do không có tài liệu đo đạc các trận ma sinh
ra dòng chảy để hiệu chỉnh các thông số của mô
hình, trong tính toán dựa vào quy hoạch và hệ
số dòng chảy trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Hệ số dòng chảy của các khu vực.
Khu vực Ci Ci đề nghị
Khu thơng mại
0.7 ữ 0.9
0.80
Khu dân c - Biệt thự
0.4 ữ 0.7
0.60
- Nhà phố
0.7 ữ 0.9
0.80
- Ngoại ô
0.3 ữ 0.5
0.40
Khu công nghiệp
0.7 ữ 0.9

0.80
Khu công viên cây xanh
0.2 ữ 0.3
0.25
Khu nghĩa trang
0.2 ữ 0.3
0.20
Khu nhà ga, sân bay, bến
cảng
0.8 ữ 0.9
0.90
Khu cơ quan
0.4 ữ 0.6
0.50
Khu công nghiệp
0.1 ữ 0.2
0.15
Trên cơ sở quy hoạch và các hệ số dòng chảy
đề nghị ở trên. Kết quả tính toán dòng chảy của
các tiểu lu vực có môduyn tiêu lớn nhất đạt 70 ữ
100l/s-ha. Kết quả này phù hợp với các kết quả
tính toán cho lu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè,
Tân Hóa Lò Gốm. Từ ma sinh ra dòng chảy
sẽ là các điều kiện biên nhập vào kênh, rạch và
đờng ống phục vụ cho cho mô hình tính toán
thủy lực cho toàn hệ thống.
3. So sánh kết quả với VRSAP
Với phơng án tính toán có ảnh hởng thủy
triều và trong khu vực có ma theo tần suất thiết
kế, đỉnh ma trùng với đỉnh triều đã cho ra kết

quả giá trị đặc trng tại các nút. Dựa vào kết quả
SWMM tính toán đợc đem so sánh kết quả tính
toán mực nớc lớn nhất một số vị trí dọc theo
kênh Tham Lơng Bến Cát rạch Nớc Lên
theo mô hình VRSAP (lấy từ số liệu dự án
nghiên cứu khả thi của sở KHCN t.p HCM) ở
trong bảng 4.
Hình 4. là kết quả tính toán quá trình mực nớc tại một số nút trong khu vực với phơng án trên
Bai 17
4
Bảng 4. Kết quả tính toán Hmax,min tại một số nút bằng SWMM và VRSAP
(Đơn vị : m)
Mô hình
Nút
676 695 654 642 40 48
Vàm thuật Trờng đài Tham Lơng Bình Thuận
Bà Hom
R. Nớc lên
K.cách 0 1766 2867.6 5025 4088 2557
C.dồn 0 8045.2 13413 21462 25550 32055
max 1.57 1.81 1.947 1.90 1.78 1.7
min -1.45 -1.02 -0.94 -0.89 -0.90 -1.47
VRSAP Max 1.55 1.78 2.01 1.91 1.75 1.57
Dựa trên kết quả trên của hai mô hình , nhận
thấy sự chênh lệch nhau giữa các kết quả là không
đáng kể và mô hình SWMM có xu thế thiên lớn
hơn do mô tả đợc nhiều hình thức đặc trng công
trình đô thị.
Để có thể đánh giá hơn về ảnh hởng của ma tới
khu vực nghiên cứu, nhóm tác giả đã đa thêm một

bài toán chỉ kể tới ảnh hởng thủy triều, nhận thấy
khi trong lu vực có ma, mực nớc trên kênh đợc
dâng lên khá cao. So sánh với không có ma tại vị
trí rạch Cầu Bng mực nớc dâng cao nhất đạt
1.94m tăng 0.45m. Đoạn từ rạch Bến Cát đến cầu
Trờng Đai mực nớc H
max
từ 1.74 ữ 1.81m tăng
0.19 ữ 0.22m. Đoạn từ cầu Trờng Đai đến cầu
Tham Lơng H
max
từ 1.81 ữ 1.93 tăng 0.22 ữ
0.43m. Đoạn từ cầu Tham Lơng đến cầu Bình
Thuận H
max
1.93 ữ 1.90m tăng 0.43 ữ 0.42m.
Đoạn từ cầu Bình Thuận đến cầu Bà Hom mực n-
ớc H
max
đạt 1.90 ữ 1.78m tăng 0.42 ữ 0.31m. Nh
vậy trong điều kiện có ma lu vực tổ hợp với triều
cờng ngoài sông, sau khi lợng ma đã điều tiết
trong các đờng ống và kênh hở, làm cho mực nớc
dọc kênh Tham Lơng Bến Cát Rạch Nớc
Lên tăng lên đáng kể, tăng từ 0.20 ữ 0.45m. Khu
vực nớc tăng cao nhất từ cầu Tham Lơng đến cầu
Bình Thuận mực nớc đạt trên 1.90m tăng 0.45m
so với không có ma. Kết quả so sánh giữa hai bài
toán trong bảng 5.
Bảng 5. Kết quả tính toán Hmax,min tại một số nút bằng SWMM

(Đơn vị : m)
Phơng
án
Nút
676 695 654 642 40 48
Vàm thuật Trờng đài Tham Lơng Bình Thuận
Bà Hom
R. Nớc lên
K.cách 0 1766 2867.6 5025 4088 2557
C.dồn 0 8045.2 13413 21462 25550 32055
max 1.57 1.81 1.947 1.90 1.78 1.7
min -1.45 -1.02 -0.94 -0.89 -0.90 -1.47
max 1.57 1.59 1.49 1.43 1.35 1.7
min -1.41 -1.05 -0.94 -0.89
-0.90
-1.47
Tóm lại mô hình SWMM là một mô hình tính
toán ma dòng chảy, thủy lực hệ thống mạnh.
SWMM áp dụng hiệu quả khi tính toán cho hệ
thống thủy lực đô thị và ven đô chịu ảnh hởng của
triều. Phần mềm SWMM dùng đợc cho nhiều loại
bài toán nh : phân tích hiện trạng, thiết kế, quy
hoạch hệ thống đờng ống, kênh rạch và quy
hoạch hệ thống tới. Trong khuôn khổ bài báo này
nhóm tác giả cha có điều kiện đề cập thêm phần
áp dụng modul ô nhiễm lan truyền của SWMM
Bai 17
5
TàI liệu tham khảo
[1] Sở Khoa học và Công nghệ môi trờng thành phố Hồ Chí Minh, Báo cáo Dự án nghiên cứu khả

thi Tiêu thoát ven đô Tham Lơng Bến Cát Rạch Nớc Lên khu vực T.p Hồ Chí Minh, 2003.
[2] Th.S Lê Trung Thành, Ths. Trần Hữu Hoàng, ứng dụng mô hình thủy lực SWMM vào tính toán
thủy lực và ô nhiễm trong hệ thống tiêu thoát ven đô Tham Lơng Bến Cát Rạch Nớc Lên
khu vực T.p Hồ Chí Minh - Đề tài NCKH cấp cơ sở, 2005.
[3] Website: swmm /, SWMM-User guide, 2006
[4] Website: swmm /, SWMM-Manual, 2006
Summary
me. le trung thanh b
me. tran huu hoang
Water Resources University
In this paper, we discuss the model and applying the model EPA Storm Water Management
Model (SWMM)which is a dynamic rainfall-runoff simulation model using for single event or long-
term (continuous) simulation of runoff quantity and quality in primarily urban areas. The runoff
component of SWMM operates on a collection of subcatchment areas that receive precipitation and
generate runoff and pollutant loads. The routing portion of SWMM transports this runoff through a
system of pipes, channels, storage/treatment devices, pumps, and regulators. SWMM tracks the
quantity and quality of runoff generated within each subcatchment, and the flow rate, flow depth,
and quality of water in each pipe and channel during a simulation period comprised of multiple
time steps.
Ngời phản biện: TS. Vũ Kiên Trung
Bai 17
6