Nghiên cứu tính toán thoát nước mưa lưu vực quận 4, thành phố hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA
LƯU VỰC QUẬN 4, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
Mã ngành:

60580202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Thanh Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Nguyễn Hồng Quân

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Quang Trưởng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 30 tháng
07 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Lê Song Giang
2. TS. HỒ Tuấn Đức

3. PGS. TS. Nguyễn Hồng Quân
4. TS. Nguyễn Quang Trưởng
5. PGS. TS. Nguyễn Thống
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
—-oOo—

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 26/12/1983

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy
MSHV: 1570125
1 - TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA LƯU VỰC QUẬN
4, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2 - NHỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực PCSWMM vào bài toán thoát nước mưa cho lưu vực
quận 4, Tp. HCM với một số kịch bản về mưa và triều, từ đó:
- Đánh giá khả năng thoát nước của hệ thống cống ngầm hiện hữu
- Đánh giá sự cần thiết / không cần thiết xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội trong lưu vực.
3 - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/02/2019
4 - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/06/2019
5 - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. HUỲNH THANH SON
Tp. HCM, ngày 12 tháng 08 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG



LỜI CÁM ƠN
Đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu tính toán hệ thống thoát nước mưa lưu vực quận 4,
thành phố Hồ Chí Minh” được hoàn thành tại trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS. TS. Huỳnh Thanh Sơn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Huỳnh Thanh Sơn,
cảm ơn Thầy đã dìu dắt, tận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều vượt
qua khó khăn không chỉ trên giảng đường mà cỏn trong cuộc sống để tôi có thể hoàn thành được
đề tài này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy PGS. TS. Nguyễn Thống, Thầy TS.
Nguyễn Quang Trưởng và các Thầy Cô khác trong Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước đã tư
vấn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Diệp Nguyên
Thịnh - Phó giám đốc công ty TNHH Một thành viên Thoát nước Đô thị Tp. Hồ Chí Minh đã

quan tâm giúp đỡ hỗ trợ tôi trong việc thu thập số liệu và kiến thức chuyên môn phục vụ cho
quá trình làm luận văn.
Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn bên tôi trong những lúc khó khăn,
là nguồn động viên tinh thần rất lớn để tôi có thể hoàn thành được luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2019
HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Đức

i


TÓM TẮT
Luận văn tập trung vào bài toán ngập do mưa và triều ở lưu vực quận 4, TP. HCM. Lưu
vực này với diện tích khoảng 4,2 km2, được bao bọc bời sông Sài Gòn, kênh Tẻ và kênh Bến
Nghé, có thể được xem như là một lưu vực độc lập.
Các tính toán thủy lực được thực hiện với nhiều tổ hợp mưa và triều khác nhau với công
cụ hỗ trợ là phần mềm ID & 2DH PCSWMM 2019.
Kết quả tính cho thấy lưu vực quận 4 chỉ chịu ngập theo các mức độ khác nhau (nhẹ,
vừa và nặng) khi có mưa trên 110 mm và triều trên +1,21 m.
Luận văn cũng xét phương án làm hồ điều tiết Khánh Hội có diện tích khoảng 4,8 ha
theo đề nghị của Trung tâm chống ngập nước TP.HCM. Kết quả tính cho thấy hồ điều tiết chỉ
có tác dụng khi mưa có vũ lượng rất lớn (khoảng 180 mm) và triều cường (khoảng +1,91 m).
Với hệ thống cống hiện hữu, dung tích hồ cần thiết chỉ vào khoảng 90.000 m3 với diện tích 3,0
ha và chiều sâu 3 m.
Luận văn hiện tại chưa xét đến vai trò của 2 cống ngăn triều Bến Nghé và Tân Thuận.

ABSTRACT
This thesis focuses on the problem of flooding due to rain and tide in the basin of
District 4, TP. HCM. This basin with an area of about 4.2 km2, surrounded by Saigon River, Te

Canal and Ben Nghe Canal, can be seen as an independent basin.
Hydraulic calculations are carried out with many different rain and tide combinations
with the support of ID & 2DH PCSWMM 2019 software.
The calculation results show that the District 4 basin only suffers from flooding at
different levels (light, medium and heavy) when there is rainfall over 110 mm and tide above
+1,21 m.
The thesis also considers the plan of making Khanh Hoi regulating lake with an area
of about 4,8 hectares at the request of the Center for Flood Protection in Ho Chi Minh City. The
calculation results show that the regulating lake is only effective when the rain is very large
(about 180 mm) and high tide (about +1,91 m). With the existing sewer system, the requữed
reservoữ capacity is only about 90.000m3 with an area of 3,0 ha and a depth of 3 m.
The current thesis does not consider the role of two sluices to prevent Ben Nghe and
Tan Thuan tide.

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung được trình bày trong luận văn “Nghiên cứu tính
toán thoát nước mưa lưu vực quận 4, Tp. Hồ Chí Minh” được do tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn trực tiếp của Thầy PGS.TS. Huỳnh Thanh Sơn.
Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo được trích dẫn rõ ràng, số liệu thu
thập phục vụ nghiên cứu là trung thực. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên nghiên cứu của
mình.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 08 năm 2019
HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Đức

3

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................ vn
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................... VIH
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẰU ....................................................................................................... 1
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ: ......................................................................................................... 1

1.2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CÚU ...................................................................................... 3

1.2.1.

Mục tiêu chung ................................................................................................ 3

1.2.2.

Mục tiêu cụ thể ................................................................................................ 3

1.3.

PHẠM VI NGHIÊN CÚU ........................................................................................ 3

1.4.

NỘI DUNG NGHIÊN CÚU ..................................................................................... 4

1.5.

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI........................................................................................... 4

1.6.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU ............................................................................. 4

1.7.

CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC .................................... 4

1.7.1.

Các nghiên cứu trong nước ............................................................................ 4

1.7.2.

Các nghiên cứu ngoài nước............................................................................ 5

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LƯU VỰC TÍNH TOÁN ................................................... 7
2.1.

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ........................................................................................... 7

2.1.1.

Vị trí địa lý ....................................................................................................... 7

2.1.2.

Địa hình: .......................................................................................................... 8

2.1.3.

Địa chất công trình:.......................................................................................... 8

2.1.4.

Đặc điểm khí hậu: ............................................................................................ 9

2.1.5.

Điều kiện kinh tế, văn hóa xã hội .................................................................. 10

2.1.6.

Chế độ thủy văn ............................................................................................. 11

2.1.7.

Tình hình ngập lụt và thiệt hại do ngập ......................................................... 11

2.2.

ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN GÂY NGẬP TRONG KHU VỰC ....................... 12

2.2.1.

Các nguyên nhân khách quan ........................................................................ 12

4



2.2.2.

Các nguyên nhân chủ quan .............................................................................14

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH .................................16
3.1.

Cơ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH IÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA... 16

3.2.

TÔNG QUAN MÔ HÌNH PCSWMM 2019 ...........................................................19

3.2.1.

Giới thiệu mô hình PCSWMM 2019 ..............................................................19

3.2.2.

Khả năng mô hình PCSWMM 2019 ...............................................................19

3.3.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH PCSWMM................................................21

3.3.1.

Tính toán lượng mưa hiệu quả ........................................................................21

3.3.2.

Tính toán thấm, lượng thấm............................................................................22

3.3.3.

Tính toán dòng chảy 1D .................................................................................23

3.3.4.

Tính toán dòng chảy 2DH (2DH flow) ...........................................................25

3.4.

THIẾT LẬP MÔ HÌNH ...........................................................................................27

3.4.1.

Cơ sở tính toán ................................................................................................27

3.4.2.

Sơ đồ lưới tính ................................................................................................27

3.4.3.

Điều kiện biên .................................................................................................28

3.4.4.

Các bước tiến hành thiết lập mô hình .............................................................28

3.4.5.

Xác định biên tổng thể của lưu vực nghiên cứu .............................................28

3.4.6.

Sơ đồ hóa hệ thống cống thoát nước...............................................................29

3.4.7.

Phân chia tiểu lưu vực ....................................................................................30

3.4.8.

Cập nhật cao độ địa hình DEM cho lưu vực nghiên cứu ................................30

3.4.9.

Sơ đồ hóa mạng lưới các kênh giả chảy trên bề mặt ......................................31

3.4.10.

Các thông số đầu vào của mô hình .................................................................31

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN
TÍNH TOÁN .......................................................................................................................34
4.1.

THIẾT LẬP CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN .........................................................34

4.2.

HỆU CHỈNH VÀ KIÊM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .....................................35

V



4.2.1

Khảo sát và hiệu chỉnh độ nhạy của các thông số tính toán trong mô hình 35

4.2.2

Hiệu chỉnh mô hình tính toán ...................................................................... 51

4.3.

PHÂN TÍCH CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN ....................................................... 54

4.3.1

Phân tích kết quả kịch bản 1 ....................................................................... 54

4.3.2

Phân tích kết quả kịch bản 2 ....................................................................... 61

4.3.2

Phân tích kết quả kịch bản 3 ....................................................................... 76

CHƯƠNG 5: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM NGẬP CHO LƯU VỰC QUẬN 4...98
5.1 CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM NGẬP CHO Lưu vực ..................................................... 98
5.2 ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐIỀU TIẾT ĐỐI VỚI QUÁ TRÌNH NGẬP 100
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 111
6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 111
6.2 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 111
TÀI LỆU THAM KHẢO................................................................................................. 112
PHỤ LỤC.......................................................................................................................... 114

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thống kê nhiệt độ trung bình các tháng trong năm trạm Tân Sơn Nhất
(°C) .........................................................................................................................................9
Bảng 2.2. Thống kê độ ẩm trung bình UTB các tháng, trạm Tân Sơn Nhất (%)....................9
Bảng 2.3. Bốc hơi trung bình (ETB) các tháng, trạm Tân Sơn Nhất (mm) ........................ 9
Bảng 2.4. Phân phối mưa các tháng trong năm trạm Tân Sơn Nhất (mm) ......................... 10
Bảng 2.5. Lượng mưa trung bình (mm) trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh trong
giai đoạn 2005 - 2013 ( Nguồn: Viện Nghiên cứu phát triển Thành phố Hồ Chí Minh)......14
Bảng 2.6. Thống kê số lần xuất hiện của những trận mưa có vũ lượng vượt quá ngưỡng cho

trước tại trạm Tân Sơn Hòa, Thành phố Hồ Chí Minh (Nguồn: Hồ Long Phi - 2010).........14
Bảng 4.1. Bảng tiêu chí đánh giá ngập khu vực thành phố Hồ Chí Minh ............................53
Bảng 4.2. Bảng lượng mưa thiết kế theo từng thời đoạn ......................................................61
Bảng 4.3. Bảng giá trị mưa - triều cho phân tích mô hình ....................................................76
Bảng 5.1. Các kịch bản tính toán hồ điều tiết .....................................................................103
Bảng 5.2. Bảng tổng hợp độ sâu ngập tại nút H5 (đường Khánh Hội) ...............................107
Bảng 5.3. Bảng tổng hợp độ sâu ngập tại nút H7 (đường Tôn Thất Thuyết)......................107
Bảng 5.4. Bảng tổng hợp độ sâu ngập tại nút H3 (đường Đoàn Văn Bơ)...........................107

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ lưu vực Quận 4 .......................................................................................... 3
Hình 2.1. Bản đồ hành chính các phường quận 4 .................................................................. 7
Hình 2.2. Bản đồ địa hình lưu vực Quận 4 ............................................................................ 8
Hình 2.3. Kết quả quan trắc mực nước tại sông Sài Gòn (trạm Phú An) và tại biển Vũng Tàu
giai đoạn 2005-2013 (Nguồn: Viện Nghiên cứu phát triển Thành phố Hồ Chí Minh) ........ 13
Hình 3.1. Phương trình đường cong thấm Horton ............................................................... 23
Hình 3.2. Biên tổng thể lưu vực quận 4 ............................................................................... 29
Hình 3.3. Sơ đồ hóa hệ thống cống thoát nước lưu vực quận 4 ........................................... 29
Hình 3.4. Bản đồ phân chia tiểu lưu vực quận 4 .................................................................. 30
Hình 3.5. Bản đồ phân chia tiểu lưu vực quận 4 .................................................................. 30
Hình 3.6. Sơ đồ hóa mạng lưới các kênh giả chảy hên bề mặt ............................................ 31
Hình 3.7. Khai báo thông số đầu vào của nút (hầm ga, cửa xả)........................................... 32
Hình 3.8. Khai báo thông số đầu vào của tuyến cống, kênh ................................................ 32
Hình 3.9. Khai báo thông số đầu vào của tiểu lưu vực ........................................................ 33
Hình 4. 1. Biểu đồ mưa dùng khảo sát độ nhạy các thông số tính toán ............................... 35
Hình 4.2. Biểu đồ triều dùng khảo sát độ nhạy các thông số tính toán ................................ 35
Hình 4.3. Vị trí các điểm trích xuất lưu lượng và mực nước ............................................... 36

Hình 4.4. Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí .......................................................... 38
Hình 4.5. Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí .................................................. 41
Hình 4.6. Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí .......................................................... 43
Hình 4.7. Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí .................................................. 46
Hình 4. 8. Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí ......................................................... 48
Hình 4. 9. Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí ................................................. 51
Hình 4.10. Biểu đồ mưa hiệu chỉnh mô hình tính toán ....................................................... 51
Hình 4.11. Biểu đồ triều hiệu chỉnh mô hình tính toán ....................................................... 52
Hình 4.12. Bản đồ độ sâu ngập lưu vực quận 4 ngày 19/05/2018 ....................................... 52
Hình 4.13. Biểu đồ mưa thiết kế (kịch bản 1) ...................................................................... 54
Hình 4.14. Biểu đồ triều thiết kế (kịch bản 1) ...................................................................... 54

viii


Hình 4.15. Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí

(kịch bản 1) ....................... 56

Hình 4.16. Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số

vị trí (kịch bản 1) ................... 58

Hình 4.17. Bản đồ độ

sâu ngập lúc

16h30 (kịch bản 1)............................................. 58

Hình 4.18. Bản đồ độ

sâu ngập lúc

17h50 (kịch bản 1)............................................. 58

Hình 4.19. Bản đồ độ

sâu ngập lúc

18h50 (kịch bản 1)............................................. 59

Hình 4.20. Bản đồ độ

sâu ngập lúc 211150 (kịch bản 1)............................................. 59

Hình 4.21. Giá trị vận tốc dòng chảy lớn nhất trong lưu vực............................................... 59
Hình 4.22. Trường vận tốc đường Nguyễn Tất Thành lúc 17 giờ 30 phút ......................... 60
Hình 4.23. Độ sâu ngập tại nút H5 từ thời điểm 16 giờ 50 phút đến 17 giờ 50 phút .......... 60
Hình 4.24. Biểu đồ các lượng mưa thiết kế (kịch bản 2) ..................................................... 63
Hình 4.25. Bản đồ độ

sâu ngập tại thời điểm 17 giờ 50 phút (kịch bản 2) .................... 64

Hình 4.26. Bản đồ độ

sâu ngập tại thời điểm 18 giờ 50 phút (kịch bản 2) .................... 66

Hình 4.27. Bản đồ độ

sâu ngập tại thời điểm 21 giờ 50 phút (kịch bản 2) .................... 68

Hình 4.28. Giá

trị vận tốc dòng chảy lớn nhất trên lưu vực ........................................... 68

Hình 4.29. Trường vận tốc tuyến đường Khánh Hội lúc 16 giờ 40 phút ............................. 69
Hình 4.30. Trường vận tốc tuyến đường Bến Vân Đồn lúc 16 giờ 40 phút ......................... 69
Hình 4.31. Trường vận tốc tuyến đường Tôn Thất Thuyết lúc 16 giờ 40 phút ................... 70
Hình 4.32. Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí (kịch bản 2).................................... 72
Hình 4.33. Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí (kịch bản 2)............................ 74
Hình 4.34. Biểu đồ độ sâu ngập nút H5 tại các thời điểm ................................................... 75
Hình 4.35. Biểu đồ độ sâu ngập nút H3 tại các thời điểm ................................................... 76
Hình 4.36. Biểu đồ các lượng mưa tính toán (kịch bản 3) ................................................... 79
Hình 4.37. Biểu đồ triều thiết kế (kịch bản 3) ...................................................................... 81
Hình 4.38. Bản đồ độ sâu ngập lúc 17h 50 phút (kịch bản 3) .............................................. 83

ix



Hình 4.39. Bản đồ độ sâu ngập lúc 18h 50 phút (kịch bản 3) .............................................. 86
Hình 4.40. Bản đồ độ sâu ngập lúc 21 giờ 50 phút (kịch bản 3 ........................................... 89
Hình 4.41. Biểu đồ độ sâu ngập theo tổ hợp giá trị mưa - triều tại nút H5 .......................... 91
Hình 4.42. Biểu đồ độ sâu ngập theo tổ hợp giá trị mưa - triều tại nút H3 .......................... 92
Hình 4.43. Trường vận tốc trên đường Nguyễn Tất Thành lúc 16 giờ 40 phút .................92
Hình 4.44. Trường vận tốc trên đường Tôn Thất Thuyết lúc 16 giờ 40 phút ...................... 92
Hình 4.45. Trường vận tốc trên đường Bến Vân Đồn 16 giờ 40 phút ................................. 93
Hình 4.46. Giá trị vận tốc dòng chảy lớn nhất trong lưu vực............................................... 93
Hình 4.47. Diễn biến mực nước hố ga tại một số vị trí (kịch bản 3).................................... 95
Hình 4.48. Diễn biến lưu lượng trong cống tại một số vị trí (kịch bản 3)............................ 97

Hình 5.1. Cống kiểm soát triều Bến Nghé ........................................................................... 98
Hình 5.2. Hồ điều tiết bằng công nghệ Cross Wave ............................................................ 99
Hình 5.3. Công viên hồ điều hòa Nam Cường (Hà Nội) ................................................... 100
Hình 5.4. Công viên hồ điều hòa Nhân Chính (Hà Nội) .................................................... 100
Hình 5.5. Bản đồ Quy hoạch tổng mặt bằng sử dụng đất đến năm 2020 quận 4. 101
Hình 5.6. Hình ảnh rạch Dừa hiện hữu .............................................................................. 102
Hình 5.7. Mô phỏng mô hình tính toán trường hợp có hồ điều tiết Khánh Hội ..102
Hình 5.8. Bản đồ ngập tại thời điểm 17 giờ 50 phút .......................................................... 105
Hình 5 9. Bản đồ độ sâu ngập lúc 18 giờ 50 phút .............................................................. 106
Hình 5.10. Biểu đồ độ sâu ngập tại một số nút lúc 18 giờ 50 phút .................................... 108
Hình 5.11. Giá trị vận tốc dòng chảy tính toán trên lưu vực .............................................. 109
Hình 5.12. Trường vận tốc trên đường Nguyễn Tất Thành lúc 16 giờ 30 phút... 110
Hình 5.13. Trường vận tốc trên đường Tôn Thất Thuyết lúc 16 giờ 30 phút ................... 110
Hình 5.14. Trường vận tốc trên đường Đoàn Văn Bơ lúc 16 giờ 30 phút ........................ 110

X



CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Thành phố Hồ Chí Minh (TP. HCM) với diện tích khoảng 2095 km2 và dân số, kể cả số
lượng khách vãng lai, khoảng 10 triệu người là TP. đông dân nhất và là trung tâm văn hóa, giáo
dục, truyền thông, dịch vụ, ... quan trọng, đặc biệt là vai trò đầu tàu kinh tế của cả nước. Tuy
vậy, TP. HCM đang phải đối diện với những vấn đề của một đô thị lớn có dân số tăng nhanh,
trong số đó vấn đề ngập lụt trong nội thành đang ở mức báo động cao, không những xảy ra trong
mùa mưa và còn cả trong mùa khô.
Do đặc điểm địa lý và địa hình, TP. HCM chịu ảnh hường đồng thời của 3 yếu tố là mưa
trong khu vực, lũ xả từ các hồ chứa Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn và Trị An trên sông Đồng Nai,
cũng như triều biển Đông. Ngoài ra tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng làm cho

vấn đề ngập lụt của TP. HCM càng ngày càng trầm trọng hơn, việc phải tìm ra các biện pháp
giải quyết hiệu quả càng trở nên cấp bách.
Đã có khá nhiều đề tài nghiên cứu và dự án (gọi tắt là NC) nhằm giải quyết tình trạng
ngập lụt này, từ những NC mang tính cục bộ trên qui mô nhỏ đến những NC trên qui mô lớn
cho toàn thành phố. Sau đây là một số NC tiêu biểu trên qui mô lớn đã được thực hiện:
• Nghiên cứu hệ thống thoát nước mưa và nước thải đô thị TP. HCM do Cơ quan hợp tác
quốc tế của Nhật (JICA) thực hiện từ cuối những năm 1990. Đến năm 2001 thì “Quy hoạch
tổng thể thoát nước TP. HCM đến năm 2020” ra đời và được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt
theo Quyết định số 752/QĐ-TTg ngày 19/06/2001 (thường được gọi tắt là dự án 752) [1].
• Nghiên cứu Quy hoạch thủy lợi chống ngập ủng cho TP. HCM của Tổ công tác chống
ngập - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (Bộ NN &PTNT) và đã được Thủ tướng Chính
phủ phê duyệt theo Quyết định số 1547/QĐ-TTg ký ngày 28/10/2008 (thường được gọi tắt là
dự án 1547) [2],
• Gần đây, một đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chổng ngập cho
TP. HCM” đã được Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam thực hiện (12/2007- 12/2010). Đề tài
này đã đạt được một số kết quả, trong đó có việc định hướng phát triển hồ điểu hòa cho toàn
thành pho và các giải pháp tiêu thoát nước cho các tiểu vùng [3].
• Trong nỗ lực đi tìm kiếm một giải pháp giải quyết triệt để vấn đề ngập úng do tổ hợp tác
động của lũ thượng nguồn, mưa lớn và triều cường cho Tp. Hồ Chí Minh, Bộ NN & PTNT đã
đề xuất ý tưởng dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công với các thành phần chính bao gồm: (i) Tuyến
đê chính dài 28 km nối Gò Công đến cách Vũng Tàu 5 km sau đó nối với cần Giờ bằng tuyến
đê phụ 13 km; (ii) cống Lòng Tàu; (iii) Các đập ngăn cửa sông Đồng Tranh và các sông kênh
dọc phía Bắc (bờ tả) sông Soài Rạp.
Nhằm cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc đánh giá tính khả thi của dự án, Bộ
Khoa học và Công nghệ đã cho triển khai thực hiện nhóm đề tài "Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa
học và thực tiễn cho việc xây dựng tuyến đê biển đa mục tiêu Vũng Tàu - Gò Công", gồm 06 đề
tài thành phần, trong đó đề tài số 2 "Nghiên cứu biến động của chế độ thủy thạch động lực vùng
Trang 1

cửa sông ven biển chịu tác động của Dự án đê biển Vũng Tàu - Gò Công" do Viện Khoa học
Thủy lợi miền Nam thực hiện (10/2011-10/2014) [4]. Cũng như dự án 1547, dự án này có vốn
đầu tư lớn (khái toán khoảng 30.000 tỉ đồng tính theo thời giá 2010).
• Trung tâm điều hành chương trình chống ngập nước TP. HCM (SCFC) đã lập dự án xây
dựng 103 hồ điều tiết (hở, ngầm) phân tán với tổng diện tích khoảng 875 ha. Theo dự án, hồ
điều tiết phân tán sẽ chia thành bốn cấp nhằm mục đích trữ nước mưa trước khi xả vào hệ thống
cống thoát nước chung [5]:
cấp một là các hồ ở những khu vực đất trống, còn diện tích lớn

(i)

(ii) cấp hai là những hồ nước vài ngàn mét vuông trong các khu công nghiệp, khu đô thị.
(iii) cấp ba là những hồ nước nhỏ tại nơi công cộng như công viên, trường học, bệnh viện, vỉa
hè, dải phân cách đường giao thông...
(iv) cấp bốn là những hồ điều tiết trong nhà của mỗi hộ dân (gọi tắt là hồ tại gia).
Hiện nay, nước mưa từ nhà dân chảy thẳng ra đường hoặc hẻm, sau đó xuống cống nhỏ rồi
ra cống lớn. Nếu mưa lớn, hệ thống cống quá tải, nước không thoát kịp sẽ gây ngập đường, ngập
hẻm và khu dân cư.
Khi có hệ thống hồ điều tiết này, nước mưa từ nhà dân, trường học, bệnh viện sẽ được giữ
lại trong các hồ, làm giảm lượng nước mưa đổ về hệ thống cống thoát nước, áp lực lên hệ thống
cống chính sẽ nhẹ đi, không gây ngập lúc trời mưa to.
Khi trời hết mưa, cột nước ở các cống nhỏ hơn trong hồ thì nước từ các hồ này từ từ thoát
ra cống. Nếu người dân muốn dùng nước mưa này để tưới cây, rửa xe, rửa nhà thì đóng van xả
ra hệ thống cống chung.
Tuy nhiên ý tưởng giảm ngập bằng cách làm hồ tại gia bị phần lớn người dân không đồng
tình với lý do là nhà cửa ở TP. HCM thuộc dạng nhà phố đã được xây dựng từ lâu với diện tích
chật hẹp, khó có đủ mặt bằng để cải tạo và làm “hồ tại gia”, nên phương án này khó khả thi [6].
TP. HCM đang có kế hoạch xây dựng trong những năm tới ba hồ điều tiết là hồ Bàu Cát
(quận Tân Bình) có diện tích 0,4 ha, hồ Khánh Hội (quận 4) có diện tích 4,8 ha và hồ Gò Dưa
(quận Thủ Đức) có diện tích 24 ha với tổng vốn đầu tư khoảng 1000 tỉ đồng [7].

Trong luận vãn này, quận 4 thuộc TP. HCM, có thể được xem là mật lưu vực độc lập, sẽ
được chọn là nơi áp dụng phần mềm PCSWMM 2019 để nghiên cứu bài toán thoát nước mưa
(bao gồm hệ thống cống ngầm hiện có, hệ thống sông kênh chịu ảnh hưởng triều bao quanh và
sự cần thiết / không cần thiết xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội như nói trên).
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.2.1.

Mục tiêu chung
Đánh giá và phân tích hiện trạng năng lực tiêu thoát nước của mạng lưới hệ thống cống

thoát nước thành phố Hồ Chí Minh dưới ảnh hưởng của mưa và triều cường trong tình hình hiện
nay.
Trang 2


1.2.2.

Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực PCSWMM 2019 vào bài toán thoát nước mưa

cho lưu vực quận 4 (TP. HCM) với một số kịch bản về mưa và triều, từ đó:
-

Đánh giá khả năng thoát nước của hệ thống cống ngầm hiện hữu.
Đánh giá sự cần thiết / không cần thiết xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội trong lưu
vực.

1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tính toán cho lưu vực quận 4, Tp. Hồ Chí Minh với diện tích gần 4,2 km2,
gồm 15 phường và dân số hiện nay là gần 200.000 người.

(Nguồn: />
Hình ỉ.ỉ. Bản đồ lưu vực Quận 4
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để đạt được các mục đích của đề tài, các nội dung đề tài sẽ thực hiện gồm:
- Tổng quan về lưu vực nghiên cứu: điều kiện tự nhiên (địa hình, khí tượng, thủy văn,
địa chất), hệ thống kênh rạch và cống thoát nước hiện hữu; hiện trạng mưa và ảnh hưởng của
biến đổi khí hậu đối với ngập lụt đô thị.
- Cơ sở lý thuyết và thiết lập mô hình: giới thiệu phần lý thuyết của mô hình PCSWMM
2019; thiết lập mô hình thủy lực PCSWMM 2019 của lưu vực quận 4 để mô phỏng chế độ thuỷ
lực trong lưu vực với một số kịch bản về mưa và triều.
- Phân tích và đánh giá kết quả các kịch bản tính toán.
- Nghiên cứu sự cần thiết / không cần thiết xây dựng hồ điều tiết Khánh Hội trong lưu
vực quận 4.
1.5. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Từ các kết quả tính toán được của đề tài áp dụng cho một lưu vực cụ thể, nếu tiếp tục
thực hiện với các lưu vực còn lại trên địa bàn thành phố thì có thể đề xuất được các phương
Trang 3


hướng kiểm soát, ứng phó cũng như các giải pháp chống ngập lụt lâu dài và bền vững cho thành
phố.
1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận văn sẽ dùng chủ yếu là phương pháp toán số để tính toán mô phỏng dòng chảy
trong hệ thống cống ngầm và hệ thống sông kênh trong những điều kiện mưa và triều khác nhau.
1.7. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC
1.7.1.

Các nghiên cứu trong nước
Một số nghiên cứu về sự phụ thuộc của khả năng tiêu thoát nước vào hệ thống thoát

nước thông qua các mô hình đã được thực hiện, có thể kể ra vài nghiên cứu sau:
Tạ Thanh Lan (2014) [8] đã nghiên cứu mô phỏng khả năng thoát nước đô thị một phần
lưu vực quận 8, thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã xây dựng cơ sở dữ liệu GIS mạng lưới thoát
nước cho một lưu vực điển hình thuộc quận 8, Tp. HCM, từ đó ứng dụng phần mềm PCSWMM
nghiên cứu sự phụ thuộc của khả năng tiêu thoát nước vào hệ thống thoát nước, độ che phủ lớp
thảm thực vật. Ket quả từ mô hình được kiểm định với số liệu quan trắc thực tế.
Nguyễn Đăng Tinh, Nguyễn Quốc Thái (2014) Ị9J cũng đã nghiên cứu mô phỏng ngập
lụt đô thị khu vực trung tâm thành phố Hồ Chí Minh. Các tác giả đã sử dụng mô hình Mike
Flood để phục vụ tính toán nhằm tìm ra các nguyên nhân gây ngập lụt từ đó đề xuất các phương
án giảm ngập phù hợp.
Công ty Tư vấn CDM Camp Dresser và Mc Kee International (1999) [10] đã thực hiện
nghiên cứu khả thi và thiết kế sơ bộ dự án thoát nước lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè. Nghiên
cứu đã sử dụng mô hình thủy lực SWMM trong tính toán, một số mục tiêu đạt được là xác định
khả năng tiêu thoát nước, xác định các khu vực cần xây mới hoặc mở rộng cống thoát nước mưa
để giảm tình trạng ngập lụt, tính toán lưu lượng cần tiêu trong kênh và các chi lưu của nó để xác
định các vị trí kênh cần được cải tạo, nạo vét để giảm thiểu tình trạng tràn bờ và hệ thống thu
gom nước thải nhằm cải thiện tình trạng môi trường, tạo cảnh quan đô thị. Bên cạnh đó nghiên
cứu cũng đã đề xuất các giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống thoát trên lưu vực Nhiêu Lộc - Thị
Nghè.
Lê Song Giang cùng cộng sự [11] đã thực hiện đề tài Nghiên cứu đề xuất lựa chọn chiến
lược quản lý ngập lụt thích hợp trên cơ sở các dự án đã, đang và dự kiến triển khai tại Tp. Hồ
Chí Minh. Một số nội dung được thực hiện trong đề tài gồm có: xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu
cho phân tích rủi ro ngập lụt khi xảy ra mưa, triều, lũ với các phương án phát triển các công
trình chống ngập khác nhau; phân tích rủi ro ngập lụt bao gồm mô hình tần suất xảy ra các tổ
hợp lượng mưa - mực nước sông tại Phú An hiện tại và dự báo tới 2025 và 2050; phân vùng
Tp.HCM theo 7 loại đối tượng chịu tác động ngập lụt và xác định tiêu chí so sánh các phương
án chống ngập; xây dựng một mô hình thủy lực tích hợp cho phép tính toán mô phỏng các kịch
bản ngập lụt thành phố dưới tác động tổng hợp của mưa, triều và lũ hiện tại cũng như trong
tương lai; Sử dụng mô hình, đề tài đã phân tích nguy cơ và rủi ro do ngập của Tp.HCM hiện tại
và dự báo tới 2025 và đánh giá khả năng chống ngập của 3 giải pháp do các tác giả khác nhau

Trang 4


đề xuất là Dự án 1547, đề xuất bảo vệ theo đường vành đai III và đề xuất bao nhỏ. Ngoài ra đề
tài đã đề ra giải pháp bổ trợ là làm hồ điều tiết tại cần Giờ mà trong ngắn hạn có thể giúp giảm
ngập ở Tp.HCM và trong dài hạn giúp giảm tác động bất lợi gia tăng mực nước sông khi bất cứ
đề xuất nào được triển khai.
về hồ điều tiết, ở trong nước chỉ mới có vài nghiên cứu liên quan của L. Sâm và nnk
[12], của L. V. Quân và N. T. Anh [13], của H. T. Đức và nnk [14]
1.7.2. Các nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu phân tích về ngập lụt sử dụng các phần mềm tính toán thoát nước đã
được thực hiện nhiều trên thế giới, một số nghiên cứu cụ thể như sau:
s.Selvalingam, S.Y.Liong and P.C.Manoharan [15] đã sử dụng mô hình RORB và
SWMM để tính toán cho một lưu vực đô thị ở Singapore. Dữ liệu sử dụng trong mô hình sau đó
đã được hiệu chỉnh và sử dụng tính toán cho một sự kiện thực tế. Các giới hạn và điều kiện ràng
buộc trong ước tính các thông số tính toán cũng được trình bày. Nghiên cứu cũng so sánh các
kết quả tính toán dòng chảy mặt của mô hình RORB và mô hình SWMM, từ đó cho thấy rằng
cả hai mô hình có thể kết hợp chặt chẽ mà không có trở ngại gì trong việc mô phỏng hệ thống
thoát nước tại Singapore.
M.H. Hsu, S.H. Chen, T.J. Chang [16] đã sử dụng một mô hình ngập lụt đô thị được
phát triển từ sự kết hợp của mô hình SWMM, mô hình dòng chảy trên mặt đất khếch tán hai
chiều và quá trình vận hành của các trạm bơm để mô phỏng ngập lụt trong lưu vực đô thị do sự
quá tải của hệ thống thoát nước và các trạm bơm tại cửa xả. Dòng chảy trong lưu vực đô thị
nghiên cứu được biểu thị bởi hai yếu tố đó là dòng chảy trong cống thoát nước mưa và sự quá
tải gây ngập lụt. SWMM được dùng để giải bài toán dòng chảy cống thoát nước mưa và cung
cấp các biểu đồ dòng chảy tràn của dòng chảy mặt vượt quá khả năng thoát nước của hệ thống
cống thoát nước mưa. Mô hình dòng chảy tràn trên mặt đất khếch tán hai chiều xem xét phương
trình không quán tính với phương pháp ADE, sau đó được dùng để tính toán chi tiết các vùng
ngập lụt và độ sâu ngập do nước tràn trên bề mặt. Việc thoát nước bằng các trạm bơm tại cửa
xả của hệ thống cống thoát nước mưa cũng được xem xét. Các thông số của mô hình được hiệu

chỉnh và kiểm định bởi các trận mưa riêng biệt. Qua đó cho thấy mô hình kết hợp này phù hợp
để phân tích ngập lụt trên các lưu vực đô thị do tràn cống và do sự cố của các trạm bơm. Các
kết quả mô phỏng có thể được ứng dụng để thiết lập các biện pháp giảm thiểu ngập lụt.
Y.s. Liew, z. Seỉamat, A. Ab. Ghanỉb and N.A. Zakaria [17] đã thực hiện nghiên cứu về
hiệu quả của một hồ trữ nước tại Kota Damansara, Selangor, Malaysia bằng cách sử dụng mô
hình cs để đánh giá. Dữ liệu về thủy văn và thủy lực được thu thập để hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình. Kết quả nghiên cứu cho thấy các hồ trữ nước khô có thể đạt được các mục tiêu thiết
kế của nó, đáp ứng cho dòng chảy do mưa chu kỳ 100 năm hoặc các trận mưa với yêu cầu thiết
kế trong Hướng dẫn quản lý nước mưa đô thị cho Malaysia (MSMA) cho các hệ thống nước
mưa đô thị chủ yếu.
Wenjie Chen, Guoru Huang and Han Zhang [18] đã thực hiện mô phỏng ngập lụt thoát
Trang 5


nước mưa đô thị dựa trên mô hình SWMM và mô hình dòng chảy tràn khếch tán. Trong mô
hình, SWMM được dùng để tính toán dòng chảy trong cống và dòng chảy tràn gây ngập tại các
hố ga, mô hình dòng chảy tràn khuếch tán bề mặt được dùng để mô phỏng dòng chảy tràn trên
mặt đất do thoát nước ngập. Mô hình được áp dụng cho đảo Haidian với một kịch bản hiệu chỉnh
và hai kịch bản kiểm định mô hình. Qua việc so sánh với kết quả khảo sát đo đạc và kết quả của
mô hình InfoWorks, mô hình dòng chảy tràn khuếch tán đã dự đoán chính xác mức độ ngập lụt
và cho kết quả độ sâu ngập hợp lý. Ngoài ra khi so sánh với mô hình InfoWorks, mô hình khuếch
tán thiếu nền thủy lực và là một mô hình đơn hướng, tuy nhiên khi so sánh với các mô hình đã
được đơn giản hóa khác thì mô hình này có ưu thế là có thể tính toán hệ thống thoát nước ngầm
và điều kiện biên.

Trang 6


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LƯU VỰC TÍNH TOÁN
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

2.1.
2.1.1.

Vị trí địa lý
Quận 4 cố hình dạng nhu một cù lao tam giác, xung quanh đều là sông và kênh rạch.
-

Phía Đông Bắc giáp Quận 2, ranh giới là sông Sài Gòn.

-

Phía Tây giáp Quận 5; Tây Nam giáp Quận 8.

-

Phía Nam giáp Quận 7, ranh giới là kênh Tẻ.

-

Phía Bắc và Tây Bắc giáp Quận 1, ranh giới là kênh Bốn Nghé.

Diện tích Quận 4 ngày nay gần 4,2 km2, được tổ chức gồm 15 phường từ Phường 1 đến
Phường 18 (trong đó 3 phường đã được sáp nhập lại trong quá trình quy hoạch không còn địa
danh là Phường 7; 11 và 17). Dân số Quận 4 hiện nay gần 200.000 người; có 95,43% người
Việt, 3,9% người Hoa và còn lại một số rất ít là người dân tộc Khơme, Chăm, Ấn đang sinh
sổng trên địa bàn.
(Nguồn: /> />
/ PHƯƠNG

PHLTQWG

PHƯƠNG
PHUONG

PHƯONG

,âUAN
PHƯONG4

PMUONG16

PHƯƠNG 1

Hình 2.1. Bản đồ hành chinh các phường quận 4
2.1.2.

Địa hình:
Địa hình tương đối bằng phẳng và thấp, có cao độ trung bình từ 0,5-2m; bị phân cách bởi hệ

thống kênh rạch tự nhiên (rạch cầu Dừa, rạch cầu Chông) và các đầm trũng. Có vị trí thấp hơn 30
cm so với đỉnh triều cao nhất và sẽ bị ngập nước khi thủy triều lên cao hoặc mưa lớn
Trang 7