Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho BCL CTR hợp vệ sinh của các địa phương

Dạng 4
Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho BCL CTR hợp vệ sinh của các địa phương

I/ Phân tích nhiệm vụ
Qua đồ án môn học này, sinh viên sẽ nắm cách thiết kế sơ bộ một bãi chôn lấp hợp vệ sinh theo tiêu
chuẩn, quy chuẩn; thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho bcl.
 Tương tự dạng 1
2/ Tính toán diện tích bãi chôn lấp
Trong rác thải thu gom, rác sinh hoạt, công nghiệp, y tế, dịch vụ thì có một số loại rác có thể thu hồi
được như kim loại, nhựa, thủy tinh vv… để đem đi tái chế sử dụng lại được, một phần lượng rác sẽ
được đốt. Cụ thể các thành phần như sau: lượng rác tái chế khoảng 5%, lượng rác sử dụng đốt
khoảng 10%, còn lại là rác hữu cơ 42%, rác thành phần khác không thể tái chế sử dụng được là
43%. Lượng rác hữu cơ sử dụng làm phân hữu cơ đang còn hạn chế chỉ khoảng 5% là được sử dụng.
Như vậy lượng rác thực tế mang đi chôn lấp chỉ khoảng 80% lượng rác thu gom được.
Giai đoạn
Theo TCVN 261-2001 chọn kích thước ô chôn lấp và thời gian vận hành căn cứ vào khối lượng
CTR tiếp nhận
Ô chôn lấp số n
Thể tích rác đem chôn lấp:
Trong đó:
V- thể tích chất thải rắn, m3.
G- lượng chất thải rắn đem chôn lấp, tấn.
- khối lượng riêng chất thải rắn
Thể tích rác sau đầm nén:
Trong đó: k- hệ số đầm nén, k= 0.6÷ 0.9 tấn/m3,
Diện tích ô chôn lấp:
Trong đó: h- Chiều sâu bãi chôn lấp, m
k chọn theo bảng 1
- Tính tổng diện tích bãi chôn lấp
Bảng 1 Tỷ trọng rác sau khi đầm nén
Tỷ trọng rác sau khi đầm nén (kg/m3)

Máy ủi xích
520 – 620
Máy ủi xúc bánh lốp
500 – 570
Máy đầm nén bánh thép
710 – 950
V/ Tính toán và thiết kế hệ thống thoát nước mưa
1. Vạch tuyến hệ thống thoát nước mưa
- Nguyên tắc
- Phương án vạch tuyến (bổ sung thêm)
2. Lưu lượng thiết kế mạng lưới thoát nước mưa
Dạng thiết bị

a. Diện tích thoát nước mưa.
Đo kích thước các cạnh của ô trên bản vẽ mặt bằng. Các kết quả tính toán được thống
kê theo mẫu như bảng

Bảng 2 tính toán diện tích thoát nước mưa


Đoạn
kênh(cống) Trực
tiếp

Thứ tự phần diện tích
Cạnh

Vận chuyển

Diện tích tính toán

Trực tiếp Cạnh

Vận
chuyển

Tổng
cộng

P(năm)

b. Thời gian mưa tính toán
T = t 0 + t r + t c = t 0 + 0,021

L
Lr
+ 0,017 c
Vr
Vc

(phút)

(1.28)

Trong đó:
- t 0 : Thời gian nước chảy từ điểm xa nhất đến rãnh thoát nước, còn gọi là thời gian tập trung
bề mặt, lấy từ 5 đến 10 phút;
- t r : Thời gian nước chảy trong rãnh đến giếng thu nước mưa gần nhất;
- L r : Chiều dài rãnh thoát nước trong khu đất, (m);
- Vr : Tốc độ nước chảy trong rãnh, (m/s);
- t c : Thời gian nước chảy từ hố thu nước tại điểm đầu cống đến mặt cắt tính toán của cống;

- L c : Chiều dài cống thoát nước mưa tính từ mặt cắt tính toán đến hố thu nước tại điểm đầu
cống xa nhất so với mặt cắt đó, (m);
- Vc : Tốc độ nước chảy trong cống thoát nước mưa, (m/s);
c. Cường độ mưa tính toán
Cường độ mưa được tính toán theo phương pháp hồi quy của tác giả Trần Viết Liễn trong tài liệu
“Phương pháp và kết quả nghiên cứu cường độ mưa tính toán ở Việt Nam”
q=[q20(20+b)n (1+ClnP)]/(t+b)n (l/s.ha)
Trong đó:
n, C: đại lượng phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu của từng vùng
q20: cường độ mưa tương ứng với thời gian mưa 20 phút của trận mưa có chu kỳ lặp lại một lần
trong năm (là đại lượng không đổi đối với từng vùng đã biết)
P: chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán chính bằng khoảng thời gian xuất hiện một trận nưa vượt quá
cường độ tính toán (năm)
t: thời gian mưa tính toán (phút)
Tìm thông số b, C, n và q20 ở bảng 9.1sách Cấp Thoát Nước – Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ, Đỗ
Hải, Ứng Quốc Phòng, Nguyễn Văn Tín
Hoặc theo TCXDVN 51 -2008
Cường độ mưa xác định

Vẽ đường tần suất mưa với số liệu đề bài cho để xác định cường độ mưa


d. Lưu lượng thoát nước mưa tính toán (Q m ) được xác định theo công thức:

Q m = μ.ϕ. q tt .F.

(l/s)

Trong đó:
- µ: Hệ số phân bố mưa rào, đặc trưng cho sự phân bố mưa không đều trong lưu vực và

phụ thuộc vào diện tích lưu vực, có thể xác định theo công thức :
μ=

1
1 + 0,001.F2/3

F: diện tích lưu vực (ha)
Hoặc theo bảng
Bảng 3. Hệ số phân bố mưa rào theo diện tích lưu vực
Diện tích lưu vực (ha)

300

500

1000

2000 3000 4000

Hệ số phân bố mưa rào µ

0,96

0,94

0,91

0,87

0,83

0,80

- ϕ: Hệ số dòng chảy trung bình của lưu vực, tính theo công thức
Hệ số dòng chảy không những phụ thuộc vào tính chất mặt phủ, điều kiện đất đai, độ dốc địa
hình, mật độ xây dựng mà còn phụ thuộc vào thời gian mưa và cường độ mưa. GS Berlop đưa ra
công thức thực nghiệm để xác định hệ số dòng chảy như sau:
0,1
ϕ = Z q 0,2
tt T

Trong đó:
- Z: Hệ số thực nghiệm, đặc trưng cho tính chất của mặt phủ:
Z =

Σ Zi Fi
Σ Fi

( Zi: Hệ số đặc trưng cho tính chất của loại bề mặt có diện tích F i , bảng sau
Bảng.4 Hệ số thực nghiệm Z đặc trưng cho tính cất mặt phủ
Loại mặt phủ
Z
- Mái nhà và mặt phủ bằng bê tông atphan

0,24

- Mặt đường lát đá

0,224

- Mặt đường cấp phối

0,145

- Mặt đường ghép đá

0,125

- Mặt đường đất

0,084

- Công viên, đất trồng cấy (á sét)

0,038

- Công viên, đất trồng cấy (á cát)

0,020

- Bãi cỏ

0,015

;
- q tt : Cường độ mưa tính toán, (l/s.ha);
- T: Thời gian mưa tính toán, (phút).
Theo TCVN 7957:2008 thì hệ số dòng chảy của một số loại mặt phủ có thể lấy theo các số
liệu trong bảng sau:
Bảng 5. Hệ số dòng chảy của một số loại bề mặt lưu vực thoát nước

Hệ số dòng chảy ứng với chu kỳ tràn cống
Pt (năm)

Tính chất bề mặt thoát nước

2

5

10

25

50

Mặt đường bê tông nhựa atphan

0,73

0,77

0,81

0,86

0,90

Mái nhà, mặt phủ bê tông

0,75

0,80

0,81

0,88

0,92

Mặt cỏ, vườn, công viên (cỏ chiếm trên 50% diện tích bề mặt) có:
- Độ dốc nhỏ (1 ÷ 2)%

0,32

0,34

0,37

0,40

0,44

- Độ dốc trung bình (2 ÷ 7)%

0,37

0,40

0,43

0,46

0,49

- Độ dốc lớn hơn 7%

0,40

0,43

0,45

0,49

0,52

Khi sử dụng số liệu tại bảng 5, có thể xác định hệ số dòng chảy bình quân của lưu vực thoát
nước theo công thức sau:
ϕ tb =

Σ ϕ i Fi
Σ Fi

Nếu diện tích bề mặt không thấm nước chiếm tỷ lệ trên 30% thì có thể xem ϕ là một đại
lượng là không phụ thuộc q tt và T mà chỉ phụ thuộc vào tính chất bề mặt phủ, xem bảng 4 và bảng
5.
- Q: Lưu lượng nước mưa tại mặt cắt tính toán, (l/s);
- F: Diện tích lưu vực thoát nước mưa của mặt cắt tính toán, (ha);

- q tt : Cường độ mưa tính toán, (l/s.ha);
Lập bảng 6 Tính lưu lượng tính toán của mạng lưới thoát nước mưa
Bảng 6. Bảng tính lưu lượng tính toán của mạng lưới thoát nước mưa
Đoạn
cống/
kênh

Diện tích thoát nước tính
toán (ha)

Thời gian mưa tính toán
(phút)

Fcq

FCS

Fdt

Tổng

t0+tr

1

2

3

4

5

6

Lc
(m)
7

tc

T

8

9

ϕ

q tt

µ

Qm
(l/s)

(l/s-ha)

10

11

12

14

3. Tính thủy lực đường ống (kênh)
a. Lựa chọn loại kênh (ống) thích hợp
Thoát nước mưa ở BCL thường thiết kế kênh/rãnh đất hở, mặt cắt hình thang cân. Hoặc cống
thoát nước mặt cắt hình tròn hay hình chữ nhật được sử dụng để thoát nước bên dưới đường

Tính toán thủy lực cho kênh hở
Kênh cần thiết kế có kích thước như hình vẽ, biết Q,m,n(hệ số nhám), i(độ dốc đáy kênh).
Tìm b,h?
B

m
a

h
b

m

α


Trong đó:
B- chiều rộng mặt nước (m)
b – chiều rộng đáy kênh (m)

h – độ sâu nước chảy trong kênh (m)
α – góc nghiêng của mái kênh và m là hệ số mái kênh: m= cotg ∞
Hướng dẫn
Công thức Sezi: Q=ω•
(m3/s)
Trong đó:
ω – diện tích mặt cắt ướt (m2)
R – bán kính thủy lực
i - độ dốc thủy lực
C – hệ số Sezi=1/n*R^(1/6) (tính theo công thức Manning với n<0.02; hoặc công thức Palopski)
Đối với kênh có mặt cắt hình thang cân:
ω =(b+m•h)h
R = [(b+m•h)h]/[b+2h

]

Yêu cầu mặt cắt kênh có lợi nhất về thủy lực: b=β•h=βln•h=2h(
-m)
Lập bảng tính thử dần h (sử dụng excel để tính nhanh dùng tool – goal seek) để tìm được b,h
Bảng 7- Bảng thủy lực cho kênh thoát nước mưa
Q(m3/s) b (m) m
n
I
h (m) ω(m2) R(m)
C(m0,5/s) ωC
Q/
(1)
(2)
(3)
(4)

(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
Giá trị h đúng khi (10) (11) bằng nhau
Hệ số nhám (TCVN 4118-85)
Bảng 8 Hệ số nhám
Loại ống và loại mương
Hệ số nhám Manning (n)
Cống
Bê tong cốt thép
0,13
Ống gang
0,12
Ông thép
0,12
Ống nhựa
0,11
Mương
Mái cỏ
0,03
Mái xây đá
0,025
Mái bê tong
0,022
Mái bê tong và đáy bê tong
0,015

Độ dốc thủy lực
d. Giả thiết độ dốc kênh:
Độ dốc đáy kênh phụ thuộc yêu cầu không bồi lắng lòng kênh, xói lở lòng kênh, đối với kênh
thoát nước mưa, nên giả thiết độ dốc kênh tương đương với độ dốc địa hình dọc tuyến kênh để nâng
cao khả năng thoát nước tự chảy của mạng lưới và giảm khối lượng đào kênh. Có thể giả thiết độ
dốc kênh theo lưu lượng tính toán của kênh như bảng 3.9.


Mái dốc bờ kênh m

b. Cống ngầm
Lựa chọn độ sâu chôn cống ban đầu:
Độ sâu chôn cống ban đầu và độ sâu chôn cống dọc tuyến phải đảm bảo để nước thải từ các
ngôi nhà hoặc nước mưa tại các khu đất hai bên tuyến cống có thể tự chảy về cống thoát nước; Để
thoả mãn yêu cầu này, độ sâu chôn cống ban đầu và độ sâu chôn cống dọc theo chiều dài cống có thể
xác định theo sơ đồ tính toán như hình 3.4.

L2

L1

Z0

Zd

h

i

H

i

d

Hình Sơ đồ xác định độ sâu chôn cống

Theo hình, độ sâu chôn cống phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:
H ≥ (Z đ − Z 0 ) + (h + Σi.L + Σh c )

(m)

(3.2)

Trong đó:
- H: độ sâu chôn cống của cống thoát nước đường phố (tính đến mực nước lớn nhất trong
cống) (m);


- h: Độ sâu chôn cống đầu tiên của cống trong sân nhà hay trong tiểu khu, lấy bằng (0,2 ÷
0,4) m + d với d là đường kính cống tiểu khu;
- Σi.L: Tổng tổn thất cột nước dọc đường trên cống nối từ giếng thăm sân nhà đến giếng thăm
tại điểm nhập lưu với cống thoát nước đường phố (m);
- Zđ, Z0: Cao độ mặt đất tương ứng với giếng thăm tại điểm nhập lưu và giếng thăm đầu tiên
trong sân nhà (m);
- Σhc: Tổng tổn thất cột nước cục bộ tại các điểm nối cống với giếng thăm (m): tại mỗi điểm
nối cống với giếng thăm: hc ≥ 0,1 m;
- Độ sâu chôn cống tối đa phụ thuộc vào vật liệu làm cống, điều kiện địa chất nền, độ sâu
mực nước ngầm, phương pháp thi công và các điều kiện kỹ thuật khác; nhìn chung, không nên chôn
cống dưới mực nước ngầm, độ sâu chôn cống không nên vượt quá 6,0 m so với mặt đất.

Tính toán thủy lực cống thoát nước

Chọn loại cống:
- Ống bê tông được sử dụng phổ biến cho cống thoát nước mưa
Chọn độ nhám lòng dẫn:
Theo TCVN 7957: 2008: Độ nhám Manning (n) của cống thoát nước có thể chọn như sau:
Cống bằng bê tông cốt thép: n = 0,013; Cống bằng ống gang, ống thép: n = 0,012; Cống bằng ống
nhựa: n = 0,011.
c. Giả thiết đường kính ống hoặc kích thước cống:
 Trường hợp dùng ống thoát nước:
TCVN 7957: 2008 qui định đường kính nhỏ nhất của cống thoát nước như bảng 3.4.
Bảng 11 Đường kính nhỏ nhất của cống thoát nước
Loại hệ thống thoát nước

Đường kính nhỏ nhất D (mm)
Trong tiểu khu

Đường phố

Hệ thống thoát nước sinh hoạt

150

200

Hệ thống thoát nước mưa

200

400

Hệ thống thoát nước chung

300

400

d. Độ đầy tối đa:
- Đối với cống thoát nước mưa, thoát nước chung, giá trị lưu lượng lớn nhất chỉ xuất hiện
trong thời gian rất ngắn, do đó TCVN 7957: 2008 cho phép lấy độ đầy tối đa bằng h/d=1.
e. Giả thiết độ dốc cống:
Độ dốc tối thiểu Jmin của cống phải thoả mãn điều kiện không bồi lắng, ứng với J min thì vận tốc
dòng chảy trong cống V ≥ Vmin, Độ dốc Jmin có thể tính theo đường kính ống (d) như sau:
J min =

1
d

TCVN 7957: 2008 qui định độ dốc Jmin của cống ứng với độ đầy tính toán như sau:
Bảng 12. Độ dốc tối thiểu J min tính theo đường kính ống thoát nước


D (mm)

150

200

300

400

J min

0,008

0,005

0,0033

0,0025

Vn tc dũng chy ln nht ca nc thi trong cng bng kim loi khụng quỏ 8m/s, trong
cng phi kim loi khụng quỏ 4 m/s. i vi nc ma ly tng ng bng 10 v 7 m/s.
Bi toỏn ch cho Q, bt tỡm j,d,v nờn ta:
- Lp sn cỏc bng tra hoc th th hin quan h gia din tớch t vi cỏc c ng kớnh
v y khỏc nhau ca ng [=f(d,h/d)] v quan h gia vn tc ng vi dc mc nc J v
din tớch t [v=f(J, )] hoc [v=f(J, d,h/d)]; khi cú bng tra hoc th dng trờn, cú th s dng
tớnh toỏn thy lc cng thoỏt nc theo cỏc cỏch sau(bng thy lc Trn Hu Uyn):
+ Khi bit Q, gi thit J v d, sau ú tra bng hoc th xỏc nh cỏc giỏ tr ca vn tc
dũng chy (v) v y cng (h/d, h/H); Nu tha món iu kin v vn tc t lm sch ca cng [v
vmin] v iu kin v y ti a [(h/d) (h/d) max] thỡ vic gi thit cỏc giỏ tr trờn l hp lý, nu
khụng tha món iu kin trờn thỡ phi gi thit li J hoc d v lp li trỡnh t nờu trờn.
- Lp bng tớnh toỏn th dn trờn bng tớnh EXCEL tớnh toỏn la chn d v h/d ng vi
giỏ tr Q v giỏ tr J gi thit.
- S dng cỏc phn mm tớnh toỏn thy lc mng li thoỏt nc tớnh toỏn xỏc nh d v
h/d cho cỏc on ng trờn mng li thoỏt nc (epanet).
bng 12 Bng thy lc cho cng ngm

Đoạn

ống

Chiề
u
dài(
m)

Q
= q
F
(l/s)

I

1

2

3

4

D
(m
m)

h/
d

5

6

Tốc
độ
tín
h
toá
n
(m/
s)
7

h=
i.l

8

Cao độ tính toán (m)
Vòm
Mặt đất
Đáy cống
cống

Độ sâu
đặt ống
(m)

Đầ
u

Cuố
i

Đầ
u

Cuố
i

Đầ
u

Cuố
i

Đầ
u

Cuố
i

9

10

11

12

13

14

15

16

VII/ Kt lun v kin ngh
Yờu cu bn v
2 bn v A1 gm
1 Bn v phõn b mt bng bói chụn lp (h thng thoỏt nc ma)
1 Bn v mt s chi tit cụng trỡnh trong bói chụn lp
Mt ct ụ chụn lp
Mt ct ngang ụ chụn lp
Mt ct ngang kờnh thoỏt nc
S cu to h thng thu nc rỏc
Bn trc dc mng/cng thoỏt nc