Nghiên cứu mô hình tổng hợp quản lý lưu lượng và chất lượng nước

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu mô hình tổng hợp quản lý lưu lượng và chất
lượng nước mưa cho khu vực đang diễn ra quá trình đô thị hóa: Áp dụng cho khu
vực Bắc MacLean, thành phố Logan, bang Queensland, Australia” đã được hoàn
thành với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ Thuật Tài Nguyên
Nước, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn. Nhân đây tác giả gửi lời biết ơn sâu sắc đến
TS Đặng Minh Hải đã trực tiếp hướng dẫn, các thầy cô trong Khoa đã giúp đỡ nhiệt
tình, cung cấp những tài liệu quý cho tác giả hoàn thành Luận văn thạc sĩ này.
Tác giả xin cảm ơn lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Công ty TNHH Kỹ thuật tài
nguyên nước AQUATIC Việt Nam, Công ty Tư vấn Kỹ thuật Burchills Engineering
Solution, Australia đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho tác
giả trong quá trình học tập và làm luận văn.
Nhân đây con xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã hết lòng chăm lo về vật chất
và tinh thần tốt nhất để yên tâm học tập.
Tôi cũng gửi cảm ơn tới tất cả những người bạn trong tập thể lớp CH19Q1 đã giúp
tôi nhiều trong quá trình học tập và rèn luyện ở Trường ĐH Thuỷ lợi.

Hà Nội, tháng ........năm 2015
Tác giả luận văn

Phạm Thị Tuyết


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
BẢN CAM KẾT
Kính gửi: - Ban Giám hiệu trường Đại học Thuỷ lợi
- Phòng Đào tạo ĐH và Sau ĐH trường Đại học Thuỷ lợi.
Tên tôi là: Phạm Thị Tuyết
Học viên cao học lớp: 19Q11
Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước

Mã học viên: 118606230028
Theo Quyết định số 139/QĐ-ĐHTL của Hiệu trưởng trường Đại học Thuỷ Lợi về
việc giao đề tài luận văn và người hướng dẫn cho học viên cao học đợt 1 năm 2015.
Ngày 02 tháng 02 năm 2015 tôi đã được nhận đề tài: “Nghiên cứu mô hình tổng hợp
quản lý lưu lượng và chất lượng nước mưa cho khu vực đang diễn ra quá trình đô
thị hóa: Áp dụng cho khu vực Bắc MacLean, thành phố Logan, bang Queensland,
Australia” dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Đặng Minh Hải.
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của
ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải
trên các tài liệu và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Hà Nội, tháng ........năm 2015
Tác giả luận văn

Phạm Thị Tuyết


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN .................................................................................5

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .....................................................................5
1.2 Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện ......................................................6
1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài ....................................................................6
1.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam .....................................................................12
CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU .............................16

2.1 Mô hình quản lý nước mưa XP – SWMM .....................................................16
2.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình XP-SWMM ........................................................16
2.1.2 Cơ sở dữ liệu mô hình XP-SWMM ..........................................................20
2.2 Mô hình quản lý chất lượng nước đô thị-MUSIC ..........................................25
2.2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MUSIC ..............................................................26
2.2.2 Cơ sở dữ liệu mô hình MUSIC ................................................................28
2.2.3 Mô hình tổng hợp quản lý nước mưa ......................................................30
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TỔNG HỢP TRONG QUẢN LÝ
LƯU LƯỢNG NƯỚC VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MƯA CHO KHU VỰC
NGHIÊN CỨU Ở VÙNG BẮC MACLEAN, THÀNH PHỐ LOGAN, BANG
QUEENSLAND, AUSTRALIA .............................................................................35
3.1 Tổng quan về vùng nghiên cứu ......................................................................35
3.1.1 Đặc điểm vùng nghiên cứu ......................................................................35
3.1.2 Mục tiêu của nghiên cứu..........................................................................39
3.2 Xây dựng và Ứng dụng mô hình XP – SWMM trong quản lý lưu lượng nước
mưa khu vực nghiên cứu........................................................................................39
3.2.1 Các bước thiết lập mô hình XP-SWMM ..................................................39
3.2.2 Xây dựng mô hình XP – SWMM cho khu vực nghiên cứu .......................41
3.2.3 Phân tích sự ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa tại khu nghiên cứu đến
lưu lượng dòng chảy tại cửa xả của khu nghiên cứu .........................................63
3.2.4 Đề xuất phương án tiêu thoát nước và quản lý lưu lượng nước mưa .....65
3.2.5 Ứng dụng mô hình XP-SWMM tính toán thiết kế bể trữ nước tại chỗ
(OSD) điều tiết lưu lượng nước mưa trong khu vực đô thị hóa .........................69
3.2.6 Kết quả mô hình XPSWMM - Đánh giá hiệu quả của bể trữ tại chỗ ......75
3.3 Xây dựng và ứng dụng mô hình MUSIC trong quản lý chất lượng nước mưa
khu vực nghiên cứu................................................................................................78


3.3.1 Các bước thiết lập mô hình MUSIC ........................................................78
3.3.2 Xây dựng hình MUSIC.............................................................................79

3.3.3 Phân tích sự ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa khu nghiên cứu đến
chất lượng nước hạ lưu khu nghiên cứu.............................................................90
3.3.4 Giới thiệu hệ thống xử lý nước mưa dự kiến tại khu vực nghiên cứu......91
3.3.5 Ứng dụng mô hình MUSIC trong tính toán và thiết kế hệ thống công
trình xử lý chất lượng nước ................................................................................93
3.3.6 Đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống công trình xử lý chất lượng
nước .................................................................................................................95
3.3.7 Chương trình giám sát hệ thống công trình trong giai đoạn vận hành.........98
3.4 Kết luận ..........................................................................................................99
CHƯƠNG 4.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................101

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................105


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Tần suất thiết kế cho hệ thống thống tiêu thoát nhỏ ..................................24
Bảng 2.2 Tần suất thiết kế cho hệ thống thống tiêu thoát lớn...................................24
Bảng 2.3 Thông số mưa dòng chảy được kiến nghị sử dụng trong MUSIC.............29
Bảng 2.4 Thông số tính toán chất ô nhiễm được kiến nghị sử dụng trong MUSIC .30
Bảng 2.5 Tổng hợp các mục tiêu thiết kế chất lượng nước mưa trong giai đoạn vận
hành ...........................................................................................................................31
Bảng 3.1 Tần suất thiết kế hệ thống thống tiêu thoát cho bể trữ ..............................41
Bảng 3.2 Cường độ mưa thiết kế (mm/giờ) ..............................................................42
Bảng 3.3 Tổng lượng mưa (mm) ..............................................................................43
Bảng 3.4 Phân bố mưa ứng với các trận mưa thiết kế ..............................................43
Bảng 3.5 Phân chia lưu vực (phương án hiện trạng) ................................................51
Bảng 3.6 Phân chia lưu vực (phương án Đô thị hóa) ................................................53
Bảng 3.7 Thời gian tập trung nước (phương án hiện trạng) .....................................56

Bảng 3.8 Tính toán lưu lượng lũ theo phương pháp thích hợp (phương án hiện
trạng) .........................................................................................................................57
Bảng 3.9 Thời gian tập trung nước (phương án Đô thị hóa).....................................58
Bảng 3.10 Tính toán lưu lượng lũ theo phương pháp thích hợp (phương án Đô thị
hóa) ............................................................................................................................59
Bảng 3.11 Hệ số thấm ban đầu và thấm ổn định.......................................................60
Bảng 3.12 Các thông số lưu vực cho phương án hiện trạng .....................................60
Bảng 3.13 Các thông số lưu vực cho phương án Đô thị hóa ....................................60
Bảng 3.14 Lưu lượng dòng chảy từ mô hình XP-SWMM (phương án hiện trạng)..61
Bảng 3.15 Lưu lượng dòng chảy từ mô hình XP-SWMM (phương án Đô thị hóa) .62
Bảng 3.16 So sánh giá trị đỉnh lũ tính toán ...............................................................63
Bảng 3.17 So sánh dòng chảy tại điểm xả LPD A ....................................................64
Bảng 3.18 So sánh dòng chảy tại điểm xả LPD B ....................................................64
Bảng 3.19 Quan hệ diện tích và độ sâu tính toán cho hệ thống OSD .......................71
Bảng 3.20 Cấu tạo cửa thoát nước ra của công trình điều tiết OSD .........................72


Bảng 3.21 So sánh lưu lượng đỉnh lũ giữa hai ..........................................................75
Bảng 3.22 Độ sâu bể điều tiết ứng với lũQ100 năm (1% AEP) ...............................77
Bảng 3.23 Độ sâu bể điều tiết ứng với lũthiết kế 20 năm (5% AEP) .......................77
Bảng 3.24 Kết quả phân tích phương án rủi ro cao ứng với lũ Q 100 (1% AEP) .......77
Bảng 3.25 Số liệu khí tượng và trạm mưa ................................................................80
Bảng 3.26 Phân chia lưu vực trong mô hình MUSIC ...............................................81
Bảng 3.27 Thông số tính toán mưa – dòng chảy.......................................................83
Bảng 3.28 Thông số tính toán chất ô nhiễm sinh ra từ khu đô thị hóa .....................84
Bảng 3.29 Kết quả tính toán các chất ô nhiễm ra khỏi lưu vực ................................85
Bảng 3.30 Tính toán công trình lắng đọng bùn cát hạt thô .......................................94
Bảng 3.31 Thông số thiết kế của hệ thống xử lý nước sinh hóa Bio-retention .........94
Bảng 3.32 Hiệu quả của hệ thống xử lý chất lượng nước đề xuất ............................96

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Phân chia diện tích tính toán trong phương pháp Laurenson ....................18
Hình 2.2 Quá trình mưa - dòng chảy theo phương pháp Laurenson.........................18
Hình 2.3 Các trạm đo mưa ngày và các trạm đo mưa liên tục được sử dụng trong
việc ước tính cường độ mưa thiết kế. (www.bom.gov.au) ........................................21
Hình 2.4 Phân vùng cho biểu đồ phân bố mưa trên lãnh thổ Australia ....................23
Hình 2.5 Mô hình mưa dòng chảy được sử dụng trong MUSIC ..............................27
Hình 2.6 Mô hình tổng hợp quản lý tổng hợp nước mưa đô thị theo phương pháp
WSUD .......................................................................................................................33
Hình 2.7 Sơ đồ khối tính toán trong mô hình XP – SWMM và MUSIC ..................34
Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu ................................................................35
Hình 3.2 Hiện trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu ..............................................36
Hình 3.3 Mặt bằng khu nghiên cứu phương án Đô thị hóa .......................................38
Hình 3.4 Biểu đồ phân bố mưa ứng với các trận mưa thiết kế có khoảng thời gian
lặp lại nhỏ hơn 30 năm ..............................................................................................48
Hình 3.5 Biểu đồ phân bố mưa ứng với các trận mưa thiết kế có khoảng thời gian
lặp lại lớn hơn 30 năm ...............................................................................................49
Hình 3.6 Dữ liệu mưa trong mô hình XP-SWMM ...................................................50
Hình 3.7 Phân chia lưu vực phương án hiện trạng....................................................52
Hình 3.8 Phân chia lưu vực phương án Đô thị hóa ...................................................54
Hình 3.9 Lưu lượng ứng với khoảng lặp lại 100 năm (1%) cho các lưu vực hiện
trạng từ mô hình XPSWMM .....................................................................................61
Hình 3.10 Lưu lượng ứng với khoảng lặp lại 100 năm (1%) cho các lưu vực Đô thị
hóa từ mô hình XP-SWMM ......................................................................................62
Hình 3.11 Thông số thiết kế kênh dẫn nước theo công thức Mannings ...................66
Hình 3.12 Mặt cắt điển hình của công trình phân tán dòng chảy .............................67
Hình 3.13 Mặt cắt điển hình của hệ thống tiêu thoát nước khu vực nghiên cứu ......68
Hình 3.14 hệ thống kết hợp bể trữ tại chỗ với hệ thống lọc sinh hóa .......................70

Hình 3.15 Đường quan hệ diện tích độ sâu của bể trữ mô phỏng trong XP-SWMM ...... 71
Hình 3.16 Hệ thống thoát nước ra khỏi bể trữ trong mô hình XP-SWMM ..............72
Hình 3.17 Hệ thống quản lý nước mưa đề xuất cho khu nghiên cứu........................73
Hình 3.18 Mặt cắt thiết kế hệ thống quản lý nước mưa cho khu nghiên cứu ...........74
Hình 3.19 Biểu đồ so sánh giữa dòng chảy đỉnh lũ ứng với Q100 năm cho hai
phương án hiện trạng và d (đã điều tiết) ...................................................................76
Hình 3.20 Biểu đồ khí tượng tự ghi thời đoạn 6 phút sử dụng trong mô hình MUSIC ... 80
Hình 3.21 Phân chia lưu vực cho tính toán chất lượng nước trong MUSIC.............82
Hình 3.22 Hàm lượng ô nhiễm tính từ mô hình MUSIC ..........................................86
Hình 3.23 Biểu đồ so sánh giá trị trung bình năm của TSS bằng mô hình MUSIC và
kết quả tính toán bằng mô hình Colobus bởi EMSS (nguồn CRCCH, 2002)...........87
Hình 3.24 Biểu đồ so sánh giá trị trung bình năm của TP bằng mô hình MUSIC và
kết quả tính toán bằng mô hình Colobus bởi EMSS (nguồn CRCCH, 2002)...........88
Hình 3.25 Biểu đồ so sánh giá trị trung bình năm của TN bằng mô hình MUSIC và
kết quả tính toán bằng mô hình Colobus bởi EMSS (nguồn CRCCH, 2002)...........89
Hình 3.26 Sơ đồ hệ thống xử lý nước mưa đề xuất ..................................................91
Hình 3.27 Mặt cắt điển hình của hệ thống lọc nước sinh hóa ...................................92
Hình 3.28 Hệ thống xử lý nước sinh hóa mô phỏng trong mô hình MUSIC ...........95
Hình 3.29 Hệ thống xử lý nước mưa và kết quả mô hình MUSIC ...........................97


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AEP

Tần suất năm vượt quá (Annual Exceedance Probability)

AHD

Mực thủy chuẩn của Australia (Australian Height Datum)

ARI

Khoảng thời gian lặp lại trung bình (độ lặp lại) (Average Recurrence Interval)

ARR

Phân phối mưa – dòng chảy của Australia (Australian Rainfall Runoff)

BS

Hệ thống lọc nước sinh hóa (Bio-Retention System)

CL

Hệ số thấm ổn định (Continuing Loss)

CSF

Công trình lắng đọng bùn cát hạt thô(Coarse Sediment Forebays)

EXT

Lưu vực bên ngoài đổ vào khu Nghiên cứu(External Catchment)

IFD

Số liệu cường độ mưa thiết kế (Intensity Frequency Duration)

IL

Hệ số thấm ban đầu (Initial Loss)

LPD

Điểm xả nước cho phép của thành phố (Lawfull/Legal point of discharge)

MUSIC
OSD
QUDM

QWQG

Mô hình Quản lý chất lượng nước đô thị MUSIC
(Model for Urban Stormwater Improvement Conceptualisation)
Bể trữ nước tại chỗ (On-site Detention)
Hướng dẫn thiết kế hệ thống tiêu thoát đô thị Queensland
(Queensland Urban Drainage Manual)
Hướng dẫn quản lý chất lượng nước đô thị Queensland
(Queensland Water Quality Guidelines)

RL

Cao trình sau khi đào lấy theo cao trình chuẩn (Reduced Level)

SIT

Thời gian tập trung nước đến cửa vào tiêu chuẩn (Standard Inlet Time)

TSS

Hàm lượng chất lơ lửng

TP

Tổng phốt pho

TN

Tổng Nitơ

WSUD

Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (Water Sensitive Urban Design)

XP-

Mô hình Quản lý nước mưa XP – SWMM (Stormwater Management Model)

SWMM


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đô thị hóa là quá trình tất yếu trong phát triển kinh tế - xã hội, là xu thế tích cực tạo
nên động lực mới cho nền kinh tế của mỗi quốc gia. Ở Việt Nam hiện nay, trong bối
cảnh đô thị hóa quá nhanh cùng với sự quan tâm chưa đúng mức về vấn đề quản lý,

bảo vệ môi trường nước trong quy hoạch xây dựng đô thị đã dẫn đến tình trạng
ngập úng cục bộ và ô nhiễm nguồn nước mặt nghiêm trọng xảy ra thường xuyên ở
các đô thị lớn.
Trên thế giới, việc các mô hình tổng hợp để quản lý lưu lượng và chất lượng nguồn
nước mưa cho các khu vực đô thị đã được thực hiện nhiều, đặc biệt trên quy mô tiểu
lưu vực. Tuy nhiên ở Việt Nam, do thiếu số liệu và nhiều hạn chế về kinh tế kỹ
thuật nên vấn đề này chưa được quan tâm đúng mức. Nhiều dự án và đề tài về quản
lý nước mưa đô thị đã được thực hiện, tuy nhiên các dự án và đề tài này mới được
thực hiện trên quy mô lớn. Vấn đề quản lý nước mưa cho tiểu lưu vực, đặc biệt là
các lưu vực đang và dự kiến diễn ra quá trình đô thị là vấn đề cấp thiết nhằm đảm
bảo quá trình đô thị hóa không làm ảnh hưởng đến khả năng tiêu thoát nước của hệ
thống hiện trạng và đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước mưa. Tuy
nhiên, để thực hiện các nghiên cứu về vấn đề quản lý nước mưa cho tiểu lưu vực đòi
hỏi rất nhiều dữ liệu mà hiện nay ở Việt Nam chưa có. Do đó, việc triển khai vấn đề
quản lý lưu lượng và chất lượng nguồn nước đô thị ở các khu vực trên thế giới (có
số liệu đầy đủ) nhằm rút ra các bài học áp dụng cho điều kiện của Việt Nam là hết
sức cần thiết.
Khu vực nghiên cứu nằm tại số 18, đường Trace, Bắc Maclean, thành phố Logan
với diện tích 3.53 ha. Khu nghiên cứu nằm ở ngoại thành thành phố Logan. Phần
lớn diện tích đất của khu nghiên cứu hiện tại là đất trống, với bề mặt được bảo phủ
bởi cây bụi và cỏ. Có hai ngôi nhà tồn tại trong khu vực nghiên cứu. Hiện tại, khu
vực nghiên cứu là chưa phát triển (hình 1). Trong tương lai, khu vực nghiên cứu sẽ


2
phát triển thành khu thương mại mà cụ thể là trường cao đẳng nông nghiệp và công
nghệ Australia (hình 2).

Hình 1 Hiện trạng khu nghiên cứu

Hình 2 Bản đồ đô thị hóa dự kiến trong khu nghiên cứu


3
Với việc đô thị hóa như trên, sự sử dụng đất của khu vực nghiên cứu thay đổi đáng
kể - từ đất trống với bề mặt được bao phủ bởi lớp cây bụi và cỏ trở thành khu vực
thương mại với phần lớn bề mặt được bê tông hóa. Việc này dẫn đến sự gia tăng
dòng chảy mặt của khu vực nghiên cứu, gây ra tác động đến chế độ dòng chảy ở hạ
lưu. Đồng thời quá trình đô thị hóa cũng làm gia tăng hàm lượng các chất ô nhiễm
tại hạ lưu mà cụ thể là hàm lượng chất lơ lửng (TSS); tổng phốt pho (TP) và tổng
Nitơ (TN). Do đó, cần thiết phải nghiên cứu mô hình tổng hợp nhằm tính toán và
đánh giá các tác động tiêu cực này; từ đó, đề xuất và thiết kế các biện pháp công
trình và phi công trình nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực của quá trình đô thị
hóa tại khu vực nghiên cứu tới môi trường hạ lưu.
Do đó, học viên chọn đề tài này để nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả của các biện
pháp công trình (thông qua hai mô hình toán XP – SWMM và MUSIC) và các biện
pháp phi công trình mà cụ thể là hệ thống pháp lý, chính sách và các tiêu chuẩn kỹ
thuật trong quản lý và bảo vệ nguồn nước và môi trường. Từ đó đưa ra những gợi ý
và kiến nghị về mặt kỹ thuật cũng như chính sách cho các nhà quản lý và hoạch
định chính sách ở Việt nam trong quản lý và bảo vệ nguồn nước và môi trường cho
các khu vực đang đô thị hóa ở nước ta.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• Ứng dụng mô hình toán tổng hợp để đánh giá sự thay đổi của lưu lượng và
chất lượng nước mưa do quá trình đô thị hóa tại Bắc Maclean, thành phố
Logan, bang Queensland, Australia;
• Đề xuất các biện pháp công trình và phi công trình để quản lý lưu lượng và
chất lượng nước.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết về quản lý lưu lượng và chất lượng nước mưa cho khu vực
nghiên cứu đô thị hóa tại Bắc Maclean, thành phố Logan, bang Queensland,

Australia


4
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cách tiếp cận:
• Tiếp cận kế thừa các phương pháp nghiên cứu mới của các nước phát triển
trên thế giới;
• Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể đến chi
tiết, đầy đủ và hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu:
• Phương pháp thu thập, chỉnh lý số liệu;
• Phương pháp phân tích thống kê;

• Phương pháp ứng dụng mô hình toán: sử dụng mô hình XPS – SWMM và
MUSIC.


5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Đô thị hóa là xu thế tất yếu đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của bất kỳ các quốc
gia trên thế giới. Đô thị hóa thường làm thay đổi đáng kể mục đích sử dụng đất của
khu vực diễn ra quá trình đô thị hóa: từ bề mặt được bao phủ bởi thảm thực vật trở
thành bề mặt bê tông hóa. Việc này dẫn đến sự gia tăng dòng chảy mặt. Nước mưa
sinh dòng chảy trên khu vực đô thị hóa cũng mang theo chất ô nhiễm và bùn cát,
làm ảnh hưởng tới chất lượng nước hạ lưu.
Trước năm 1960, Australia cũng nhưng hầu hết các nước phát triển khác như Anh,
Mỹ cho rằng nước mưa đô thị là một mối hiểm họa đối với sức khỏe con người và

cảnh quan đô thị. Do đó, các hệ thống tiêu thoát nước mưa đô thị được thiết kế để
vận chuyển nhanh chóng nguồn nước này về các sông suối mà không quan tâm đến
các tác động tới môi trường và hệ sinh thái của khu vực hạ lưu. Nước mưa xả nhanh
chóng ra các sông suối mang theo chất ô nhiễm và bùn cát từ các bề mặt không
thấm, dẫn đến sông suối hạ lưu bị ô nhiễm do gia tăng chất rắn lơ lửng, hàm lượng
phốt pho và nitơ. Sự gia tăng lưu lượng dòng chảy do gia tăng diện tích bề mặt
không thấm cũng làm thay đổi sự ổn định và hình thái của sông suối. (Roy, 2008)
Nhiều nghiên cứu được thực hiện vào những năm 1960 ở Australia nhằm chỉ ra tác
động của nước mưa đô thị đến sự ô nhiễm nguồn nước sông suối hạ lưu. Tuy nhiên,
vấn đề này chỉ được nghiên cứu và xem xét một cách nghiêm túc bởi chính phủ và
các nhà khoa học Australia vào những năm 1990. Phương pháp tiếp cận mới trong
quy hoạch và phát triển đô thị được đưa ra nhằm giảm thiểu các tác động của quá
trình phát triển đô thị đến tài nguyên nước và môi trường, đó là phương pháp Thiết
kế đô thị nhạy cảm về nước (Water Sensitive Urban Design - WSUD). WSUD là
phương pháp tiếp cận trong thiết kế và quy hoạch đô thị mà việc quản lý nước mưa,
nước ngầm và nước thải đô thị được phối hợp chặt chẽ trong thiết kế đô thị nhằm
hạn chế sự suy thoái môi trường và nguồn nước. Phương pháp WSUD được chính


6
quyền liên bang thông qua tại Australia bắt đầu từ những năm 1990 (Council of
Australian Government, 2009).
Phương pháp WSUD xem nước mưa đô thị là một nguồn tài nguyên chứ không phải
là mối phiền toái hay nguy hại như trong phương pháp quản lý nước mưa đô thị
truyền thống. Việc này kéo theo sự thay đổi trong quy hoạch và thiết kế đô thị đặc
biệt là thiết kế hệ thống tiêu thoát nước đô thị. Hệ thống tiêu thoát theo phương
pháp quản lý truyền thống được thiết kế để nhanh chóng xả nước mưa vào các sông
suối hạ lưu thì với phương pháp WSUD hạ tầng đô thị và hệ thống tiêu thoát được
thiết kế sao cho nước mưa được xử lý tại nguồn (tại nơi phát triển) trước khi xả ra
hạ lưu nhằm hạn chế tác động của khu phát triển đến chất lượng nước cũng như lưu

lượng nước khu vực hạ lưu. (Nguồn – Waterbydesign.com.au).
Nhằm đảm bảo các nguyên tắc và tiêu chí trong bảo vệ tài nguyên nước và môi
trường đô thị theo phương pháp WSUD, chính quyền liên bang, chính quyền bang
và hội đồng các thành phố đã phối hợp với nhiều chuyên gia và các nhà khoa học để
phát triển hệ thống chính sách, các quy định và hướng dẫn trong thiết kế và quy
hoạch đô thị. Chính quyền bang Queensland xây dựng nhiều tài liệu nhằm hướng
dẫn các nhà quy hoạch đô thị cũng như các kỹ sư thiết kế trong quy hoạch và phát
triển đô thị, trong đó hai tài liệu cơ bản nhất là: Hướng dẫn thiết kế hệ thống tiêu
thoát đô thị Queensland QUDM 2013 – Queensland Urban Drainage Manual và
Hướng dẫn quản lý chất lượng nước đô thị Queensland QWQG2009– Queensland
Water Quality Guidelines.

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện
1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài
a. Phương pháp tiếp cận Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (Water Sensitive
Urban Design – WSUD) ở một số nước trên thế giới
Phương pháp tiếp cận Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (WSUD) không chỉ được
phát triển ở Australia mà còn được giới thiệu và áp dụng ở khắp nơi trên toàn thế
giới với những thuật ngữ dùng khác nhau. Ở các nước Châu Âu, khái niệm về Hệ


7
thống thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Urban Drainage System – SUDS)
được sử dụng với sự tập trung chủ yếu vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, bảo vệ
các giá trị của tài nguyên nước, bảo tồn đa dạng sinh học và bảo vệ nguồn tài
nguyên thiên nhiên cho thế hệ tương lai. Tương tự, ở Mỹ và Canada phương pháp
SUDS được biết đến với khái niệm Phát triển tác động thấp ( Low – Impact
Development – LID) với cách tiếp cận khuyến khích sự tương tác của các quá trình
tự nhiên với môi trường đô thị nhằm bảo vệ và tái tạo lại hệ sinh thái trong quản lý
tài nguyên nước. Phương pháp LID trọng tâm vào việc bảo tồn và sử dụng các đặc

điểm tự nhiên kết hợp với các hệ thống thủy văn quy mô nhỏ nhằm giảm thiểu các
tác động tiêu cực của quá trình đô thị hóa. Phương pháp LID cũng tương tự như
phương pháp Thực hành quản lý tối ưu (Best Management Practices - BMP) ở Mỹ
và Phương pháp phát triển và thiết kế đô thị tác động thấp (Low Impact Urban
Design and Development – LIUDD) ở New Zealand. (Qianqian Zhou, 2014).
Cùng với sự phát triển của phương pháp Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước, có rất
nhiều các nghiên cứu đã được thực hiện trên phạm vi toàn thế giới. Tại Đan Mạch,
chương trình nghiên cứu quy mô quốc gia đã được thực hiện bao gồm các nghiên
cứu về Tài nguyên nước khu vực đô thị và Nghiên cứu 2BG “ Black, Blue &
Green” nhằm tổng hợp hệ thống cơ sở hạ tầng đảm bảo phát triển bền vững tài
nguyên nước đô thị. Tại Anh, hiệp hội thông tin và nghiên cứu công nghiệp xây
dựng (CIRIA) đã thực hiện nghiên cứu phát triển hệ thống thoát nước đô thị bền
vững và phát hành các tài liệu, văn bản về các nghiên cứu đã thực hiện và hướng
dẫn thiết kế hệ thống. Tại Thụy Điển, trung tâm nghiên cứu chiến lược đã thực hiện
nghiên cứu lớn trong 6 năm về Quản lý tài nguyên nước bền vững với trọng tâm vào
bảo vệ giá trị tài nguyên nước đô thị. (Qianqian Zhou, 2014).
b. Công cụ mô hình trong Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (WSUD)
Với sự ra đời của phương pháp tiếp cận Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước trong
quản lý tài nguyên nước đô thị, nhu cầu thực tiễn đặt ra rằng các chuyên gia quản lý
nước đô thị cần có một hệ thống công cụ hỗ trợ để mô phỏng, đánh giá hiệu quả của


8
các biện pháp kỹ thuật và các chiến lược trước khi đưa ra quyết định. Trong bối
cảnh đó, các nhà khoa học trên thế giới đã phát triển rất nhiều bộ phần mềm thương
mại cũng như phi thương mại để mô phỏng, thiết kế hệ thống quản lý số lượng, chất
lượng nước đô thị, có thể kể tên một số mô hình điển hình ở đây như XP – SWMM,
SWMM 5 (EPA), Mike Urban, MUSIC, E2.
Mô hình Quản lý nước mưa XP – SWMM (Stormwater Management Model)
Mô hình XP – SWMM do các nhà khoa học Mỹ phát triển đã được sử dụng rộng rãi

tại Mỹ và nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Australia. Mô hình XP-SWMM
được đánh giá là một công cụ hiệu quả trong quản lý đô thị theo phương pháp
WSUD tại Australia. Đây là bộ phần mềm dùng để mô phỏng động lực học nước
mưa, mô phỏng trên hệ thống sông, mô phỏng ngập lụt, đánh giá ô nhiễm nước, và
đánh giá các hệ thống tổng hợp. Mô hình tổng hợp tính toán dòng chảy một chiều từ
thượng lưu đến hạ lưu, kết hợp với mô hình hai chiều tính toán dòng chảy tràn bề
mặt. Do đó, khi mô phỏng hệ thống người sử dụng có thể đánh giá điều gì thực sự
xảy ra cho hệ thống nước mưa/nước thải, khi nồng độ chất ô nhiễm tăng hoặc khi có
một vấn đề nóng về môi trường.
Mô hình đã được sử dụng hơn 25 năm và đã được đánh giá bởi cơ quan Quản lý các
vấn đề khẩn cấp của liên bang Mỹ (Federal Emergency Management Agency FEMA) cũng như được cơ quan quản lý về môi trường của Anh (UK Environment
Agency) kiểm chứng. Điều đó đã tạo cho XP – SWMM trở thành một trong những
bộ phần mềm mô phỏng ổn định và sử dụng tốt nhất trên thế giới.
(nguồn: />Mô hình Quản lý chất lượng nước đô thị MUSIC (Model for Urban Stormwater
Improvement Conceptualisation)
Mô hình MUSIC được phát triển vào năm 2001 bởi nhóm phát triển phần mềm
MUSIC thuộc trung tâm hợp tác nghiên cứu thủy văn lưu vực thuộc đại học
Monash, bang Victoria, Australia. Nhóm phát triển phần mềm đã phối hợp với các
nhà phát triển chính sách và quy hoạch đô thị thành phố Brisbane và Melbourne để


9
phát triển phần mềm MUSIC thành công cụ mô phỏng diễn biến chất lượng nước
mưa, đồng thời thiết kế và đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý chất lượng nước
mưa khu vực đô thị. Các nhà thiết kế phát triển đô thị của Australia đã đánh giá
rằng với bộ mô hình MUSIC sẽ dễ dàng hơn rất nhiều trong việc đạt được những
tiêu chuẩn về Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước (WSUD). Từ các tổ chức của chính
phủ đến các nhóm quản lý lưu vực, rất nhiều tổ chức đã giới thiệu mô hình MUSIC
là sáng kiến để bảo vệ môi trường hệ sinh thái thủy sinh khu vực đô thị.
(nguồn: />Mô hình MUSIC được chính quyền các thành phố ở Australia khuyến khích sử

dụng như là một công cụ để đánh giá mức độ hiệu quả của WSUD, từ đó giúp các
nhà quản lý đưa ra được quyết định trong quy hoạch phát triển đô thị. (Weber,
2008; Fletcher, 2001).
Với những ưu điểm nổi trội của mình, mô hình XP – SWMM và mô hình MUSIC
đã trở thành bộ công cụ hiệu quả và được sử dụng phổ biến nhất tại Australia, Anh,
cũng như ứng dụng tại một số nước như Mỹ, Canada, và một số nước châu á như
Nhật Bản, Malaysia trong tổng hợp quản lý nước mưa cho khu vực đô thị.
Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình XP – SWMM và MUSIC trong thiết kế hệ
thống quản lý nước mưa theo phương pháp WSUD.
Nghiên cứu tại vùng Connells point, Kogarah, Australia
Vùng Connells point, Kogarah, Australia đứng trước vấn đề về ngập úng cục bộ
trong suốt hơn 15 năm. Các nghiên cứu cho thấy do đặc trưng vùng có thủy triều và
lượng mưa rất lớn mà hệ thống thoát nước hiện tại không đủ tải để vận chuyển
lượng nước ra khỏi vùng đã gây ra hiện tượng ngập úng cục bộ xảy ra thường xuyên
trên các tuyến phố. Ngoài ra, khi mưa lớn xảy ra cuốn theo chất bẩn gây ra ô nhiễm
nguồn nước trước khi đổ ra vịnh. Do đó, hội đồng thành phố Kogarah đã tiến hành
Nghiên cứu nâng cấp hệ thống nước mưa của vùng Connells point, trong đó sử


10
dụng bộ mô hình XP – SWMM và mô hình MUSIC để mô phỏng tính toán và đưa
ra phương án tối ưu giải quyết được các vấn đề mà hiện trạng đang gặp phải.
Phương án ban đầu đưa ra để giải quyết vấn ngập úng cục bộ đó là chuyển nước
thoát ra vịnh qua công viên bằng hệ thống rãnh cỏ (grassed swale). Phương án này
đã gặp phải sự phản đối từ người dân địa phương với mong muốn hệ thống tiêu
thoát nước không được làm ảnh hưởng đến công viên, nơi diễn ra các hoạt động vui
chơi giải trí của họ. Với mục tiêu thỏa mãn được mối lo ngại của dân địa phương
cũng như giải quyết được các vấn đề ngập úng, và chất lượng nước đang gặp phải,
hội đồng thành phố đã đưa ra phương án thiết kế hệ thống theo phương pháp
WSUD, đó là xây dựng hệ thống quản lý nước mưa ngầm. Thiết kế này là sự kết

hợp sáng tạo hệ thống vận chuyển và xử lý nước mưa ngầm, trong đó xử dụng kết
hợp hệ thống xử lý nước bao gồm: hệ thống thu gom chất thải (Gross pollutant
traps – GPTs) và hệ thống lọc nước sinh hóa (bio-retention)” và giảm dòng chảy
lớn qua hệ thống hố thu nước tràn mặt “surcharge pits”, giống như hệ thống thoát
nước tự nhiên của khu vực. (Gurmeet, 2008).
Sau khi hệ thống công trình được đưa vào vận hành, chương trình giám sát chất
lượng nước thực hiện bởi Hội đồng thành phố đã chỉ ra rằng lượng chất ô nhiễm và
bùn cát lắng cặn đổ ra vịnh Connells đã giảm đáng kể. Chất lượng nước tại cửa ra
đã đạt cao hơn tiêu chuẩn của nước xả ra vịnh. Điều được các nhà khoa học tiên
đoán trước là sự suy giảm của chất ô nhiễm và bùn cát lắng cặn sẽ cung cấp môi
trường sống cho các loài động, thực vật trong vịnh Connells, từ đó sẽ cải thiện các
giá trị môi trường và giải trí của khu vực. Nghiên cứu cũng đề xuất việc tái sử dụng
lại nguồn nước sau khi xử lý cho mục đích tưới cây và nước dùng cho nhà vệ sinh
sử dụng cho khu vực công viên, qua đó cũng cung cấp một hệ thống xử lý tổng hợp
nước mưa cho dân cư vùng vịnh Connells. (Gurmeet, 2008).
Nghiên cứu tại khu vực Fort Dodge, Lowa, Mỹ
Ở Mỹ, trong quy hoạch và phát triển đô thị phương pháp Phát triển tác động thấp
(LID) được áp dụng. Để thực hiện các mục tiêu trong LID, các nhà khoa học Mỹ đã


11
phát triển bộ phần mềm SWMM như là bộ công cụ hiệu quả giúp các nhà quản lý
đô thị trong việc mô phỏng, định lượng, đánh giá các tác động đến tài nguyên nước
đô thị.
SWMM là mô hình được sử dụng phổ biến nhất tại Mỹ, tuy nhiên bên cạnh
SWMM, mô hình XP – SWMM cũng đã được sử dụng, dẫn chứng là nghiên cứu
Quy hoạch tài nguyên nước mưa khu vực Fort Dodge, Lowa, Mỹ. Thành phố Fort
Dodge hiện đang đứng trước vấn đề về ngập úng cục bộ và sự quá tải của hệ thống
đường ống thoát nước thải ở khu vực xung quanh Crossroads Mall. Do đó hội đồng
thành phố đã chỉ định công ty HR Green thực hiện nghiên cứu sử dụng mô hình XP

– SWMM để đánh giá hiện trạng ngập úng và đưa ra các phương án thiết kế nâng
cấp hệ thống khả thi dựa trên các tiêu chí của phương pháp tiếp cận Thực hành quản
lý tối ưu (Best Management Practices - BMP). (Ralph, 2010).
Nghiên cứu tại thành phố Taman Mayang, Malaysia
Hiện nay, đã có một số nghiên cứu tại các nước châu Á sử dụng mô hình XP –
SWMM trong dự báo ngập lụt. Dẫn chứng là nghiên cứu tính toán dự báo ngập lụt
cho lưu vực đô thị Taman Mayang, Malaysia với diện tích 134.46 ha. Nghiên cứu
đã áp dụng và so sánh 3 phương pháp diễn toán dòng chảy trong mô hình XP –
SWMM: phương pháp hồ chứa phi tuyến tính (Non Linear Reservoir Method NLRM), phương pháp diện tích - thời gian (Time Area Method - TAM) và phương
pháp Laurenson (Laurenson Method - LM) để tính toán dòng chảy cho lưu vực
nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp TAM cho kết quả sai
số thấp nhất, khoảng 7% so với kết quả thực đo. (Thamer, 2008).
Nghiên cứu tại khu vực Rockhampton, trung tâm bang Queensland, Australia
Một nghiên cứu khác của Fatema (2014) cho khu vực Rockhampton, trung tâm
bang Queensland, Australia đã sử dụng mô hình XP – SWMM để tính toán dòng
chảy mặt. Với mục đích tìm ra được phương pháp diễn toán phù hợp nhất với khu
vực tính toán, nghiên cứu đã đưa ra sự so sánh về bốn phương pháp diễn toán cơ


12
bản trong mô hình XP – SWMM bao gồm: phương pháp dòng chảy SWMM hay
còn gọi là phương pháp hồ chứa phi tuyến tính(SWMM runoff method or Non
Linear Reservoir Method - NLRM), phương pháp sóng động học (Kinematic wave
method), phương pháp Laurenson (Laurenson method), và phương pháp diện tích –
thời gian(Time-Area method). Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp Laurenson
cho kết quả tổng lượng dòng chảy mặt nhỏ nhất so với các phương pháp khác, tuy
nhiên lại cho đỉnh lũ lớn nhất, có khả năng phù hợp mô phỏng ở khu vực đồi núi có
độ dốc trung bình. Phương pháp Laurenson cũng là phương pháp diễn toán được
bang Queensland chấp nhận và khuyến cáo sử dụng trong toàn bang Queensland.
(Fatema, 2014).

1.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam
a. Hiện trạng hệ thống thoát nước đô thị ở các thành phố lớn ở Việt Nam
Ở Việt nam, hệ thống thoát nước bề mặt được xây dựng ở hầu hết các đô thị với
mục tiêu ban đầu nhằm thu gom nước mưa và chống ngập úng. Tuy nhiên sau này
do quá trình đô thị hóa quá nhanh, các hộ gia đình cần phải thoát nước thải sinh
hoạt của mình. Do đó, hệ thống thoát nước mưa đã trở thành hệ thống thoát nước
chung, thu gom cả nước mưa và nước thải, dẫn đến tình trạng quá tải của hệ thống
thoát nước. Thêm vào đó, do không được quan tâm bảo dưỡng thường xuyên nên hệ
thống thoát nước xuống cấp nghiêm trọng, dẫn đến tình trạng ngập úng thường
xuyên xảy ra tại các đô thị lớn đặc biệt là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Song
song với tình trạng ngập úng là tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng tại các điểm
xả của hệ thống thoát nước như kênh, hồ, sông. Theo bộ luật xây dựng của Việt
Nam quy định tất cả các công trình nhà ở Việt Nam phải có hệ thống xử lý tại chỗ,
thường là bể tự hoại để lắng cặn nước thải trước khi đổ ra hệ thống thoát nước
chung (Ngân hàng thế giới, 2013). Theo báo cáo của WHO/UNICEF năm 2008, có
trên 77% hộ gia đình ở thành phố sử dụng bể tự hoại. Tuy nhiên do hiện trạng thoát
nước chung (cả nước thải và nước mưa) nên lượng nước thải là rất lớn, do đó tỷ lệ
nước thải được xử lý còn rất hạn chế chỉ khoảng 10% tổng lượng nước thải của đô
thị (Nguyễn Việt Anh, 2007).


13
Ở các nước phát triển, hệ thống thoát nước đô thị thường được thiết kế riêng cho
nước mưa và nước thải. Hệ thống nước mưa sẽ được thu lại xử lý và tái sử dụng,
còn hệ thống nước thải sẽ được vận chuyển trong mạng lưới cống ngầm dẫn dến các
nhà máy xử lý nước thải riêng. Nhờ đó sẽ không xảy ra tình trạng ô nhiễm ở các
kênh dẫn nước thải, cũng như làm giảm đáng kể lượng nước thải cần xử lý. Ở Việt
Nam hiện nay các nhà thiết kế đô thị đã bắt đầu quan tâm và sử dụng hệ thống thoát
nước riêng ở các khu ven đô mới xây dựng, tuy vậy số lượng vẫn còn rất hạn chế do
chi phí ban đầu để lắp đặt hệ thống thoát nước riêng cao. Trên cả nước hiện nay có

tất cả 17 hệ thống xử lý nước thải đang hoạt động, trong đó ở Hà Nội và Thành phố
Hồ Chí Minh đều có 4 nhà máy xử lý nước thải. Tuy vậy, tính đến cuối tháng
9/2013 mới chỉ có 4 nhà máy trong tổng số 17 nhà máy xử lý nước thải nhận nước
từ hệ thống thoát nước tách riêng nước thải và nước mưa, đó là 2 hệ thống ở Đà Lạt,
Buôn Ma Thuột, và hai hệ thống Cảnh Đới và Nam Viên ở khu đô thị mới Phú Mỹ
Hưng, Thành phố Hồ Chí Minh (Ngân hàng thế giới, 2013)
Ở Việt Nam khái niệm về WSUD còn khá mới mẻ nhưng cũng đang bước đầu được
các nhà khoa học và quản lý tài nguyên nước đô thị quan tâm. Tại hội thảo quốc tế
về Cuộc sống đô thị C40 Arup với chủ đề “Sự ứng phó về nước và khí hậu cho
Thành phố Hồ Chí Minh” diễn ra vào tháng 7 năm 2010 tại Thành phố Hồ Chí
Minh (TP HCM) đã đưa ra khái niệm Thiết kế đô thị nhạy cảm về nước –WSUD
vào quy hoạch qua việc thực hiện thiết kế thoát nước đô thị bền vững. Tại buổi hội
thảo các chuyên gia đã đưa ra các kết quả nghiên cứu về hiện trạng, nguyên nhân
dẫn đến tình trạng ngập úng tại TP HCM, đồng thời đưa ra những ví dụ về những
giải pháp đã được các nước phát triển như Australia, Nhật, Trung Quốc ứng dụng,
để từ đó đề xuất một số phương án khả thi cho thành phố trong công tác quy hoạch,
nâng cấp hệ thống thoát nước đô thị để giải quyết tình trạng ngập lụt đô thị. Báo cáo
của buổi hội thảo cũng đã chỉ ra rằng ý tưởng thiết kế thoát nước mang tính chất bền
vững cho các công trình xây dựng mới là “chuyển từ thiết kế thoát nước thông
thường là thải nước mưa càng nhanh càng tốt sang một khái niệm mới về thoát nước
là giữ lại và cho chảy tràn một cách tự nhiên”. Thiết kế thoát nước mới bền vững là


14
tìm cách để quản lý chất lượng, số lượng đồng thời xử lý nước mưa tại nguồn chứ
không phải ở hạ lưu. Hội thảo đề xuất việc khôi phục các kênh hiện trạng, áp dụng
chi tiết về bờ kênh “mềm” với hệ thống lọc tự nhiên để giảm ô nhiễm, thiết kế chức
năng tích trữ lũ ngầm của kênh. Đồng thời hội thảo cũng đề xuất các phương án về
thu hoạch nước mưa, coi nước mưa là một nguồn cấp nước đáng kể cho các hoạt
động như tưới cây, rửa đường, cứu hỏa… và sử dụng nước mưa là nguồn tiềm năng

để bổ sung vào nguồn nước ngầm một cách thụ động. (ARUP, 2010).
b. Một số nghiên cứu về hệ thống tiêu thoát nước đô thị ở Việt Nam
Ở Việt nam đã có một số nghiên cứu về vấn đề quản lý hệ thống thoát nước đô thị,
dẫn chứng là Nghiên cứu “Xây dựng bản đồ ngập lụt trên địa bàn thành phố Hà Nội
có xét đến biến đổi khí hậu” do Viện Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu,
Trường đại học Thủy lợi thực hiện năm 2012. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình
MikeUrban 2011, để đánh giá hiện trạng hệ thống tiêu thoát nước khu vực Hà nội,
và xây dựng bản đồ ngập lụt thành phố ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu.
(IHECC, 2012)
Một nghiên cứu khác của trường đại học Thủy Lợi năm 2014 về “Đánh giá hiệu quả
giảm ngập úng của việc áp dụng các giải pháp thu trữ nước mưa cho trường đại học
Thủy Lợi”. Nghiên cứu đã đề xuất 2 giải pháp kiểm soát nước mưa, cụ thể là (1)
Thu giữ và sử dụng nước mưa qua hệ thống bể chứa để sử dụng; (2) Đưa nước mưa
vào lòng đất (tầng không áp và có áp) thông qua việc sử dụng bê tông thấm nước ở
các bề mặt không thấm hiện nay như đường đi bộ, bãi để xe, sân chơi, vỉa hè. (Phạm
Tất Thắng, 2014)
Đối với các nhà quản lý tài nguyên nước đô thị ở Việt Nam, mô hình Mô hình XP –
SWMM vẫn còn đang rất mới mẻ. Cho đến nay chỉ có một nghiên cứu sử dụng mô
hình XP – SWMM đó là nghiên cứu: “Đánh giá tính nhạy cảm thành phố Huế sử
dụng mô phỏng thủy văn đô thị”. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình để mô phỏng
đánh giá hệ thống thoát nước của thành phố Huế. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra vai


15
trò của các hồ trong việc trữ lũ nhằm giảm thiểu ngập lụt, từ đó hỗ trợ cho công tác
quản lý và vận hành hệ thống thoát nước thành phố Huế (Phạm Văn Quân, 2013).
Hiện nay tại Việt Nam chưa có đề tài nghiên cứu nào nhằm định lượng các tác động
đến nguồn nước mưa do quá trình đô thị hóa diễn ra trong phạm vi tiểu lưu vực.

16

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU
2.1 Mô hình quản lý nước mưa XP – SWMM
XP – SWMM mô phỏng quá trình mưa rào – dòng chảy tự nhiên và mô phỏng thủy
lực hệ thống kênh dẫn được sử dụng trong quản lý tài nguyên nước. Mô hình cho
phép phân tích tổng hợp dòng chảy; vận chuyển chất ô nhiễm; mô phỏng các biện
pháp thiết kế bền vững trong các hệ thống kỹ thuật quản lý nguồn nước cũng như
các hệ thống tự nhiên như các ao, sông, hồ, các khu vực ngập lũ; và trong đó có xét
sự tương tác với hệ thống nước ngầm. XP – SWMM là sự kết hợp giữa mô hình
thủy văn, mô hình thủy lực. Mô hình được áp dụng rộng rãi hàng ngày cho một
mảng rộng của quản lý tài nguyên nước, thiết kế và các vấn đề quy hoạch hành
động khẩn cấp bởi hàng nghìn người sử dụng. (nguồn: ).
Mô hình XP-SWMM đã được phát triển và sử dụng trên 25 năm. Mô hình được
kiểm định và thông qua bởi cơ quan Quản lý các vấn đề khẩn cấp của liên bang Mỹ
(FEMA) và cơ quan quản lý về môi trường của Anh (UK Environment Agency).

2.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình XP-SWMM
a. Mô đun dòng chảy (Runoff Mode)
Mô đun dòng chảy được sử dụng để đánh giá và phân tích thủy văn lưu vực. Dòng
chảy tính toán từ mô đun runoff sẽ được sử dụng như đầu vào của mô đun thủy lực
và mô đun chất lượng nước.
Phương pháp Laurenson trong mô đun dòng chảy
XP- SWMM tích hợp rất nhiều phương pháp diễn toán mưa dòng chảy:
• Phương pháp Laurenson;
• Phương pháp dòng chảy SWMM/ phương pháp hồ chứa phi tuyến tính
(SWMM runoff method/ Non Linear Reservoir Method - NLRM);
• Phương pháp diện tích – thời gian (Time Area method - TAM);
• Phương pháp thích hợp (Rational method);
• Phương pháp lũ đơn vị và nhiều phương pháp khác.