Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm ngập, tiêu thoát nước mưa cho thành phố Quảng Ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
____________________

VÕ QUỐC HÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢM NGẬP VÀ TIÊU THOÁT NƢỚC
CHO ĐÔ THỊ PHÍA NAM THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 8.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ỨNG DỤNG

Đà Nẵng – Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHĐN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. HOÀNG NGỌC TUẤN
GS.TS. NGUYỄN THẾ HÙNG

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN THỐNG
Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN CHÍ CÔNG

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ
ứng dụng họp tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng vào ngày
.…tháng….năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và truyền thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà
Nẵng
- Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi thủy điện, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, với xu thế chung của các thành phố trên toàn quốc,
tốc độ đô thị hóa thành phố Quảng Ngãi cũng không ngoại lệ, đã có sự phát triển
nhanh chóng, nhiều khu dân cư đô thị mới được hình thành, các dự án nâng cấp, mở
rộng mạng lưới giao thông, thoát nước, công viên, cây xanh, các dịch vụ, trung tâm
vui chơi công cộng…, góp phần không nhỏ hình thành đô thị trên diện rộng, tạo nên
diện mạo mới của một đô thị văn minh và hiện đại.
Bên cạnh những thành quả đạt được như trên, thành phố cũng phải đối mặt với
nhiều hạn chế, thách thức như trình trạng ô nhiễm môi trường nước, chất thải rắn, vệ
sinh an toàn thực phẩm, tệ nạn xã hội… và đặc biệt là tình trạng nước chảy tràn,
ngập trên các tuyến đường, khu dân cư vào những ngày mưa lớn, nguyên nhân chủ
yếu là do hệ thống thoát nước chung có quy mô nhỏ, thiếu kết nối đồng bộ, bị quá
tải và xuống cấp; mặt khác một số ao, hồ, vùng trũng thấp đã được san lấp làm khu
đô thị nên góp phần làm gia tăng tình trạng ngập hầu hết đối với các phường trung
tâm của thành phố .
Mặt khác trong điều kiện mưa, bão có xu thế cực đoan do ảnh hưởng của biến
đổi khí hậu như hiện nay, nhằm định hướng trong công tác lập quy hoạch, đầu tư
xây dựng cơ sở hạ tầng để phát triển kinh tế-xã hội của thành phố Quảng Ngãi luôn
bền vững, thân thiện với môi trường. Tác giả lựa chọn đề tài luận văn: “Nghiên cứu
đề xuất giải pháp giảm ngập, tiêu thoát nước mưa cho thành phố Quảng Ngãi”.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng ngập lụt thành phố Quảng Ngãi (khu vực nằm
phía nam sông Trà Khúc, thành phố Quảng Ngãi) để hiểu về bản chất và các nguyên

nhân gây ngập; từ đó đề xuất biện pháp giảm thiểu tình trạng ngập úng, nâng cao
khả năng tiêu thoát nước cho đô thị phía Nam thành phố đến thời điểm hiện tại và
trong tương lai.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
3.1 Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của Đề tài luận văn là hệ thống cống thoát nước; các ao,
bàu, hồ trữ nước đã và đang được hoàn thành, cũng như hệ thống cống; các ao, bàu,
hồ trữ nước quy hoạch trong tương lai của đô thị phía Nam thành phố Quảng Ngãi
(phía bờ Nam sông Trà Khúc). Ngoài ra, việc thoát lũ của sông Trà Khúc cũng được
xem xét trong đề tài vì có liên quan đến tiêu thoát, giảm ngập cho thành phố Quảng
Ngãi.
3.2 Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu của đề tài gồm các phường Lê Hồng Phong, Trần Phú và
một phần của phường Nguyễn Nghiêm và Trần Hưng Đạo (gọi tắt là lưu vực tiêu 1).
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1 Cách tiếp cận:
Thu thập các tài liệu, số liệu đã có về hiện trạng hệ thống tiêu, thoát nước; các ao,
bầu, hồ trên địa bàn phía Nam thành phố từ các đề án, dự án... được các cấp có thẩm


2
quyền phê duyệt; thu thập các thông tin, số liệu tính toán, thống kê từ các Đài khí
tượng thủy văn, thông tin, dự báo từ các cuộc hội thảo có liên quan đến vấn đề ngập,
thoát nước của thành phố Quảng Ngãi.
Áp dụng mô hình MIKE URBAN để mô phỏng hệ thống thoát nước hiện trạng
của thành phố Quảng Ngãi, phân tích nguyên nhân gây ngập để làm cơ sở đề xuất
biện pháp giảm thiểu các nguy cơ ngập, nâng cao khả năng tiêu thoát nước của thành
phố Quảng Ngãi cho thời điểm hiện tại và trong tương lai.
4.2 Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp điều tra, thu thập số liệu.

- Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, áp dụng mô hình toán tính toán tiêu nước
thoát đô thị.
5. ngh a khoa học và thực ti n của uận án
Việc nghiên cứu tính toán, mô phỏng hệ thống thoát nước mưa hiện trạng một
phần của đô thị phía Nam thành phố Quảng Ngãi để tìm ra nguyên nhân của tình
trạng ngập úng là việc làm hết sức cần thiết. Từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu các
nguy cơ ngập, nâng cao khả năng tiêu thoát nước của thành phố Quảng Ngãi cho
thời điểm hiện tại, trong tương lai, làm cơ sở khoa học định hướng trong công tác
lập quy hoạch, đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng để góp phần phát triển kinh tế-xã hội
của thành phố Quảng Ngãi.
Kết quả nghiên cứu của đề tài cũng là cơ sở cho việc nghiên cứu tính toán và
kiểm tra hệ thống thoát nước mưa của cả thành phố Quảng Ngãi trong tương lai.
6. Cấu trúc của uận văn:
Luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị gồm có 4 chương như sau:
- Chương 1: Điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội và hiện trạng hệ thống hạ tầng
thành phố Quảng Ngãi.
- Chương 2: Phân tích, lựa chọn mô hình toán để tính toán, mô phỏng ngập
úng (lưu vực tiêu 1)
- Chương 3: Đề xuất giải pháp giảm ngập, nâng cao khả năng
tiêu thoát nước đô thị phía Nam thành phố Quảng Ngãi


3
CHƢƠNG 1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ-XÃ HỘI
VÀ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI
1.1. Tổng quan về thành phố Quảng Ngãi
Thành phố Quảng Ngãi có tọa độ địa lý từ 15005’ đến 15008’ vĩ độ Bắc và từ
108034’ đến 108055’ kinh độ Đông. Hai phía Tây, Nam đều giáp huyện Tư Nghĩa,
phía Đông giáp với biển đông và phía Bắc giáp huyện Sơn Tịnh.

Thành phố Quảng Ngãi là thành phố đô thị tỉnh lỵ, trung tâm chính trị, kinh tế,
văn hóa - xã hội và khoa học kỹ thuật của tỉnh Quảng Ngãi. Là một trong những
trung tâm kinh tế khu vực miền Trung về công nghiệp chế biến, gia công, thương
mại, dịch vụ, du lịch và là đầu mối giao thông quan trọng của khu vực. Sau khi sáp
nhập theo Nghị quyết 123 của Chính phủ thì hiện nay TP Quảng Ngãi có tổng diện
tích 159,04 Km2 với 260.252 nhân khẩu và 23 đơn vị hành chính (gồm 9 phường và
14 xã).
1.2. Điều kiện tự nhiên thành phố Quảng Ngãi
1.2.1. Địa hình
Tại phạm vi khu vực nghiên cứu (lưu vực tiêu 1), địa hình gần như bằng
phẳng, độ dốc nhỏ và thay đổi thấp dần theo hướng Tây, Tây Nam về phía Đông.
1.2.2. Khí hậu
Mùa mưa lượng mưa trung bình năm khoảng 2.650 mm. Mùa mưa ở đây ngắn
và khá lớn, mưa bắt đầu từ tháng IX đến tháng XII hàng năm, lượng mưa chiếm từ
70 đến 80% lượng mưa cả năm.
Mùa khô kéo dài từ tháng I đến tháng VIII với lượng mưa chỉ chiếm 20 đến
30% tổng lượng mưa hàng năm.
1.2.3. Địa chất
Đặc điểm cấu trúc địa chất phạm vi nghiên cứu nhìn chung giống như các khu
vực đồng bằng của tỉnh Quảng Ngãi
1.2.4. Thủy văn
Khu vực nghiên cứu thoát nước cho đô thị thành phố Quảng Ngãi chịu tác
động chính từ chế độ thủy văn của Sông Trà Khúc
1.3. Điều kiện dân sinh, kinh tế-xã hội
1.3.1. Dân số - lao động
Dân số thành phố Quảng Ngãi khoảng 252.050 người. Mật độ dân số thành
phố hiện là cao nhất cả tỉnh khoảng 1.067 người/km2 và đang có xu hướng tăng
nhanh; mật độ dân số cao, tập trung chủ yếu ở các phường nội thị
1.3.2. Cơ cấu kinh tế
Cơ cấu kinh tế thành phố Quảng Ngãi thời kỳ 2011 - 2018 đã có những chuyển

dịch đáng kể, theo hướng ngày càng tăng tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ. Nền kinh
tế của thành phố đã có những nét thể hiện là nền kinh tế của đô thị lớn; tốc độ tăng
trưởng của các ngành dịch vụ chiếm tỷ trọng khá cao (35,5%).
Khai thác nguồn thu từ quỹ đất đạt thấp, vẫn còn tình trạng nợ đọng thuế. Chưa
xây dựng được chương trình phát triển khoa học - công nghệ phục vụ phát triển kinh


4
tế - xã hội.
1.3.3. Văn hoá, xã hội
Trong thời kỳ 2011 - 2018 nền kinh tế của thành phố phát triển với tốc độ
nhanh; đi liền với sự phát triển kinh tế, các vấn đề xã hội cũng có bước phát triển
khá rõ nét; các cơ sở vật chất kỹ thuật ngày càng được tăng cường trên tất cả các
lĩnh vực.
1.3.4. Y tế, giáo dục
Trên địa bàn thành phố có 2 trường Đại học là: Trường Đại học Phạm Văn
Đồng và Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh - Phân hiệu Quảng Ngãi; 04
trường cao đẳng; 09 trường Trung học phổ thông; 23 trường Trung học Cơ sở; 32
trường Mẫu giáo; 10 trạm và trung tâm y tế; 01 bênh viện Đa khoa. Các trường học
và trạm y tế cơ bản đã được trang bị khá đầy đủ cơ sở vật chất kỹ thuật phục vụ công
tác giảng dạy, học và khám chữa bệnh.
1.3.5. Văn hoá, thể thao, viễn thông và phát thanh truyền hình
Mạng viễn thông trong địa bàn thành phố phát triển nhanh cả về truyền dẫn và
chuyển mạch.
1.4. Hiện trạng hệ thống hạ tầng đô thị
1.4.1. Hạ tầng kỹ thuật
Hệ thống mạng lưới giao thông: Tổng chiều dài hệ thống đường giao thông
trên địa bàn thành phố là 460,7km
Hệ thống mạng lưới điện: Thành phố Quảng Ngãi hiện đang sử dụng nguồn
điện lưới quốc gia tại trạm biến áp 110kV Núi Bút có công suất (40+25)MVA và tổ

máy phát Diezel dự phòng có tổng công suất lắp đặt 9,05 MW
1.4.2. Hạ tầng xã hội
Thương mại: Chợ, siêu thị đã được đầu tư nâng cấp đáp ứng nhu cầu phục vụ
cho khu vực thành phố và các khu vực lân cận
Giáo dục: Trên địa bàn thành phố có 02 trường Đại học, 04 trường Cao đẳng,
02 trường Trung cấp, 10 trường THPT, 23 trường THCS, 30 trường tiểu học, 32
trường mầm non cơ bản đáp ứng nhu cầu dạy học cho học sinh và sinh viên
1.5. Tình trạng ngập úng đô thị phía bờ Nam thành phố
1.5.1 Các dòng sông ven đô thị bờ nam sông Trà Khúc
Trong khu vực đô thị nằm phía Nam thành phố Quảng Ngãi, hai dòng sông có
ảnh hưởng đến việc ngập úng và thoát lũ nội thành là sông Trà Khúc và Bàu Giang
1.5.2. Tình trạng ngập úng đô thị phía Nam thành phố Quảng Ngãi
1.5.2.1. Phân chia lưu vực tiêu thoát nước
Hiện tại, do điều kiện địa hình khu vực nội đô trung tâm phía bờ nam sông Trà
Khúc được phân chia thành 3 lưu vực tiêu thoát nước chính với tổng diện tích
khoảng 1243 ha. Trong đó: Phạm vi nghiên cứu à Lƣu vực tiêu 1


5

Hình 1.2 Bảng đồ phân chia lưu vực khu nội đô
1.5.2.2. Đánh giá tình trạng ngập úng của phạm vi nghiên cứu
Thành phố Quảng Ngãi nói chung và khu vực nội đô (lưu vực tiêu 1) nói riêng
luôn bị quá tải với tình trạng ngập úng xảy ra vào mùa mưa lũ. Có nhiều nguyên
nhân dẫn đến tình trạng này, song tập trung chủ yếu các nguyên nhân (nguồn gốc
gây ngập) sau:
Thứ nhất, do yếu tố địa hình của lưu vực tiêu 1 nằm phía bờ nam sông Trà
Khúc thấp hơn nhiều so với đỉnh mực nước lũ sông Trà Khúc (đỉnh mực nước lũ dao
động từ 3.5m đến 7.5m, tương ứng với từ mức lũ báo động 1 lên trên mức lũ báo
động 3) và xấp xỉ bằng đỉnh lũ sông Bàu Giang sông (đỉnh mực nước lũ dao động từ

3.0m đến 5.0m), trong khi đó cao độ nền trong khu nội đô của trung tâm thành phố
phía bờ nam sông Trà Khúc dao động từ 4.0 đến 6.5m nên không thể tiêu thoát kịp
thời khi xảy ra mưa lũ (mặt dù thành phố đã đầu tư xây dựng một trạm bơm cưỡng
bức công suất 12.000 m3/h và hai hồ điều hòa tại phường Lê Hồng Phong nhằm
giảm bớt tình trạng ngập úng cho lưu vực 1 nhưng vẫn chưa đáp ứng được).
Thứ hai, Hệ thống cống thoát nước mưa và nước thải chung ở nội đô thành
phố nói chung và lưu vực tiêu nói riêng do đầu tư đã lâu, thiếu kinh phí bão dưỡng,
nạo vét thường xuyên nên đã xuống cấp, nhiều đoạn cống thoát nước không kết nối
với hệ thống thoát nước chính. Công suất của nhiều cống thoát nước được thiết kế
chưa đảm bảo năng lực tiêu thoát, cộng thêm với việc bị ảnh hưởng do bùn ứ đọng
trong cống và chất thải đổ xuống cống. Ngoài ra, việc thiếu các miệng thu nước mưa
và giếng thăm hạn chế hiệu quả hoạt động của hệ thống thoát nước và công tác bảo
dưỡng.
Thứ ba, Quá trình đô thị hoá thành phố diễn ra nhanh chóng trong những năm
gần đây đã làm giảm sự điều tiết tự nhiên của bề mặt lưu vực. Điển hình như trong
khu vực nghiên cứu từ sau năm 2010, phần lớn diện tích đất sản xuất nông nghiệp,
ao tự nhiên (vùng trũng thấp) được san lấp làm khu đô thị (Khu đê Bao, Gò Đá, Bàu


6
Cả...) nên làm giảm “diện tích hồ điều hòa tự nhiên” trong nội đô, đồng thời gây gia
tăng áp lực tiêu thoát lên các cống, kênh tiêu hiện hữu. Ngoài ra, tăng tỷ lệ phần diện
tích bề mặt do được bê tông hoá, nhựa hoá, xây dựng nhà, công xưởng, đường sá...
trong quá trình đô thị hóa làm cho toàn bộ mưa trên bề mặt đều tập trung thành dòng
chảy, không thể thấm xuống đất cũng góp phần không nhỏ gây nên tình trạng ngập
úng đô thị.
Thứ tư, Công tác lập quy hoạch, tính toán thiết kế hệ thống tiêu thoát nước
chưa được quan tâm đúng mức, chưa có sự kết nối đồng bộ của từng khu dân cư vào
trục tiêu thoát chính; chưa đánh giá đúng, đủ vị trí cũng như công suất các trạm bơm
cần thiết để vận hành bơm tiêu thoát ra sông Trà Khúc, nhằm rút ngắn thời gian

ngập cho đô thị. Nguồn lực đầu tư cho Hệ thống tiêu thoát nước của thành phố còn
hạn chế cũng là một trong những nguyên nhân làm cho tình trạng ngập úng của
thành phố chưa được cải thiện đúng mức.
Thứ năm, Trong những năm gần đây, dưới sự tác động mạnh mẽ của biến
đổi khí hậu, nhiều đợt mưa lũ liên tiếp xảy ra với tần suất và cường độ mưa ngày
càng tăng, làm cho nhiều công trình, hạng mục công trình tiêu thoát nước bị hư
hỏng, bồi lấp nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến tình trạng ngập úng của thành phố.
Điển hình những đợt mưa rất lớn xảy ra trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi trong
những năm gần đây (2011 đến 2017):
- Đợt mưa từ ngày 16-19/10/2011: 445,9mm
- Đợt mưa từ ngày 1-4/10/2013: 329,7mm
- Đợt mưa từ ngày 29/11 đến 2/12/2016: 529,8mm
- Đợt mưa từ ngày 3-6/11/2017: 643,7mm
1.5.2.3. Một số hình ảnh các tuyến đường bị ngập trong năm 2017

Hình 1.5. Trục đường Quang Trung (đoạn giao nhau Quang Trung-Hùng Vương)


7

Hình 1.6. Trục đường Phan Bội Châu (đoạn gần Trần Hưng Đạo
đến Hùng Vương)


8
CHƢƠNG 2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN MÔ HÌNH ĐỂ TÍNH TOÁN, MÔ
PHỎNG NGẬP ÚNG ĐÔ THỊ PHÍA NAM THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI
2.1. Mô hình tính toán thoát nƣớc đô thị
2.1.1. Quá trình vật lý của dòng chảy đô thị
Theo tính chất vật lý của quá trình hình thành và chuyển hóa, quá trình mưa,

dòng chảy ở một lưu vực đô thị được chia thành 3 giai đoạn cơ bản:
• Giai đoạn 1: Hình thành dòng chảy
• Giai đoạn 2: Tập trung dòng chảy trên bề mặt
• Giai đoạn 3: Dòng chảy chung trong hệ thống thoát nước và kênh tự nhiên
2.1.2. Mô hình tính toán của dòng chảy đô thị
Trong những năm gần đây người ta đã xây dựng nhiều mô hình thực tế đạt
hiệu quả cao khi tính mô phỏng không quá phức tạp mà cùng không quá đơn giản.
Việc mô phỏng dòng chảy trong hệ thống thoát nước đô thị dựa trên hai mối quan hệ
chủ đạo:
- Quan hệ mưa – dòng chảy.
- Diễn toán trên hệ thống dẫn nước (đường cống, kênh, rạch) bằng hệ
phương trình Saint – Venant với nhiều tác giả thiết kế về điều kiện biên, phương
cách giải và các phương trình phụ trợ khác nhau, tuỳ theo mục đích yêu cầu khác
nhau.
2.1.3. Một số mô hình toán tính thoát nước mưa đô thị
Một số mô hình toán thoát nước cho đô thị đang được áp dụng vào tính toán,
có thể liệt kê một vài mô hình như sau:
Mô hình
MIKE
URBAN

Sơ đồ tính
Sai phân ẩn 6
điểm

SWMM

Sai phân hiện

CAREDAS

HYDROWORKS/SPIDA
STORM

Sai phân ẩn 4
điểm
Sai phân ẩn 4
điểm
Sai phân hiện

Tác giả
Abbott (1982)
Roesner và
Shubinski (1982)
Chevereau
(1978)
Wallingford
(1991)
Roesner và
cộng sự (1997)

2.2. Phân tích, lựa chọn mô hình
2.2.1. Giới thiệu hệ phương trình Saint – Venant:
Phương trình liên tục:

A
t

+

Q

x

=0

h
Q Q 2 / A
 gA( S O  S f )  gA  0
+
x
x
t

(2.1)

(2.2)

Để giải hệ phương trình Saint – Venant cần phải có các điều kiện ban đầu và điều
kiện biên. Điều kiện ban đầu là các giá trị tại thời điểm bắt đầu tính toán. Điều kiện


9
biên là giá trị tại biên của bài toán; với bài toán 1D thì đó là điểm đầu và điểm cuối
của hệ thống tính toán. Độ ảnh hưởng của điều kiện ban đầu giảm dần theo thời
gian, do đó ta có thể chọn khá tuỳ ý; trong khi đó ảnh hưởng của điều kiện biên là
rất quan trọng nên phải lưu ý khi chọn.
2.2.2. Lựa chọn mô hình
Để tính toán, mô phỏng quá trình tiêu thoát nước cho lưu vực tiêu 1 phía bờ
nam sông Trà Khúc, thành phố Quảng Ngãi, tác giả lựa chọn mô hình MIKE
URBAN (Mô đun SWMM) để mô phỏng lượng nước của lưu vực thoát nước đô thị
và tính toán quá trình chảy tràn từ mỗi lưu vực bộ phận đến cửa nhận nước của nó.

Cấu trúc mô hình MIKE URBAN – SWMM được thể hiện qua các sơ đồ sau:

Hình 2.4. Cấu trúc mô hình MIKE URBAN – SWMM
2.3. Liên kết trong Mike Urban
2.3.1. Liên kết trong đô thị
Liên kết MIKE URBAN cho phép trao đổi dòng chảy giữa mạng lưới đường
ống trong đô thị và bề mặt bằng cách kết nối một hoặc nhiều ô trong MIKE 21 với
hố ga, lưu vực, đập hoặc máy bơm trong MIKE URBAN. Dòng chảy vào mạng lưới
đường ống từ dòng chảy trên bề đất có thể được chỉ định là phương trình dòng chảy
qua đập, phương trình dòng chảy qua lỗ hoặc bởi một hàm số mũ.
2.3.2. Liên kết đô thị với sông
Liên kết đô thị với sông đã được thiết kế để mô hình hóa sự tương tác động
giữa mạng lưới sông và hệ thống thu gom nước. Các liên kết sông-đô thị kết nối các
mô hình MIKE URBAN và MIKE11 trong MIKE FLOOD. Các dòng nhỏ được mô
hình hóa trong MIKE 11 có thể được chuyển vào hệ thống ống nước mưa bằng cách
liên kết với biên mực nước hạ lưu với nút đầu vào trong MIKE URBAN.


10
2.3.3. Liên kết MIKE11 - MIKE 21
Liên kết giữa MIKE 11 và MIKE 21 là nhóm liên kết toàn diện nhất, cho phép
trao đổi dòng chảy động giữa các kênh, suối và sông (1D) và bề mặt (2D). Các liên
kết bên và tiêu chuẩn xác định chuyển động của nước dọc theo sông và tại điểm kết
nối giữa điểm cuối của mô hình MIKE 11 và các ô lưới 2D trên bề mặt. Các liên kết
cấu trúc cho phép mô hình hóa chi tiết một cấu trúc trong miền 2D bao gồm nhiều
hơn hai ô lưới.
2.4. Kết quả tính toán, mô phỏng ngập úng ( ƣu vực tiêu 1)
2.4.1. Thiết lập mô hình
2.4.1.1. Tài liệu ban đầu
Tài liệu địa chất

Tài liệu địa hình
Tài liệu mưa
2.4.1.2. Xử lý tài liệu
Từ tài liệu địa hình thu thập trên nền phần mềm Cad, thông qua sử dụng phần
mềm AcGis để số hóa bản đồ (DEM) tỉ lệ 1:2000 (số hóa các thông tin chính về cao
độ, kích thước của các hệ thống thoát nước, căn chỉnh lại vị trí các tuyến cống cho
phù hợp với các tuyến giao thông...) để mô hình nhận dạng trong việc xử lý, tính
toán.
2.4.1.3. Phân chia lưu vực
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả lựa chọn ƣu vực tiêu 1 (gồm
phường Lê Hồng Phong, một phần phường Trần Phú, Nguyễn Nghiêm, Trần Hưng
Đạo) đô thị phía Nam, nằm dọc theo sông Trà Khúc, nơi thường xuyên bị ngập nặng
và có bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ nhất (hình 2.11)

Hình 2.11. Khu vực nghiên cứu
2.4.1.4. Thiết lập mô hình
Qua trình nhập liệu, số hóa, tính toán... để thiết lập mô hình với kết quả phân
chia thành 72 tiểu lưu vực tập trung nước vào 68 hố ga (nút thu nước), 69 đường ống
cống, 02 hồ điều tiết, 01 trạm bơm và 01 cửa ra. Chi tiết được thể hiện ở các hình,
bảng biểu sau.


11

Hình 2.12. Mạng lưới hố ga, đường ống,
hồ điều tiết và trạm bơm
2.4.1.5. Kết quả xây dựng lưới 2D cho khu vực nghiên cứu được trình bày chi
tiết tại hình 2.17.

Hình 2.17. Bản đồ chia lưới 2D và địa hình tính toán

2.4.2. Hiệu chỉnh mô hình
Quá trình hiệu chỉnh mô hình thực hiện qua 2 bước, hiệu chỉnh mô hình thủy
văn và hiệu chỉnh mô hình thủy lực. Cụ thể:
Hiệu chỉnh mô hình thủy văn: Do khu vực nghiên cứu hiện tại chưa có số
liệu đo về dòng chảy nên trong nghiên cứu này, tác giả sẽ thiết lập các thông số của
các tiểu lưu vực (độ dốc, bề rộng, hệ số nhám …) theo các khu vực nghiên cứu
tương tự khác đã được hiệu chỉnh và kiểm định (tham khảo từ đô thị TP Đà Nẵng).
Hiệu chỉnh mô hình thủy ực: Quá trình hiệu chỉnh thủy lực được thực hiện
thông qua độ sâu ngập, kết quả mô hình được so sánh với các vết lũ đã được điều
tra, thu thập trong trận lũ năm 2017. Nếu quá trình hiệu chỉnh không tốt, tác giả sẽ
quay lại thiết lập và hiệu chỉnh từ các thông số của cả hai mô hình thủy văn và mô
hình thủy lực.


12

Hình 2.24. Bản đồ phân bố độ sâu ngập lớn theo không gian của lưu vực 1 ứng với
trận lũ năm 2017
Kết quả so sánh đỉnh ũ giữa thực đo và tính toán
Bảng 2.1. So sánh kết quả tại các vị trí ngập
Độ sâu ngập
Độ sâu ngập
Sai số chênh
Nút
Địa điểm
lớn nhất tính
lớn nhất thực
lệch (m)
toán (m)
đo (m)

Phan Bội Châu giao
112
2.23
2.47
0.24
Nguyễn Tự Tân
Đường Phan Bội Châu
200
(giữa Nguyễn Tự Tân
2.61
2.83
0.22
và Hai Bà Trưng)
Phan Đình Phùng giao
J218
1.86
2.07
0.21
Hùng Vương
Quang Trung giao với
J221
2.24
2.40
0.16
Hùng Vương
2.4.3. Bộ thông số cơ bản của mô hình
Với kết quả hiệu chỉnh mô hình cho trận mưa lũ năm 2017 từ ngày 03/11/2017
– 06/11/2017 nêu trên, cho thấy bộ thông số thủy văn, thủy lực của mô hình và tài
liệu địa hình đã được xử lý là phù hợp, có thể sử dụng cho các phương án thiết kế
2.4.4. Kiểm định mô hình

Sử dụng bộ tham số mô hình đã tìm được nêu trên, tiến hành kiểm định độc lập với
trận mưa năm 2016 xảy ra từ ngày 29/11 đến ngày 02/12/2016. Kết quả cụ thể như
sau:
+ Vị trí các nút kiểm định trận mưu lũ năm 2016


13

Hình 2.9. Vị trí các nút kiểm định độ sâu ngập
Kết quả so sánh đỉnh lũ giữa thực đo và tính toán
Độ sâu
ngập lớn
nhất
thực đo
(m)

Sai
số
chên
h
lệch
(m)

Nú
t

Địa điểm

Độ sâu
ngập lớn

nhất tính
toán (m)

11
2

Phan Bội Châu
giao Nguyễn Tự
Tân

2.38

2.50

0.12

20
0

Đường Phan Bội
Châu (giữa
Nguyễn Tự Tân
và Hai Bà
Trưng)

2.65

2.85

0.20

J2
18

Phan Đình
Phùng giao
Hùng Vương

1.83

1.98

0.15

J2
21

Quang Trung
giao với Hùng
Vương

2.17

2.35

0.18

2.5. Nhận xét về kết quả

14
Trận mưa ngày năm 2017 từ ngày 03/11/2017 – 06/11/2017 và trận mưa năm
2016 từ ngày 29/11 đến ngày 02/12/2016 là các trận mưa khá lớn, gây úng ngập trên
các tuyến đường trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi; các vết đỉnh lũ còn in lại trên
vách tường, nhà các hộ dân dọc theo tuyến đường bị ngập nên được tác giả khảo sát,
đo đạc được, làm cơ sở để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình.
Tài liệu mưa, tài liệu địa địa hình và mạng lưới tiêu thoát nước được thu thập
từ các nguồn đáng tin cậy (số liệu chính thức được phê duyệt của cấp thẩm quyền).
Điều này đảm bảo tính chính xác và logic khi thiết lập mô hình cũng như củng cố
giả thuyết quá trình hiệu chỉnh, kiểm định được thực hiện với cùng một bộ thông số.
Theo kết quả so sánh đỉnh lũ giữa tính toán và thực đo thì độ sâu ngập từ vết lũ
có xu hướng cao hơn so với độ sâu ngập mô phỏng, sự sai khác này một phần xuất
phát từ việc xác định chuẩn xác vết lũ (vết lũ hơi bị mờ theo thời gian) tại thời điểm
khảo sát vết lũ, nhưng không lớn lắm.
Như vậy, với kết quả thiết lập mô hình và được hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
ứng với trận lũ nêu trên cơ bản đảm bảo được độ tin cậy, độ sâu ngập tại 4 vị trí phù
hợp với giá trị điều tra từ các vết lũ. Từ mô hình này tác giả sẽ tiến hành đề xuất và
kiểm tra các giải pháp giảm ngập cho thành phố Quảng Ngãi để lựa chọn giảm pháp
tối ưu nhất.


15
CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM NGẬP, NÂNG CAO KHẢ NĂNG
TIÊU THOÁT NƢỚC ĐÔ THỊ PHÍA NAM TP QUẢNG NGÃI
3.1. Tính toán, mô phỏng ngập ụt và khả năng thoát nƣớc mƣa ứng với trận
mƣa thiết kế
3.1.1. Tính toán, lựa chọn trận mưa ứng với tần suất thiết kế
Để có cơ sở tính toán, lựa chọn trận mưa thiết kế cho phù hợp với đô thị (lưu
vực tiêu 1) phía Nam thành phố Quảng Ngãi có chu kỳ lặp lại là 2 năm (tương ứng
với tần suất P = 50%) theo đúng quy định của TCQG 7957-2008: Thoát nước –

mạng lưới và công trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế (đô thị thành phố Quảng
Ngãi sẽ lên đô thị loại 2 vào năm 2020), tác giả sử dụng mưa trong 6h (theo thống kê
về thời gian mưa gây ngập của thành phố Quảng Ngãi từ Đài khí tượng Thủy văn
Quảng Ngãi và Văn phòng thường trực BCH phòng chống thiên tai tỉnh Quảng Ngãi
Kết quả thu phóng theo trận mưa năm 2017: Sử dụng trận mưa điển hình năm
2017 thu phóng trận mưa thiết kế cho khu vực nghiên cứu. Kết quả thu phóng tại
(hình 3.3).

Hình 3.3. Trận mưa thiết kế, ứng với P = 50%
3.1.2. Mô phỏng ngập ũ và khả năng thoát nƣớc mƣa ứng với trận mƣa
thiết kế
Dựa vào số liệu trận mưa thiết kế, tác giả tiến hành kiểm tra lại và đánh giá
năng lực hệ thống thoát nước mưa của lưu vực tiêu 1, đô thị phía Nam của thành phố
Quảng Ngãi. Kết quả mô phỏng độ sâu ngập lớn nhất ứng với trận mưa thiết kế được
hiển thị ở hình 3.2


16

Hình 3.2. Bản đồ phân bố độ sâu ngập lớn theo không gian của khu vực nghiên cứu
ứng với trận mưa thiết kế
Nhận xét: Ứng với trận mưa thiết kế nêu trên thì vùng nội đô lưu vực tiêu 1
của thành phố Quảng Ngãi có nhiều vị trí bị ngập sâu trên diện rộng.
3.2. Đề xuất giải pháp giảm ngập, tăng khả năng thoát nƣớc cho đô thị ( ƣu vực
tiêu 1) phía Nam thành phố Quảng Ngãi
Để có cơ sở đề xuất, lựa chọn giải pháp giảm ngập, nâng cao khả năng tiêu
thoát nước cho đô thị (lưu vực tiêu 1) phía Nam thành phố Quảng Ngãi, sử dụng trận
mưa thiết kế đã được thu phóng và bộ thông số mô hình đã được hiệu chỉnh, kiểm
định để xây dựng các kịch bản giảm ngập lụt cho thành phố (lưu vực tiêu 1).
Các kịch bản được xây dựng dựa trên thực trạng cụ thể, khả thi về kinh tế, quỹ

đất, điều kiện xây dựng.., gồm:
Cải tạo hồ Bàu Cả đang bị bồi lấp .
Nâng công suất máy bơm .
Xây dựng mới hồ điều hòa ở khu vực đất trống ở gần đường Tô Hiến
Thành .
Mở rộng khẩu độ cống tại các vị trí ngập trên các trục đường chính.
Từ đó, lựa chọn kịch bản giảm ngập tối ưu cho cho thành phố (lưu vực tiêu 1).
3.2.1. Xây dựng các kịch bản
- Kịch bản 1: Tăng thêm 1 máy bơm (sử dụng máy bơm dự phòng)
Nhận xét: Kết quả mô phỏng từ việc tận dụng máy bơm dự phòng không giảm
được diện tích và phạm vi ngập, dòng chảy tập trung về hồ Bàu Cả vẫn còn khá lớn.
- Kịch bản 2: Mở rộng một số tuyến cống dọc theo trục đường chính
Nhận xét: Kết quả mô phỏng từ việc mở rộng thêm 19 đoạn cống có đường
kính lớn hơn 0,9m thì diện tích và phạm vi ngập có giảm nhưng chưa đáng kể.
- Kịch bản 3: Xây dựng hồ điều tiết mới
Nhận xét: Kết quả mô phỏng từ việc xây dựng mới hồ điều tiết mới tại vị trí
đất trống gần đường Tô Hiến Thành thì diện tích và phạm vi ngập có giảm nhưng
chưa đáng kể.
- Kịch bản 4: Tăng thêm công suất máy bơm (3 máy) + Cải tạo hồ Bàu Cả +
Xây dựng hồ điều tiết mới


17
Nhận xét: Kết quả mô phỏng từ việc thêm công suất máy bơm (3 máy) + Cải
tạo hồ Bàu Cả + Xây dựng hồ điều tiết mới thì diện tích và phạm vi ngập giảm rất
nhiều so với hiện trạng.
- Kịch bản 5: Tăng thêm công suất máy bơm (3 máy) + Cải tạo hồ Bàu Cả +
Mở rộng kích thước một số tuyến cống
Nhận xét: Kết quả mô phỏng từ việc thêm công suất máy bơm (3 máy) + Cải
tạo hồ Bàu Cả + Mở rộng kích thước 26 đoạn cống dọc theo trục đường thoát nước

chính thì diện tích và phạm vi ngập giảm rất nhiều so với hiện trạng.
3.2.2. So sánh hiệu quả giảm ngập của các kịch bản
a. Thống kê kết quả ngập theo các kịch bản
Bảng 3.1. Thống kê kết quả của các kịch bản
Kịch bản
Hiện trạng

Số nút ngập
10

Số giờ ngập (giờ)
80.93

Tổng thể tích ngập 106 m3
425.20

KB1
KB2
KB3
KB4
KB5

9
9
9
8
6

54.12
84.16

68.91
11.61
22.05

164.65
464.27
315.34
12.50
13.04

b. So sánh hiệu quả giảm ngập của các kịch bản
Bảng 3.2. So sánh hiệu quả giảm ngập của các kịch bản
Kịch bản

(%) giảm thời gian ngập

(%) giảm thể tích ngập

KB1

33.13

61.28

KB2

3.99

9.19

KB3

14.85

25.84

KB4

85.65

97.06

KB5

72.75

96.93

c. Nhận xét về các kịch bản
Qua kết quả tính toán cho 5 kịch bản, sơ bộ cho thấy có hai kịch bản có hiệu
quả giảm ngập được cho lưu vực tiêu 1 phía Nam thành phố Quảng Ngãi, cụ thể:
- Kịch bản 4 (Tăng thêm công suất máy bơm (3 máy) + Cải tạo hồ Bàu Cả +
Xây dựng hồ điều tiết mới) giảm được đáng kể tình trạng ngập tại khu vực nghiên
cứu. Cụ thể giảm được 2 nút ngập, giảm hơn 85% thời gian ngập, 97% thể tích ngập.
- Kịch bản 5 (thêm công suất máy bơm (3 máy) + Cải tạo hồ Bàu Cả + Mở
rộng kích thước một số tuyến dọc theo trục đường thoát nước chính) giảm được
đáng kể hiện tượng ngập tại khu vực nghiên cứu. Cụ thể giảm được 4 nút ngập, giảm
hơn 72% thời gian ngập, 96% thể tích ngập.

18
PHẦN KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
1. Kết kuận
Luận văn đã trình bày các kết quả áp dụng mô hình Mike Urban (Mô đun
SWMM) để tính toán, mô phỏng hệ thống thoát nước cho khu vực nghiên cứu (Lưu
vực tiêu 1, phía Nam thành phố Quảng Ngãi). Qua đó rút ra một số kết luận sau:
- Thiết lập được hệ thống thoát nước cho lưu vực tiêu 1, phía Nam thành phố
Quảng Ngãi trên Mike Urban gồm: 72 tiểu lưu vực, 68 hố ga (nút thu nước), 69 đoạn
ống cống, 02 hồ điều tiết, 01 trạm bơm và 01 cửa ra.
- Mô hình Mike Urban (Mô đun SWMM) đã mô phỏng tốt hệ thống thoát
nước cho toàn bộ khu vực nghiên cứu (lưu vực tiêu 1, phía Nam thành phố Quảng
Ngãi) được thể hiện qua kết quả tính toán độ ngập sâu lớn nhất, thời gian ngập, dung
tích ngập, số nút (hố ga) ngập so với tình trạng ngập thực tế đã điều tra, khảo sát.
- Việc sử dụng trận mưa ngày từ ngày 3/11 đến 6/11 năm 2017 và từ ngày
29/11 đến 02/12/2016 là những trận mưa khá lớn, gây úng ngập trên các tuyến phố
và còn dấu vết lũ trên các tuyến đường nên được chọn để hiệu chỉnh, kiểm định mô
hình là khá phù hợp.
- Kết quả mô hình cho thấy xuất hiện các vị trí úng ngập trên đường gần trùng
với kết quả khảo sát trong trận mưa nêu trên nên sử dụng trận mưa này để hiệu chỉnh
và kiểm định mô hình. Kết quả mức độ úng ngập trên các tuyến đường từ mô hình
cũng gần sát với giá trị thực đo.
- Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho thấy bộ thông số thủy văn,
thủy lực và tài liệu địa hình đã được xử lý là phù hợp, có thể sử dụng cho các kịch
bản tính toán, dự báo ngập lụt theo thời gian thực cho đô thị phía Nam thành phố
Quảng Ngãi.
2. Kiến nghị
Dựa trên kết quả nghiên cứu của luận văn đã trình bày như trên, để góp phần
cải thiện tình trạng ngập úng, tăng khả năng tiêu thoát nước mưa cho thành phố
Quảng Ngãi, tác giả xin kiến nghị một số giải pháp như sau:
- Ngoài việc phải bố trí đủ kinh phí để thường xuyên nạo vét, chống bồi lấp do

bùn ứ đọng trong cống và chất thải đổ xuống cống tại các hố ga, cống thoát nước
dọc đường và cống thoát chung của lưu vực nhằm đảm bảo các cống thoát hoạt động
đúng công suất theo thiết kế ban đầu, cần phải được xem xét bố trí kinh phí để đầu
tư nâng cấp, mở rộng một số hạng mục hạ tầng tiêu thoát nước cho thành phố Quảng
Ngãi mới đảm bảo cải thiện tình trạng ngập úng cho lưu vực tiêu 1, phía Nam thành
phố trong mùa mưa lũ.
- Tùy theo nguồn lực kinh phí, thời gian thi công và khả năng cân đối quỹ đất
của thành phố có thể xem xét lựa chọn một trong hai phương án sau để tiến hành lập
dự án đầu tư giảm ngập, tăng khả năng thoát nước cho thành phố theo hướng:
+ Phƣơng án 1: Đầu tư nâng cấp, mở rộng trạm bơm Bàu Cả (tăng 3 tổ máy, bể
hút, xả) + Cải tạo hồ Bàu Cả + Xây dựng hồ điều tiết mới (gần trục đường Tô Hiến
Thành). Phương án này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, thi công nhanh, ít ảnh
hưởng đến hoạt động thường ngày của tổ chức và người dân thành phố. Tuy nhiên,
việc đầu tư xây dựng mới hồ điều hòa (gần 2ha) sẽ mất khá lớn quỹ đất tại trung tâm


19
thành phố.
+ Phƣơng án 2: Đầu tư nâng cấp, mở rộng trạm bơm Bàu Cả (tăng 3 tổ máy,
bể hút, xả)+ Cải tạo hồ Bàu Cả + Mở rộng kích thước 26 đoạn cống dọc theo trục
đường thoát nước chính của thành phố như: Phan Đình Phùng, Nguyễn Tự Tân,
Phan Bội Châu, Quang Trung.... Phương án này có ưu điểm là không mất quỹ đất
của thành phố. Tuy nhiên, phương án này cần phải có thời gian thi công và không
thể xây dựng đồng thời được, ảnh hưởng đến giao thông và hoạt động thường ngày
của tổ chức và người dân thành phố.
3. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của Đề tài
- Để giải quyết triệt để, cơ bản của tình trạng ngập úng cho toàn bộ khu vực
trung tâm thành phố Quảng Ngãi (gồm 8 phường nội đô), cần tiếp tục nghiên cứu,
cập nhật đầy đủ số liệu về địa hình, hiện trạng hệ thống tiêu thoát (2 tiểu lưu vực còn
lại) để số hóa toàn bộ, làm cơ sở tính toán, mô phỏng tình trạng ngập úng theo nhiều

kịch bản khác nhau, từ đó tìm ra phương án tối ưu về kinh tế-kỹ thuật trong việc đề
xuất giải pháp giảm ngập cho thành phố hiện tại và tương lai. Trong đó ưu tiên giải
pháp xây dựng thêm các trạm bơm dọc theo sông Trà Khúc và sông Bàu Giang để
bơm thoát nước kịp thời cho thành phố khi mực nước lũ trong sông vượt qua cao
trình thoát nước tự nhiên của thành phố.
- Tiếp tục nghiên cứu thêm để kết nối mô hình toán toán thủy lực 1 chiều
(Mike 11) và thủy lực 2 chiều (Mike 21) để diễn toán tình trạng ngập úng (khi nước
từ các hố ga tràn trên đường, khu dân cư, nước sông tràn vào theo cống hở...) được
chính xác hơn, làm cở sở hiệu chỉnh, kiểm định với các trận mưa lũ đã xảy ra phù
hợp hơn (so sánh kết quả tính toán với vết lũ thực tế khảo sát, đo đạt). Từ đó, lựa
chọn được bộ thông số mô hình tối ưu nhất để áp dụng tính toán cho từng kịch bản
đề xuất giảm ngập cho thành phố.
- Nghiên cứu phát triển thêm công nghệ GIS để số hóa hệ thống thoát nước đô
thị và nên được duy trì, cập nhật thường xuyên, làm sơ sở dữ liệu để tính toán và
quản lý hệ thống thoát nước đô thị theo mô hình hiện đại.