(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán thiết kế hồ điều hòa cho hệ thống thoát nước đô thị

1

Lời cảm ơn
Để hồn thành chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Cấp Thoát
Nước – trường Đại học Thủy Lợi khóa học 20 (2012 - 2014), cần hồn thiện
luận văn tốt nghiệp cuối khóa.
Trong q trình học tập cũng như làm luận văn, tác giả đã nhận được sự
quan tâm, giúp đỡ của của Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào tạo đại học
và sau đại học, Khoa Kỹ Thuật Quản Lý Tài Nguyên Nước và toàn thể các
thầy, cơ giáo.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn
Tuấn Anh – Người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã hết lòng giúp đỡ,
tận tình giảng giải cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp
20CTN, các anh, chị khóa trước đã động viên, đóng góp ý kiến và hỗ trợ
trong suốt q trình học tập và làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Ngày

tháng
Học viên

Đỗ Anh Đông

Học viên: Đỗ Anh Đông Lớp
20CTN

năm 2014


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, luận văn với đề tài « NGHIÊN CỨU ĐÁNH
GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HỊA CHO
HỆ THỐNG THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ. » là cơng trình nghiên cứu khoa học

của riêng tôi. Các số liệu là trung thực, kết quả nghiên cứu của luận văn này
chưa từng được sử dụng trong bất cứ một luận văn nào khác mà đã bảo vệ
trước.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được
cảm ơn và các thông tin, tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc trích
dẫn.

Xin chân thành cảm ơn!
Ngày

tháng
Học viên

Đỗ Anh Đơng

năm 2014


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................................................... 7
I. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................. 7
II. Mục đích của đề tài......................................................................................... 8
III. Phạm vi nghiên cứu................................................................................... 8
IV.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.............................................. 8

1. Cách tiếp cận................................................................................................. 8
2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 8
V. Kết quả dự kiến đạt được............................................................................... 8
CHƯƠNG 1:............................................................................................................ 9
TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HỊA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP........................9
TÍNH TỐN DUNG TÍCH HỒ ĐIỀU HỊA........................................................ 9
1.1. Khái niệm về hồ điều hịa............................................................................ 9
1.2. Tình hình sử dụng hồ tại các đơ thị hiện nay tại một số đô thị tại Đồng
Bằng Bắc Bộ................................................................................................9
1.3. Tổng quan các phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa....................14
1.3.1 Phương trình cơ bản................................................................................... 14
1.3.2 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa theo TCVN 7957 - 2008
(Phương pháp 1)..................................................................................................15
1.3.3 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa dựa trên đường q trình lưu
lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới
thoát nước của Mỹ - Phương pháp 2)......................................................... 17
1.3.4 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa dựa trên đường q trình lưu
lượng dạng hình tam giác. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của
Mỹ - Phương Pháp 3)................................................................................. 18


1.3.5 Tính tốn dung tích hịa điều hịa theo phương pháp hồi quy. (Theo sổ
tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 4).....................19
1.3.6 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa dựa trên q trình dịng đến
và dịng đi. (Phương pháp 5)......................................................................20
1.4. Giới thiệu mơ hình tốn SWMM.............................................................. 20
CHƯƠNG 2:.......................................................................................................... 23
TÌNH HÌNH CHUNG CỦA THỊ TRẤN NHO QUAN,......................................23
HUYỆN NHO QUAN, TỈNH NINH BÌNH.........................................................23

2.1

Điều kiện tự nhiên...................................................................................... 23

2.1.1 Vị trí địa lý và giới hạn nghiên cứu:....................................................... 23
2.1.2 Địa hình.................................................................................................. 23
2.1.3 Khí hậu................................................................................................... 23
2.1.4 Thuỷ văn................................................................................................. 24
2.1.5 Tài nguyên khoáng sản........................................................................... 25
2.1.6 Tài nguyên du lịch.................................................................................. 25
2.2

Điều kiện kinh tế - xã hội........................................................................... 25

2.3

Nền xây dựng và hệ thống thoát nước khu vực.......................................... 27

2.3.1 Nền xây dựng......................................................................................... 27
2.3.2 Thốt nước mưa...................................................................................... 27
2.3.3 Các cơng trình thuỷ lợi........................................................................... 27
2.4

Quy hoạch thoát nước mưa thị trấn Nho Quan đến năm 2020...................28

2.5

Lựa chọn lưu vực tính tốn........................................................................ 29

CHƯƠNG 3:.......................................................................................................... 30

ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN......................... 30
DUNG TÍCH THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HỊA......................................................... 30


3.1

Tính tốn xác định kích thước các tuyến cống và đường q trình lưu lượng

đến hồ.................................................................................................................30
3.1.1 Xác định kích thước các tuyến cống....................................................... 30
3.1.2 Xác định lưu lượng đến hồ từ lưu vực thốt nước.................................. 34
3.1.2.1

Xác định mơ hình mưa thiết kế..................................................... 34

3.1.2.2

Ứng dụng mơ hình SWMM để mơ phỏng q trình mưa – dịng

chảy của lưu vực nghiên cứu....................................................................... 38
3.2

Xác định dung tích hồ điều hịa................................................................. 42

3.3

Trường hợp 1: Lưu lượng Qb=1/3Qđ.......................................................... 42

3.3.1 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hòa theo tiêu chuẩn TCVN
7957 – 2008 (Phương pháp 1)........................................................................42

3.3.2 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa dựa trên đường q trình
lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ (Phương pháp 2)............43
3.3.3 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa dựa trên đường quá trình
lưu lượng dạng hình tam giác (Phương pháp 3)...................................... 43
3.3.4 Xác định dung tích hồ điều hịa theo phương pháp hồi quy (Phương pháp
4)….................................................................................................................45
3.3.5 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa dựa trên q trình dịng đến
và đi (Phương pháp 5)............................................................................ 45
3.4

Trường hợp 2: Lưu lượng Qb=1/2Qđ.......................................................... 49

3.4.1 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa theo tiêu chuẩn TCVN
7957 – 2008 (Phương pháp 1)........................................................................49
3.4.2 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa dựa trên đường quá trình
lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Phương pháp 2)...........49
3.4.3 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa dựa trên đường q trình
lưu lượng dạng hình tam giác (Phương pháp 3)...................................... 50
3.4.4 Xác định dung tích hồ điều hịa theo phương pháp hồi quy (Phương pháp
4)....................................................................................................................51


3.4.5 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa dựa trên q trình dịng đến
và đi (Phương pháp 5)............................................................................ 52
3.5

So sánh kết quả và thảo luận...................................................................... 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 56
I. Kết luận.......................................................................................................... 56

II. Kiến nghị........................................................................................................ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 57
PHỤ LỤC............................................................................................................... 58
Phụ lục 1: Các bảng tính tốn chạy SWMM khi khơng có hồ...........................58
Phụ lục 2: Các bảng tính tốn chạy SWMM khi có hồ điều hịa và bơm trong
trường hợp Qb=1/3Qđ............................................................................................ 67
Phụ lục 3: Các bảng tính tốn chạy SWMM khi có hồ điều hịa và bơm trong
trường hợp Qb=1/2Qđ............................................................................................ 77


PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Mục tiêu đầu tiên của “Định hướng phát triển thốt nước đơ thị Việt
Nam đến năm 2020” đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định
số 35/1999/QĐ-TTG ngày 05-03-1999 là xóa bỏ tình trạng ngập úng thường
xun trong mùa mưa ở các đô thị loại I và loại II.
Hồ điều hịa có vai trị điều tiết nước mưa nhằm giảm bớt kích thước của
cống dẫn, cơng suất trạm bơm nước. Hồ điều hịa trong các đơ thị thường tận
dụng hồ tự nhiên để giảm kinh phí xây dựng, nhưng trong một số trường hợp
đặc biệt thì có thể xây dựng hồ nhân tạo.
Hồ điều hịa có nhiệm vụ điều tiết, tăng và giảm lưu lượng dòng chảy
nước mưa một cách tự nhiên nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí xây dựng,
quản lý hệ thống thốt nước. Ngồi ra, có thể điều chỉnh lưu lượng để phục vụ
cho mục đích tưới, tiêu trong sản xuất nông nghiệp, bảo vệ môi trường…
Hiện nay, trong hầu hết các hệ thống thoát nước đô thị ở Việt Nam đều
tồn tại hồ tự nhiên và hồ nhân tạo. Tỷ lệ diện tích hồ điều hịa trên tổng diện
tích đơ thị khác nhau ở các đô thị ở Việt Nam. Tỷ lệ này phụ thuộc vào điều
kiện tự nhiên, vị trí địa lý của đơ thị.
Trong thực tế, việc quy hoạch các khu dân cư, khu đô thị cần đi liền với
quy hoạch xây dựng các hồ, các hồ này có chức năng tạo cảnh quan và cải

thiện môi trường cho khu vực, mặt khác nó cịn có chức năng điều hịa lượng
nước mưa cho khu vực. Hiện nay khi tính tốn thiết kế các hồ điều hịa có
nhiều phương pháp tính tốn của nước ngồi đưa ra, do đó các kỹ sư gặp khó
khăn trong việc lựa chọn các phương pháp tính tốn thiết kế hồ điều hịa.
Vì vậy cần thiết có nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính tốn thiết
kế hồ điều hòa, lựa chọn phương pháp hợp lý nhất giúp các kỹ sư thiết kế
thuận lợi cho việc tính tốn thiết kế hịa điều hịa. Đây chính là lý do tơi lựa
chọn đề tài « NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN


THIẾT KẾ HỒ ĐIỀU HỊA CHO HỆ THỐNG THỐT NƯỚC ĐÔ THỊ. » làm

để tài nghiên cứu luận văn cao học của mình
II. Mục đích của đề tài
- Đánh giá tính hợp lý của các phương pháp tính tốn dung tích thiết kế hồ điều
hịa.
- Lựa chọn được phương pháp hợp lý nhất để tính tốn dung tích thiết kế hồ
điều hịa giúp cho việc tính tốn thiết kế dung tích hồ điều hịa của các kỹ sư,
người thiết kế thuận tiên hơn cho việc lựa chọn phương pháp tính toán cho
các khu vực.
III.Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp tính tốn hồ điều hịa, ứng dụng cho hệ
thống thoát nước Thị Trấn Nho Quan, Huyện Nho Quan, Tỉnh Ninh Bình.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận cơng trình thực tế;
- Tiếp cận lý thuyết phân tích hệ thống và tối ưu hóa;
- Tiếp cận các nghiên cứu trước đây về bài toán thiết kế tối ưu.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa;

- Phương pháp kế thừa.
- Phương pháp mơ hình tốn.
- Phương pháp phân tích tổng hợp.
V.Kết quả dự kiến đạt được
Lựa chọn đề xuất được một phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hòa
hợp lý, thuận tiện nhất cho các kỹ sư thiết kế.


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TỐN DUNG TÍCH HỒ ĐIỀU HỊA
1.1. Khái niệm về hồ điều hịa
Hồ điều hịa có nhiệm vụ điều tiết, tăng và giảm lưu lượng dòng chảy
nước mưa trong hệ thống thoát nước nhằm chống ngập lụt và giảm chi phí
xây dựng, quản lý hệ thống thốt nước.
Ngồi mục đích chống ngập, hồ điều hòa còn được xem là giải pháp cải
thiện môi trường, tạo mỹ quan đô thị. Quá trình đơ thị hóa đã làm cho nhiệt
độ đơ thị nóng hơn bình thường. Hơi nước, cây xanh quanh các hồ điều hịa sẽ
giúp giảm sự nóng bức, thống mát hơn cho khu vực. Nếu biết tận dụng,
nguồn nước từ các hồ điều hịa cịn phục vụ cơng tác phịng cháy chữa cháy,
cấp nước, tưới nước cho cây xanh và bổ sung nguồn nước ngầm đang bị khai
thác quá mức như hiện nay.
1.2. Tình hình sử dụng hồ tại các đô thị hiện nay tại một số đô thị tại
Đồng Bằng Bắc Bộ
Hiện nay, trong hầu hết các hệ thống thốt nước đơ thị ở Việt Nam đều
tồn tại hồ tự nhiên và hồ nhân tạo. Tỷ lệ diện tích hồ điều hịa trên tổng diện
tích đơ thị khác nhau ở các đô thị ở Việt Nam. Tỷ lệ này phụ thuộc vào điều
kiện tự nhiên, vị trí địa lý của đơ thị. Thực trạng sử dụng hồ điều hịa ở một số
đô thị vùng đồng bằng Bắc Bộ như sau:
1.2.1. Thành phố Hà Nội

Khu vực nội thành Hà Nội được chia thành 03 khu vực: thượng lưu,
trung lưu và hạ lưu.
* Nhóm điều tiết khu vực thượng lưu:
Nhóm này bao gồm hai hồ: Hồ Tây và hồ Trúc Bạch với tổng diện tích
mặt hồ là 589 ha (trong đó Hồ Tây 567 ha, hồ Trúc Bạch 22 ha) có nhiệm vụ


điều hịa trực tiếp cho diện tích lưu vực 930 ha (bao gồm cả diện tích mặt hồ
và diện tích thu nước quanh hồ).
* Nhóm điều tiết khu vực trung lưu của sơng Tơ Lịch:
Nhóm này bao gồm 20 hồ loại vừa và nhỏ nằm rải rác ở các lưu vực
sơng Tơ Lịch, Lừ, Sét, Kim Ngưu, tổng diện tích mặt nước là 131,7 ha.
* Nhóm điều tiết khu vực hạ lưu
Nhóm hồ này bao gồm 3 hồ lớn: Hồ Yên Sở (137ha), Hồ Linh Đàm
(76ha), Hồ Định Công (19,2ha).
Như vậy nếu tất cả 3 nhóm hồ trên cùng tham gia điều hồ thì một lượng
nước khá lớn được trữ lại khơng tham gia dịng chảy trên các sơng, sẽ có ảnh
hưởng đến q trình dịng chảy về đập Thanh Liệt (giai đoạn tự chảy). Hầu
hết các hồ điều hoà tại Hà Nội đều liên kết trực tiếp với hệ thống tiêu bằng
đường cống hoặc kênh dẫn mà khơng có cống điều tiết nên dòng chảy vào và
ra khỏi hồ tự nhiên và khơng được kiểm sốt. Việc vận hành hệ thống hồ phải
thông qua vận hành hệ thống tiêu, không thể tiến hành vận hành đơn lẻ từng
hồ trong hệ thống.
Trên thực tế nhóm hồ thượng lưu có khả năng điều tiết với lượng nước
lớn nhưng phát huy tác dụng kém do nằm ở địa hình cao, diện tích phụ trách
nhỏ hơn nhiều so với khả năng của hồ. Nhóm hồ trung lưu có tác dụng tốt về
mặt lý thuyết xong trên thực tế do bị bồi lắng, công trình nối tiếp giữa hồ và
hệ thống kênh khơng tốt nên khơng phát huy hết khả năng. Nhóm hồ hạ lưu
chỉ tham gia điều tiết giảm tải cho cơng trình đầu mối. Tổng diện tích hồ điều
hồ 952,9 ha chiếm 5,559% diện tích 9 quận nội thành (17.142 ha trừ quận Hà

Đơng).
1.2.2. Thành phố Hải Phịng
Các hồ nước trong thành phố đều được sử dụng để điều hoà nước mưa
và chứa nước thải. Hồ điều hịa chính của khu vực nội thành bao gồm: hồ An
Biên (22 ha), hồ Tiên Nga (2,5 ha), hồ Dư Hàng (7 ha); hồ Sen (2 ha), hồ


Thượng Lý (2 ha), hồ Tam Bạc (5 ha), hồ Lâm Tường (2 ha), hồ Phương Lưu
(24 ha). Tổng diện tích các hồ điều hồ là 66,50 ha, so với diện tích 7 quận
nội thành 24.376 ha (năm 2009) chiếm 0,27%. Phần lớn các hồ có độ sâu
trung bình từ 1,0 - 1,5 m, dung tích tham gia điều hịa nước mưa nhỏ thường
chỉ chiếm 1/3 dung tích hồ.
Thực tế, hiệu quả điều tiết của các hồ này chưa cao vì cơng trình nối tiếp
giữa hồ và hệ thống kênh thoát nước chưa đủ khẩu độ, mực nước hồ thường
xuyên duy trình ở mức cao cho mục đích vui chơi giải trí, tạo cảnh quan…làm
giảm dung tích điều tiết nước mưa. Hải phịng có hệ thống kênh rạch chằng
chịt, diện tích kênh rạch chiếm trên 10% diện tích tự nhiên của nội thành nếu
tính cả đoạn sơng Cửa Cấm chảy qua thành phố.
Hiện trạng ngập úng theo báo cáo của Cơng ty thốt nước Hải Phịng,
các trận mưa với tần suất 2 năm (chu kì xuất hiện mưa bão trung bình), diện
tích ngập lụt tại các khu vực phố và ngõ hẻm là 20-40cm với thời gian ngập
lụt từ 4-6 giờ. Các trận mưa bão với tần suất 5 năm, diện tích ngập lụt tại các
khu vực phố và ngõ hẻm là 30-50cm với thời gian ngập lụt từ 1-3 giờ.
1.2.3. Thành phố Hải Dương
Thành phố Hải Dương được bao bọc bởi đê sơng Thái Bình phía Đơng
và phía Bắc, phía Nam và phía Tây là khu dân cư sản xuất nơng nghiệp, diện
tích tự nhiên thành phố là 7.138,60 ha (năm 2009), thành phố có 11 hồ chứa
nước có thể tham gia điều hòa nước mưa với tổng diện tích 37,5ha chiếm
0,525%. Trong thực tế vận hành hệ thống tiêu nước mưa thì chỉ có các hồ lớn
thực sự tham gia điều tiết nước mưa như hồ Bạch Đằng, hồ Hịa Bình và hồ

Bình Minh… cịn các hồ nhỏ được sử dụng cho mục đích tạo cảnh quan.
Thực trạng hầu hết các hồ bị bồi lắng nhiều, tình trạng lấn chiếm lịng
hồ và sử dụng hồ với mục đích khác làm giảm khả năng điều hòa của các hồ.
Diện tích hồ điều hịa rất nhỏ so với tổng diện tích thành phố nên ảnh hưởng
điều tiết nước mưa cho hệ thống là khơng đáng kể và tình trang ngập úng vẫn
xảy ra thường xuyên và có xu hướng ngày càng nghiêm trọng.


1.2.4. Thành phố Hưng Yên
Thành phố Hưng Yên có diện tích tự nhiên 4.685,51 ha, đây là thành phố
mới phát triển sau khi tách tỉnh Hải Dương và Hưng Yên năm 1997. Hầu hết
hạ tầng được xây dựng mới nhưng chỉ có 03 hồ điều hịa lớn nước mưa là hồ
Nam Hòa (12,7ha), hồ An Vũ (10,7ha) và hồ An Vũ 2 (13,9ha), và nhiều hồ
ao nhỏ tự nhiên nằm rải rác, tổng diện tích hồ điều hịa khoảng 50ha chiếm
1,07% diện tích tự nhiên của khu vực nội thành thành phố Hưng Yên.
Các hồ lớn đều có đường cống nối với hệ thống thoát nước thành phố
nên việc điều tiết nước mưa tương đối hiệu quả, xong các hồ tự nhiên nhỏ
nằm rải rác khơng có đường ống kết nối đồng bộ nên vai trò điều hòa nước
mưa giảm nhiều. Các hồ lớn kết hợp với công viên nên đồng thời thực hiện
hai nhiệm vụ là tạo cảnh quan và điều tiết nước, các hồ vừa và nhỏ chủ yếu
thực hiện một nhiệm vụ là tạo cảnh quan hoặc dùng cho các hộ nuôi trồng
thủy sản. Ngập úng xảy ra thường xuyên và trên nhiều điểm của thành phố
khi lượng mưa lớn hơn 100mm, vai trò của hồ điều hòa chỉ thể hiện rõ đối với
những trận mưa nhỏ, đối với những trận mưa lớn thì hiệu quả giảm úng ngập
khơng đáng kể do dung tích điều hịa nhỏ. Thực trạng quản lý và vận hành hệ
thống tiêu nước mưa ở Hưng Yên chưa coi trọng đúng mức vai trò hồ điều
hòa và vận hành chưa khoa học làm giảm khả năng điều tiết. Các hồ không
được nạo vét thường xun, khơng được khơi thơng dịng chảy kết nối với hệ
thống tiêu, phải giữ mức nước cao trong hồ để phục vụ cho nhiệm vụ vui chơi
giải trí hay nhiệm vụ nuôi trồng thủy sản.

1.2.5. Thành phố Bắc Ninh
Thành phố Bắc Ninh được nâng cấp từ Thị xã Bắc Ninh lên thành phố
năm 2006 gồm 9 phường với tổng diện tích tự nhiên 2.334 ha, đến năm 2010
điều chỉnh địa giới thành phố Bắc Ninh gồm 13 phường và 06 xã với diện tích
tự nhiên 8.028ha. Với diện tích được điều chỉnh thì vùng đơ thị lõi đã hồn
thiện hạ tầng đơ thị chiếm khoảng 50%, diện tích cịn lại đang trong giai đoạn
đơ thị hóa. Nếu chỉ tính trong vùng lõi gồm 9 phường và 01 xã thì gồm các hồ


lớn là hồ Đồng Trầm (20ha), hồ Thành Cổ (10ha), hồ Thị Cầu (18ha); hồ ga
(2ha); hồ Văn Miếu (11ha), khu vùng trũng dọc đường quốc lộ 1b thuộc
phường Đáp Cầu và phường Thị Cầu (40ha), ngoài ra các hồ loại nhỏ có diện
tích nhỏ hơn 2ha phân bố rải rác. Tỷ lệ diện tích hồ điều hịa khoảng 105ha
trên tổng diện tích đơ thị vùng lõi 2.334 ha là 4,5%. Trong phần diện tích mở
rộng của thành phố Bắc Ninh đang xây dựng được thiết kế mặt nước hồ điều
hịa và kênh hở chiếm xấp xỉ 5% diện tích tự nhiên.
Địa hình khu vực thành phố Bắc Ninh có sự khác biệt lớn về cao độ do
trong vùng có đồi thấp và đồng bằng, nước mưa từ các đồi tập trung nhanh
chóng nên thường dưới chân các đồi có bố trí hồ điều hịa. Các hồ ven đồi
phát huy tốt hiệu quả điều tiết nước mưa, cắt đỉnh lũ và ngăn nước tràn vào
khu vực dân cư xung quanh. Diện tích vùng lõi của đơ thị nằm trên các quả
đồi bị san, sườn đồi thoải nên có địa hình cao nên tình trạng ngập úng ít xảy
ra. Do vùng mở rộng lại có cao độ thấp nên tình trạng ngập úng thường xuyên
xảy ra đối với những trận mưa lớn.
Các hồ điều hòa đã phát huy tốt vai trò điều tiết nước mưa trong hệ
thống thoát nước thành phố Bắc Ninh, tỷ trọng diện tích hồ điều hịa so với
diện tích lưu vực tiêu ở tương đối lớn so với các đô thị ở đồng bằng Bắc Bộ.
Với diện tích hồ điều hịa hiện tại chưa thể đáp ứng với những trận mưa lớn
và cực lớn như năm 1969, 1979 và 2008.
1.2.6. Nhận xét chung

Hồ điều hòa nước mưa tại các đơ thị cịn nhỏ về quy mơ, thiếu cơng trình
điều tiết nên vận hành khơng được đảm bảo theo khoa học, hồ mới được quan
tâm trong những năm gần đây, thường chậm trễ trong việc cải tạo và nâng
cấp.


Bảng 1.1: Bảng thống kê diện tích
STT Tên thành phố

Diện tích hồ

Diện tích đơ thị

(ha)

(ha)

Tỷ lệ diện tích
hồ/diện tích đơ thị

1 Hà Nội

952,9

2 Hải Phịng

66,5

24.376

0,27%

3 Hải Dương

37,5

7.139

0,53%

4

Hưng n

5 Bắc Ninh

17.142

(%)

50,0
105,0

4.686
2.334

5,56%

1,07%
4,50%

Nhìn chung, việc sử dụng hồ vào mục đích điều hịa nước mưa chưa hiệu
quả với các lý do như sau:
- Các hồ phân bố không hợp lý trong hệ thống đã giảm khả năng điều tiết.
- Tỷ lệ diện tích hồ trên diện tích đơ thị cịn thấp ở một số thành phố như Hải
Phòng, Hải Dương, Hưng Yên.
- Các hồ ở vị trí có địa hình cao sẽ khó cho việc điều tiết nước mưa vào và ra.
- Dung tích điều tiết thực tế của các hồ giảm do bị lấn chiếm, bồi lắng hoặc ô
nhiễm, sử dụng cho mục đích khác.
- Kết nối giữa hồ và hệ thống tiêu kém khiến khả năng điều tiết của hồ giảm.
- Vận hành hồ chưa khoa học, việc nước và ra khỏi hồ khơng có sự kiểm sốt.
1.3. Tổng quan các phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa
1.3.1 Phương trình cơ bản
Phương trình cơbản để tính tốn điều tiết nước mưa như sau:
Q. dt−q. dt = F. dt = dW (1.1)
Trong đó:


3

Q: là lưu lượng dòng chảy đến hồ, (m

/s)

q : là lưu lượng dòng chây đi khỏi hồ, (m

3

/s)

2

F: diện tích hồ, (m

)

W: dung tích hồ, (m3)
t: thời gian mưa, (s)
Phương trình (1.1) có thể viết:
Q.∆t−q.∆t =∆W = W

2

−W

1

(1.2)

Trong đó:
�

1;

�2: là dung tích nước trong hồ chứa lúc ban đầu và cuối thời gian

mưa
Q; q: là lưu lượng trung bình đến và đi trong thời gian mưa
∆t: thời gian mưa.
Phương trình 1.1 là phương trình vi phân tương đối phức tạp. Người ta

thường dùng phương trình 1.2 để giải bằng phương cách lập bảng, hay đồ
giải.
1.3.2 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa theo TCVN 7957 2008 (Phương pháp 1)
Đối với các trạm bơm có cơng suất lớn, thì dung tích hồ phải được tính
tốn căn cứ vào biểu đồ lưu lượng nước mưa và chế độ làm việc của trạm
bơm. Đối với các trạm bơm có nhỏ hoặc đối với cống dẫn thì dung tích hồ có
thể xác định theo công thức của Makop:
W = K. Q

t . tt

Trong đó:
Qt: là lưu lượng mưa chảy vào hồ, (m3/s)
tt: là thời gian tính tốn kể từ điểm xa nhất của lưu vực thoát nước tới hồ, (s)


K: hệ số biến đổi phụ thuộc vào thời gian dịng chảy từ hồ, có thể xác định
theo cơng thức
K = (1−∝)

1.5

(ở đây ∝=
Qx

với Q x: là lưu lượng nước mưa điều tiết chảy vào tuyến cống
Qt

sau hồ, Qt là lưu lượng nước mưa tính tốn chảy vào hồ)

dung tÝch hồ

q

q0(qb)
lu lợng ra khỏi hồ

lu lợng tính toán vào hồ

Bng 1.2 xác định hệ số K và
K

K

∝

∝

K

n 0,6

∝
n 0,6 n ất kỳ
b

0,4

0,42

0,47

0,7

0,13

1,5

0,45

0,36

0,38

0,75

0,1

0,85

1,15

0,5

0,3

0,32

0,8

0,07

0,25

0,69

0,87

0,55

0,25

0,27

0,85

0,04

0,3

0,85

0,69

0,6

0,21

0,22

0,9

0,02

0,35

0,5

0,57

0,65

0,16

0,17

-

-

n 0,6

n 0,6

0,1

1,5

-

0,15

1,1

0,2


Bảng 1. 3: xác định thơng số khí hậu n.
Tên địa phương

n Tên địa phương

n

Cửa Tùng

0,5 Đà Nẵng

Bắc Kạn

0,5

Hòn Gai

0,65

Nam Định

0,65

Tun Quang

0,7

Hà Giang

0,6

Hịa Bình

0,6

Hà Nội

0,5 Vĩnh n

Hải Dương

0,6

Ninh Bình

0,65

Hải Phịng

0,5

Thái Nguyên

0,6

0,7

0,65

Hưng Yên0,5Huế0,5
Bảo Lộc

0,54 Đà Lạt

0,7

Bắc Giang

0,6

Sài Gòn

0,7

Ba Xuyên

0,7

Nha Trang

0,7

1.3.3 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa dựa trên đường quá

trình lưu lượng vào và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ. (Theo sổ tay
thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 2)
Phương pháp này yêu cầu biết đường quá trình lưu lượng chảy vào hồ
(Inflow Hydrograph) và lưu lượng đỉnh tháo khỏi hồ (Release Rate) –xem
hình 1. Dung tích của hồ điều hịa chính là phần diện tích nằm giữa đường
q trình lưu lượng vào và ra khỏi hồ (phần gạch chéo). Theo phương pháp
này ta giả thiết đường quá trình Q tháo trong khoảng thời gian t là từ 0 tới đỉnh
là một đường thẳng.


Hình 1.1. Ước tính dung tích hồ điều hịa theo PP đường q trình lưu
lượng
1.3.4 Phương pháp tính tốn dung tích hồ điều hịa dựa trên đường q
trình lưu lượng dạng hình tam giác. (Theo sổ tay thiết kế mạng lưới
thoát nước của Mỹ - Phương Pháp 3)
Phương pháp này dựa trên giả thiết đường quá trình lưu lượng đến và đi
khỏi hồ có dạng gần như hình tam giác (xem hình 2). Dung tích của hồ được
ước tính từ diện tích phía trên đường q trình dịng ra (outflow hydrograph)
và phía trong đường q trình dịng vào (phần gạch chéo). Cơng thức xác định
dung tích hồ điều hịa như sau:
Vs = 0.5 ti (Qi-Qo)

(1.3)

Trong đó:
Vs = dung tích điều tiết của hồ (m3)
Qi = lưu lượng đỉnh vào hồ (m3/s)
Qo = lưu lượng đỉnh ra khỏi hồ (m3/s)
ti = thời lượng của dòng chảy vào hồ (s)
tp = thời gian trước đỉnh của dòng chảy vào hồ (s).

Phương pháp này không nên áp dụng đối với những trường hợp có
đường q trình khơng thể xấp xỉ dạng hình tam giác.

Hình 1.2. Phương pháp đường quá trình lưu lượng hình tam giác
1.3.5 Tính tốn dung tích hịa điều hòa theo phương pháp hồi quy. (Theo
sổ tay thiết kế mạng lưới thoát nước của Mỹ - Phương pháp 4)
Phương pháp này được đề xuất lần đầu tiên bởi Wycoff và Singh năm
1986.
Các bước tính tốn dung tích hồ điều hòa theo phương pháp này như sau:
Bước 1. Xác định tổng lượng dòng chảy đến Vr, lưu lượng đỉnh dòng
chảy ra khỏi hồ (Qo), thời gian dòng chảy đến ti, thời gian trước đỉnh tp.
Bước 2: Tính tỷ số Vs/Vr sử dụng số liệu từ bước 1 và phương trình sau:
0.753
Q0 �
1.291∗
�1−
Vs =
Qi
T
i
Vr
( )0.411
Tp

Bước 3: Nhân dung tích dịng chảy đến (Vr) với tỷ số Vs/Vr đã tính ở
trên sẽ được dung tích điều tiết của hồ.

1.3.6 Phương pháp xác định dung tích hồ điều hịa dựa trên q trình
dịng đến và dịng đi. (Phương pháp 5)
Phương pháp này dựa trên phương trình cân bằng nước như sau:
Sj+1 −S j = Ij + Ij+1
2
∆t−

Qj + Qj+1
∆t
2

Để giải phương trình này có thể sử dụng các phương pháp khác nhau
như : lập bảng, đồ thị hoặc thử dần dựa trên mơ hình tốn SWMM.
Ở trong luận văn này để giải phương trình trên tác giả sử dụng mơ hình
tốn SWMM. Tức là chọn lưu lượng bơm (Q b), chọn máy bơm sau đó mơ
phỏng hệ thống, giả thiết dung tích hồ điều hịa. Nếu có ngập thì điều chỉnh
dung tích hồ điều hịa đến khi hết ngập thì ta có được dung tích thiết kế của
hồ điều hịa.

1.4. Giới thiệu mơ hình tốn SWMM
Mơ hình tốn SWMM (Storm Water Management Model) là mơ hình


động lực học dòng chảy mặt do nước mưa tạo nên, mơ phỏng mưa – dịng


chảy cho các khu đô thị cả về chất lượng và số lượng, tính tốn q trình
dịng chảy trên các đường dẫn.
SWMM ra đời từ năm 1971, cho đến nay đã trải qua nhiều lần nâng
cấp. Mơ hình SWMM được sử dụng rộng rãi trên thế giới cho các công tác

quy hoạch, phân tích và thiết kế liên quan đến dịng chảy do nước mưa.
1.4.1. Các khả năng của mơ hình
SWMM tính tốn được nhiều q trình thủy lực khác nhau tạo thành
dòng chảy, bao gồm:
- Lượng mưa biến đổi theo thời gian
- Bốc hơi trên mặt nước tĩnh
- Sự tích tụ và tan tuyết
- Sự cản nước mưa tại các chỗ địa hình lõm có khả năng chứa nước
- Ngấm của nước mưa xuống các lớp đất chưa bão hòa
- Thấm của nước ngấm xuống các tầng chứa nước ngầm
- Sự trao đổi giữa nước ngầm và hệ thống tiêu
- Chuyển động tuyến của dòng chảy trên mặt đất và ở các hồ chứa phi
tuyến
Mơ hình SWMM có khả năng mơ phỏng linh hoạt về thủy lực dịng
chảy hệ thống bao gồm các đường ống, kênh, các cơng trình trữ nước và xử lý
nước, các cơng trình phân dịng…
Ngồi khả năng mơ phỏng dịng chảy mặt, SWMM cịn có khả năng
tính tốn vận chuyển chất ơ nhiễm, xem xét tới nguồn gây ô nhiễm và diễn
biến nồng độ chất ô nhiễm trên hệ thống.
1.4.2. Các ứng dụng của mô hình
Các ứng đụng điển hình của mơ hình:
- Thiết kế và bố trí các thành phần của hệ thống tiêu để kiểm soát lũ.


- Bố trí các cơng trình trữ nước (điều hịa nước) và các thiết bị để
kiểm soát lũ và bảo vệ chất lượng nước.
- Lập bản đồ ngập lụt của hệ thống kênh tự nhiên.
- Vạch ra các phương án làm giảm hiện tượng chảy tràn của mạng
lưới thoát nước hỗn hợp.
- Đánh giá tác động của dòng chảy vào và dịng thấm của hệ thống

thốt nước thải.
- Tạo ra các hiệu ứng BMP để làm giảm tải chất ô nhiễm khi trời mưa


CHƯƠNG 2:
TÌNH HÌNH CHUNG CỦA THỊ TRẤN NHO QUAN,
HUYỆN NHO QUAN, TỈNH NINH BÌNH
2.1 Điều kiện tự nhiên
2.1.1 Vị trí địa lý và giới hạn nghiên cứu:
Phần nội thị được mở rộng bao gồm: Thị trấn Nho Quan, xã Đồng
Phong, và một phần các xã: Lạc Vân, Phú Sơn, Lạng Phong có diện tích
1402,55ha.
2.1.2 Địa hình
Thị trấn Nho Quan và các xã Phú Sơn, Đồng Phong, Lạng Phong thuộc
Vùng bán sơn địa, xã Lạc Vân thuộc đồng chiêm trũng. Địa hình tương đối
bằng phẳng, chủ yếu là đất ruộng canh tác và dân cư đang sinh sống. Quỹ đất
núi, sông ngịi, hồ ao chiếm tỷ lệ nhỏ.
Khu vực phía Nam đê sông Lạng, hướng nền dốc từ Bắc xuống Nam.
Trên những trục đường chính dân cư 2 bên đường đã tơn nền nên có cốt cao
độ lớn hơn khu vực xung quanh. Khu vực dân cư cao độ từ 2,5m đến 5.0 m,
khu vực ruộng có cao độ từ 1,0m đến 5,0 m.
Khu vực từ phía Bắc đê sơng Lạng đến sơng Lạng cao độ nền thấp dần
xuống phía sơng Lạng, cao độ từ 0,3m đến 5,0 m.
Khu vực phía Bắc sông Lạng hướng nền dốc từ Bắc xuống Nam với cao
độ từ 0,5m đến 5,2m.
2.1.3 Khí hậu
Khí hậu Nho Quan mang đầy đủ những đặc điểm cơ bản của khí hậu
miền Bắc Việt Nam, đó là khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều.
+ Nhiệt độ:

Nho Quan chịu ảnh hưởng khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ. Nhiệt độ
trung bình năm khá cao và đồng đều, nhiệt độ trung bình 23,40C. Mùa lạnh
vào khoảng cuối tháng tháng 11 đến giữa tháng 3. Số ngày lạnh khoảng 50-60
ngày. Tháng lạnh nhất thường là tháng 1.
Nhiệt độ thấp nhất có thể xuống đến 5-70C.
Nhiệt độ cao nhất 370C.
+ Độ ẩm khơng khí
Độ ẩm của khơng khí trung bình là 84 - 86%. và tổng số giờ nắng trong
năm lớn hơn 1100 giờ.
+ Chế độ gió
Hướng gió chủ đạo: từ tháng 4 đến tháng 8: Gió hướng Đơng Nam
Từ tháng 11 đến tháng 3: Gió hướng Bắc và Đơng Bắc.
Khu đất thiết kế có chung khí hậu của huyện Nho Quan chịu ảnh hưởng
của chế độ nhiệt đới ẩm, gió mùa nội chí tuyến. Mùa nóng bắt đầu từ tháng 5
đến tháng 10, mùa lạnh bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 4 hàng năm.
+ Lượng mưa
Lượng mưa trung bình cả năm 1900mm. Mưa tập trung chủ yếu vào mùa
hạ từ tháng 5 đến tháng 11, trung bình trên 100mm/tháng. Trong mùa mưa
lượng mưa chiếm trên 80% tổng lượng mưa cả năm. Tháng 8 – 9 có lượng
mưa lớn nhất trong năm (trung bình 300 – 400mm). Vào mùa đông lượng
mưa chiếm khoảng 10 – 20% tổng lượng mưa, chủ yếu là dạng mưa nhỏ, mưa
phùn. Mưa phùn thường xảy ra vào nửa sau mùa đông và kéo dài nhiều ngày
duy trì một tình trạng ẩm ướt thường xuyên.
Bão: Thường xuất hiện vào tháng 7, 8, 9 gây mưa to gió lớn, lũ lụt.
2.1.4 Thuỷ văn
Thị trấn chịu ảnh hưởng chế độ thuỷ văn của sông Lạng, gây lũ lụt hàng
năm cho các xã phía Bắc sơng Lạng đến cốt cao độ 4-4,5m. Mức lụt cao nhất