Đang tải... (xem toàn văn)
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SWMM TÍNH TIÊU THOÁT NƯỚC CHO KHU TÁI ĐỊNH CƯ XÃ VĨNH LỘC B – HUYỆN BÌNH CHÁNH – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ NÔNG NGHIỆP & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CƠ SỞ II -[ \ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SWMM TÍNH TOÁN THOÁT NƯỚC MƯA – NƯỚC THẢI CHO KHU TÁI ĐỊNH CƯ XÃ VĨNH LỘC B HUYỆN BÌNH CHÁNH – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Sinh viên thực : TỐNG ĐÌNH QUYẾT (S6 – 45H) LÊ THỊ THANH TRÚC (S6 – 45H) ĐẶNG XUÂN DŨNG (S6 – 45H) Giáo viên hướng dẫn : KS TRIỆU ÁNH NGỌC Tp Hoà Chí Minh Tháng năm 2008 LỜI GIỚI THIỆU Mục lục www.tainguyennuoc.vn MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU U PHẦN I : NỘI DUNG ĐỀ TÀI I Thông tin chung đề tài II Nội dung khoa học công nghệ đề tài : PHẦN II : LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC I Lý Thuyết Cơ Bản Về Mạng Lưới Thoát Nước Nhiệm vụ hệ thống thoát nước loại nước thải : Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước: II Tính tốn mạng lưới nước PHẦN III : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM .11 I Giới thiệu phần mềm SWMM : 11 Mơ hình tốn SWMM (Storm Water Management Model ) mơ hình động lực học mơ mưa – dịng chảy cho khu vực đô thị chất lượng, tính tốn q trình chảy tràn từ lưu vực phận đến cửa nhận nước 11 II Khả phần mềm SWMM : 11 Mục đích ứng dụng mơ hình tốn SWMM cho hệ thống nước triển khai nhằm : 13 Những ứng dụng điển hình SWMM : 13 III Các thuật toán SWMM : 14 1.Tính tốn lượng mưa hiệu 15 2.Tính toán thấm, lượng thấm: 16 3.Tính tốn dịng chảy mặt 18 IV Cấu tạo mạng lưới thoát nước SWMM 19 V Giao diện làm việc mơ hình SWMM 20 PHẦN IV : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SWMM TÍNH TIÊU THOÁT NƯỚC CHO KHU TÁI ĐỊNH CƯ XÃ VĨNH LỘC B – HUYỆN BÌNH CHÁNH - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 21 I Tổng quan khu vực thiết kế : 21 Hiện trạng chuẩn bị kỹ thuật thoát nước mưa: 21 II Mô mạng lưới nước mơ hình SWMM 22 Các thông số đầu vào 22 Các bước thực mô Project : 24 Hình 10: Sơ đồ mơ mạng lưới nước mơ hình SWMM 27 III Các phương án tính tốn 36 IV Nội dung tính tốn 37 PHẦN V : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 Kết luận: 55 Kiến nghị : 57 CÁC TÀI LIỆU ĐÃ THAM KHẢO 58 www.tainguyennuoc.vn LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại “ môi trường phát triển bền vững ” vấn đề nhiều nước nhiều tổ chức quốc tế quan tâm Ở khía cạnh để góp phần đảm bảo cho mơi trường khơng bị suy thối phát triển cách bền vững phải ý giải vấn đề “ xử lý nước thải vệ sinh mơi trường ” cách hợp lý “Thốt nước thải sinh hoạt ” vấn đề cấp bách cho người, nước giới Vấn đề nhiễm nước làm cho lồi người mắc nhiều bệnh tật mà khắc phục khơng bị mắc phải, có hệ thống nước thải cách thích hợp Vì vậy: Đề tài : “ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SWMM TRONG TÍNH TỐN MƠ PHỎNG THỦY LỰC MẠNG LƯỚI THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ” viết nhằm nghiên cứu kiến thức cần thiết lĩnh vực nước thị ứng dụng thực tế để tiêu thoát nước Đề tài bao gồm phần sau: - Mở đầu - Lý thuyết mạng lưới thoát nước - Giới thiệu SWMM - Ứng dụng phần mền SWMM - Phân tích kết - Kết luận Mục đích đề tài nhằm cung cấp cho bạn sinh viên người quan tâm kiến thức cần thiết ngành nước có phương pháp tính tốn hiệu Đề tài xem xét, mơ tả, phân tích theo tiêu, chất lượng nước chảy cống, để biết khả tiêu thoát nước khu vực Đề tài đưa từ phương pháp tính tốn tiêu nước Qua ta hiểu thêm cách tính tốn kỹ thuật chuyên ngành cấp thoát nước vệ sinh đáp ứng yêu cầu người sử dụng Hy vọng đề tài có ích cho sinh viên người quan tâm học tập, nghiên cứu khoa học tính tốn tiêu nước www.tainguyennuoc.vn Do thời gian ngắn, khn khổ chương trình hẹp, kiến thức kinh nghiệm hạn chế, nên đề tài chắn nhiều hạn chế Rất mong nhận đóng góp xây dựng bạn sinh viên người quan tâm để đề tài hữu ích cho cơng tác nghiên cứu ứng dụng sau Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Triệu Ánh Ngọc tận tình hướng dẫn giáo viên chuyên môn khác bảo góp ý kiến cho chúng em hồn thành tốt đề tài www.tainguyennuoc.vn PHẦN I : NỘI DUNG ĐỀ TÀI I Thông tin chung đề tài 1.Tên đề tài : “ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SWMM TRONG TÍNH TỐN MƠ PHỎNG MẠNG LƯỚI THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ “ Giáo viên hướng dẫn : Kỹ sư : Triệu Ánh Ngọc Sinh viên thực : Tống Đình Quyết Lớp : S7 - 46H – Cơ sở II – Đại Học Thủy Lợi Đặng Xuân Dũng & Lê Thị Thanh Trúc Lớp : S6 - 45H – Cơ sở II – Đại Học Thủy Lợi Thời gian thực : Từ ngày 04/12/2007 đến 25/04/2008 II Nội dung khoa học công nghệ đề tài : Mục tiêu đề tài: E Nhằm giúp cho sinh viên có hội tiếp cận vấn đề khoa học, biết vận dụng, bổ sung, nâng cao kiến thức học nhà trường E Nhằm nâng cao khả nghiên cứu khoa học sinh viên E Đi sâu nghiên cứu mơn học “Thốt nước”, tập trung việc xây dựng thuật tốn tính tiêu nước thị E Nhằm tạo cơng cụ tính tốn tiêu nước linh hoạt nhanh chóng đảm bảo tính xác cao E Kiểm tra khả tiêu nước tự chảy đuờng ống, diễn biến dòng chảy cống theo thời đoạn định từ đề biện pháp khắc phục có cố xảy Sự cần thiết đề tài Trong năm gần đây, với phát triển kinh tế - xã hội đất nước, đời sống người dân, đô thị, cải thiện nhiều Nhu cầu xây dựng tăng nhanh, mạnh với nhu cầu tiện nghi để bảo đảm chất lượng sống Khu vực nghiên cứu dự án giai đoạn xây dựng, thị hố nhanh, chưa có hệ thống nước Nhiều khu vực thường bị ngập úng nặng nề mùa mưa gây nhiều thiệt hại cho người dân ô nhiễm môi trường trầm trọng Trên địa bàn www.tainguyennuoc.vn tiến hành xây dựng đường cống thoát nước để phục vụ cho nhu cầu trước mắt Song chưa có quy hoạch cụ thể dự án, nên việc xây dựng có tính chất chắp vá, đối phó, cục bộ, tiếp tục gây nên lãng phí khó khăn cho việc cải tạo sau Nhu cầu nước dần trở nên bách, địi hỏi hệ thống thoát nước phải sớm xây dựng Dự án giúp cho việc xây dựng hệ thống nước hợp lý, hồn thiện có hiệu địa bàn toàn khu vực Phương pháp nghiên cứu đề tài E Tìm hiểu thuật tốn sử dụng phần mềm, khả mơ thủy lực thoát nước Phạm vi ứng dụng đề tài E Thu thập tài liệu địa hình, địa chất, khí tuợng thủy văn… lưu vực tính tốn, sở tiến hành vạch tuyến mạng lưới nuớc, tính tốn lượng mưa tiêu ứng với tần suất 90%, lượng nước thải lưu vực E Ứng dụng phần mềm SWMM để kiểm tra khả tự chảy đường ống, dao động mực nước cơng trình( hồ), ảnh hưởng thủy triều tới lưu vực Phạm vi nghiên cứu đề tài : E Nghiên cứu mơ hình thuật tốn sử dụng tính tốn phần mềm, ứng dụng khả mơ phần mềm để tính tốn cho mạng nước thị E Tính tốn tiêu nước cho lưu vực thị (Trong đề tài khu dân cư tái định cư xã Vĩnh Lộc B – huyện Bình Chánh – Tp Hồ Chí Minh) www.tainguyennuoc.vn PHẦN II : LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC I Lý Thuyết Cơ Bản Về Mạng Lưới Thoát Nước Nhiệm vụ hệ thống thoát nước loại nước thải : Do hoạt động hàng ngày người mà đô thị điểm dân cư tạo nhiều nguồn nhiễm có đặc tính khác Những nguồn ô nhiễm bao gồm chất thải sinh lý người, động vật nuôi chất thải trình sản xuất theo nước thải xả vào mơi truờng bên Nước cấp sau sử dụng vào mục đích sinh hoạt, sản xuất, nước mưa chảy mái nhà, mặt đường, sân vườn…trở thành nước thải chứa nhiều hợp chất vô cơ, hữu dễ bị phân hủy thối rữa chứa nhiều vi trùng gây truyền bệnh nguy hiểm Nếu loại nuớc thải xả cách bừa bải gây ô nhiễm môi trường nước, đất khơng khí, nẩy sinh lan truyền thứ bệnh hiểm nghèo ảnh hưởng tới sức khỏe người Mặt khác, không thu gom vận chuyển gây nên tình trạng ngập lụt điểm dân cư xí nghiệp cơng nghiệp, làm hạn chế đất đai xây dựng, ảnh hưởng đến móng cơng trình gây trở ngại giao thơng tác hại tới số nghành kinh tế khác… Vì nhiệm vụ hệ thống nước thu gom vận chuyển nhanh chóng loại nuớc thải khỏi khu vực dân cư, xí nghiệp cơng nghiệp, đồng thời xử lý khử trùng đạt yêu cầu vệ sinh trước xả vào nguồn tiếp nhận Nước thải có nhiều loại khác tùy theo tính chất nguồn gốc người ta phân biệt loại sau : o Nước thải sinh hoạt : Thải từ chậu rửa, bồn tắm , nhà xí, tiểu chứa nhiều chất hữu vi trùng o Nước xám : Nước sinh hoạt không chứa phân, nước tiểu thải từ hộ gia đình bao gồm : nước qua bồn tắm, vòi hoa sen, chậu giặt nhà tắm, máy giặt bồn giặt… o Nước thải sản xuất : Thải sau qua trình sản xuất Thành phần tính chất phụ thuộc vào lĩnh vực công nghiệp, nguyên liệu tiêu thụ, công nghệ sản xuất…mà khác nhiều www.tainguyennuoc.vn Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước: Mạng lưới nước gồm hay vài cống góp phục vụ cho vài lưu vực thoát nước Lưu vực thoát nước phần diện tích thị hay xí nghiệp cơng nghiệp mà nước thải cho chảy tập trung cống nước Phần ranh giới lưu vực đường phân thủy Các cống góp thường đặt theo đường tụ thủy Hệ thống thoát nước thường thiết kế theo nguyên tắc tự chảy, cống đặt sâu dùng máy bơm nâng lên cao sau lại tiếp tục tự chảy Vạch tuyến mạng lưới thoát nước tiến hành theo thứ tự sau: ¾ Phân chia lưu vực nước ¾ Xác định vị trí trạm xử lý, vị trí xả nước vào nguồn ¾ Vạch tuyến cống góp cống góp lưu vực, cống đường phố tuân theo nguyên tắc sau : o Phải lợi dụng địa hình đặt cống nước nước theo chiều nước tự chảy từ phía đất cao đến phía đất thấp lưu vực đảm bảo lượng nước thải lớn tự chảy theo cống, tránh đào đắp nhiều tránh đặt nhiều trạm bơm lãng phí o Đặt cống đường phố thật hợp lý để tổng chiều dài ngắn tránh trường hợp nước chảy vòng vo, tránh đặt cống sâu Phụ thuộc vào địa hình diện tích tiểu khu nhà ở, quy hoạch kiến trúc biện pháp thi công xây dựng phân khu quản lý hành thị mà vạch tuyến mạng lưới đường phố theo sơ đồ sau : o Sơ đồ hộp : Cống đặt dọc theo đường phố bao quanh tiểu khu Sơ đồ áp dụng địa hình phẳng, tiểu khu có diện tích lớn cơng trình khơng xây dựng sâu vào bên (trong đề tài dùng sơ đồ này) o Sơ đồ ranh giới thấp : Cống đặt theo đường phố phía ranh giới thấp tiểu khu Sơ đồ áp dụng địa hình có độ dốc tương đối lớn Trong thực tế, so sánh phương án vạch tuyến mạng lưới thoát nước đường phố xuyên qua tiểu khu Trong trường hợp này, mạng lưới thoát nước tiểu khu thường kéo dài ống nhánh nối từ tiểu khu qua tiểu khu khác Tổng chiều dài mạng lưới ngắn sơ đồ vạch tuyến Tuy nhiên việc quản lý gặp nhiều khó khăn, khó phân cấp hiệu www.tainguyennuoc.vn Các cống vạch theo hướng trạm xử lý cửa xả nước vào nguồn tiếp nhận Vị trí trạm xử lý đặt phía thấp thị, xí nghiệp, cơng nghiệp, khơng bị ngập lụt, cuối hướng gió chủ đạo mùa hè, cuối nguồn nước, đảm bảo khoảng cách tối thiểu 500m khu dân cư, xí nghiệp cơng nghiệp chế biến thực phẩm Giảm tới mức tối thiểu cống chui qua sông hồ, cầu phà, đê đập, đường sắt, đường tơ cơng trình ngầm khác Việc bố trí cống nước phải bố trí kết hợp với cơng trình ngầm khác, phải đảm bảo cho việc xây dựng khai thác sử dụng thuận lợi … II Tính tốn mạng lưới nước Tính tốn lưu lượng nước thải Từ hai cơng thức Q = ω v v = C Ri , tính tốn biết lưu lượng, cịn giá trị chưa biết v, ω ,I, khơng thể giải mà phải tính tốn lựa chọn hợp lý dần Người ta lập sẵn bảng tính tốn, biểu đồ tốn đồ để tiện sử dụng thiết kế Trong bảng số, ứng với đường kính d (hoặc đường kính kênh mương ) độ dốc i, dẫn thông số lưu lượng, tốc độ với độ đầy từ 0,05 đến 1d Dựa theo lưu lượng Q độ dốc địa hình, với độ đầy lựa chọn h/d, ta lựa chọn đường kính cống, sau chọn i xác định V Xác định lưu lượng tính tốn cho đoạn cống : Căn vào giai đoạn xây dựng quy hoạch hệ thống mạng lưới thoát nước chia đoạn có độ dài khác Đoạn cống tính tốn khoảng cách hai điểm (giếng thăm) mà lưu lượng dòng chảy quy ước khơng đổi Để xác định lưu lượng tính tốn cần nắm khái niệm sau : ¾ Lưu lượng dọc đường: Lượng nước từ khu nhà thuộc lưu vực nằm dọc bên cống đổ vào đoạn cống ¾ Lưu lượng chuyển qua: Lượng nước từ đoạn cống phía đổ vào điểm đầu đoạn cống ¾ Lưu lượng cạnh sườn: Lượng nước từ cống nhánh cạnh sườn đổ vào điểm đầu đoạn cống www.tainguyennuoc.vn 10 ¾ Lưu lượng tập trung: Lượng nước chuyển qua đoạn cống từ đơn vị thải nước lớn từ đơn vị nằm riêng biệt phía đoạn cống (xí nghiệp cơng nghiệp, trường học, nhà tắm cơng cộng) Lưu lượng dọc đường đại lượng biến đổi tăng dần từ số đầu đoạn cống đến giá trị lớn cuối đoạn cống Lưu lượng chuyển qua, lưu lượng cạnh sườn, lưu lượng tập trung đổ vào đoạn cống có giá trị khơng đổi suốt chiều dài Chú ý: Tại chỗ thay đổi hướng nước chảy thay đổi đường kính chỗ giao lưu dòng chảy phải xây dựng giếng thăm cống thay máng hở lượn Tại chỗ ngoặt thường gây sức cản cục Quy định góc chuyển tiếp α máng hở khơng lớn 900 Góc α =900 cống có d400mm, góc chuyển tiếp α
