BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VĂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MƠ CƠNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2017 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VĂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MƠ CƠNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên ngành : Quy hoạch quản lý tài nguyên nước Mã số : 62-62-30-01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Dương Thanh Lượng GS TS Nguyễn Quang Kim HÀ NỘI, 2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết tính tốn kết luận luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Lê Văn Trường i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian miệt mài nghiên cứu giúp đỡ nhà khoa học, nhà chuyên môn quan, đơn vị với ý kiến góp ý sâu sắc cung cấp nhiều tài liệu quý báu, đến công việc nghiên cứu đạt kết định để viết lên luận án Từ đáy lòng mình, tác giả luận án xin chân thành cảm ơn GS TS Dương Thanh Lượng GS TS Nguyễn Quang Kim, người hướng dẫn khoa học tận tình dìu dắt, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Chân thành cảm ơn Bộ mơn Cấp nước, Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Phòng Đào tạo đại học sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi với vai trò quan đào tạo tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập nghiên cứu khoa học năm tháng nghiên cứu sinh Nhà trường Chân thành cảm ơn Phòng Quản lý xây dựng cơng trình, lãnh đạo Sở Nơng nghiệp phát triển nông thôn Hà Nội tạo điều kiện thời gian cho tác giả học tập làm luận án Xin cảm tạ lòng người thân yêu gia đình động viên, giúp đỡ gửi gắm nơi Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả luận án Lê Văn Trường ii MỤC LỤC Danh mục ký hiệu chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ viii MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu II Mục tiêu nghiên cứu III Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu IV Nội dung phương pháp nghiên cứu V Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU .4 1.1 Giới thiệu vùng nghiên cứu .4 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện tự nhiên 1.1.3 Tình hình nguyên nhân úng ngập vùng nghiên cứu 1.1.4 Hiện trạng cơng trình tiêu chủ yếu 12 1.1.5 Hướng phát triển chung không gian đô thị 16 1.1.6 Hướng phát triển mạng lưới giao thông 16 1.1.7 Định hướng khống chế cao độ san .18 1.1.8 Sơ lược trình hình thành phát triển hệ thống tiêu nước đô thị Hà Nội 19 1.2 Tổng quan nghiên cứu thoát nước cho khu vực .20 1.2.1 Nghiên cứu thoát nước JICA 20 1.2.2 Nghiên cứu QH937 20 1.2.3 Nghiên cứu QH1259 23 1.2.4 Nghiên cứu QH4673 25 1.2.5 Nghiên cứu QH725 25 1.2.6 Nhận xét thơng số cơng trình tiêu nước theo quy hoạch 26 1.3 Tổng quan phương pháp tính tốn tiêu nước tối ưu hóa hệ thống tiêu nước 33 1.3.1 Các phương pháp tính tốn tiêu nước nước 33 1.3.2 Các nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống tiêu nước nước 47 1.3.3 Các phương pháp cơng cụ tính tốn tiêu nước nước ngồi 49 1.3.4 Các nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống tiêu nước nước ngồi 50 1.4 Kết luận chương 54 XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP TIÊU THỐT NƯỚC VÀ QUY MƠ CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI 57 2.1 Xây dựng tốn tối ưu hóa hệ thống tiêu nước .57 2.1.1 Khái quát tốn tối ưu hóa 57 2.1.2 Bài tốn tối ưu hóa thơng số hệ thống tiêu thoát nước .62 2.2 Lựa chọn mơ hình tính tốn tiêu nước 66 2.2.1 Khái qt chọn phương pháp mơ hình tính toán tiêu nước mặt 66 2.2.2 Chọn phương pháp mơ hình tính tốn tiêu nước 67 2.2.3 Mơ tả mơ hình SWMM .68 2.3 Mô hình hóa hệ thống tiêu nước nghiên cứu .76 2.3.1 Các loại đối tượng cần mô 76 2.3.2 Các số liệu đầu vào mô hình .82 2.3.3 Sơ đồ hoá hệ thống tiêu thoát nước .87 2.3.4 Thiết lập mơ hình hệ thống tiêu thoát nước SWMM 89 2.3.5 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình .93 2.4 Kết luận chương 97 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MƠ CƠNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 99 3.1 Dự kiến giải pháp tiêu thoát nước lưu vực nghiên cứu .99 3.1.1 Dự kiến giải pháp chung 99 3.1.2 Bố trí trạm bơm tiêu đầu mối 101 3.1.3 Bố trí hệ thống hồ điều hòa .104 3.1.4 Phân tích thủy lực 112 3.1.5 Xác định quan hệ ràng buộc quy mơ trạm bơm hồ điều hòa 122 3.1.6 Xác định giá trị lưu lượng diện tích hồ tối ưu 127 3.2 Đề xuất giải pháp tiêu nước quy mơ cơng trình tiêu chủ yếu lưu vực nghiên cứu 135 3.2.1 Các trạm bơm 135 3.2.2 Các hồ điều hoà 139 3.2.3 Hệ thống kênh trục 141 3.2.4 Các cống điều tiết 143 3.2.5 Hình thức tiêu nước hệ thống kênh trục trạm bơm đầu mối 143 3.2.6 Phối hợp vận hành trạm bơm đầu mối nhằm tăng hiệu tiêu nước144 3.3 Kết luận chương 146 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 147 I Kết luận .147 Về kết nghiên cứu 147 Về đóng góp luận án .148 II Kiến nghị 148 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO .150 PHỤ LỤC 155 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT C C P C hC S D ôD A D ự D T Đ iĐ T H ầH L H ạH T L ệL L L L V M M N Q ự Q H Q uQ H u 1Q yQ H u y 2Q Q H u y 6Q Q H u y 2Q Q H u 9S yS W T tT B T rT L T hT L T iT P U hỦ B V yV Đ V àV Đ V V Đ v DANH MỤC CÁC BẢNG B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản 6 7 7 9 32 62 28 59 18 48 84 86 79 10 10 11 111 511 11 11 611 711 11 11 811 911 912 12 12 112 vi B ản B ản B ản B ản B ản B ản B ản B 26 ản G 27 iá C áB ản B ản B ản B ản B ản g B ản g B PL1.4.ản D ự B ản g B ản 12 412 512 12 12 913 113 13 13 13 13 613 914 14 15 15 15 15 15 16 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hì nh Hì nh 27 Hì nh 31 Hì nh 34 Hì nh 34 Hì nh 49 Hì nh Hì nh Hì 59 nh Hì 95 nh Hì 95 nh Hì 96 nh Hì 16 nh Hì nh 65 Hì nh 79 Hì nh 70 Hì nh 71 Hì nh 71 Hì nh 86 Hì nh 83 Hì nh 85 Hì nh 85 Hì nh 87 Hì nh 87 Hì nh Hì nh Hì nh 91 Hì nh 92 Hì nh Hì nh Hì 94 nh Hì nh Hì 95 nh Hì nh 11 Hì nh 211 Hì nh 12 Hì nh viii Khoa học Trường ĐH Xây dựng Hà Nội, 1991 [47] Dương Thanh Lượng Hướng dẫn đồ án mơn học Thiết kế mạng lưới nước NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội, 2010 [48] Dương Thanh Lượng Mơ hình hóa hệ thống cấp thoát nước Trường ĐH Thuỷ lợi Hà Nội, 2015 [49] Trường ĐH Thuỷ lợi Giáo trình Máy bơm trạm bơm NXB Từ điển bách khoa Hà Nội, 2006 [50] Tiêu chuẩn thiết kế hệ số tiêu cho ruộng lúa (14 TCN-60-88) Hà Nội, 1990 [51] Nippon Koei Công ty Tư vấn cấp nước mơi trường Việt Nam Thuyết minh thiết kế kỹ thuật cải tạo xây dựng cống nước lưu vực sơng Tơ Lịch, sông Lừ, sông Sét, sông Kim Ngưu Hà Nội, 1997 [52] Perkins Eastman, Posco E&C JiNa (Liên danh tư vấn) Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 Hà Nội, 2011 [53] UBND TP Hà Nội Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2020 (ban hành kèm theo Quyết định số 108/1998/QĐ-TTg ngày 20/6/2008 Thủ tướng Chính phủ) [54] Ứng Quốc Dũng Nghiên cứu hồn thiện phương pháp xác định lưu lượng nước mưa tính tốn thiết kế hệ thống nước cho thị Việt Nam (Luận án Phó tiến sĩ) Trường ĐH Xây dựng Hà Nội, 1996 [55] Mai Liên Hương Đề tài nghiên cứu khoa học hồ điều hòa Bộ Xây dựng, Hà Nội, 2010 [56] Lưu Văn Quân, Nguyễn Tuấn Anh Thực trạng sử dụng hồ điều hòa hệ thống nước mưa số thị thuộc đồng Bắc Bộ Việt Nam Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi môi trường, số 41, tháng năm 2004 [57] Bộ Tài nguyên môi trường Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam NXB Tài nguyên, môi trường đồ Việt Nam Hà Nội, 2016 [58] Gironás J., L Roesner and J Davis Storm Water Management Model Applications Manual EPA/600/R-09/007, U.S Environmental Protection Agency, National Risk Management Research Laboratory, Cincinnati, OH, 2009 [59] Bisht D S., C Chatterjee, S Kalakoti et al Modeling urban floods and drainage using SWMM and MIKE URBAN - A case study Natural Hazards, Volume 84, Issue 2, pp 749–776, November 2016, ISSN: 0921-030 (print), ISSN: 15730840 (online) [60] Suriya S, Mudgal BV Impact of urbanization on flooding: The Thirusoolam sub water - A case study Journal of Hydrology, Vol 412–413, January 2012, Pages 210–219 ISSN: 0022-1694 [61] Cristina P., F James, Limbrunner, M Richard Optimal Location of InfiltrationBased Best Management Practices for Storm Water Management Journal of Water Resources Planning and Management, Vol 131, No 6, 2005 ISSN: 07339496 (print), ISSN: 1943-5452 (online) [62] Hamel P., E Dalya, T D Fletch Source-control stormwater management for 156 mitigating the impacts of urbanisation of baseflow Journal of Hydrology, Volume 485, April 2013, Pages 201–211 ISSN: 0022-1694 [63] Shuster W., L Rhea Catchment-scale hydrologic implications of parcel-level stormwater management (Ohio USA) Journal of Hydrology, Vol 485, April 2013, Pages 177–187 ISSN: 0022-1694 [64] Minkyu P., G Chung, C Yoo, J Kim Optimal design of stormwater detention basin using the genetic algorithm Journal of Civil Engineering - KSCE, Vol 16, Issue 4, Pages 660–666, May 2012 ISSN: 1226-7988 (print), ISSN: 1976-3808 (electronic) [65] Lee JG., A Selvakumar, K Alvi, J Riserson, JX Zhen, L Shoemarker, FH Lai A watershed-scale design optimazation model for stormwater best management practices Environmental Modelling and Software, Vol 37, November 2012, Pages 6–18 ISSN: 1364-8152 157 PHỤ LỤC 155 Bảng PL1.1 Nội dung đề xuất quy hoạch thoát nước mưa đô thị Hà Nội theo Quy hoạch JICA - Lưu vực Tô Lịch 1) Các thôn C90 m3 S60 C m2 ử1 M 2) ư20 D3 87 u0, C ốM 51, ứ 54, M ứ D513 iT020 3) o310 H 4) C H2 S7 ô3 50 T h3 40 M ư40 ơ0 nLm V Tcử 33 ổ 5) C L16 V.4 00 L3 V10 70 L V T.7 32 ổ 6) 18 N 7) hồ 11 B 8) hồ X L48 L V2 V L00 V L02 71 V L01 V L28 46 V L025 V T06 ổ20 156 Bảng PL1.2 Nội dung đề xuất quy hoạch nước mưa thị Hà Nội theo Quy hoạch JICA - Lưu vực sông Nhuệ Các thông số 1) CácL 12 m3/s V L m3/s V L m3/s V L m3/s V Tổ 35 m3/s ng hồ điều hoà: 2) Các LCổ M M Ba Tổ ưN 3ỹ 1ễ 1Xã1 ng D uD76 40 40 27 18 iT84 44 44 30 320 oĐ55 26 31 14 212 ậMực nước nhỏ nhất: 1,0 nhất: m Độ sâu lớn 3) 4,0 m CảiL 19.200 m, V lại 30 L xây 13.400 m, V xây lại 24 L 13.500 m, V lại m, 22 L xây 8.700 V xây lại m, 16 Tổ 54.800 4) ng xây lại 92 XâyL 1.970 V L 670 V L 870 V L 440 V Tổ 3.950 ng 157 Bảng PL1.3 Thơng số hồ điều hòa phía tây thị trung tâm (theo QH1259) L TêD Z Z Yn i m đ êY Y ê ê Y n êY êL L iê iê L iê Y Y êY ê êY n ê Đ Đ àĐ àĐ o Y 130 êL Y i 4, ê Đ n ịH 567 Bảng PL1.4 Dự kiến tổng quy mơ cơng trình đầu mối tiêu nước mưa cho Thủ đô Hà Nội theo QH725 (riêng vùng tả Đáy) Di H C T T Ngu ện S T ê ồn A V tíc4 đ2.b ùn 77 394491Sô L V 0, L 4ng Sô V L V L V H 56411,ng Sô 53141ng Sô 6ng 4Hồ 158 Bảng PL1.5 Cơng trình đầu mối tiêu nước mưa cho Thủ Hà Nội dự kiến theo QH725 T S Cr D P T S i T1 LV ệ (m sô Ti G 11 ểu 32 Ti m 21 ểu Ti 31 ểu 1Yê Ti c n 41 ểu 7Sở Ti Ti ểu c 81 Ti ểu 51 q ểu G 5Đô LV 2ng Đô m Vạ , 09n ng LV Tả B 4Na Tiể 13 uTiể a 51m Cổ 23 uTiể o 1Nh Đồ 22 33 uTiể 1ng Đồ 09 g Tiể u ng Ba 5u m 9Siê Xã 10 Tiể 4uHò 02 c 6u aĐạ 51 LV LV 10i H 72Li Tiể Gồ 14 uTiể 2ên Li 10 m u mộ Đà ên 72 Tiể 3o t 3u Yê ph 4 Tiể 1n Yê ần 44 uTiể n cá 54 uTiể Ca c 6u o 159 Bảng PL3.1 Chi phí xây dựng số trạm bơm Đ HĐ ô v n Ch i X 06â K - 34 hK - 5, 23 êC - 5, Y L L Đ V S ê i i ă ô n ê ê o n n 9 23 43 82 8, 14 57 14 9,1 /C - 36 1, 1 , 30 C ộ - 6,3 161 37 31 21 93 hi C - 406 1,1 83 13 12 49 T ộ - 3, 22 hi C - 5, 62 G ộ - 9,2 43 40 8,40 8,4 440 286 07 411 32 324 9, 16 0, 2, 1, 1, 3, 61 897 51 51 810 2,1 P C - 652 1, 1, 20 16 6, 625 ộ m 1,3 961 6 8,5 TK3/ 5 Hình PL3.1 Mực nước Hà Đơng QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) 160 Hình PL3.2 Mực nước Liên Mạc QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) Hình PL3.3 Mực nước Yên Sở - QYS=90m /s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%) Hình PL3.4 Mực nước Đông Mỹ QĐM=35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 (f=0,62%) 161 Hình PL3.5 Mực nước Hiền Giang QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%) Hình PL3.6 Mực nước sơng Nhuệ lúc 16 mơ Hình PL3.7 Mực nước sơng La Khê lúc 16 mơ 162 Hình PL3.8 Mực nước sông Tô Lịch lúc 16 mơ Hình PL3.9 Mực nước sơng Lừ lúc 16 mơ Hình PL3.10 Mực nước sơng Sét lúc 16 mơ 163 Hình PL3.11 Mực nước sông Kim Ngưu lúc 15 mô Hình PL3.12 Mực nước sơng Om lúc 16 mơ Hình PL3.13 Mực nước sơng Đăm lúc 16 mơ 164 Hình PL3.14 Mực nước sơng Cầu Ngà lúc 16 mơ Hình PL3.15 Mực nước kênh Liên Hồng - Yên Thái lúc 16 mơ Hình PL3.16 Mực nước kênh Đơng La lúc 16 mơ 165 Hình PL3.17 MN tuyến cống từ đường Hoàng Quốc Việt - kênh Phú Đơ lúc 13 mơ Hình PL3.18 MN tuyến cống từ đường Nghĩa Tân - Đồng Bơng lúc 13 mơ Hình PL3.19 Mực nước Hà Đông (Kiểm tra với mưa dạng 2) QTHN=380m3/s (q=19,71); FTHN=192,76ha (f=1,00%) 166 Hình PL3.20 Mực nước Yên Sở (Kiểm tra với mưa dạng 2) QYS=90m3/s (q=11,93); FYS=299,75ha (f=3,97%) Hình PL3.21 Mực nước Đơng Mỹ (Kiểm tra với mưa dạng 2) QĐM =35m3/s (q=15,7); FĐM=14,0 (f=0,62%) Hình PL3.22 Mực nước Hiền Giang (Kiểm tra với mưa dạng 2) QHG=108m3/s (q=15,14); FHG=71,26ha (f=1,00%) 167 ... tiêu nước quy mơ cơng trình tiêu địa bàn thành phố Hà Nội đề tài nghiên cứu Luận án II Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng sở khoa học đề xuất giải pháp tiêu nước, xác định quy mô công trình tiêu nước. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VĂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ QUY MƠ CƠNG TRÌNH TIÊU TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên... Qua nghiên cứu này, đề xuất giải pháp tiêu nước, bố trí cơng trình tiêu hệ thống tiêu thoát nước địa bàn thành phố Hà Nội với quy mô thông số cơng trình Kết nghiên cứu tham khảo cơng tác: lập quy