- Trang Chủ
- Môi trường
- Đánh giá hiệu quả kiểm soát nước mưa của các công trình thoát nước bền vững: Áp dụng cho khu vực Thượng Thanh, Gia Lâm, Hà Nội
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KIỂM SOÁT NƯỚC MƯA
CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG:
ÁP DỤNG CHO KHU VỰC THƯỢNG THANH, GIA LÂM, HÀ NỘI
Đặng Minh Hải
Trường Đại học Thủy lợi, email: hai_ctn@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG Bài báo này tập trung vào việc (1) đề xuất
Quá trình đô thị hóa đã làm gia tăng diện các công trình LID áp dụng cho khu vực
tích bề mặt không thấm nước trên các lưu Thượng Thanh, Hà Nội; (2) Đánh giá hiệu
vực thoát nước.Kết quả là giảm thời gian tập quả giảm dòng chảy nước mưa của giải pháp
trung dòng chảy và tăng lưu lượng dòng LID đề xuất.
chảy đỉnh vào hệ thống thoát nước, gây quá
tải cho hệ thống thoát nước. Nhằm kiểm soát 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
dòng chảy nước mưa trên các lưu vực đang 2.1. Vùng nghiên cứu
diễn ra quá trình đô thị hóa, các giải pháp
thoát nước bền vững (LID-Low Impact Vùng nghiên cứu thuộc lưu vực sông Cầu
Development) đã được sử dụng rộng rãi trên Bây, Hà Nội. Địa hình có hướng dốc từ Tây
thế giới. Nguyên lý của LID là giữ lại dòng Bắc đến Đông Nam. Cao độ địa hình thay
chảy nước mưa thông qua quá trình trữ, thấm đổi từ +7.2m đến +3.2m. Khí hậu của khu
và bốc hơi trên lưu vực. vực là nhiệt đới gió mùa. Mùa khô bắt đầu từ
Hiệu quả kiểm soát dòng chảy nước mưa tháng 11 đến tháng 4, mùa mưa bắt đầu từ
bởi các công trình LID đã được nghiên cứu
tháng 5 đến tháng 10, chiếm 80% lượng mưa
bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới bằng
mô hình vật lý hoặc mô hình số. Các giải của cả năm. Nước mưa và nước thải của khu
pháp LID có thể giảm lưu lượng dòng chảy vực được đổ ra sông Cầu Bây, sau đó đổ vào
đỉnh vào hệ thống thoát nước từ 10% đến sông Bắc Hưng Hải tại cống Xuân Thụy.
50%. Hiệu quả kiểm soát dòng chảy nước Sông Cầu Bây có chiều dài là 12.7km, chiều
mưa của các giải pháp LID đối với mưa thời rộng biến đổi từ 10m đến 32m. Quá trình đô
đoạn ngắn tốt hơn so với mưa thời đoạn dài. thị hóa nhanh chóng đã làm gia tăng diện
Ở Việt Nam, đánh giá hiệu quả của giải pháp tích không thấm nước trong khu vực Thượng
LID như mái nhà xanh, ô chứa sinh học và Thanh, gây ngập lụt thường xuyên.
lát bề mặt bằng vật liệu thấm nước tới việc
giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa lưu vực 2.2. Mô hình SWMM 5.1
Thị Nghè, thành phố Hồ Chí Minh đã được Mô hình SWMM 5.1 là mô hình thủy văn
thực hiện bởi Loc et al.[1]. Các công trình
thủy lực bán phân bố [2]. Lưu lượng dòng
này đã giảm lưu lượng đỉnh từ 3% đến 20%.
chảy trên các tiểu lưu vực được xác định
Tuy nhiên, những nghiên cứu tương tự như
vậy đối với các lưu vực khác vẫn còn hạn theo mô hình hồ chứa phi tuyến. Dòng chảy
chế. Thêm vào đó, đánh giá hiệu quả của các trong hệ thống truyền dẫn được diễn toán
công trình LID đối với các trận mưa thiết kế theophương trình Saint - Venant 1 chiều cho
khác nhau vẫn chưa được thực hiện. dòng chảy không ổn định biến đổi chậm.
338
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
2.3. Mô hình mưa thiết kế học (BIOR), vật liệu phủ thấm nước
(PMPV), hộp trồng cây (TRBX) và ô trồng
Căn cứ vào đặc điểm về địa hình của lưu
cây cho dòng chảy qua (FTPT).Các thông số
vực Thượng Thanh, thời đoạn mưa thiết kế
cơ bản của các công trình LID lựa chọnđược
được chọn là 3h. Mô hình mưa thiết kế
tham khảo từ Hải (2019). Loại và số lượng
tương ứng với chu kỳ lặp lại khác nhau (2
của các công trình LID ở mỗi tiểu lưu vực
năm, 10 năm và 100 năm) được xác định
được xác định thỏa mãn chi phí đầu tư xây
theo các bước sau: (1) Tính cường độ mưa
dựng là nhỏ nhất nhưng hiệu quả giảm lưu
theo phương pháp cường độ giới hạn theo
lượng dòng chảy là cao nhất. Tập hợp các
TCVN 7957:2008; (2) Tính độ sâu mưa
phương án LID tối ưu đồng thời thỏa mãn 2
tương ứng với các thời đoạn mưa;(3)Tính
mục tiêu trên đã được xác định bởi Hải
các khối mưa; (4) Sắp xếp các khối mưa theo
(2019). Trong bài báo này, trên cơ sở phân
phương pháp khối xen kẽ của Chow et al. [3]
tích điều kiện kinh tế xã hội của khu vực,
với hệ số trước đỉnh được lấy là 0.5.
chọn phương án LID (trong tập hợp các
2.4. Thiết lập mô hình phương án tối ưu) có chi phí xây dựng là
13.8 triệu USD. Số lượng các công trình LID
Mô hình SWMM được thiết lập cho toàn
của phương án chọn gồm: 475 BIOR; 2682
bộ 5553 ha của lưu vực sông Cầu Bây. Sau
FTPT; 13 PMPV; 213 TRBX.
khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, chỉ khu
vực phường Thượng Thanh được lựa chọn để 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
ứng dụng các giải pháp LID (Hình 1). Các
bước thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô
hình được mô tả kỹ trong nghiên cứu của Hải
[4]. Diện tích của khu vực nghiên cứu 490.3
ha bao gồm 21 tiểu lưu vực.
Hình 2. Đường quá trình lưu lượng
cho trường hợp thoát nước truyền thống
và trường hợp ứng dụng LID với trận mưa
thiết kế có chu kỳ lặp lại 10 năm
Hình 2 mô tả diễn biến của lưu lượng dòng
chảy tại vị trí cống Lâm Thịnh, nơi dòng chảy
từ lưu vực Thượng Thanh tập trung vào sông
Hình 1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống Cầu Bây cho cả trường hợp không áp dụng
thoát nước lưu vực sông Cầu Bây LID (truyền thống) và áp dụng LID. Nhận
thấy, mặc dù có giá trị nhỏ hơn nhưng dạng
2.5. Mô phỏng LID
đường quá trình lưu lượng khi áp dụng LID
Trên cơ sở phân tích đặc điểm sử dụng tương tự như dạng đường quá trình lưu lượng
đất, mức độ đô thị hóa, kế hoạch phát triển của mô hình truyền thống. Kết quảtương tự
hạ tầng (giao thông, hệ thống thoát nước) cũng được quan sát đối với đường quá trình
của phường Thượng Thanh, bài báo này lựa dòng chảy của các trận mưa có chu kỳ lặp lại
chọn 4 loại công trình LID gồm: ô chứa sinh 10 năm và 100 năm.
339
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Bảng 1. Kết quả mô phỏng ứng với các trận mưa có chu kỳ lặp lại khác nhau
P=2 năm P=10 năm P=100 năm
TT Thông số Truyền Thay Truyền Thay Truyền Thay
LID LID LID
thống đổi thống đổi thống đổi
1 Lượng mưa (mm) 90 90 0 124 124 0 173 173 0
Tổng lượng dòng
2 50.7 44.9 5.8 76.6 68.2 8.4 114.2 99.56 14.64
chảy (103 m3)
3 Lưu lượng đỉnh (l/s) 1901 1517 384 3196 2626 569 5643.3 4689.4 953.9
Thời gian tập trung
4 200 300 -100 240 250 10 210 220 10
dòng chảy (phút)
Thời gian sinh dòng
5 150 160 -10 150 160 -10 140 150 -10
chảy (phút)
Bảng 1 so sánh các đặc trưng của đường chảy qua (FTPT)được đánh giá bằng việc sử
quá trình lưu lượng giữa trường hợp thoát dụng mô hình SWMM 5.1. Kết quả cho thấy
nước truyền thống và trường hợp áp dụng khi chu kỳ lặp lại của trận mưa 3h thay đổi từ
LID. Lượng mưa 3h tương ứng với chu kỳ lặp 2 năm, 10 năm và 100 năm thì các đặc trưng
lại 2 năm, 10 năm và 100 năm lần lượt là của đường quá trình lưu lượng dòng chảy
90mm, 124mm và 173mm. Khi áp dụng mô nước mưa của khu vực Thượng Thanh sẽ
hình LID, tổng lượng dòng chảy giảm 11% so thay đổi. Hiệu quả kiểm soát dòng chảy đỉnh
với thoát nước truyền thống cho cả hai trận lần lượt là 20% (chu kỳ lặp lại 2 năm),
mưa có chu kỳ lặp lại 2 năm và 10 năm. Hiệu 18%(chu kỳ lặp lại 10 năm) và 17% (chu kỳ
quả giảm tổng lượng dòng chảy tăng lên 13% lặp lại 100 năm), cao hơn so với hiệu quả
đối với trận mưa có chu kỳ lặp lại 100 năm. kiểm soát tổng lượng (10%-13%).
Khi chu kỳ lặp lại của trận mưa tính toán tăng
lên thì hiệu quả kiểm soát lưu lượng đỉnh sẽ 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
giảm. Cụ thể là, hiệu quả giảm lưu lượng đỉnh [1] Loc H, Babel M, Weesakul S, Irvine K,
lần lượt là 20%, 18% và 17% tương ứng với Duyen P.2015. Exploratory Assessment of
các trận mưa tính toán có chu kỳ lặp lại là 2 SUDS Feasibility in Nhieu Loc - Thi Nghe
năm, 10 năm và 100 năm. Thời gian tập trung Basin, Ho Chi Minh City, Vietnam. British
dòng chảy tăng lên đáng kể (100 phút) đối với Journal of Environment and Climate
trận mưa có chu kỳ lặp lại 2 năm và tăng lên Change, 5(2):91-103.
không nhiều đối với trận mưa có chu kỳ lặp [2] Lewis A. Rossman. Storm Water
lại 10 năm và 100 năm (10 phút). Thời gian Management Model User’s Manual,
sinh dòng chảy đều tăng 10 phút khi trận mưa Version 5.0. 2010.United States
Environment Protection Agency.
tính toán thay đổi. Như vậy, khi chu kỳ mưa
EPA/600/R - (July): 285.
tăng lên thì hiệu quả giảm lưu lượng dòng [3] Chow VT, Maidment DR, Mays. LW.1988.
chảy đỉnh sẽ giảm trong khi hiệu quả giảm Applied Hydrology. Mc Graw-Hill.
tổng lượng dòng chảy lại tăng. [4] Hải ĐM.2019. Bố trí và lựa chọn tối ưu các
công trình thoát nước bền vững cho lưu vực
4. KẾT LUẬN sông Cầu Bây, Gia Lâm, Hà Nội. Tạp chí
Hiệu quả kiểm soát dòng chảy nước mưa KHKT Thủy lợi và Môi trường, 65.
của các giải pháp LID như ô chứa sinh học
(BIOR), vật liệu phủ thấm nước (PMPV), hộp
trồng cây (TRBX) và ô trồng cây cho dòng
340
nguon tai.lieu . vn
