Phương pháp xác định diện tích (Hay dung tích) hồ điều hòa điều tiết nước mưa cho một khu đô thị mới

Nội dung text: Phương pháp xác định diện tích (Hay dung tích) hồ điều hòa điều tiết nước mưa cho một khu đô thị mới

1. BÀI BÁO KHOA HỌC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH (HAY DUNG TÍCH) HỒ ĐIỀU HÒA ĐIỀU TIẾT NƯỚC MƯA CHO MỘT KHU ĐÔ THỊ MỚI Trần Viết Ổn1, Lưu Văn Quân1 Tóm tắt: Một khu đô thị mới xây dựng trên đất nông nghiệp hay đất chuyên dùng khác sẽ làm tăng lưu lượng đỉnh cho hệ thống tiêu hiện tại. Bài báo trình bày phương pháp xác định diện tích (dung tích) hồ điều hòa cần thiết để có được lưu lượng tại mặt cắt khống chế sau khu đô thị mới phù hợp với công trình tiếp nhận nhằm tránh quá tải hệ thống tiêu, ngập úng. Từ khóa: Hồ điều hòa, khu đô thị mới. 1. VẤN ĐỀ THOÁT NƯỚC CHO CÁC 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHU ĐÔ THỊ MỚI1 Nghiên cứu trên lưu vực giả định: Giả thiết Tại Việt Nam vào những năm 1990 sau khi một khu đô thị mới với hình dạng cơ bản, đặc đất nước thực hiện công cuộc đổi mới nền kinh trưng bề mặt như: độ dốc, tỷ lệ diện tích đất thấm nước, không thấm tế theo hướng thị trường và đến năm 2012, trên Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm địa bàn cả nước đang triển khai khoảng 1.500 SWMM 5.0 để mô phỏng thủy văn, thủy lực cho dự án nhà ở và khu đô thị mới (KĐTM) với lưu vực giả thiết từ đó tìm ra lưu lượng đỉnh tại nhiều quy mô khác nhau (Tạp chí Kiến trúc số mặt cắt khống chế tương ứng với từng trường 09/2014). hợp tính toán. Số lượng các KĐTM vẫn tiếp tục tăng hàng Đề xuất phương pháp xác định diện tích năm và hầu hết được phát triển trên diện tích đất (dung tích) hồ điều hòa để có lưu lượng tại mặt nông nghiệp hoặc đất chuyên dùng khác. Phần cắt khống chế theo mong muốn nhằm tránh quá lớn các KĐTM chỉ quan tâm hạ tầng thoát nước tải hệ thống tiêu hiện có. nội vùng mà ít quan tâm thoát nước tổng thể. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong khi đó, người thiết kế đã nâng cao độ san 3.1. Các giả thiết về khu đô thị mới nền đô thị để chủ động thoát nước mưa, khiến Thực tế KĐTM có hình dạng tùy thuộc vào thửa đất chuyển đổi, nhưng trong nghiên cứu nước mưa tập trung nhanh trên diện tích đô thị này giả thiết KĐTM có hình vuông như hình 1. đổ xuống hệ thống tiêu hiện tại gây quá tải và Do hình dáng KĐTM ảnh hưởng tới thời gian gây ngập úng khu vực lân cận. Đối với những tập trung dòng chảy trong hệ thống thoát và bất đô thị mở rộng đã góp phần gây ngập úng cho lợi nhất do dòng chảy từ các vị trí biên của khu vùng trung tâm do làm mất diện tích trữ nước đô thị về mặt cắt khống chế có thời gian tập tạm thời, thêm vào đó là việc kết nối hạ tầng trung xấp xỉ nhau sẽ khiến đường quá trình lưu thoát nước chưa đồng bộ và tăng lưu lương đỉnh lượng có đỉnh nhọn (lưu lượng đỉnh lớn). dễ gây quá tải cho công trình tiêu. Bức xúc về thoát nước mưa tại các KĐTM xảy ra ở hầu hết các tỉnh thành và yêu cầu thực tế đặt ra cần có tỷ lệ diện tích nhất định cho hồ điều hòa (HĐH) nhằm tạo cảnh quan, quan trọng là điều tiết lượng nước mưa tăng thêm tránh ngập úng cho KĐTM và tránh quá tải cho hệ thống thoát nước hiện có. Hình 1. Minh họa KĐTM và sơ đồ thoát nước 1 Trường Đại học Thủy Lợi. mưa lưu vực giả định 20 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)
2. Việc phân chia các tiểu lưu vực theo giáo Đồ thị hình 2 cho thấy độ dốc bề mặt lưu vực trình quy hoạch đô thị, đơn vị tiểu khu có diện lớn sẽ cho đường quá trình lưu lượng có đỉnh tích từ 4,0ha đến 5,0ha, đơn vị ở cấp phường nhọn và cao hơn trường hợp độ dốc bề mặt lưu được giới hạn bởi hệ thống đường phố nội bộ vực nhỏ. Khi diện tích thấm tăng thì lưu lượng khu ở với khoảng cách 400,0m đến 500,0m như đỉnh giảm xuống tại đồ thị hình 3. vậy mỗi phường có diện tích từ 16,0ha đến 12,0 25,0ha. Trong nghiên cứu này giả thiết các tiểu 02-75-05 10,0 khu có diện tích 6,25ha bao bọc bởi các đường 05-75-05 /s) 3 8,0 cách đều nhau 250m, hệ thống thoát nước mưa 6,0 tiểu khu bố trí dọc theo tuyến đường. 4,0 Độ dốc bề mặt: Đối với các đô thị đồng bằng Q (m lượng Lưu thường có độ dốc nhỏ, độ dốc ảnh hưởng tới vận 2,0 0,0 tốc dòng chảy và thời gian tập trung dòng chảy, 0 5 10 15 20 25 với mục tiêu nghiên cứu đô thị đồng bằng nên giả Thời gian (h) thiết độ dốc san nền là 2 phần vạn và 5 phần vạn. Hình 2. Đường quá trình lưu lượng với 02 độ dốc Bề mặt thảm phủ: Đối với đai khu dân dụng bề mặt lưu vực khác nhau (diện tích hồ 1,0%) thì diện tích cây xanh và thể dục thể thao 9,0 thường chiếm 10-15% diện tích toàn khu, đất ở 8,0 7,0 chiếm 40-50%, trong diện tích đất ở, đất cho 02-75-05 /s) 3 6,0 02-50-05 công trình công cộng và đất quảng trường có 5,0 một tỷ lệ nhất định cây xanh, bề mặt thấm nước. 4,0 3,0 Trong khi các quy định về diện tích cây xanh Q (m Lưu lượng 2,0 được tính theo đơn vị diện tích cây xanh trên 1,0 đầu người. Thông thường trong tính toán thoát 0,0 0 5 10 15 20 25 30 nước đô thị chọn diện tích bề mặt thấm 25% Thời gian (h) tổng diện tích, riêng đối với những đô thị thuộc Hình 3. Đường quá trình lưu lượng với 02 tỷ lệ vành đai xanh hoặc những đô thị được thiết kế thấm bề mặt lưu vực khác nhau (diện tích hồ 1,0%) thân thiện với môi trường thì diện tích thấm nước chiếm trên 50%. Mức độ giảm lưu lượng đỉnh tại mặt cắt Mưa: Giả sử lượng mưa rơi đều trên toàn bộ khống chế (mặt cắt trên kênh sau điểm kết nối lưu vực nghiên cứu. Trong nghiên cứu này giả với hồ điều hòa) thể hiện qua tỷ số lưu lượng thiết mưa có dạng phân phối như mưa 24 giờ tần đỉnh trước khi có hồ và sau khi có hồ điều hòa suất 10% trạm Hà Đông là 220,57mm và lượng được gọi là K. S T mưa kiểm tra 5% cũng có cùng dạng phân phối K = Q max/ Q max; (1) T như trên với tổng lượng mưa 24 giờ 252,69mm. Trong đó: Q maxlà lưu lượng đỉnh tại mặt cắt S Thấm được tính toán theo công thức Horton. khống chế trước khi có hồ, Q max là lưu lượng Hồ điều hòa có độ sâu 3,0m, cao độ đáy hồ đỉnh tại mặt cắt khống chế sau khi có hồ. bằng cao độ đáy kênh, liên kết giữa hồ và kênh Kết quả nghiên cứu gồm 08 phương án với bằng tràn có cao độ đáy tràn bằng đáy kênh và tên được quy ước giả định gồm A-B-C, trong chiều rộng tràn bằng kích thước đáy kênh đoạn đó A là độ dốc khu đô thị sau san nền (A=02 trước vị trí đổ vào hồ. tương ứng độ dốc 2 phần vạn, A=05 tương ứng 3.2. Kết quả tính toán cho khu đô thị giả định độ dốc 5 phần vạn), B là tỷ lệ diện tích bề mặt Để nghiên cứu khả năng điều tiết của hồ, cần không thấm nước (B=75 tương ứng diện tích xem xét tổ hợp nhiều trường hợp ảnh hưởng tới không thấm là 75%, B=50 tương ứng diện tích lưu lượng đỉnh và xem xét với các mức tỷ lệ không thấm là 50%), C là lượng mưa (C=10 diện tích hồ điều hòa. Kết quả tính toán cho lưu tương ứng lượng mưa 10%, C=05 tương ứng vực nghiên cứu có diện tích 100ha. lượng mưa 5%). KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015) 21
3. Hình 4. Đường quá trình lưu lượng với 02 tỷ lệ thấm bề mặt lưu vực khác nhau. 22 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)
4. Một số nhận xét: khiến lưu lượng đỉnh giảm. Hình 3 cho thấy lưu - Lưu lượng đỉnh tại mặt cắt khống chế giảm lượng đỉnh giảm khi tăng tỷ lệ thấm nhưng giá khi tỷ lệ HĐH tăng với tất cả các phương án. trị chiết giảm không nhiều 0,60 m3/s khi tăng tỷ Giảm lớn nhất là phương án 02-75-10, lưu lệ diện tích thấm 25%, giá trị này phụ thuộc tính lượng đỉnh tại mặt cắt khống chế giảm từ 9,90 chất thảm phủ nên có thể khác nhau giữa các m3/s (không có hồ điều hòa) xuống 0,27 m3/s lưu vực. (diện tích hồ 10%), giảm 9,63m3/s (tương ứng - Hệ số triết giảm lưu lượng K phụ thuộc giảm 97,3%). Giảm nhỏ nhất là phương án 05- nhiều vào độ dốc bề mặt, điều kiện thảm phủ 75-05, lưu lượng đỉnh tại mặt cắt khống chế lưu vực và diện tích hồ điều hòa. Xem xét trên giảm từ 12,75m3/s (không có hồ điều hòa) cùng một tỷ lệ diện tích hồ điều hòa thì những xuống 6,86m3/s (diện tích hồ 10%), giảm 5,89 phương án có cùng độ dốc bề mặt và lượng mưa m3/s (tương ứng giảm 46,2%). nhưng khác diện tích thấm nước thì K thay đổi - Lưu lượng đỉnh tăng khi lượng mưa tăng, không nhiều. Khi tỷ lệ diện tích HĐH tăng từ độ dốc bể mặt lưu vực tăng, tỷ lệ diện tích 1% đến 10% thì những phương án có độ dốc bề không thấm tăng và ngược lại. Xem xét lưu mặt nhỏ thì hệ số K (0,723 ~ 0,027) thay đổi lượng đỉnh tại mặt cắt khống chế với trường hợp nhiều hơn những phương án có độ dốc lớn không có hồ để minh chứng cho nhận xét trên: (0,869 ~ 0,461). Khi lượng mưa lớn thì khả Phương án 02-75-05 cho lưu lượng 11,78 m3/s; năng triết giảm lưu lượng đỉnh sẽ không tốt phương án 02-50-05 cho lưu lượng 10,2 m3/s bằng khi lượng mưa nhỏ. giảm 1,58m3/s do tăng tỷ lệ thấm 25%. Trong 3.3. Đề xuất chọn tỷ lệ diện tích hồ điều hòa khi phương án 02-75-10 cho lưu lượng 9,90 Khi xây dựng KĐTM cần có HĐH với một m3/s, so sánh với phương án 02-75-05 lưu lượng tỷ lệ diện tích hoặc một dung tích nhất định chênh lệch giảm 1,58 m3/s do lượng mưa 10% nhằm điều tiết lượng nước mưa gia tăng nhằm nhỏ hơn 5%. Khi xem xét phương án 05-75-10 không gây quá tải cho hệ thống nhận nước tiêu, có lưu lượng 11,12 m3/s tăng 1,22 m3/s so với không gây ngập úng vùng lân cận. phương án 02-75-10 do tăng độ dốc bề mặt từ 2 Để chọn được tỷ lệ diên tích (dung tích) phần vạn lên 5 phần vạn. Kết quả mô phỏng với HĐH phù hợp với yêu cầu lưu lượng của công diện tích hồ điều hòa thay đổi từ 0% đến 10% trình tiếp nhận, tác giả đề xuất các bước thực cùng có chung xu hướng như trên. hiện như sau: - Độ dốc bề mặt lớn sẽ cho lưu lượng đỉnh Bước 1: Tính toán lưu lượng nước mưa thoát lớn hơn và dạng đường đồ thị quá trình lưu ra khỏi KĐTM khi chưa có hồ điều hòa. lượng nhọn hơn trường hợp độ dốc bề mặt nhỏ Xác định lưu lượng nước mưa cho đô thị có do sự tập trung dòng chảy nhanh hơn. Đồ thị tại thể sử dụng các mô hình mô phỏng thủy văn, hình 2 thể hiện quá trình lưu lượng tại mặt cắt thủy lực đô thị hoặc sử dụng công thức tính sơ khống chế với 02 độ dốc bề mặt lưu vực ứng với bộ theo TCVN 7957:2008 thoát nước, mạng diện tích hồ điều hòa 1,0%, lưu lượng đỉnh với lưới và công trình bên ngoài. độ dốc 2 phần vạn (7,97 m3/s) nhỏ hơn với độ Bước 2. Xác định lưu lượng yêu cầu sau khi 3 3 S dốc 5 phần vạn (11,08 m /s) là 3,11 m /s. Tỷ lệ bố trí HĐH (Q max) diện tích thấm nước càng lớn làm tăng lượng Lưu lượng sau hồ điều hòa lấy bằng lưu nước thấm vào đất không hình thành dòng chảy lượng thiết kế của công trình tiếp nhận nước KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015) 23
5. mưa từ KĐTM, giá trị này được lấy từ hồ sơ thiết kế công trình hoặc tính toán từ hiện trạng công trình. Bước 3. Xác định tỷ lệ hồ điều hòa hoặc dung tích hồ điều hòa theo yêu cầu. Sau khi đã xác định được các giá trị lưu lượng tính được hệ số triết giảm lưu lượng đỉnh bằng công thức 1. Từ giá trị K tra trên các đồ thị với các điều kiện tương ứng sẽ có tỷ lệ diện tích hồ điều hòa với độ sâu 3,0m, hình 5. Nếu độ sâu khác giá trị trên thì tiến hành quy đổi sao cho Hình 5. Sơ đồ chọn tỷ lệ diện tích hồ điều hòa dung tích không đổi. khi biết hệ số K TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thị Kim Dung (2007), Giáo trình Thiết kế kỹ thuật đô thị, Khoa xây dựng dân dụng và công nghiệp, Đại học Đà Nẵng - Đại học Bách khoa. Bộ môn thủy lực, Giáo trình thủy lực, Trường Đại học Thủy lợi. Nguyễn Cảnh Cầm (1993), Thuỷ lực dòng chảy hở, Hà Nội. Tạp chí Kiến trúc số 09/2014. Tô Văn Hùng, Phan Hữu (2005), Giáo trình Quy hoạch đô thị I, Bách Bộ môn Kiến trúc – Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Đại học Đà Nẵng - Đại học Bách khoa. TCVN 5576: 1991 – Hệ thống thoát nước – Quy phạm quản lý kỹ thuật. TCVN 7957-2008: Thoát nước – Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế. Abstract: A METHOD FOR DETERMINING AREA (OR VOLUME) OF A STORMWATER DETENTION POND FOR A NEW URBAN AREA A new urban area developed upon an agricultural land or other land uses leads to the increase of peak discharge of the existing drainage system. This paper presents a method to determine the necessary area (volume) of a detention pond for a new urban zone to obtain discharge at a controlled cross-section without overusing of the existing drainage system and standing water. Keywords: Detention pond, new urban area. BBT nhận bài: 04/9/2015 Phản biện xong: 17/11/2015 24 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)