Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà cho vùng hỗn h...

Tài liệu Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà cho vùng hỗn hợp nông nghiệp-đô thị.

.PDF
177
382
52

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LƯU VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ HÌNH THỨC BỐ TRÍ HỢP LÝ HỒ ĐIỀU HOÀ CHO VÙNG HỖN HỢP NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LƯU VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ HÌNH THỨC BỐ TRÍ HỢP LÝ HỒ ĐIỀU HOÀ CHO VÙNG HỖN HỢP NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ Chuyên ngành: Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Mã số : 62-62-30-01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS TS TRẦN VIẾT ỔN HÀ NỘI, NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian miệt mài nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS TS Trần Viết Ổn, sự giúp đỡ của gia đình, nhiều cá nhân và đơn vị đã cung cấp số liệu, góp ý kiến để tôi đã hoàn thành luận án này. Từ đáy lòng mình, tác giả chân thành cám ơn PGS TS Trần Viết Ổn người hướng dẫn khoa học đã giúp tôi. Xin cảm tạ tấm lòng những người thân yêu và gia đình đã động viên, giúp đỡ và gửi gắm ở tôi. Cảm ơn Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Trường Đại học Thuỷ lợi, Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên khai thác công trình thuỷ lợi Sông Nhuệ, Ban quản lý trung ương các dự án thủy lợi (CPO), Viện kỹ thuật tài nguyên nước, cùng bè bạn, đồng nghiệp đã chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thành luận án này. Hà Nội, tháng 11 năm 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả tính toán trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả của luận án Lưu Văn Quân ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ....................................................................... 1 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ...................................................................... 2 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ..................................................................... 3 4. Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận ....................................................... 3 4.1. Cách tiếp cận ................................................................................................... 3 4.2. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng ................................................... 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu ................................................. 4 6. Những đóng góp mới của luận án ..................................................................... 5 7. Bố cục của luận án ............................................................................................. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA, ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐIỀU HÒA ĐẾN HỆ THỐNG TIÊU CHO VÙNG HỖN HỢP NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ .......................................................................... 7 1.1 Chức năng của hồ điều hòa ............................................................................. 7 1.1.1 Các khái niệm ................................................................................................ 7 1.1.2 Chức năng của hồ điều hòa ........................................................................... 7 1.2 Tổng quan về sử dụng hồ điều hòa ................................................................. 9 1.2.1 Trên thế giới .................................................................................................. 9 1.2.2 Trong nước .................................................................................................. 11 1.2.3 Nhận xét....................................................................................................... 22 1.3 Tổng quan các nghiên cứu về hồ điều hòa .................................................... 23 1.3.1 Trên thế giới ................................................................................................ 23 1.3.2. Trong nước ................................................................................................. 28 1.4. Nhận xét chương ........................................................................................... 31 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU 33 2.1 Hồ điều hòa trong hệ thống tiêu .................................................................... 33 2.1.1 Hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa đô thị .................................... 33 2.1.2 Hồ điều hòa trong hệ thống tiêu nông nghiệp ............................................. 34 2.1.3 Hồ điều hòa trong hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị .. 35 2.1.4 Các hình thức kết nối hồ điều hòa với hệ thống kênh ................................. 36 2.2 Xây dựng bài toán xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý của hồ điều hòa ........................................................................................................................ 38 2.3 Phương pháp giải ........................................................................................... 38 2.3.1 Đề xuất trình tự giải bài toán ...................................................................... 38 2.3.2 Cơ cở xác định quy mô và hình thức bố trí hồ điều hòa.............................. 41 2.3.3 Xác định quy mô công trình của các phương án ......................................... 42 2.3.4 Xây dựng hàm mục tiêu, điều kiện ràng buộc ............................................. 53 2.3.5 Xác định hàm mục tiêu cụ thể cho các vùng nghiên cứu ............................ 56 iii 2.3.6 Ứng dụng hàm mục tiêu cho việc chọn kịch bản hợp lý.............................. 61 2.4 Nhận xét chương ............................................................................................ 63 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY MÔ VÀ HÌNH THỨC BỐ TRÍ HỢP LÝ HỒ ĐIỀU HÒA CHO LƯU VỰC THOÁT NƯỚC PHÍA TÂY THÀNH PHỐ HÀ NỘI .......................................................... 65 3.1 Chọn và mô tả vùng nghiên cứu.................................................................... 65 3.1.1 Chọn vùng nghiên cứu ................................................................................ 65 3.1.2 Tóm lược một số nét chính về vùng nghiên cứu .......................................... 65 3.1.3 Tóm lược quy hoạch thoát nước mưa vùng nghiên cứu ............................. 67 3.1.4 Các nhận xét về vùng nghiên cứu ............................................................... 68 3.2 Ứng dụng mô hình swmm 5.0 để xác định lưu lượng thiết kế hệ thống tiêu .............................................................................................................................. 69 3.2.1 Sơ lược về mô hình SWMM 5.0 ................................................................... 69 3.2.2 Kết quả kiểm định mô hình SWMM 5.0 ...................................................... 69 3.2.3 Ứng dụng mô hình SWMM 5 để xác định lưu lượng thiết kế hệ thống tiêu của lưu vực phía tây Hà Nội ................................................................................ 73 3.2.3.1 Xây dựng các kịch bản bố trí vị trí kết nối hồ điều hòa với hệ thống kênh và quy mô hồ điều hòa .......................................................................................... 73 3.2.3.2 Kết quả tính toán....................................................................................... 75 3.3 Xây dựng hàm mục tiêu cụ thể áp dụng cho khu vực tây Hà Nội ............... 86 3.3.1 Hàm mục tiêu tổng quát .............................................................................. 86 3.3.2 Xác định các thành phần trong hàm mục tiêu ............................................ 87 3.3.3 Hàm mục tiêu cụ thể của khu vực phía Tây thành phố Hà Nội .................. 95 3.3.4 Ứng dụng hàm mục tiêu để xác định phương án hợp lý hồ điều hòa cho khu vực phía Tây Hà Nội ............................................................................................ 97 3.4 Nhận xét chương .......................................................................................... 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 110 I. Kết quả đạt được của luận án........................................................................ 110 II. Kiến nghị ....................................................................................................... 111 III. Những hạn chế của luận án ........................................................................ 111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 114 CÁC PHỤ LỤC ........................................................................................ 121 PHỤ LỤC 1: CÁC HÌNH THỨC KẾT CẤU THÔNG THƯỜNG CỦA KÊNH CẤP 3............................................................................................ 121 PHỤ LỤC 02. KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH SWMM ................................... 122 PHỤ LỤC 03. CÁC BẢNG BIỂU ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO PHÍA TÂY HÀ NỘI. ...................................................................... 139 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Ý nghĩa 1 HĐH 2 TT Hồ bố trí tập trung tại công trình đầu mối 3 PT1 Hồ bố trí dọc kênh chính 4 PT2 Hồ bố trí dọc kênh chính và nhánh 5 BĐKH 6 TLV 7 KĐTM Khu đô thị mới 8 ĐTXD Đầu tư xây dựng 9 PL Hồ điều hòa Biến đổi khí hậu Tiểu lưu vực Phụ lục v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Bảng thống kê diện tích hồ, tỷ lệ hồ trên diện tích đô thị tại một số đô thị lớn ......................................................................................................................... 12 Bảng 3.1: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo .............................. 69 Bảng 3.2: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo, 02 trận mưa kiểm định ....................................................................................................................... 71 Bảng 3.3. Kết quả tính toán lưu lượng với trường hợp hồ tập trung tại đầu mối. .... 77 Bảng 3.4. Tổ hợp kết quả tính toán lưu lượng nhóm kịch bản hồ bố trí tập trung. .. 80 Bảng 3.5. Bảng kết quả tính toán cho nhóm kịch bản hồ bố trí dọc kênh chính (PT1) .............................................................................................................................. 81 Bảng 3.6. Kết quả tính toán nhóm kịch bản hồ phân tán dọc kênh chính và kênh nhánh (PT2)........................................................................................................... 82 Bảng 3.7 Kết quả tính kích thước kênh tại 02 đoạn kênh đại diện .......................... 86 Bảng 3.8. Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho đầu mối .............................................................................................................................. 89 Bảng 3.9. Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho kênh cấp 3 ...................................................................................................................... 91 Bảng 3.10. Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 kênh cấp 3 .............................................................................................................................. 91 Bảng 3.11. Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho kênh cấp 1, 2 .................................................................................................................. 93 Bảng 3.12. Bảng thống kê kết quả kiểm định bằng phần mềm Eview 6.0 cho hồ điều hòa ........................................................................................................................ 95 Bảng 1.PL2. Số liệu trận mưa 24/8/2010-28/8/2010 trạm Hà Đông ..................... 126 Bảng 2.PL2. Số liệu trận mưa 24/8/2010-28/8/2010 trạm Phủ Lý ........................ 127 Bảng 3.PL2: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo ........................ 131 Bảng 4.PL2: Bảng so sánh số liệu thực đo và tính toán trận mưa ngày 24-28/8/2010 ............................................................................................................................ 132 Bảng 5.PL2: Bảng đánh giá sai số quá trình tính toán và thực đo, 02 trận mưa kiểm định ..................................................................................................................... 134 Bảng 6.PL2: Bảng so sánh số liệu thực đo và tính toán trận mưa ngày 22-26/5/2012 ............................................................................................................................ 135 Bảng 7.PL2 Bảng so sánh số liệu thực đo và tính toán trận mưa ngày 17-19/8/2012 ............................................................................................................................ 136 Bảng 01.PL3. Bảng thống kê chi phí đầu tư của một số trạm bơm ....................... 139 Bảng 2.PL3. Bảng tính thủy lực kênh cấp 3 – trường hợp sử dụng cống tròn ....... 140 Bảng 3.PL3. Bảng tính thủy lực, giá thành kênh cấp 3 – trường hợp sử dụng cống hộp ...................................................................................................................... 140 Bảng 4.PL3. Bảng tính thủy lực, giá thành của kênh cấp 1 và 2 ........................... 141 Bảng 5.PL3- Bảng tính kích thước HĐH, chi phí đầu tư xây dựng....................... 142 vi Bảng 6.PL3. Các kịch bản bố trí hồ điều hòa tập trung tại đầu mối (TT). ............. 142 Bảng 7.PL3. Bố trí HĐH phân tán dọc kênh chính (PT1).................................... 144 Bảng 8a.PL3 Bố trí HĐH phân tán dọc kênh chính và kênh nhánh (PT2). .......... 147 Bảng 8b.PL3 Bố trí HĐH phân tán dọc kênh chính và kênh nhánh (PT2). .......... 149 Bảng 9.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho nhóm kịch bản hồ tập trung tại đầu mối (TH1). .................................................................................................... 150 Bảng 10.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản bố trí hồ tại đầu mối khác tỷ lệ diện tích với các hình thức kết cấu. (TH1) .................................... 152 Bảng 11.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản tập trung tại đầu mối (TH2) ........................................................................................................... 154 Bảng 12.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản tập trung tại đầu mối (TH3) ........................................................................................................... 156 Bảng 13.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản bố trí hồ tại đầu mối khác tỷ lệ diện tích với các hình thức kết cấu. (TH2 và TH3) ....................... 157 Bảng 14.PL3. Tổng hợp giá trị đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT1 (TH1) ..... 160 Bảng 15.PL3. Tổng hợp giá trị đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT2 (TH1) ..... 161 Bảng 16.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT1 với (TH2 và TH3).................................................................................................................... 162 Bảng 17.PL3. Tổng hợp chi phí đầu tư xây dựng cho các kịch bản PT2 với (TH2 và TH3) ................................................................................................................................. 163 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thoát nước mưa đô thị ..................................................... 33 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống tiêu nông nghiệp ............................................................. 34 Hình 2.3 Hệ thống tiêu nông nghiệp ...................................................................... 35 Hình 2.4 Hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị............................. 36 Hình 2.5. Sơ đồ kết nối hồ và kênh dẫn ................................................................. 37 Hình 2.6. Hình ảnh hồ trên kênh và hồ bên kênh ................................................... 37 Hình 2.7. Sơ họa hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị ................. 38 Hình 2.8 Sơ đồ các bước xác định phương án chọn theo phương pháp truyền thống .............................................................................................................................. 39 Hình 2.9. Sơ đồ các bước xác định phương án chọn theo phương pháp mới .......... 40 Hình 2.10. Sơ họa các hình thức bố trí hồ điều hòa ................................................ 41 Hình 2.11. Phương pháp xác định các kịch bản (KB) hình thức bố trí HĐH .......... 42 Hình 2.12 Sơ đồ kết nối liên hồ ............................................................................. 43 Hình 2.13. Sơ đồ khối tính toán thủy văn, thủy lực vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị .......................................................................................................................... 45 Hình 2.14 Các thành phần của hệ thống mô phỏng bởi SWMM 5.......................... 46 Hình 2.15a: Mô hình cắt ngang tiểu lưu vực (subcatchment) ................................. 47 Hình 2.15b. Mô hình mưa – dòng chảy để tính Q~t từ các tiểu lưu vực (subcatchment) ...................................................................................................... 48 Hình 2.16. Sơ họa dòng chảy vào và ra khỏi hồ ..................................................... 49 Hình 2.17. Đồ thị dòng chảy đến và đi khỏi hồ ...................................................... 49 Hình 2.18. Công trình tràn điều tiết nước mặt ruộng .............................................. 52 Hình 2.19. Dạng đường hồi quy quan hệ Cđm~Qđm của các loại máy khác nhau ..... 57 Hình 2.20. Mặt cắt ngang kênh cấp 1, cấp 2 kênh đất ............................................ 58 Hình 2.21. Mặt cắt ngang kênh cấp 1, cấp 2 có gia cố mái đá xây.......................... 59 Hình 2.22. Dạng đường hồi quy chi phí đầu tư xây dựng và lưu lượng kênh cấp 1, 2 .............................................................................................................................. 59 Hình 2.23. Dạng đường hồi quy chi phí đầu tư xây dựng và lưu lượng của kênh cấp 3 ............................................................................................................................ 60 Hình 2.24. Dạng đường hồi quy chi phí đầu tư xây dựng và diện tích hồ ............... 61 Hình 2.25. Dạng đường quan hệ giữa lưu lượng và diện tích hồ ............................ 62 Hình 2.26. Dạng đường quan hệ của chi phí đầu tư xây dựng và diện tích HĐH .... 62 Hình 3.1. Bình đồ vùng nghiên cứu – phía Tây Hà Nội. ........................................ 66 Hình 3.2 Quy hoạch không gian vùng nghiên cứu tầm nhìn 2030 đến 2050 ........... 68 Hình 3.3: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo ..................................... 70 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ ................ 70 Hình 3.4: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo ..................................... 70 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 – Cống điều tiết Đồng Quan - Sông Nhuệ .............................................................................................................................. 70 viii Hình 3.5: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo ..................................... 71 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 22-26/05/2012 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ ................ 71 Hình 3.6: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo ..................................... 71 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 22-26/05/2012 - trạm Đồng Quan - Sông Nhuệ ............ 71 Hình 3.7: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo ..................................... 72 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 17-19/08/2012 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ ................ 72 Hình 3.8: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo ..................................... 72 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 17-19/08/2012 - trạm Đồng Quan - Sông Nhuệ ............ 72 Hình 3.9 Sơ đồ thủy lực vùng nghiên cứu .............................................................. 74 Hình 3.10. Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng đầu mối và tỷ lệ HĐH........................... 77 Hình 3.11. Đồ thị quá trình lưu lượng đầu mối Liên Mạc khi tỷ lệ HĐH thay đổi .. 78 Hình 3.12. Đồ thị quá trình lưu lượng đầu mối Yên Thái khi tỷ lệ HĐH thay đổi .. 78 Hình 3.13. Đồ thị quá trình lưu lượng đầu mối Yên Nghĩa khi tỷ lệ HĐH thay đổi 79 Hình 3.14. Đồ thị đường mực nước dọc sông Nhuệ từ nút N16 đến N5 ................. 79 Hình 3.15. Đồ thị quan hệ lưu lượng đỉnh đầu mối và tỷ lệ diện tích HĐH ............ 83 Hình 3.16. Đồ thị quan hệ tổng lưu lượng đỉnh hệ thống kênh và tỷ lệ diện tích HĐH...................................................................................................................... 83 Hình 3.17. Sơ đồ vị trí tiểu lưu vực xem xét .......................................................... 85 Hình 3.18. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đầu tư xâydựng khu đầu mối ........................................................................................................... 89 Hình 3.19. Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đầu tư xây dựng của kênh cấp 3 – sử dụng ống cống tròn đúc sẵn. ........................................................................... 90 Hình 3.20. Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí đầu tư xây dựng của kênh cấp 3 – sử dụng hộp hình chữ nhật. ................................................................................. 91 Hình 3.21. Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí cải tạo kênh cấp 1 và 2 ......... 92 (Ghi chú: nạo vét và gia cố mái bằng xây đá hộc trong khung BTCT – tính cho 100m) .................................................................................................................... 92 Hình 3.22 Đồ thị quan hệ giữa lưu lượng và chi phí cải tạo kênh cấp 1 và 2 .......... 93 (chỉ nạo vét – tính cho 100m) ................................................................................ 93 Hình 3.23. Đồ thị quan hệ giữa diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng của HĐH – gia cố mái bằng lát đá. ........................................................................................... 94 Hình 3.24. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng các hạng mục trong hệ thống ứng với phương án kết cấu (GTT1) ................................ 99 Hình 3.25. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng của các hình thức kết cấu ................................................................................................. 100 Hình 3.26. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng của các hình thức kết cấu – hồ phân tán PT1 .................................................................... 102 Hình 3.27. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng PT2103 Hình 3.28. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng khu đầu mối ...................................................................................................................... 106 ix Hình 3.29. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí xây dựng hệ thống kênh ............................................................................................................................ 107 Hình 3.30. Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ diện tích hồ và chi phí đầu tư xây dựng toàn hệ thống ................................................................................................................... 108 Hình 01.PL1. Kết cấu đường kênh, cống cấp 3 sử dụng cống tròn đơn ................ 121 Hình 02.PL1. Kết cấu đường kênh, cống cấp 3 sử dụng cống tròn đôi và ba ........ 121 Hình 03.PL1. Kết cấu đường kênh, cống cấp 3 sử dụng cống hộp ....................... 121 Hình 01.PL2. Sơ đồ thuỷ lực - Bố trí các điểm quan trắc H,Q kiểm định mô hình 128 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ .............. 132 Hình 3.PL2: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo .............................. 133 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 24-28/08/2010 – Cống điều tiết Đồng Quan - Sông Nhuệ ............................................................................................................................ 133 Hình 4.PL2: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo .............................. 134 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 22-26/05/2012 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ .............. 134 Hình 5.PL2: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo .............................. 135 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 22-26/05/2012 - trạm Đồng Quan - Sông Nhuệ .......... 135 Hình 6.PL2: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo .............................. 136 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 17-19/08/2012 - trạm Hà Đông - Sông Nhuệ .............. 136 Hình 7.PL2: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo .............................. 137 Kết quả hiệu chỉnh - ngày 17-19/08/2012 - trạm Đồng Quan - Sông Nhuệ .......... 137 x xi MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Sự bùng nổ dân số tại các đô thị và khu công nghiệp do nhu cầu của phát triển kinh tế đòi hỏi mở rộng diện tích đô thị và xây dựng khu đô thị mới. Khi diện tích mở rộng của đô thị làm mất diện tích chứa nước tạm thời, kết nối hạ tầng thoát nước cho diện tích đô thị mở rộng và hạ tầng thoát nước đô thị sẵn có mang tính chắp vá nên gia tăng ngập úng. Nhiều khu đô thị mới được xây dựng trên diện tích đất sản xuất nông nghiệp hoặc đất chuyên dùng đã tạo áp lực cho hệ thống tiêu do tăng nhiều về lưu lượng đỉnh và tổng lượng nước cần tiêu (đô thị hóa làm giảm lượng nước thấm). Giải pháp toàn diện là nâng cấp hệ thống tiêu từ đầu mối đến hệ thống kênh dẫn, chuyển đổi các vùng trũng sang nuôi trồng thủy sản hoặc hồ điều hòa để điều tiết lượng nước gia tăng. Trong đó, hồ điều hòa làm nhiệm vụ trữ nước mưa nhằm giảm ngập úng cho diện tích đô thị và vùng sản xuất nông nghiệp trong lưu vực phụ trách. Vai trò chủ yếu của hồ điều hòa trong hệ thống thoát nước mưa là trữ nước mưa làm giảm ngập úng, giảm quy mô, kích thước các công trình phía sau hồ như: đường dẫn, trạm bơm, cống tiêu… Ngoài ra, hồ có nhiệm vụ trữ nước để phục vụ cho các mục đích khác nhau như tạo cảnh quan đô thị, cấp nước tưới, kết hợp nuôi trồng thủy sản, bổ sung lượng nước ngầm, xử lý ô nhiễm môi trường nước và cải thiện vi khí hậu. Hiện tượng biến đổi khí hậu làm tăng các trận mưa lớn cả về cường độ và tổng lượng khiến ngập úng xảy ra ngày càng nghiêm trọng và số lần xuất hiện nhiều hơn. Trong khi đó, công tác quản lý các hồ chưa được quan tâm thích đáng nên hiện tượng lấn chiếm diện tích mặt hồ, đổ phế thải, rác thải sinh hoạt… đang diễn ra ở nhiều hồ dẫn tới giảm dung tích điều hòa nước mưa gây ra úng ngập cục bộ ở nhiều nơi làm gia tăng ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu tới sinh hoạt và sức khoẻ của người dân. Việc xây dựng các khu đô thị mới trên đất lúa và đất chuyên dùng khác diễn ra nhanh chóng trên phạm vi toàn quốc. Điều này khiến hàng trăm hệ thống tiêu trên toàn quốc ban đầu chỉ được thiết kế tiêu cho diện tích đất nông nghiệp và dân cư nông thôn thì 1 nay phải đảm nhiệm tiêu cho các khu đô thị mới xây dựng trong lưu vực hệ thống phụ trách. Bên cạnh đó, một vài hệ thống tiêu được thiết kế ban đầu có nhiệm vụ thoát nước mưa cho diện tích đô thị sẵn có và vùng sản xuất nông nghiệp lân cận. Những hệ thống tiêu như trên được gọi là hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị. Do nhu cầu thoát nước mưa tính trên mỗi đơn vị diện tích đô thị lớn hơn nhiều so với nhu cầu tiêu cho đất nông nghiệp, vì vậy diện tích chuyển đổi từ đất nông nghiệp sang đất đô thị càng lớn thì lượng nước cần tiêu tăng thêm càng lớn, tăng nguy cơ gây quá tải hệ thống kênh và ngập úng. Trước thực tế bức xúc về tình trạng ngập úng do mở rộng diện tích đô thị, đã có nhiều nghiên cứu, quy hoạch thoát nước mưa cho thời gian trung hạn và dài hạn nhưng diện tích hồ điều hòa được đề xuất ước lượng khác nhau giữa các đô thị và vị trí đặt hồ chủ yếu tại công trình đầu mối hoặc tận dụng các hồ tự nhiên có sẵn trên hệ thống hoặc sử dụng các hồ kết hợp tạo cảnh quan trong công viên. Trong khi đó, các nghiên cứu liên quan đến hồ điều hòa thời gian gần đây chủ yếu đề cập đến chất lượng nước, sinh thái hồ, cải tạo tăng dung tích hồ, nâng cao ý thức của người dân về việc bảo vệ hồ, tạo cảnh quan môi trường kết hợp với công viên vui chơi, giải trí… Xây dựng hồ điều hòa mang ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật, vì vậy cần nghiên cứu về ảnh hưởng của hồ đến các hạng mục công trình trong hệ thống tiêu về mặt lưu lượng và kinh tế để chọn hình thức bố trí và quy mô hợp lý mang tính cần thiết. Đề tài: “Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà cho vùng hỗn hợp nông nghiệp-đô thị ” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng phương pháp thiết lập bài toán xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị. Để đạt mục tiêu trên, luận án giải quyết các nội dung sau: 1. Tổng quan về hồ điều hòa và ảnh hưởng của chúng đến hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị trên Thế giới và Việt Nam. 2 2. Phân tích cơ sở khoa học và thực tiễn mối quan hệ ảnh hưởng của hồ điều hòa đến quy mô các hạng mục trong hệ thống tiêu. Xây dựng phương pháp luận cho việc lựa chọn quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho vùng hỗn hợp nông nghiệp-đô thị. 3. Ứng dụng phương pháp luận đã đề xuất để nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho hệ thống tiêu khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý của hồ điều hoà để giảm chi phí ĐTXD hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị, áp dụng cho khu vực phía Tây TP Hà Nội. Do đó luận án giới hạn phạm vi và đối tượng nghiên cứu như sau: Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị, áp dụng cụ thể cho hệ thống tiêu khu vực phía Tây thành phố Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi nghiên cứu của luận án là quy mô và hình thức bố trí của hồ điều hòa trong hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị. - Nghiên cứu giới hạn trong điều kiện mặt bằng, loại hình, độ dốc các tuyến kênh, vị trí, loại hình các công trình đã được xác định. - Không xét đến nước thải hay chất lượng nước. - Không xét đến các chi phí khác như: chi phí vận hành, bảo dưỡng, bảo trì của hệ thống tiêu. - Không xét các hồ nhỏ cục bộ mà chỉ nghiên cứu các hồ trên diện tích dọc các kênh chính có chức năng điều tiết nước, hình thức hồ bên kênh. - Vùng nghiên cứu ứng dụng là phía Tây thành phố Hà Nội. 4. Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận 4.1. Cách tiếp cận - Tiếp cận hệ thống: nghiên cứu được thực hiện theo hướng tiếp cận một cách hệ thống từ hiện tượng (ảnh hưởng của HĐH đến chi phí đầu tư xây dựng của từng hạng 3 mục đến toàn hệ thống tiêu) đến việc xây dựng phương pháp luận và áp dụng vào thực tiễn (một hệ thống/vùng cụ thể). - Kế thừa các công trình nghiên cứu đã có. Việc kế thừa được thực hiện trên cơ sở kết quả các công trình nghiên cứu đã có. Đặc biệt là việc sử dụng tài liệu thiết kế của 21 công trình trạm bơm trong khu vực để xây dựng quan hệ hồi quy giữa chi phí và lưu lượng sử dụng trong xây dựng hàm mục tiêu. 4.2. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng - Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu tương tự. Bao gồm các kết quả nghiên cứu về thoát nước đô thị, hồ điều hòa, tiêu nông nghiệp, các kết quả tính toán thiết kế các hệ thống tiêu nông nghiệp - đô thị. Tổng hợp tìm hướng giải quyết cho đề tài. - Phương pháp mô hình, mô phỏng: Ứng dụng mô hình hồ chứa mặt ruộng mô phỏng phần diện tích đất nông nghiệp và kết nối với mô hình SWMM 5.0 để mô phỏng quá trình thủy văn, thủy lực diện tích đô thị và toàn hệ thống tiêu ứng với các kịch bản về quy mô và hình thức bố trí hồ điều hoà. - Phương pháp phân tích hệ thống và tối ưu hóa: Để xác định các kịch bản bố trí hồ điều hòa hợp lý về quy mô và hình thức bố trí. - Phương pháp thống kê: Sử dụng trong xây dựng hàm hồi quy, hàm mục tiêu, xử lý tính toán thủy văn. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Luận án cung cấp được phương pháp luận khoa học cho việc xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho vùng hỗn hợp nông nghiệp đô thị. Ý nghĩa thực tiễn: Luận án đề xuất được tỷ lệ diện tích và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hoà cho khu vực phía Tây Hà Nội trong điều kiện khu vực này đang trong quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa. Kết quả này có thể làm dùng tham khảo trong quy hoạch hồ điều hòa cho các khu vực phía Tây thành phố Hà Nội và các khu vực khác có điều kiện tương tự. 4 6. Những đóng góp mới của luận án 1) Luận án cung cấp phương pháp khoa học thiết lập và giải bài toán xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng của hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị. Phương pháp mới này gồm: Thiết lập bài toán; Xây dựng hàm mục tiêu; Xác định các thành phần trong hàm mục tiêu; Giải bài toán tối ưu; Đề xuất phương án chọn. Phương pháp mới khắc phục được nhược điểm cơ bản của phương pháp cũ là rất hạn chế về số lượng các phương án tính toán. Do vậy phương án đề xuất hợp lý hơn rất nhiều. 2) Luận án đã áp dụng thành công phương pháp mới này cho một lưu vực cụ thể - lưu vực phía Tây Hà Nội trong điều kiện lưu vực này đang trong quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa. Trên cơ sở ứng dụng mô hình SWMM 5.0, luận án đã tiến hành phân tích đánh giá trên 500 trường hợp từ hồ tập trung tại công trình đầu mối đến hồ phân tán tại kênh chính và phân tán tại kênh nhánh, kết quả cho thấy: i) Đối với lưu vực này, tỷ lệ diện tích hồ điều hòa hợp lý dao động từ 2% đến 3,82% tùy thuộc vào hai yếu tố: (1) hình thức bố trí hồ tập trung tại đầu mối hay hồ bố trí phân tán trên kênh (Hồ càng phân tán thì tỷ lệ càng lớn). (2) Chi phí đền bù giải phóng mặt bằng (chi phí đền bù giải phóng mặt bằng càng lớn thì tỷ lệ diện tích hồ điều hòa càng nhỏ và ngược lại). ii) Trong cùng một tỷ lệ diện tích, hồ càng phân tán chi phí đầu tư xây dựng càng giảm và ngược lại. Kết quả này (lần đầu tiên) đã chứng minh được (bằng số liệu cụ thể) tính hiệu quả của phương châm “rải nước, chôn nước” của ngành thủy lợi đề ra. Các kết quả trên đây có thể tham khảo và áp dụng cho các lưu vực tương tự khác. 7. Bố cục của luận án Luận án được trình bày trong 3 chương chính như sau: Chương 1. Tổng quan về hồ điều hòa, ảnh hưởng của hồ điều hòa đến hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị. Chương 2. Phương pháp luận và công cụ nghiên cứu. Chương 3. Nghiên cứu xác định quy mô và hình thức bố trí hợp lý hồ điều hòa cho lưu vực thoát nước phía Tây thành phố Hà Nội. 5 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỒ ĐIỀU HÒA, ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐIỀU HÒA ĐẾN HỆ THỐNG TIÊU CHO VÙNG HỖN HỢP NÔNG NGHIỆP - ĐÔ THỊ 1.1 Chức năng của hồ điều hòa 1.1.1 Các khái niệm Hồ điều hòa (HĐH) là thuật ngữ chỉ các vùng đất thấp, trũng có khả năng trữ nước (tạm thời hay thường xuyên), được hình thành trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Theo chức năng, nhiệm vụ hồ có các chức năng chính như sau: điều hòa nước mưa giảm ngập úng, tạo cảnh quan, vui chơi giải trí, thể thao, du lịch, hồ xử lý giảm ô nhiễm môi trường, cải thiện vi khí hậu, nuôi trồng thủy sản, cấp nước tưới hoặc cho các mục đích khác … Hệ thống có nhiệm vụ tiêu đồng thời cho diện tích nông nghiệp và đô thị được gọi là hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị. Trên phạm vi cả nước, nhiều hệ thống được thiết kế ban đầu chỉ tiêu cho diện tích đất nông nghiệp sau đó chuyển sang tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp - đô thị do các đô thị mới xây dựng trong lưu vực phụ trách của hệ thống. Trong khi những hệ thống được thiết kế tiêu cho vùng hỗn hợp nông nghiệp – đô thị thì do mở rộng đô thị khiến tỷ trọng diện tích đất đô thị ngày càng tăng và diện tích đất nông nghiệp thu hẹp lại. Các hệ thống tiêu như trên trở lên quá tải, gây ngập úng do sự gia tăng quá lớn về lưu lượng và tổng lượng cần tiêu. Chi phí đầu tư xây dựng gồm chi phí xây dựng, chi phí mua sắm thiết bị và chi phí giải phóng mặt bằng để xây dựng một hạng mục công trình trong hệ thống hay toàn hệ thống. 1.1.2 Chức năng của hồ điều hòa Hồ điều hòa trong đô thị hoặc trong hệ thống tiêu nông nghiệp thường đồng thời thực hiện nhiều chức năng như điều tiết nước mưa giảm ngập úng, trữ nước phục vụ tưới và sử dụng nước cho mục đích khác, nuôi thủy sản, cải thiện vi khí hậu, tạo sinh thái môi trường tốt, văn hóa tín ngưỡng… Mỗi hồ có một chức năng chính, khi phân loại theo chức năng chính của hồ được: 7
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu vừa đăng

Tài liệu xem nhiều nhất