Đánh giá ảnh hưởng các tham số mô hình SWMM lên kết quả mô phỏng thoát nước tại Thanh Xuân

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng tham số mô hình SWMM đến kết quả tính toán mô phỏng hệ thống thoát nước. Hiểu rõ và tối ưu hiệu quả.

• Tác giả: Nhóm Tác Giả
• Người hướng dẫn: PTS. Nguyễn Văn A
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy lợi
• Đề tài: Đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Đánh Giá Ảnh Hưởng Tham Số SWMM Tầm Quan Trọng Hiện Nay

Trong bối cảnh đô thị hóa ngày càng tăng và biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp, việc quản lý thoát nước đô thị hiệu quả trở thành yếu tố then chốt. Mô hình SWMM (Storm Water Management Model) là một công cụ mạnh mẽ, được sử dụng rộng rãi để mô phỏng hệ thống thoát nước mưa và dòng chảy bề mặt. Tuy nhiên, độ tin cậy của kết quả mô phỏng thoát nước từ SWMM phụ thuộc rất nhiều vào việc xác định chính xác các tham số SWMM đầu vào. Việc đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của hệ thống mà còn cải thiện độ chính xác của các dự báo, từ đó đưa ra các giải pháp quy hoạch và thiết kế hiệu quả. Nghiên cứu này đi sâu vào việc phân tích ảnh hưởng của độ nhám Manning lên mô phỏng SWMM, diện tích không thấm và các tham số SWMM khác, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về tầm quan trọng của chúng. Một quá trình phân tích độ nhạy của SWMM với dữ liệu đầu vào là cần thiết để đảm bảo tính ứng dụng cao của mô hình trong thực tiễn.

1.1. Tổng quan về mô hình SWMM và ứng dụng thực tiễn

Mô hình SWMM là một mô hình mô phỏng thủy lực động học, được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) phát triển. Nó có khả năng mô phỏng dòng chảy mưa trên bề mặt và trong mạng lưới cống thoát nước. Mô hình SWMM được ứng dụng rộng rãi trong thoát nước đô thị, quy hoạch hạ tầng, đánh giá tác động môi trường và quản lý thoát nước bền vững. Các tính năng nổi bật của SWMM bao gồm tính toán lượng mưa hiệu quả, mô hình hóa quá trình thấm, và diễn toán dòng chảy trong đường ống, kênh mương, và hồ chứa phi tuyến, như tài liệu gốc đã đề cập trong Chương 2. Mô hình này cho phép người dùng đánh giá các kịch bản khác nhau, từ đó lựa chọn giải pháp tối ưu cho hệ thống thoát nước mưa trước thách thức của đô thị hóa và các sự kiện mưa cực đoan.

1.2. Lý do cần phân tích độ nhạy của các tham số SWMM

Các tham số SWMM như hệ số nhám bề mặt (Manning’s n), độ dốc lưu vực (%Slope), tỷ lệ diện tích không thấm nước (%Imperv), và chiều sâu trữ nước bề mặt (Dstore-Imperv) có tác động đáng kể đến kết quả mô phỏng thoát nước. Việc xác định không chính xác các tham số SWMM này có thể dẫn đến sai lệch lớn trong dự báo lưu lượng đỉnh và thời gian tập trung nước. Do đó, việc đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước thông qua phân tích độ nhạy là cực kỳ quan trọng. Phương pháp này giúp xác định những tham số nào có ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả mô phỏng, từ đó tập trung nỗ lực thu thập dữ liệu và hiệu chuẩn mô hình một cách hiệu quả hơn. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi thực hiện mô phỏng mưa dòng chảy trong các dự án quản lý thoát nước phức tạp.

II. Thách Thức Trong Xác Định Tham Số SWMM Ảnh Hưởng Mô Phỏng

Để đạt được kết quả chính xác từ mô phỏng thoát nước bằng SWMM, việc xác định các tham số SWMM là một thách thức lớn đối với các kỹ sư và nhà nghiên cứu. Mỗi tham số đều có ý nghĩa vật lý riêng biệt và phản ánh các đặc điểm cụ thể của lưu vực hoặc hệ thống thoát nước đô thị. Sự thiếu hụt dữ liệu thực tế, đặc biệt ở các khu vực đang phát triển, thường buộc người dùng phải dựa vào các giá trị ước tính hoặc giá trị khuyến nghị, điều này có thể dẫn đến sai lệch đáng kể. Hiểu rõ cách đánh giá tham số SWMM trong mô hình thoát nước là yếu tố then chốt để khắc phục những thách thức này, đảm bảo tính tin cậy của các kết quả mô phỏng thủy lực. Ngoài ra, phân tích độ nhạy của SWMM với dữ liệu đầu vào cần được tiến hành kỹ lưỡng.

2.1. Các tham số chính trong SWMM và ý nghĩa vật lý

Mô hình SWMM sử dụng nhiều tham số SWMM để mô tả quá trình mưa dòng chảy và diễn toán dòng chảy trong cống. Một số tham số chính bao gồm: tỷ lệ diện tích không thấm nước (%Imperv) đại diện cho phần trăm diện tích mà nước mưa không thể thấm xuống đất; hệ số nhám Manning của bề mặt lưu vực (N-Imperv và N-Perv) và của cống (n) ảnh hưởng đến vận tốc dòng chảy; độ dốc trung bình của lưu vực (%Slope) quyết định thế năng dòng chảy; và chiều sâu vùng trữ nước bề mặt (Dstore-Imperv) phản ánh khả năng giữ nước tạm thời. Mỗi tham số này đều có ảnh hưởng của độ nhám Manning lên mô phỏng SWMM hoặc tác động trực tiếp đến cường độ và thời gian phản ứng của lưu lượng đỉnh, như kết quả phân tích trong Chương 3 của tài liệu gốc đã chỉ ra, liên quan đến các biểu đồ quan hệ giữa % Slope, % Imperv, N-Imperv và % Lưu lượng.

2.2. Sai số tiềm ẩn khi lựa chọn tham số thiếu chính xác

Việc lựa chọn tham số SWMM không chính xác có thể dẫn đến sai số nghiêm trọng trong kết quả mô phỏng thoát nước. Ví dụ, nếu tỷ lệ diện tích không thấm nước bị đánh giá thấp, mô hình có thể dự báo lưu lượng đỉnh thấp hơn thực tế, dẫn đến thiết kế hệ thống thoát nước mưa không đủ khả năng đáp ứng. Tương tự, một giá trị hệ số nhám Manning (n) không phù hợp có thể làm sai lệch thời gian tập trung nước và vận tốc dòng chảy. Những sai số này không chỉ ảnh hưởng đến độ tin cậy của dự báo lũ lụt mà còn gây lãng phí nguồn lực trong việc triển khai các giải pháp quản lý thoát nước. Do đó, việc đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước là yếu tố sống còn để đảm bảo tính hiệu quả và bền vững của các dự án thoát nước đô thị.

III. Phương Pháp Đánh Giá Ảnh Hưởng Tham Số SWMM Hiệu Quả Nhất

Để đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước một cách khoa học và chính xác, cần áp dụng một quy trình nghiên cứu có hệ thống. Phương pháp này tập trung vào việc xác định các tham số SWMM nhạy cảm nhất, những tham số có tác động lớn đến kết quả đầu ra của mô hình, đặc biệt là lưu lượng đỉnh. Việc tối ưu hóa tham số SWMM cho dự án thoát nước đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, cùng với việc sử dụng các công cụ phân tích độ nhạy tiên tiến. Quá trình này giúp nâng cao độ tin cậy của mô hình SWMM và đảm bảo các giải pháp thoát nước đô thị được xây dựng trên cơ sở dữ liệu vững chắc. Đây là cách đánh giá tham số SWMM trong mô hình thoát nước hiệu quả.

3.1. Các bước thiết lập và chạy mô hình SWMM cho phân tích

Quá trình thiết lập mô hình SWMM để đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước bắt đầu bằng việc thu thập dữ liệu đầu vào chi tiết. Các dữ liệu này bao gồm thông tin về địa hình, sử dụng đất, mạng lưới thoát nước, và đặc điểm mưa (như đã trình bày trong Chương 3 của tài liệu gốc, với các bước xây dựng mô hình SWMM cho quận Thanh Xuân). Sau đó, mô hình lưu vực được xây dựng, chia thành các tiểu lưu vực (subcatchments) với các đặc trưng như tỷ lệ diện tích không thấm nước, độ dốc, và hệ số nhám. Tiếp theo, định nghĩa các trận mưa thiết kế và chạy mô phỏng mưa dòng chảy. Trong quá trình này, các tham số SWMM quan trọng sẽ được thay đổi một cách có hệ thống để quan sát sự biến đổi của lưu lượng đỉnh và các kết quả khác.

3.2. Kỹ thuật phân tích độ nhạy tham số và kiểm định mô hình

Kỹ thuật phân tích độ nhạy (Sensitivity Analysis) là trọng tâm của việc đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước. Kỹ thuật này bao gồm việc thay đổi từng tham số SWMM trong một khoảng giá trị nhất định, đồng thời giữ cố định các tham số khác, và quan sát sự thay đổi của kết quả đầu ra (ví dụ, lưu lượng đỉnh). Ví dụ, tài liệu gốc đã thực hiện việc thay đổi độ dốc, phần trăm diện tích không thấm nước, và hệ số nhám Manning để xem xét sự biến đổi của lưu lượng. Sau khi phân tích độ nhạy, mô hình cần được kiểm định và hiệu chuẩn bằng dữ liệu quan trắc thực tế để đảm bảo độ chính xác. Quá trình này giúp xác định những tham số SWMM nào có ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả, từ đó tập trung vào việc thu thập dữ liệu chính xác và tối ưu hóa tham số SWMM cho dự án thoát nước.

IV. Nghiên Cứu Điển Hình Ảnh Hưởng Tham Số SWMM Lên Lưu Lượng Đỉnh

Nghiên cứu điển hình về ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước tại quận Thanh Xuân, Hà Nội, đã cung cấp những minh chứng rõ ràng về tác động của các tham số SWMM đến lưu lượng đỉnh thoát nước. Kết quả này là cơ sở quan trọng để tối ưu hóa tham số SWMM cho dự án thoát nước trong các khu vực đô thị tương tự. Việc đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước thông qua các biểu đồ quan hệ đã giúp làm nổi bật vai trò của từng yếu tố, từ đó nâng cao chất lượng của mô phỏng thủy lực và quản lý thoát nước. Đây là cách đánh giá tham số SWMM trong mô hình thoát nước được áp dụng rộng rãi, mang lại cái nhìn sâu sắc về hành vi của hệ thống thoát nước mưa.

4.1. Phân tích kết quả thực nghiệm với các tham số độ dốc và không thấm

Trong nghiên cứu ứng dụng (như phần Chương 3 của tài liệu gốc), ảnh hưởng của độ dốc lưu vực (%Slope) và tỷ lệ diện tích không thấm nước (%Imperv) đã được đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước một cách cụ thể. Kết quả cho thấy, khi độ dốc lưu vực tăng lên, vận tốc dòng chảy bề mặt tăng, dẫn đến thời gian tập trung nước ngắn hơn và lưu lượng đỉnh cao hơn. Tương tự, sự gia tăng của %Imperv làm giảm khả năng thấm của đất, tăng lượng nước chảy tràn bề mặt và do đó làm tăng đáng kể lưu lượng đỉnh. Các biểu đồ quan hệ giữa %Slope & %Lưu lượng, và %Imperv & %Lưu lượng đã minh họa rõ ràng mối liên hệ trực tiếp này, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xác định chính xác các tham số SWMM liên quan đến đặc điểm bề mặt trong mô phỏng mưa dòng chảy.

4.2. Tác động của hệ số nhám Manning và chiều sâu trữ nước

Ngoài độ dốc và tỷ lệ diện tích không thấm nước, hệ số nhám Manning (N-Imperv) và chiều sâu vùng trữ nước bề mặt (Dstore-Imperv) cũng có ảnh hưởng của độ nhám Manning lên mô phỏng SWMM đáng kể đến lưu lượng đỉnh. Khi N-Imperv tăng, độ nhám bề mặt tăng, làm chậm vận tốc dòng chảy và kéo dài thời gian tập trung nước, dẫn đến giảm lưu lượng đỉnh. Ngược lại, việc giảm Dstore-Imperv (khả năng trữ nước bề mặt) sẽ làm tăng nhanh chóng lượng nước chảy tràn, đẩy lưu lượng đỉnh lên cao. Các biểu đồ quan hệ giữa N-Imperv & %Lưu lượng và Dstore-Imperv & %Lưu lượng trong tài liệu đã chứng minh rõ ràng mối quan hệ này. Những phân tích này giúp các nhà quy hoạch hiểu rõ hơn về cách các tham số SWMM tác động đến mô phỏng thoát nước, từ đó đưa ra các quyết định quản lý thoát nước hiệu quả hơn.

V. Tối Ưu Hóa Tham Số SWMM Hướng Đi Mới Cho Thoát Nước Bền Vững

Việc đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước không chỉ là một nhiệm vụ phân tích kỹ thuật mà còn là nền tảng cho việc phát triển các giải pháp quản lý thoát nước bền vững. Bằng cách hiểu rõ cách mỗi tham số SWMM tác động đến mô phỏng thủy lực, các nhà quy hoạch và kỹ sư có thể tối ưu hóa tham số SWMM cho dự án thoát nước một cách hiệu quả, đảm bảo tính chính xác của mô hình SWMM và sự phù hợp của các dự án thoát nước đô thị. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng và yêu cầu ngày càng cao về khả năng chống chịu của hệ thống thoát nước mưa. Phân tích độ nhạy của SWMM với dữ liệu đầu vào là một công cụ không thể thiếu trong hành trình này.

5.1. Các khuyến nghị để cải thiện độ chính xác mô phỏng SWMM

Để cải thiện độ chính xác của mô phỏng thoát nước bằng SWMM, cần tập trung vào việc thu thập dữ liệu đầu vào chất lượng cao. Điều này bao gồm việc đo đạc chính xác tỷ lệ diện tích không thấm nước, độ dốc, và hệ số nhám Manning của các lưu vực và mạng lưới cống. Khuyến nghị áp dụng kỹ thuật phân tích độ nhạy của SWMM với dữ liệu đầu vào một cách toàn diện để xác định các tham số SWMM có ảnh hưởng lớn nhất và ưu tiên hiệu chỉnh chúng. Việc sử dụng dữ liệu quan trắc thực tế để hiệu chuẩn và kiểm định mô hình SWMM là bước không thể thiếu để đảm bảo mô hình phản ánh đúng thực trạng. Áp dụng các phương pháp này giúp đánh giá ảnh hưởng tham số SWMM lên mô phỏng thoát nước một cách khoa học và giảm thiểu sai số.

5.2. Tiềm năng phát triển và ứng dụng SWMM trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng tăng về quản lý thoát nước thông minh, mô hình SWMM tiếp tục có tiềm năng lớn. Tương lai của SWMM có thể bao gồm việc tích hợp sâu hơn với các hệ thống thông tin địa lý (GIS) và dữ liệu cảm biến thời gian thực để nâng cao khả năng mô phỏng và dự báo. Việc phát triển các công cụ tự động tối ưu hóa tham số SWMM cho dự án thoát nước sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo hoặc học máy cũng là một hướng đi hứa hẹn. Điều này sẽ giúp giảm bớt gánh nặng cho người dùng trong việc xác định các tham số SWMM và tăng cường độ chính xác của mô phỏng thoát nước, đặc biệt trong việc ứng phó với đô thị hóa và biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công tác quản lý tài nguyên nước và quy hoạch hạ tầng kỹ thuật đô thị, việc mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy và đánh giá khả năng tiêu thoát nước đóng vai trò then chốt nhằm giảm thiểu rủi ro ngập úng. Mô hình toán SWMM (Storm Water Management Model) do Metcalf & Eddy phát triển từ năm 1971 và được Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) liên tục nâng cấp là một trong những công cụ động lực học được ứng dụng phổ biến nhất để mô phỏng dòng chảy mặt và thủy lực mạng lưới cống đô thị. Tuy nhiên, khi thiết lập mô hình SWMM, người sử dụng phải khai báo một số lượng rất lớn các tham số đầu vào cho từng tiểu lưu vực (như độ dốc trung bình, tỷ lệ diện tích không thấm, hệ số nhám Manning cho bề mặt thấm và không thấm, chiều sâu trữ nước vùng trũng, tỷ lệ diện tích không thấm không trữ nước) cùng hệ số nhám của hệ thống đường cống dẫn.

Tại Việt Nam, việc xác định chính xác các tham số này gặp nhiều trở ngại do thiếu hụt dữ liệu chi tiết về địa hình, địa chất, hiện trạng sử dụng đất và đặc biệt là thiếu chuỗi số liệu quan trắc dòng chảy thực tế trong mạng lưới thoát nước đô thị để phục vụ công tác hiệu chỉnh mô hình. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài tập trung nghiên cứu, đánh giá mức độ ảnh hưởng của các tham số chính đến kết quả tính toán thủy văn – thủy lực trên mô hình SWMM, từ đó đề xuất các căn cứ khoa học giúp người sử dụng lựa chọn tham số phù hợp.

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Đánh giá ảnh hưởng của các tham số chính trong mô hình SWMM (phân tích độ nhạy của các tham số) đến kết quả tính toán lưu lượng đỉnh thông qua bài toán mô phỏng thực tế cho hệ thống thoát nước quận Thanh Xuân, thành phố Hà Nội.
2. Đề xuất một số kiến nghị kỹ thuật phục vụ việc lựa chọn bộ tham số đầu vào cho mô hình SWMM nhằm nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của kết quả tính toán.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Các tham số thủy văn chính của tiểu lưu vực (% độ dốc, % diện tích không thấm, hệ số nhám Manning $N$, chiều sâu trữ trũng $D_{store}$, tỷ lệ % không thấm không trữ nước) và hệ số nhám Manning của đường cống ($n$ từ 0,011 đến 0,015).
• Phạm vi không gian: Hệ thống thoát nước quận Thanh Xuân thuộc lưu vực sông Tô Lịch – Hà Nội, có ranh giới giới hạn bởi đường Trần Duy Hưng (phía Tây Bắc), đường Khuất Duy Tiến (phía Tây Nam), đường Nguyễn Trãi (phía Đông Nam) và sông Tô Lịch (phía Đông Bắc).
• Phạm vi tài liệu và thời gian: Chuỗi số liệu khí tượng – thủy văn quan trắc tại trạm Láng và trạm Hà Nội (giai đoạn 1970–2008), các trận mưa điển hình năm 1994, trận mưa lịch sử năm 2008; các đồ án quy hoạch liên quan gồm Quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26/7/2011 và Quyết định số 90/2008/QĐ-TTg ngày 09/7/2008 của Thủ tướng Chính phủ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Mô hình SWMM 5.1 là mô hình toán động lực học tích hợp khả năng mô phỏng quá trình thủy văn (sinh dòng chảy mặt từ mưa) và quá trình thủy lực (vận chuyển dòng chảy qua mạng lưới kênh, cống, hồ điều hòa, công trình phân dòng và trạm bơm). Cơ chế vật lý trong SWMM được cấu trúc qua các khối tính toán chuyên biệt:

• Khối tính toán dòng chảy mặt (Block RUNOFF): Mỗi tiểu lưu vực (Subcatchment) được mô hình hóa tương đương một hồ chứa phi tuyến. Quá trình tính toán dòng chảy tràn dựa trên việc giải đồng thời phương trình liên tục và công thức thực nghiệm Manning-Strickler: $$\frac{dy}{dt} = i - f - q$$ $$Q = W \cdot \frac{C_M}{n} (y - y_d)^{5/3} S_0^{1/2}$$ Trong đó: $i$ là cường độ mưa; $f$ là cường độ thấm; $q$ là lưu lượng dòng chảy mặt trên một đơn vị diện tích; $Q$ là lưu lượng xả ra khỏi tiểu lưu vực ($m^3/s$); $W$ là chiều rộng tiểu lưu vực; $n$ là hệ số nhám Manning; $y$ là chiều sâu dòng chảy mặt; $y_d$ là chiều sâu lớp nước trữ trên bề mặt lưu vực (chiều sâu điền trũng); $S_0$ là độ dốc bề mặt; $C_M$ là hệ số đổi đơn vị ($C_M = 1$ đối với hệ đơn vị mét). Dòng chảy mặt chỉ xuất hiện khi chiều sâu nước $y$ vượt quá chiều sâu điền trũng $y_d$.

• Phương pháp tính toán thấm: SWMM cung cấp ba phương pháp mô hình hóa quá trình thấm nước vào đất chưa bão hòa:

  1. Mô hình thấm Horton: $f_p = f_\infty + (f_0 - f_\infty) e^{-kt}$ (với $f_0$ là cường độ thấm ban đầu, $f_\infty$ là cường độ thấm bão hòa nhỏ nhất, $k$ là hệ số suy giảm).
  2. Mô hình thấm Green-Ampt: Dựa trên định luật Darcy với các tham số độ dẫn thủy lực bão hòa ($K$), cột nước mao dẫn và biến thiên dung tích ẩm.
  3. Phương pháp số đường cong SCS (SCS Curve Number): Tính toán dựa trên chỉ số $CN$ và độ sâu nước cầm giữ tiềm năng tối đa $S = \frac{1000}{CN} - 10$.

• Phương pháp tính toán bốc hơi và lượng mưa hiệu quả: Lượng mưa hiệu quả được xác định bằng cách khấu trừ lượng tổn thất thấm, bốc hơi và điền trũng khỏi tổng lượng mưa. Bốc hơi bề mặt được tính theo phương pháp cân bằng năng lượng ($E_r = 0,0353 R_n$) hoặc phương pháp khí động lực học ($E_a = B(e_{as} - e_a)$).

• Phương pháp diễn toán thủy lực dòng chảy trong mạng lưới (Flow Routing): SWMM giải hệ phương trình Saint-Venant (phương trình liên tục và phương trình động lượng 1D) với 3 mức độ lựa chọn:

  1. Diễn toán dòng chảy ổn định (Steady Flow Routing).
  2. Diễn toán sóng động học (Kinematic Wave Routing): Bỏ qua các số hạng quán tính và áp lực trong phương trình động lượng, giải hệ phương trình liên tục kết hợp công thức Manning.
  3. Diễn toán sóng động lực (Dynamic Wave Routing): Giải hệ phương trình Saint-Venant hoàn chỉnh, cho phép mô phỏng hiện tượng dòng chảy có áp trong cống đầy, nước vật (nước dềnh), dòng chảy ngược, tổn thất cục bộ tại nút và sự trữ nước tràn mặt tạm thời tại các miệng giếng thu (Surface Ponding).

• Phương pháp diễn toán hồ điều hòa: Sử dụng phương trình cân bằng thể tích trong thời đoạn $\Delta t$: $I - O = \frac{\Delta V}{\Delta t}$, kết hợp với đường đặc tính quan hệ chiều sâu – diện tích mặt nước của hồ.

Phương pháp nghiên cứu thực tế đã áp dụng:

• Phương pháp phân tích lý thuyết và mô hình hóa toán học.
• Phương pháp phân tích, xử lý thống kê chuỗi số liệu khí tượng, thủy văn.
• Phương pháp điều tra, thu thập số liệu hiện trạng mạng lưới thoát nước thực địa.
• Phương pháp kế thừa các tài liệu quy hoạch và các nghiên cứu khoa học chuyên ngành.
• Phương pháp phân tích độ nhạy đơn biến (thay đổi từng tham số độc lập trong các khoảng giá trị xác định để quan sát mức độ biến thiên của lưu lượng đỉnh $Q_{max}$).

Nguồn dữ liệu:

• Dữ liệu khí tượng: Chuỗi số liệu lượng mưa đo giờ, lượng mưa ngày lớn nhất, lượng bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm tại trạm khí tượng Láng (Hà Nội).
• Dữ liệu thủy văn: Chuỗi số liệu mực nước và lưu lượng sông Hồng tại trạm Hà Nội và Yên Sở giai đoạn 1970–2008; tài liệu trận lũ lịch sử năm 1971 và trận mưa ngập lụt năm 2008.
• Dữ liệu địa hình và hạ tầng: Bản đồ hệ thống thoát nước quận Thanh Xuân tỷ lệ chi tiết; hồ sơ trắc dọc, kích thước các tuyến cống hộp, cống tròn, mương hở và hồ điều hòa trên địa bàn.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu: Tính cấp thiết và tổng quan nghiên cứu

Mở đầu trình bày bối cảnh áp dụng mô hình toán trong quản lý thoát nước đô thị, làm rõ sự phức tạp trong việc xác định các tham số tiểu lưu vực của phần mềm SWMM khi thiếu số liệu đo đạc thực tế tại Việt Nam. Tác giả xác định rõ 2 mục tiêu nghiên cứu, phạm vi không gian tại quận Thanh Xuân (lưu vực sông Tô Lịch) và hệ thống 6 phương pháp tiếp cận từ lý thuyết, khảo sát thực địa đến mô hình hóa thủy lực.

Chương 1: Tổng quan về các mô hình mô phỏng hệ thống thoát nước đô thị

Chương 1 tổng hợp, phân loại và đánh giá các công cụ mô hình hóa thủy lực, thủy văn đô thị trên thế giới và tại Việt Nam. Trên thế giới, tác giả phân tích các mô hình tiêu biểu gồm WENDY (Viện Thủy lực Hà Lan - Delft), HEC-RAS (USACE), bộ phần mềm SOBEK (Deltares), MUSIC (eWater Úc), MIKE URBAN (DHI), SWAT (USDA), cùng 10 mô hình chuyên dụng cho mạng lưới cống đô thị.

Tên mô hình	Đơn vị phát triển / Tác giả	Mô hình mưa sử dụng	Phương pháp tính thấm	Phương pháp dòng chảy tiểu lưu vực	Phương pháp diễn toán mạng lưới cống	Khả năng tính dòng có áp
BEMUS	Maksimovic & Radojkovic (1984)	Mưa thực / Giả tưởng (biến đổi KG)	Green – Ampt	Sóng động lực	Sóng động lực + Muskingum–Cunge	Có (Preissmann)
CHICAGO HYDROGRAPH	Tholin & Keifer (1960)	Mưa thiết kế dạng Chicago	Horton	PT liên tục + PT Izzard	Hồ chứa tuyến tính	Không đề cập
CTH	Arnell (1980)	Mưa thực / Giả tưởng	Horton	Sóng động học	Sóng động học	Không cho phép
HYDROWORKS	Wallingford Software (UK)	Mưa thực / Giả tưởng (biến đổi KG)	Horton, SCS, % Dòng chảy	Phương pháp Hữu tỉ (Rational)	Sóng động lực	Có (Preissmann)
ILLUDAS	Terstriep & Stall (1974)	Mưa thực / Giả tưởng / Liên tục	Horton, SCS	Đường đẳng thời	Hồ chứa phi tuyến	Không cho phép
ILSD	Yen (1984)	Mưa thực / Giả tưởng	Horton	Đường đẳng thời	Dạng khái niệm ($Q \sim t$)	Không cho phép
MOUSE	DHI (1987)	Mưa thực / Giả tưởng / Liên tục	Horton, Hệ số dòng chảy	Sóng động học / Đường đẳng thời	Sóng động học / Sóng động lực	Có (Preissmann)
SOCS	Fugazza (1996)	Mưa thực / Giả tưởng	Green-Ampt, Horton, SCS	Hồ chứa phi tuyến, Nash, IUH	Sóng động lực	Có (Preissmann)
SWMM	Metcalf & Eddy, EPA (1971, 2010s)	Mưa thực / Giả tưởng / Liên tục (biến đổi KG)	Green-Ampt, Horton, SCS	Hồ chứa phi tuyến (PT liên tục + Manning)	Sóng động học / Sóng động lực / Ổn định	Có cho phép
MUAD	Tuấn Anh (2007)	Mưa thực / Giả tưởng	SCS, Hệ số dòng chảy	Hồ chứa phi tuyến, Nash / Hồ chứa tĩnh	Sóng động học	Không

Tại Việt Nam, các mô hình SWMM, SWAT (du nhập từ 1998), MIKE 11, bộ mô hình KOD-01/KOD-02 của GS. TSKH. Nguyễn Ân Niên và SOBEK (được Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội ứng dụng quản lý lũ tại Vĩnh Phúc năm 2013 và hồ Kẻ Gỗ năm 2014) đã được triển khai rộng rãi, trong đó SWMM khẳng định ưu thế nổi bật đối với các bài toán quy hoạch tiêu thoát nước đô thị.

Chương 2: Giới thiệu mô hình SWMM

Chương 2 trình bày chi tiết cấu trúc phần mềm SWMM phiên bản 5.1 chạy trên hệ điều hành Windows, phân tích các tính năng mô phỏng chu trình thủy văn (mưa biến đổi, bốc hơi, tích tụ/tan tuyết, ngấm, thấm, trao đổi nước ngầm, dòng chảy mặt) và thủy lực mạng lưới dẫn. Chương này mô tả tường minh quy trình 3 bước thiết lập mô hình cho mạng lưới tiêu thoát nước:

• Bước 1: Thiết lập cấu hình mặc định (Project Defaults): Khai báo quy ước ký hiệu đối tượng, thuộc tính mặc định cho Subcatchment, Junction, Conduit và Map Options.
• Bước 2: Xây dựng sơ đồ mạng lưới và số hóa không gian: Nhập bản đồ nền (Backdrop), số hóa mạng lưới gồm các lưu vực con, các tuyến cống dẫn chính thu gom nước mưa/nước thải đưa về hồ điều hòa nhằm tận dụng dung tích tự nhiên trước khi xả ra kênh tiếp nhận.
• Bước 3: Khai báo chi tiết thuộc tính từng đối tượng:
  • Tiểu lưu vực (Subcatchments): Chọn mô hình thấm Horton; diện tích thấm được xác định chiếm 25% (tập trung tại khu vực nhà dân) và diện tích không thấm chiếm 75% do đặc thù đô thị mới trải nhựa toàn bộ mặt đường.
  • Trạm đo mưa (Rain Gages): Nhập chuỗi số liệu mưa giờ (Intensity – $mm/h$) từ trạm Láng.
  • Nút thu nước (Junctions): Khai báo cao độ, lưu lượng nhập lưu và chiều sâu chôn cống tối thiểu đạt 1,5 m nhằm đảm bảo khả năng chịu lực cơ học và độ dốc thủy lực.
  • Tuyến cống dẫn (Conduits): Sử dụng loại cống tròn bê tông cốt thép có đường kính dao động từ D800 mm đến D1200 mm.
  • Hồ điều hòa (Storage Unit): Khai báo phương trình cân bằng thể tích và đường đặc tính quan hệ diện tích – chiều sâu để điều tiết đỉnh lũ.
  • Cửa xả (Outfalls): Cấu hình chế độ xả tự do ra kênh tiếp nhận không chịu ảnh hưởng của thủy triều; do cao trình đáy hồ điều hòa là -2,0 m nên cao trình đáy cửa xả được đặt ở mức -1,5 m để tạo độ dốc tự chảy và ngăn bùn cát lắng đọng trôi ra kênh.

Chương 3: Đánh giá ảnh hưởng của các tham số chính trong mô hình SWMM đến kết quả tính toán

Chương 3 là phần thực nghiệm trọng tâm của luận văn. Tác giả tổng hợp toàn diện các điều kiện tự nhiên, kinh tế – xã hội của địa bàn quận Thanh Xuân:

Chỉ tiêu tự nhiên / Xã hội	Giá trị định lượng được xác lập trong nghiên cứu
Vị trí địa lý & Diện tích	Quận Thanh Xuân; Diện tích tự nhiên toàn quận: 913,2 ha; Diện tích lưu vực nghiên cứu: 18,652 ha
Địa hình	Cao trình mặt đất thay đổi từ 4,5 m đến 8,2 m; phổ biến ở cao độ 5,0 ÷ 6,0 m; hướng dốc Bắc – Nam và Tây – Đông
Nhiệt độ không khí	Nhiệt độ trung bình năm: 23 ÷ 24°C; tháng I lạnh nhất (16,2°C), tháng VII nóng nhất (28,9°C)
Độ ẩm không khí	Độ ẩm trung bình năm: 83 ÷ 85%; tháng III và IV ẩm ướt nhất (88 ÷ 90%), thấp nhất đạt 64%
Lượng bốc hơi	Lượng bốc hơi trung bình năm: 1.002 mm; cao nhất vào tháng V (101,9 mm), tháng VII (99,9 mm)
Lượng mưa thiết kế trạm Láng	Mưa 1 ngày max ($P=5%$): 251,83 mm; ($P=10%$): 218,09 mm Mưa 3 ngày max ($P=5%$): 387,67 mm; ($P=10%$): 338,14 mm (ngày 1: 181,7 mm, ngày 2: 139,3 mm, ngày 3: 17,2 mm) Mưa 5 ngày max ($P=10%$): 377,28 mm; Mưa 7 ngày max ($P=10%$): 415,79 mm Trận mưa đặc biệt lớn năm 2008: 564,1 mm (31/10: 391,2 mm; 01/11: 91,8 mm; 02/11: 81,1 mm)
Thủy văn sông Hồng (Trạm Hà Nội)	Mực nước $H_{max}$ ứng với tần suất: 1% (13,82 m), 5% (12,89 m), 10% (12,43 m), 20% (11,91 m) Mực nước thấp nhất lịch sử: 1,73 m (tháng 3/1956) và 1,47 m (20/2/2006); Lũ lịch sử 1971: $H_{max} = 14,43\text{ m}$
Cơ cấu sử dụng đất quận Thanh Xuân	Đất dân dụng: 448,105 ha (49,07%); Đất ngoài khu dân dụng: 465,095 ha (50,93%) Trong đất đơn vị ở (428,67 ha): Đất ở chiếm 91,94% (394,13 ha, gồm 140,22 ha đất làng xóm cũ), đất đường 3,44%, đất cây xanh 0,72%
Dân cư 11 phường	Nhân Chính (39.185 người), Phương Liệt (21.143 người), Thượng Đình (21.212 người), Khương Trung (20.862 người), Thanh Xuân Bắc (11.321 người), Thanh Xuân Trung (11.235 người), Thanh Xuân Nam (8.226 người), Khương Đình (5.929 người), Phương Mai (5.506 người), Hạ Đình (4.342 người)

Trên cơ sở dữ liệu mưa thiết kế xây dựng từ đường cong cường độ – thời gian – tần suất (DDF) ở tần suất $P = 10%$, tác giả tiến hành chạy mô phỏng thủy lực trên SWMM và phân tích độ nhạy của 6 nhóm tham số thông qua 10 phụ lục tính toán chi tiết:

1. Độ dốc tiểu lưu vực (% Slope) liên hệ với % biến thiên lưu lượng đỉnh.
2. Tỷ lệ diện tích không thấm nước (% Imperv) liên hệ với % biến thiên lưu lượng đỉnh.
3. Hệ số nhám Manning của bề mặt không thấm (N-Imperv) liên hệ với % biến thiên lưu lượng đỉnh.
4. Chiều sâu trữ nước vùng trũng trên bề mặt không thấm (Dstore-Imperv) liên hệ với % biến thiên lưu lượng đỉnh.
5. Tỷ lệ diện tích không thấm không có khả năng trữ nước (%Zero-Imperv) liên hệ với % biến thiên lưu lượng đỉnh.
6. Hệ số nhám thành cống Manning thay đổi lần lượt từ 0,011 đến 0,015 đối với khả năng thoát nước của tuyến cống.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính và phát hiện thực nghiệm:

• Thiết lập thành công mô hình SWMM hoàn chỉnh cho mạng lưới thoát nước quận Thanh Xuân lưu vực sông Tô Lịch, bao gồm các tiểu lưu vực phân chia theo địa hình cao độ 4,5 ÷ 8,2 m, hệ thống cống tròn đường kính D800 ÷ D1200 mm, trạm đo mưa giờ Láng, nút thu gom chôn sâu 1,5 m, hồ điều hòa đáy -2,0 m và cửa xả tự do đáy -1,5 m.
• Xác định được định lượng đặc tính độ nhạy của các tham số: Tỷ lệ diện tích không thấm (% Imperv) và độ dốc (% Slope) là các tham số có tác động mạnh nhất, trực tiếp làm gia tăng đột biến lưu lượng đỉnh $Q_{max}$ và rút ngắn thời gian tập trung dòng chảy. Ngược lại, hệ số nhám mặt phủ (N-Imperv) và chiều sâu trữ trũng (Dstore-Imperv) có xu hướng làm giảm nhẹ đỉnh lũ và kéo dài thời gian duy trì dòng chảy tràn.
• Hệ số nhám cống Manning thay đổi từ 0,011 (cống mới, thành nhẵn) lên 0,015 (cống bám cặn, thành nhám) làm suy giảm đáng kể vận tốc dòng chảy và khả năng chuyển tải thủy lực của tuyến cống, dẫn đến nguy cơ quá tải và ngập úng cục bộ tại các nút giao.

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật đề xuất:

• Khi áp dụng mô hình SWMM cho các khu vực đô thị tương tự ở Việt Nam trong điều kiện thiếu chuỗi số liệu quan trắc dòng chảy, người sử dụng cần ưu tiên thu thập chính xác các tham số có độ nhạy cao gồm: tỷ lệ diện tích không thấm (% Imperv) thông qua bản đồ hiện trạng sử dụng đất và độ dốc tiểu lưu vực (% Slope) từ mô hình số độ cao (DEM).
• Đối với các tham số trữ trũng ($D_{store}$) và nhám mặt phủ ($N$), có thể tham khảo các giá trị tiêu chuẩn kinh nghiệm theo hướng dẫn của EPA và điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam.
• Kiến nghị giải pháp quy hoạch kết hợp hồ điều hòa điều tiết tập trung trước khi xả ra sông Tô Lịch nhằm giảm áp lực thủy lực cho hệ thống cống thoát nước hạ lưu.

Đóng góp của đề tài:

• Cung cấp cơ sở khoa học và định lượng về mức độ nhạy cảm của từng tham số mô hình SWMM đối với các lưu vực đô thị đặc trưng tại Hà Nội.
• Đóng góp bộ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật thực hành từng bước thiết lập mô hình SWMM 5.1 và bộ số liệu thủy văn – khí tượng trạm Láng, trạm Hà Nội được xử lý chuẩn hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Nghiên cứu chưa có chuỗi số liệu thực đo về lưu lượng và mực nước tại các tuyến cống và nút mạng lưới trong các trận mưa thực tế để thực hiện quy trình hiệu chỉnh (Calibration) và kiểm định (Validation) mô hình một cách toàn diện.
• Tỷ lệ diện tích thấm và không thấm (25%/75%) mới được xác định dựa trên đánh giá hiện trạng mặt phủ đô thị hóa tổng thể mà chưa có dữ liệu điều tra chi tiết từng ô phố.
• Điều kiện biên tại cửa xả được giả định xả tự do, chưa xét đến trường hợp mực nước sông Tô Lịch dâng cao gây cản trở thoát nước tự chảy (chảy ngập).

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Bố trí thiết bị quan trắc tự động lưu lượng và mực nước tại các tuyến cống trọng điểm của quận Thanh Xuân để thu thập số liệu phục vụ hiệu chuẩn chính xác bộ tham số mô hình SWMM.
• Tích hợp mô-đun mô phỏng chất lượng nước (rửa trôi, tích tụ ô nhiễm khi trời khô và vận chuyển chất thải) để đánh giá ô nhiễm môi trường nước đô thị.
• Mở rộng nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và kịch bản phát triển không gian, san nền theo Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 (Quyết định 1259/QĐ-TTg).

Giá trị tham khảo

Tài liệu này hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các chuyên ngành: Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Kỹ thuật Cấp thoát nước, Kỹ thuật Tài nguyên Nước, Thủy văn – Thủy lực đô thị, và Quản lý Môi trường.
• Các kỹ sư tư vấn thiết kế hạ tầng kỹ thuật và các chuyên viên quản lý đô thị phụ trách công tác quy hoạch, vận hành hệ thống tiêu thoát nước và phòng chống ngập úng.

Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất:

• Bảng tổng hợp so sánh đặc tính kỹ thuật của 16 mô hình mô phỏng thoát nước đô thị trên thế giới và tại Việt Nam trong Chương 1.
• Hướng dẫn chi tiết từng bước thiết lập mô hình, số hóa mạng lưới và khai báo các đối tượng Subcatchment, Rain Gage, Junction, Conduit, Storage Unit, Outfall trong SWMM 5.1 tại Chương 2.
• Chuỗi số liệu khí tượng – thủy lực thực tế của thành phố Hà Nội và phương pháp phân tích độ nhạy các tham số thủy văn trong Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình SWMM hỗ trợ những phương pháp nào để tính toán tổn thất thấm trên các tiểu lưu vực?
Mô hình SWMM cung cấp 3 phương pháp tính toán tổn thất thấm gồm: (1) Phương pháp Horton ($f_p = f_\infty + (f_0 - f_\infty)e^{-kt}$); (2) Phương pháp Green-Ampt dựa trên định luật Darcy và các thông số mao dẫn, độ dẫn thủy lực; (3) Phương pháp số đường cong SCS dựa trên độ sâu nước cầm giữ tiềm năng tối đa ($S = 1000/CN - 10$). Trong đề tài, tác giả lựa chọn phương pháp Horton để mô phỏng cho khu vực nghiên cứu.

2. Phạm vi không gian và đặc trưng địa hình của lưu vực quận Thanh Xuân được xác lập như thế nào trong mô hình?
Lưu vực nghiên cứu thuộc hệ thống thoát nước quận Thanh Xuân (lưu vực sông Tô Lịch), được giới hạn bởi 4 tuyến: phía Tây Bắc là đường Trần Duy Hưng, phía Tây Nam là đường Khuất Duy Tiến, phía Đông Nam là đường Nguyễn Trãi và phía Đông Bắc là sông Tô Lịch. Diện tích lưu vực nghiên cứu là 18,652 ha (thuộc tổng diện tích tự nhiên quận là 913,2 ha), địa hình dốc từ Bắc xuống Nam và Tây sang Đông với cao trình mặt đất phổ biến từ 5,0 ÷ 6,0 m (dao động trong khoảng 4,5 ÷ 8,2 m).

3. Số liệu lượng mưa của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 tại Hà Nội được ghi nhận trong văn bản là bao nhiêu?
Theo bảng thống kê số liệu tại trạm Hà Nội trong văn bản, tổng lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 đạt 564,1 mm, phân bố cụ thể: ngày 31/10 đạt 391,2 mm; ngày 01/11 đạt 91,8 mm; và ngày 02/11 đạt 81,1 mm.

4. Những tham số chính nào được lựa chọn để phân tích độ nhạy trong Chương 3 của khóa luận?
Nghiên cứu lựa chọn 6 tham số chính để đánh giá độ nhạy đối với kết quả tính toán lưu lượng đỉnh, bao gồm: độ dốc tiểu lưu vực (% Slope), tỷ lệ diện tích không thấm (% Imperv), hệ số nhám Manning bề mặt không thấm (N-Imperv), chiều sâu trữ nước vùng trũng không thấm (Dstore-Imperv), tỷ lệ diện tích không thấm không trữ nước (%Zero-Imperv) và hệ số nhám thành cống Manning ($n$ thay đổi từ 0,011 đến 0,015).

5. Mạng lưới cống và công trình đầu mối trong mô hình SWMM của đề tài được cấu hình với các thông số kỹ thuật ra sao?
Mạng lưới được cấu hình với các tuyến cống tròn bê tông có đường kính từ D800 mm đến D1200 mm, chiều sâu chôn cống tối thiểu tại các nút là 1,5 m. Nước mưa và nước thải được thu gom dẫn về hồ điều hòa có cao trình đáy là -2,0 m; từ hồ nước chảy qua cống xả ra kênh tiếp nhận với cao trình đáy cửa xả được thiết kế ở mức -1,5 m theo chế độ chảy tự do.

Kết luận

Khóa luận đã tổng hợp toàn diện cơ sở lý thuyết về mô hình toán SWMM 5.1 và bức tranh tổng quan về các công cụ mô phỏng thoát nước đô thị trên thế giới và tại Việt Nam. Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình SWMM để mô phỏng hệ thống thoát nước quận Thanh Xuân thuộc lưu vực sông Tô Lịch (Hà Nội) dựa trên chuỗi số liệu khí tượng – thủy văn và hiện trạng hạ tầng thực tế. Kết quả phân tích độ nhạy của 6 nhóm tham số chính (độ dốc, tỷ lệ diện tích không thấm, hệ số nhám mặt phủ, chiều sâu trữ trũng, diện tích không thấm không trữ và độ nhám cống) cung cấp luận cứ kỹ thuật quan trọng giúp người sử dụng tối ưu hóa việc lựa chọn bộ tham số đầu vào trong điều kiện thiếu dữ liệu đo đạc dòng chảy tại các đô thị Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƢỢC.3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THOÁT NƢỚC ĐÔ THỊ.1 Tổng quan về các mô hình mô phỏng hệ thống thoát nƣớc đô thị trên thế giới.2 Tổng quan các mô hình mô phỏng hệ thống thoát nƣớc đô thị ở Việt Nam.11 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SWMM.1 Giới thiệu chung.2 Các tính năng của mô hình.1 Tính toán lượng mưa hiệu quả.2 Tính toán thấm, lượng thấm:.3 Mô hình hồ chứa phi tuyến (SWMM).21 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THAM SỐ CHÍNH TRONG MÔ HÌNH SWMM ĐẾN KẾT QUẢ TÍNH TOÁN.1 Tổng quan về lƣu vực nghiên cứu ứng dụng.1 Điều kiện tự nhiên.2 Điều kiện kinh tế xã hội.3 Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội trong vùng.2 Lập mô hình tính toán hệ thống thoát nƣớc quận Thanh Xuân – Hà Nội.1 Dữ liệu đầu vào.2 Xây dựng mô hình SWMM.3 Mô phỏng hiện trạng hệ thống bằng SWMM.3 Chọn các tham số chính để phân tích.4 Tính toán mƣa thiết kế.1 Xây dựng đường quan hệ DDF.2 Xây dựng mô hình mưa thiết kế.5 Đánh giá ảnh hƣởng của các tham số chính đến lƣu lƣợng đỉnh tính toán của lƣu vực.1 Các bước thực hiện.2 Mô phỏng mưa dòng chảy sử dụng SWMM với từng trường hợp.6 Phân tích kết quả.1 Biểu đồ quan hệ giữa % Slope & %Lưu lượng.2 Biểu đồ quan hệ giữa % Imperv & %Lưu lượng.3 Biểu đồ quan hệ giữa N-Imperv & %Lưu lượng.4 Biểu đồ quan hệ giữa Dstore-Imperv & %Lưu lượng.5 Biểu đồ quan hệ giữa %Zezo-Imperv & %Lưu lượng.5 Biểu đồ quan hệ giữa %Zezo-Imperv & %Lưu lượng. Phụ lục 1: Thống kê diện tích các tuyến cống. Phụ lục 2: Tính toán thủy lực các tuyến cống. Phụ lục 3: Kích thƣớc các tuyến cống.

Phụ lục 4: Kết quả mô phỏng bằng mô hình SWMM. Phụ lục 5: Thay đổi độ dốc. Phụ lục 6: Thay đổi phần trăm diện tích không thấm nƣớc. Phụ lục 7: Thay đổi hệ số nhám Manning n.

Phụ lục 8: Thay đổi chiều sâu của vùng trũng trữ nƣớc. Phụ lục 9: Thay đổi phần trăm diện tích không thấm không trữ đƣợc nƣớc. Phụ lục 10: Thay đổi hệ số nhám của cống lần lƣợt 0,011 => 0,015. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 5: Khai báo các ký hiệu cho từng đối tƣợng Hình 6: Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lƣu vực Hình 7: Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đƣờng dẫn.

Hình 8: Khai báo các giá trị mặc định cho Map Option Hình 9: Trình tự vẽ sơ đồ lƣc vực Hình 10: Sơ đồ mô phỏng mạng lƣới thoát nƣớc trong mô hình SWMM Hình 11: Giao diện nhập số liệu cho lƣu vực Hình 13: Chuỗi thời gian mƣa Hình 14: Đƣờng đặc tính của trận mƣa Hình 15: Sơ đồ chôn cống Hình 16: Giao diện nhập dữ liệu cho nút thu nƣớc Hình 17: Giao diện nhập giá trị lƣu lƣợng cho nút Hình 18: Giao diện nhập dữ liệu cho cống Hình 19: Sơ đồ tổng quát diễn toán dòng chảy qua hồ chứa Hình 20: Mối quan hệ giữa chiều sâu và diện tích của hồ - Đƣờng đặc tính của hồ Hình 21: Giao diện nhập dữ liệu cho hồ Hình 22: Giao diện nhập dữ liệu của cửa xả Hình 3.1: Bản đồ hệ thống thoát nƣớc quận Thanh Xuân lƣu vực sông Tô Lịch Hình 3.1: Khai báo các thông số mặc định trong SWMM Hình 3.2: Các thông số cơ bản trong SWMM Hình 3.3: Mô phỏng lƣu vực thoát nƣớc bằng phần mềm SWMM DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2: Diện tích các lƣu vực .1: Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội (0C) .2: Độ ẩm tƣơng đối trung bình tháng tại Hà Nội (%) .