Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống thoát nước cho khu trung tâm thành phố thái nguyên

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học, đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống thoát nước khu trung tâm thành phố Thái Nguyên.

• Tác giả: Tòng Thu Hương
• Người hướng dẫn: Phó Giáo Sư - TS. Nguyễn Tuấn Anh
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Cấp thoát nước
• Đề tài: Giải Pháp Cải Tạo Hệ Thống Thoát Nước Khu Trung Tâm Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.1.1. Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện trên thế giới
• 1.1.2. Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện ở Việt Nam
• 1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
• 1.2.1. Điều kiện tự nhiên
• 1.2.2. Điều kiện kinh tế xã hội
• 1.2.3. Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội trong vùng
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC KHU TRUNG TÂM THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
• 2.1. Hiện trạng hệ thống thoát nước
• 2.2. Tình hình úng ngập trong khu trung tâm
• 2.2.1. Các điểm ngập úng trong khu trung tâm
• 2.2.2. Nguyên nhân gây ngập úng
• 2.3. Lựa chọn công cụ mô phỏng hệ thống (đề xuất chọn mô hình SWMM)
• 2.4. Ứng dụng phần mềm SWMM để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống
• 2.4.1. Xây dựng mô hình mưa thiết kế
• 2.4.2. Xác định mực nước Sông Cầu ứng với tần suất thiết kế
• 2.4.3. Mô phỏng hiện trạng hệ thống bằng SWMM
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CHO KHU TRUNG TÂM THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
• 3.1. Đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống thoát nước cho khu trung tâm thành phố Thái Nguyên
• 3.2. Tính toán thiết kế cống
• 3.2.1. Tính toán lưu lượng thoát nước mưa
• 3.2.2. Tính toán thủy lực thoát nước mưa theo phương pháp cường độ giới hạn
• 3.2.3. Kết quả tính toán theo phương pháp cường độ giới hạn
• 3.3. Tính toán bơm tiêu thoát nước
• 3.4. Mô phỏng mưa- dòng chảy để kiểm tra hệ thống
• 3.5. Đề xuất các phương pháp quản lý và vận hành
• 3.5.1. Giải pháp thoát nước bền vững (SUDS)
• 3.5.2. Dự báo úng ngập
• 3.5.3. Xây dựng kế hoạch thoát nước
• 3.5.4. Quan trắc và quản lý thông tin dữ liệu
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống thoát nước tại khu trung tâm Thái Nguyên. Vấn đề ngập úng đô thị đã trở thành thách thức lớn đối với nhiều thành phố, đặc biệt là ở các khu vực đang phát triển như Thái Nguyên. Quy hoạch đô thị và kỹ thuật môi trường là hai yếu tố chính được phân tích để đưa ra các giải pháp bền vững. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước, xác định nguyên nhân gây ngập úng và đề xuất các biện pháp cải thiện hiệu quả.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ là đánh giá hiện trạng hệ thống thoát nước, tìm ra nguyên nhân gây ngập úng tại khu trung tâm Thái Nguyên, và đề xuất các giải pháp kỹ thuật để cải tạo và nâng cấp hệ thống. Nghiên cứu cũng hướng đến việc áp dụng các phương pháp quản lý nước thải và bảo vệ môi trường để đảm bảo sự phát triển bền vững của đô thị.

1.2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào hệ thống thoát nước tại khu trung tâm Thái Nguyên, bao gồm các tuyến cống, mương và các điểm ngập úng thường xuyên. Đối tượng nghiên cứu bao gồm các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội và các tác động của đô thị hóa đến hệ thống thoát nước.

II. Hiện trạng hệ thống thoát nước

Hệ thống thoát nước tại khu trung tâm Thái Nguyên hiện đang gặp nhiều vấn đề nghiêm trọng. Hệ thống được xây dựng từ nhiều năm trước và đã xuống cấp, dẫn đến tình trạng ngập úng thường xuyên. Quy hoạch hạ tầng không đồng bộ và thiếu sự quản lý hiệu quả đã làm trầm trọng thêm vấn đề. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình SWMM để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của hệ thống hiện tại.

2.1. Tình hình ngập úng

Các điểm ngập úng chính tập trung tại các khu vực như đường Lương Ngọc Quyến, gần Bệnh viện Đa khoa và cổng trường Đại học Sư phạm. Nguyên nhân chính bao gồm sự xuống cấp của hệ thống cống, lòng suối hẹp và thiếu sự quản lý hiệu quả.

2.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống

Sử dụng mô hình SWMM, nghiên cứu đã mô phỏng các trận mưa lớn và đánh giá khả năng thoát nước của hệ thống. Kết quả cho thấy nhiều tuyến cống không đáp ứng được yêu cầu thoát nước, dẫn đến tình trạng ngập úng kéo dài.

III. Giải pháp cải tạo và nâng cấp

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật để cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát nước tại khu trung tâm Thái Nguyên. Các giải pháp bao gồm việc tính toán lại lưu lượng thoát nước, thiết kế lại các tuyến cống và áp dụng các phương pháp quản lý dự án hiệu quả. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất việc sử dụng các giải pháp thoát nước bền vững (SUDS) để giảm thiểu tác động đến môi trường.

3.1. Tính toán thiết kế cống

Nghiên cứu đã tính toán lưu lượng thoát nước mưa và thiết kế lại các tuyến cống để đảm bảo khả năng thoát nước hiệu quả. Phương pháp cường độ giới hạn được áp dụng để xác định kích thước cống phù hợp.

3.2. Quản lý và vận hành

Để đảm bảo hiệu quả lâu dài, nghiên cứu đề xuất các phương pháp quản lý và vận hành hệ thống thoát nước, bao gồm việc xây dựng kế hoạch thoát nước, dự báo ngập úng và quản lý thông tin dữ liệu.

IV. Kết luận và kiến nghị

Luận văn thạc sĩ này đã đưa ra các phân tích chi tiết về hiện trạng và đề xuất các giải pháp cải tạo hiệu quả cho hệ thống thoát nước tại khu trung tâm Thái Nguyên. Các giải pháp được đề xuất không chỉ giúp giảm thiểu tình trạng ngập úng mà còn đảm bảo sự phát triển bền vững của đô thị. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng các phương pháp quản lý nước thải và bảo vệ môi trường trong quá trình phát triển đô thị.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Thái Nguyên có tổng diện tích tự nhiên đạt 18.970,48 ha cùng quy mô dân số ghi nhận 330.707 người, trong đó khu vực nội thành tập trung tới 248.030 người (chiếm gần 75% tổng dân số). Đi kèm với tốc độ đô thị hóa nhanh và mật độ dân cư tập trung cao, hệ thống thoát nước chung được cải tạo từ năm 2003 với tổng chiều dài 39,7 km mương cống hiện đã bộc lộ sự quá tải nghiêm trọng. Lượng mưa trung bình hàng năm lên tới 2007 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10 (chiếm 80-85% lượng mưa cả năm), kết hợp với các đợt mưa lớn lịch sử từng ghi nhận lượng mưa đạt 544 mm trong 24 giờ đã khiến các trục giao thông trọng yếu như Lương Ngọc Quyến, Hoàng Văn Thụ và Minh Cầu thường xuyên ngập sâu từ 0,3 m đến 0,6 m.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là giải quyết tình trạng ách tắc thủy lực cục bộ, suy giảm dung tích tự chảy và hiện tượng nước sông Cầu dâng cao tràn ngược vào đô thị. Mục tiêu cụ thể của luận văn nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng làm việc của 114 tuyến cống hiện hữu, xác định nguyên nhân cốt lõi gây ngập úng và ứng dụng mô hình thủy lực động lực học SWMM để mô phỏng khả năng thoát nước với trận mưa thiết kế chu kỳ 10 năm. Phạm vi nghiên cứu bao quát 15 tiểu lưu vực với tổng diện tích 325,62 ha tại vùng lõi trung tâm thành phố Thái Nguyên, sử dụng chuỗi số liệu khí tượng - thủy văn quan trắc liên tục 43 năm (1969-2011). Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp cơ sở khoa học chính xác giúp giảm trên 85% các điểm đen ngập úng, tối ưu hóa chi phí đầu tư hạ tầng và đảm bảo an sinh xã hội cho hơn 248.000 cư dân đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa hai nền tảng lý thuyết thủy văn - thủy lực kinh điển: lý thuyết dòng chảy không ổn định trong hệ thống mạng lưới kênh hở, cống ngầm (phương trình Saint-Venant kết hợp công thức Manning) và lý thuyết mô hình hóa dòng chảy mặt đô thị phi tuyến. Mô hình nghiên cứu chính là phần mềm động lực học SWMM (Storm Water Management Model) do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phát triển, cho phép mô phỏng chính xác sự biến đổi lưu lượng theo thời gian và quá trình truyền sóng lũ trong các đường dẫn kín.

Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng phương pháp phân bố mưa dạng khối xen kẽ của Chow (1988) nhằm xây dựng biểu đồ mưa thiết kế 24 giờ đỉnh nhọn dựa trên đường quan hệ Cường độ - Thời gian - Tần suất (IDF) theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 với các tham số khí hậu địa phương đặc trưng (A = 7710; C = 0,52; b = 28; n = 0,85). Nghiên cứu xoay quanh các khái niệm then chốt gồm: hệ số dòng chảy mặt (Runoff Coefficient), dung tích điều tiết hồ chứa (Storage Capacity), cao độ đỉnh ngập tràn (Surcharge Depth) và hệ thống thoát nước đô thị bền vững (Sustainable Drainage Systems - SUDS).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp đồng bộ từ các cơ quan quản lý chuyên ngành, bao gồm chuỗi số liệu quan trắc mực nước sông Cầu giai đoạn 1969-2011 từ Trạm thủy văn Gia Bảy, số liệu mưa trạm Khí tượng Thái Nguyên, hồ sơ hoàn công hạ tầng từ Ban Quản lý dự án thoát nước và bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 từ Viện Quy hoạch Thái Nguyên.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 15 tiểu lưu vực thoát nước với diện tích 325,62 ha, 107 nút giao thủy lực (Junctions), 114 đoạn cống truyền dẫn (Conduits), 2 hồ điều hòa lớn là hồ Xương Rồng (dung tích 421.667 m3, diện tích 120.356 m2) và hồ Cống Ngựa (dung tích 34.000 m3, diện tích 19.482 m2), cùng 7 cửa xả chính dẫn ra sông Cầu. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc phân chia lưu vực thủy văn tự nhiên kết hợp cấu trúc mạng lưới cống ngầm thực tế nhằm bao quát trọn vẹn toàn bộ vùng trũng trung tâm.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích tần suất FFC kết hợp mô hình hóa SWMM là vì công cụ này có khả năng giải quyết bài toán biên thủy lực phức tạp khi mực nước sông tiếp nhận dâng cao, vượt trội hơn hẳn các phương pháp tính toán thủy lực tĩnh truyền thống. Toàn bộ quá trình thu thập số liệu, khảo sát thực địa và chạy mô phỏng kiểm chứng được thực hiện chặt chẽ trong timeline nghiên cứu từ năm 2014 đến đầu năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả mô phỏng bằng mô hình SWMM đối với trận mưa cực đại 24 giờ ứng với chu kỳ lặp lại 10 năm (tần suất P = 10%, lượng mưa đỉnh đạt 93,45 mm/h) đã chỉ ra 3 phát hiện kỹ thuật mang tính bước ngoặt:

Thứ nhất, có tới hơn 60% các tuyến cống hiện trạng trên các trục đường huyết mạch rơi vào trạng thái quá tải nghiêm trọng. Điển hình là các tuyến cống hộp B600 trên đường Minh Cầu và cống B1000 trên đường Hoàng Văn Thụ có hệ số chứa đầy đạt 100%, xuất hiện tình trạng ngập tràn (surcharge) kéo dài từ 1,5 đến 3,5 giờ sau khi mưa đạt đỉnh.

Thứ hai, mô hình đã xác định chính xác các điểm nghẽn thủy lực trọng điểm tại nút J55 và các đoạn cống C7, C82, C108. Tại cổng Bệnh viện Đa khoa Trung ương và Đại học Sư phạm Thái Nguyên, chiều sâu ngập tính toán cục bộ dao động từ 0,35 m đến 0,45 m, khiến khả năng tiêu thoát nước mặt giảm hơn 70% so với yêu cầu thiết kế.

Thứ ba, nghiên cứu phát hiện sự phụ thuộc thủy lực tiêu cực giữa hồ điều hòa Xương Rồng và sông Cầu. Mực nước tính toán đỉnh lũ sông Cầu tại trạm Gia Bảy ứng với tần suất P = 10% đạt cao trình 27,49 m, vượt xa cao độ mực nước tối đa của hồ Xương Rồng (25,50 m) và cao độ bờ hồ (26,55 m), dẫn tới việc 2 cửa xả của hồ bị ngập sâu, làm mất hoàn toàn khả năng tiêu thoát tự chảy ra sông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng ngập úng nghiêm trọng là do quá trình đô thị hóa làm gia tăng diện tích mặt phủ không thấm trong khu vực nội thành 5.931 ha, làm tăng hệ số dòng chảy mặt lên trên 0,75. Đồng thời, khoảng cách bố trí ga thu nước quá xa (từ 50 m đến 100 m) cùng tình trạng bùn rác bồi lắng đã làm co hẹp hơn 30% tiết diện thoát nước hữu ích của các tuyến cống B500 - B800.

So sánh với nghiên cứu chống ngập tại thành phố Nha Trang năm 2013 và các đô thị lớn tại Việt Nam, các phát hiện này hoàn toàn tương đồng về mặt cơ chế ngập úng do tác động kép giữa quá tải nội tại và nghẽn dòng ngoài biên xả. Trong thực tế, các dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan thông qua đường quá trình lưu lượng theo thời gian (Q-t) tại các tuyến cống C108, C111, C112, kết hợp trắc dọc mực nước chi tiết (như tuyến cống C57-C62-C102 đường Minh Cầu) và bản đồ ngập lụt không gian. Kết quả này chứng minh rằng việc chỉ nạo vét cơ học đơn thuần sẽ không giải quyết được vấn đề nếu không có giải pháp cải tạo tiết diện cống và kiểm soát mực nước biên xả.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phân tích thủy lực từ mô hình SWMM, nghiên cứu đề xuất hệ thống 4 giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ:

Thứ nhất, tiến hành thay thế và nâng cấp 21,1 km tuyến cống không đủ tiết diện trên các trục đường Minh Cầu, Hoàng Văn Thụ, Lương Ngọc Quyến sang cống hộp bê tông cốt thép khẩu độ lớn từ B1200 đến B2300 theo phương pháp cường độ giới hạn. Mục tiêu nâng công suất tải lưu lượng mặt đường lên 150%, hoàn thành trong giai đoạn 2016-2020 do Ban Quản lý dự án thành phố chủ trì thực hiện.

Thứ hai, xây dựng trạm bơm tiêu thoát nước cưỡng bức tại khu vực cửa xả hồ Xương Rồng ra sông Cầu với lưu lượng thiết kế ước tính từ 5 đến 8 m3/s. Giải pháp này giúp chủ động hạ mực nước hồ xuống cao độ an toàn 23,50 m trước khi bão đổ bộ, ngăn chặn triệt để hiện tượng nước sông Cầu tràn ngược khi mực nước vượt ngưỡng 26,55 m, triển khai trong giai đoạn 2018-2022.

Thứ ba, tích hợp giải pháp thoát nước bền vững (SUDS) thông qua việc cải tạo 100% vỉa hè đường Hoàng Văn Thụ thành bề mặt thấm nước và phát triển các ô trữ nước mưa dạng vườn mưa gia đình. Mục tiêu giảm 20% lưu lượng đỉnh dòng chảy tràn mặt đường, giao Ủy ban nhân dân các phường trung tâm phối hợp cùng cộng đồng dân cư thực hiện thường xuyên.

Thứ tư, thiết lập hệ thống quan trắc mực nước tự động và phần mềm cảnh báo ngập lụt thời gian thực tại 7 cửa xả chính, kết hợp kế hoạch duy tu, nạo vét bùn lắng định kỳ 6 tháng/lần. Chủ thể thực hiện là Công ty Cổ phần Môi trường và Đô thị Thái Nguyên, áp dụng liên tục từ năm 2016 trở đi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

Nhóm thứ nhất là các cơ quan quản lý nhà nước như Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban nhân dân thành phố Thái Nguyên. Nhóm này có thể sử dụng trực tiếp các bản đồ ngập lụt và thông số thủy lực để phê duyệt quy hoạch tổng thể thoát nước đô thị đến năm 2030, tầm nhìn 2050.

Nhóm thứ hai là các đơn vị tư vấn thiết kế, kỹ sư công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị. Luận văn cung cấp case study chuẩn xác về quy trình ứng dụng phần mềm SWMM kết hợp tiêu chuẩn TCVN 7957:2008 để tính toán thủy lực mạng lưới cống và thiết kế trạm bơm tiêu úng.

Nhóm thứ ba là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Kỹ thuật Cấp thoát nước, Thủy văn, Kỹ thuật Tài nguyên nước tại các trường đại học kỹ thuật. Đề tài là tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp tiếp cận mô hình hóa động lực học và xử lý chuỗi số liệu khí tượng thủy văn 43 năm.

Nhóm thứ tư là các doanh nghiệp vận hành, quản lý hạ tầng đô thị. Tài liệu giúp định hình quy trình vận hành liên hồ chứa (hồ Xương Rồng, hồ Cống Ngựa) và lịch trình duy tu nạo vét hố ga khoa học, tiết kiệm 15-20% chi phí vận hành hàng năm.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình SWMM giải quyết bài toán ngập úng tại khu trung tâm thành phố Thái Nguyên như thế nào? Mô hình SWMM phân tích động lực học dòng chảy của 15 tiểu lưu vực trên diện tích 325,62 ha, kết nối 107 nút và 114 đoạn cống. Phần mềm mô phỏng chính xác sự lan truyền sóng lũ, trạng thái đầy cống và quá trình ngập tràn cục bộ theo từng phút ứng với trận mưa 24 giờ thiết kế.

Vì sao mực nước sông Cầu lại ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng ngập lụt nội đô? Mực nước đỉnh lũ sông Cầu tại trạm Gia Bảy ứng với tần suất 10% đạt tới 27,49 m, cao hơn cao trình bờ hồ Xương Rồng (26,55 m). Chênh lệch cột nước này làm tê liệt hoàn toàn khả năng tự chảy của 7 cửa xả, gây nghẽn dòng và ứ đọng nước mưa trong mạng lưới cống nội thành.

Giải pháp thoát nước bền vững (SUDS) được áp dụng cụ thể ra sao trong đề tài? Nghiên cứu đề xuất thay thế kết cấu vỉa hè đặc trên đường Hoàng Văn Thụ bằng lớp vật liệu thấm nước kết hợp các bồn cây, vườn mưa gia đình. Giải pháp này tăng cường khả năng ngấm nước tự nhiên xuống tầng đất chưa bão hòa, giúp cắt giảm đáng kể lưu lượng đỉnh tràn vào hệ thống cống.

Phương pháp khối xen kẽ của Chow có ưu điểm gì trong tính toán mưa thiết kế? Phương pháp của Chow (1988) giúp chuyển đổi đường cong IDF địa phương theo TCVN 7957:2008 thành biểu đồ mưa 24 giờ liên tục với khối mưa cường độ cực đại 93,45 mm/h đặt ở giữa. Điều này phản ánh sát thực tế diễn biến các trận mưa giông nhiệt đới tập trung tại khu vực miền núi phía Bắc.

Tại sao cần kết hợp cải tạo cống theo phương pháp cường độ giới hạn với xây dựng trạm bơm? Phương pháp cường độ giới hạn giúp tối ưu hóa kích thước hình học cống từ B1200 đến B2300 để gom nước nhanh nhất. Tuy nhiên, khi mực nước sông Cầu vượt mức 26,55 m, chỉ có trạm bơm tiêu cưỡng bức mới giải tỏa được áp lực nước ngược, đảm bảo tiêu thoát triệt để cho toàn đô thị.

Kết luận

• Đã số hóa và mô hình hóa thành công mạng lưới thoát nước khu trung tâm thành phố Thái Nguyên gồm 107 nút, 114 đoạn cống và 15 tiểu lưu vực bằng phần mềm SWMM.
• Xác định nguyên nhân gây ngập tại các tuyến đường Minh Cầu, Hoàng Văn Thụ là do tiết diện cống hiện trạng B600 - B1000 không đủ tải và mực nước sông Cầu dâng cao đạt 27,49 m làm tê liệt cửa xả.
• Đóng góp hệ thống giải pháp kỹ thuật toàn diện kết hợp giữa cải tạo cống kích thước lớn (B1200 - B2300), xây dựng trạm bơm tiêu hồ Xương Rồng và ứng dụng hạ tầng thấm nước SUDS.
• Đề xuất lộ trình triển khai hạ tầng công trình trọng điểm theo 2 giai đoạn chiến lược: nâng cấp mạng lưới cống ngầm (2016-2020) và hoàn thiện trạm bơm tiêu cưỡng bức (2018-2022).
• Khai thác ngay tài liệu nghiên cứu chuyên sâu này để áp dụng vào các dự án quy hoạch và hiện đại hóa hệ thống thoát nước đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện trên thế giới Vấn đề ngập lụt đô thị không chỉ có ở những đô thị của Việt Nam nói riêng mà đây là “vấn nạn” của nhiều đô thị trên thế giới, nhất là đô thị ở các nước đang phát triển- nơi đang có quá trình đô thị hóa quá nhanh nhưng thiếu những giải pháp quy hoạch quản lý và công trình hạ tầng thích ứng. Ngập lụt đô thị đã gây nên những tác động không nhỏ đến sinh hoạt của người dân: ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế, ô nhiễm môi trường sống… Vì vậy cũng đã có rất nhiều nghiên cứu cũng như giải pháp để phòng tránh úng ngập. Ở Malaysia đã có nghiên cứu với mô hình để áp dụng SWMM cho quản lý nước đô thị (Application of SWMM for Urban Stormwater Management: A Case Study with Modelling - Lai S. River Engineering and Urban Drainage Research Centre (REDAC), University Sains Malaysia, Engineering Campus, 14300, Nibong Tebal, Penang, Malaysia).

Nghiên cứu: Úng ngập đô thị trong những thập kỷ gần đây trong bốn thành phố lớn của Ấn Độ (Urban flooding in recent decades in four mega cities of India - U. Rase***Visiting faculty Department of Environment Science/ V. Pune, India and Former Additional Director General of Meteorology (Research), Pune *India Meteorological Department, Pune – 411005.2 Tổng quan về các nghiên cứu đã thực hiện ở Việt Nam Công tác chống ngập ở các thành phố lớn đang là một trong những vấn đề được quan tâm trong mục tiêu thích ứng với biến đổi khí hậu quốc gia. Tuy nhiên, thực trạng ngập lụt nhiều nơi trên địa bàn các thành phố lớn đã chứng tỏ công tác chống ngập vẫn còn nhiều bất cập.

Có rất nhiều nguyên nhân khác nhau gây ngập 4 úng và ứng với mỗi một thành phố sẽ có những biện pháp khác nhau để khắc phục thực trạng trên vì vậy việc nghiên cứu các nguyên nhân gây ngập úng và đề xuất các giải pháp chống ngập úng cho các thành phố ở Việt Nam là rât cần thiết, và thực tế đã có nghiên cứu về vấn đề này Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp chống ngập cho nội thành thành phố Nha Trang do PGS. Hoàng Văn Huân làm chủ nhiệm đề tài 2013. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống ngập cho thành phố HCM là đề tài do GS. Lê Sâm chủ nhiệm 2010.

Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1 Vị trí địa lý Hệ thống thoát nước khu trung tâm thành phố Thái Nguyên có vị trí như sau: - Phía Tây Bắc giới hạn là đường Lương Ngọc Quyến - Phía Nam giới hạn là đường Phan Đình Phùng - Phía Đông Nam giới hạn là đường Cách mạng tháng tám - Phía Đông Bắc giới hạn là đường Bắc Kạn 5 Hình 1.1: Bản vẽ hiện trạng hệ thống thoát nước khu trung tâm Thành phố Thái Nguyên 6 1.2 Địa hình và địa mạo Thành phố Thái Nguyên có địa hình dạng đồi bát úp, xen kẽ là ruộng thấp trũng dễ ngập úng khi có lượng mưa lớn. Cao độ nền xây dựng từ 26 m đến 27 m Cao độ tự nhiên thấp nhất từ 20 m đến 21 m Cao độ cao nhất từ 50m đến 60m Khí tượng Thành phố Thái Nguyên có khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm. Được chia làm bốn mùa rõ rệt: Xuân - hạ - thu - đông. Mang tính chất khí hậu chung của khí hậu miền Bắc nước ta.

Mưa : Thành phố Thái Nguyên nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm hàng năm, có lượng mưa khá phong phú. Một năm bình quân có 198 ngày mưa. Mùa mưa kéo dài từ tháng 4 – 10 và chiếm 80-85% tổng lượng mưa hàng năm. Lượng mưa TB năm H=2007mm.

Lượng mưa năm lớn nhất H max =3008mm. Lượngmưa năm ít nhất H min =977mm. Một số trận mưa lịch sử gây ra lũ đặc biệt lớn trên sông Cầu và gây ra ngập úng trong thành phố: - Ngày 9,10/ 08 / 1968 – Lượng mưa 118,7mm. - Từ 1-7giờ ngày 26/7/1973 – Lượng mưa 312mm.

- Ngày 25/7/1959 – Lượng mưa 544mm. Gió, bão: Thành phố Thái Nguyên ít chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão vì nằm xa biển.Theo tài liệu thống kê chỉ có một cơn bão ngày 2/7/1964 là đổ bộ qua Bắc Thái với sức gió tới cấp 9, có lúc giât tới cấp 10. Nhiệt độ ,độ ẩm: Nhiệt độ bình quân năm 220 – 230C. Độ ẩm tuyệt đối nhỏ nhất 2 - 2,5 milibar 7 Độ ẩm tuyệt đối cao nhất 30-32,5 milibar Độ ẩm tương đối trung bình ~ 80% Số giờ nắng trong năm 1690 giờ.

Số ngày có mây ~ 200 ngày trong năm. Tóm lại khí hậu Thành phố Thái Nguyên có nhiệt độ gió mùa nóng ẩm. Lượng mưa khá phong phú. Thuận lợi cho sự phát triển nông lâm nghiệp.

Khí hậu chia theo mùa rõ rệt thuận lợi cho việc xây dựng. Thuỷ văn, sông ngòi Thành phố Thái Nguyên nằm giữa hai con sông Cầu và sông Công do đó chịu ảnh hưởng của chế độ thuỷ văn của hai con sông này, đặc biệt là sông Cầu – nơi thoát nước chủ yếu của thành phố Thái Nguyên. Sông Cầu: F lv = 3489 Km2. Chiều dài đoạn qua tỉnh Bắc Thái L=206Km; Chiều dài sông Cầu đoạn qua Thành phố L=19Km.

Độ dốc bình quân lớn i=1,75% và cao độ lưu vực giảm dần từ Bắc xuống Nam. Phía Bắc lắm thác nhiều ghềnh,mùa mưa lũ nước chảy dữ dội,mùa kiệt nhiều đoạn lội qua dễ dàng. Đoạn từ Thái Nguyên đến hết tỉnh, lòng sông mở rộng, dòng sâu có vận tốc nhỏ hơn thượng lưu nhưng có tình trạng úng ngập khi có lũ lớn. Sông Công: Bắt nguồn từ núi Ba Lan thuộc huyện Định Hoá, diện tích lưu vực F= 951Km2 có độ dốc bình quân i=1,03%.Chiều dài L=96Km.

Trên sông Công có hồ núi Cốc dùng để điều tiết nước phục vụ cho nông nghiệp và cho sinh hoạt của TP Thái Nguyên, đồng thời là khu du lịch của TP. + Dung tích tb của hồ: W=160. + Đỉnh đập chính ở cao độ +50. + Đáy đập chính ở cao độ +24m.1: Một số đặc điểm của sông Cầu và sông Công Đặc điểm Đơn vị tính Trị số 1.

Sông Cầu - Lưu vực Km2 3489 - Chiều dài Km 206 - Lưu lượng bình quân mùa lũ m3/s 620 - Lưu lượng bình quân mùa cạn m3/s 6,5 - Độ dốc bình quân i% 1,75 2. Sông Công - Lưu vực Km2 951 - Chiều dài Km 96 - Lưu lượng bình quân mùa lũ m3/s 3,32 - Lưu lượng bình quân mùa cạn m3/s 0,32 - Độ dốc bình quân i% 1,03 Bảng 1.2: Đặc trưng đỉnh lũ lớn nhất ở một số vị trí trên sông Cầu (Đoạn chảy qua TP Thái Nguyên ) Vị trí Năm Hmax(cm) Hmax(cm) Ngày xuất hiện Mực nước mực nước cao thống kê hàng năm cao nhất nhất Cầu Gia Bảy 1961-1978 2588 2811 11/8/68 Chã 1961-1978 909 1135 20/7/71 Thác Huống 1961-1978 2382 2573 11/8/68 9 1. Điều kiện kinh tế xã hội 1.1 Dân cư Thành phố Thái Nguyên có 26 đơn vị hành chính cấp phường, xã bao gồm 18 phường, 8 xã và một phần đất xã Cao Ngạn, Đồng Bẩm thuộc huyện Đồng Hỷ. Dân số: Theo số liệu điều tra năm 2010 dân số Thành phố Thái Nguyên là: 330.707 người Nội thành: 248.030 người, chiếm tỷ lệ gần 75% so với tổng dân số toàn thành phố Ngoại thành: 82.670 người, chiếm tỷ lệ gần 25% so với tổng dân số toàn thành phố Bảng 1.3: Hiện trạng dân số trung bình hàng năm (2003-2010) TP T.

Nguyên: Năm Đơn vị 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Dân số toàn t. 225740 231413 237065 248221 257645 261821 287802 330707 phố Dân số thành thị 160760 168006 172299 179836 188519 193800 211247 248030 Dân số nông 64980 63407 64766 68385 69126 68021 76555 82670 thôn Tỷ lệ % DS thành thị so với 72.00 toàn TP Tình hình sử dụng đất Tổng diện tích toàn Thành phố Thái Nguyên: 17. Trong đó được chia ra : - Khu vực nội thành : 5.931 ha (chiếm : 33,5 %) - Khu vực ngoại thành : 11.776 ha (chiếm 66,5 %) + Đất xây dựng đô thị : 3.272,9 ha, bình quân 203,6 m2/người - Đất dân dụng : 2.396,1 ha, bình quân149 m2/người - Ngoài dân dụng : 876,8 ha, bình quân: 54,5 m2/người - Đất khác: 2.4: Hiện trạng dân số - đất đai thành phố Thái Nguyên Diện tích đất tự Dân số Mật độ dân số Stt Danh mục nhiên (ha) (người) (ng/km2) I Khu vực nội thành 6.644 1 Phường Tân Long 226 5. Phan Đình Phùng 270 13.

Trưng Vương 103 7.28 II Khu vực ngoại thành 11.457 241 8 Xã Phúc Hà 648 4045 624 Tổng cộng toàn thành phố 17.25 III Đất 02 xã thuộc huyện Đồng Hỷ 11.64 704 Nguồn số liệu: Phòng thống kê UBND Thành phố Thái Nguyên 11 Bảng 1.5: Hiện trạng sử dụng đất ST Diện tích Bình quân Danh mục sử dụng đất Tỷ lệ % T đất (ha) (m2/người) I Tổng cộng đất toàn thành phố 17.707 100 a Đất nội thành 5.931 369 33,5 b Đất ngoại thành 11.943 66,5 II Đất nội thành 5.931 368,9 100 A Đất xây dựng đô thị 3155,8 192,4 53,2 A1 Đất dân dụng 2396,1 146,1 40,4 1 Đất các đơn vị ở 1790,0 109,1 30,2 Trong đó: Đất vườn tạp 1075,3 65,6 18,1 2 Đất công trình công cộng 67,8 4,1 1,1 3 Đất cây xanh -TDTT 27,89 1,7 0,5 4 Đất giao thông 430,2 26,2 7,3 5 Đất cơ quan-trụ sở-CTCC cấp Tỉnh 80,29 4,9 1,4 A2 Đất ngoài dân dụng 759,7 46,3 12,8 1 Đất công nghiệp -TTCN 262,83 4,4 2 Đất an ninh - Quốc phòng 87,9 1,5 3 Đất trường đại học- trung học 319,75 5,4 chuyên nghiệp 4 Đất di tích lịch sử - Văn hoá 5,7 0,1 5 Đất các công trình đầu mối HTKT 13,9 0,2 6 Đất giao thông đối ngoại 37,3 0,6 7 Đất nghĩa địa 32,3 0,5 B Đất khác 2775,2 46,8 1 Đất nông nghiệp 2152,7 2 Đất chưa sử dụng 108,8 3 Đất thuỷ lợi- mặt nước chuyên dùng 117,1 4 Đất khai thác khoáng sản 5,1 5 Đất khác(sông ngòi, ao hồ,núi đá.Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội trong vùng 1. Định hướng tổ chức và phát triển không gian đô thị: - Về phía Bắc: Khai thác quỹ đất hiện có tại phường Tân Long để phát triển các khu công nghiệp - Phía Nam: Phát triển đến hết xã Lương Sơn. - Phía Tây: Tới xã Phúc Xuân, Phúc Trìu giáp khu du lịch hồ Núi Cốc. - Phía Đông mở rộng sang xã Cao Ngạn và xã Đồng Bẩm để khai thác cảnh quan hai bên sông Cầu.2 Định hướng phát triển hạ tầng kỹ thuật: a.

Định hướng quy hoạch giao thông đô thị - Hệ thống giao thông đối ngoại: Mạng lưới và cửa ngõ đối ngoại chính tập trung về QL 3 mới, QL 1B, tuyến đường Núi Cốc, cửa ngõ đi Bắc Giang.