Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình mô phỏng đánh giá hệ thống tiêu trạm bơm phù đổng huyện gia lâm thành phố hà nội và đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình mô phỏng đánh giá hệ thống tiêu trạm bơm Phù Đổng, Gia Lâm, Hà Nội, đề xuất giải pháp cải tạo nâng cấp hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Bổng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tuấn Anh
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Cấp thoát nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Mô Hình Mô Phỏng Đánh Giá Hệ Thống Tiêu Trạm Bơm Phù Đổng, Gia Lâm, Hà Nội Và Giải Pháp Cải Tạo
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng là công cụ quan trọng trong việc đánh giá hệ thống tiêu nước, đặc biệt là trong bối cảnh trạm bơm Phù Đổng. Mô hình này cho phép phân tích và dự đoán hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Việc ứng dụng mô hình mô phỏng giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tiêu nước, từ đó đưa ra các giải pháp cải tạo hiệu quả. Theo nghiên cứu, mô hình mô phỏng có thể giúp tối ưu hóa quy trình quản lý nước, giảm thiểu tình trạng ngập úng và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước. "Mô hình mô phỏng không chỉ là công cụ phân tích mà còn là nền tảng cho các quyết định cải tạo hệ thống".

1.1. Tính toán và mô phỏng dòng chảy

Việc tính toán dòng chảy trong hệ thống tiêu nước là một phần quan trọng trong mô hình mô phỏng. Các thông số như lưu lượng, mực nước và tốc độ dòng chảy được xác định thông qua các phương pháp mô phỏng hiện đại. Mô hình SWMM (Storm Water Management Model) được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trong hệ thống kênh của trạm bơm Phù Đổng. Kết quả cho thấy, việc áp dụng mô hình này giúp xác định chính xác các điểm ngập úng và đề xuất các biện pháp khắc phục. "Mô phỏng dòng chảy là bước đầu tiên trong việc cải tạo hệ thống tiêu nước".

II. Đánh giá hiện trạng hệ thống tiêu nước

Đánh giá hiện trạng của hệ thống tiêu nước là cần thiết để hiểu rõ các vấn đề đang tồn tại. Hệ thống trạm bơm Phù Đổng hiện tại đã xuống cấp nghiêm trọng, với nhiều thiết bị không còn hoạt động hiệu quả. Các công trình tiêu nước như kênh và trạm bơm cần được kiểm tra và nâng cấp. Theo số liệu thu thập, tình trạng ngập úng diễn ra thường xuyên, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân. "Việc đánh giá hiện trạng không chỉ giúp nhận diện vấn đề mà còn là cơ sở để đề xuất các giải pháp cải tạo".

2.1. Nguyên nhân gây ngập úng

Nguyên nhân chính gây ngập úng trong khu vực là do sự phát triển đô thị hóa nhanh chóng, làm giảm khả năng tiêu thoát nước của hệ thống. Bên cạnh đó, sự xuống cấp của các công trình tiêu nước cũng góp phần làm gia tăng tình trạng ngập úng. Các yếu tố như bồi lắng trong kênh, hư hỏng thiết bị bơm và sự thay đổi trong lưu lượng nước cũng cần được xem xét. "Nhận diện nguyên nhân là bước quan trọng để tìm ra giải pháp khắc phục hiệu quả".

III. Đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống

Để cải tạo và nâng cấp hệ thống tiêu nước, cần thực hiện một số giải pháp cụ thể. Đầu tiên, việc thay thế và nâng cấp các thiết bị bơm là cần thiết để tăng cường hiệu suất hoạt động. Thứ hai, cần thực hiện nạo vét và làm sạch các kênh tiêu để đảm bảo dòng chảy không bị cản trở. Cuối cùng, việc áp dụng công nghệ mới trong quản lý nước sẽ giúp tối ưu hóa quy trình tiêu thoát nước. "Giải pháp cải tạo cần được thực hiện đồng bộ và có sự tham gia của các bên liên quan".

3.1. Tính toán phương án cải tạo

Tính toán phương án cải tạo hệ thống tiêu nước cần dựa trên các số liệu thực tế và mô hình mô phỏng. Các thông số như lưu lượng tiêu, mực nước và hiệu suất bơm cần được phân tích kỹ lưỡng. Việc áp dụng các phần mềm mô phỏng sẽ giúp đưa ra các phương án tối ưu nhất cho hệ thống. "Tính toán chính xác là yếu tố quyết định đến thành công của các giải pháp cải tạo".

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Điều kiện tự nhiên 1. Vị trí địa lý Hệ thống trạm bơm tiêu Phù Đổng nằm phía đông bắc huyện Gia Lâm phụ trách tiêu úng cho lưu vực bao gồm ba xã: Phù Đổng, Trung Mầu, Ninh Hiệp, và một phần diện tích của huyện tiên du tỉnh Bắc Ninh, đây là vùng trọng điểm về úng của huyện. Lưu vực được giới hạn như sau: - Phía Nam và phía Đông giáp sông Đuống.

- Phía Tây giáp xã Ninh Hiệp và xã Dương Hà. - Phía Bắc giáp xã Phù Chẩn, thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh. Tổng diện tích lưu vực tiêu là: 690 ha, toàn bộ diện tích tiêu đã được quy hoạch thành đất đô thị đến năm 2030. Đặc điểm địa hình Cao độ trong lưu vực dao động từ +4,50 đến +6,50; cao độ phổ biến trong lưu vực từ +5,0 đến +5,50.

Khu dân cư có cao độ lớn hơn +6,0; Diện tích canh tác nông nghiệp hiện tại có cao độ thấp thường nhỏ hơn +6,0. Hướng dốc địa hình từ Tây sang Đông, từ Bắc xuống Nam. Địa chất công trình Dựa vào kết quả khoan khảo sát ngoài hiện trường và kết quả phân tích các mẫu đất trong phòng thì khu vực khảo sát có thể chia ra các lớp đất sau: - Lớp 1: Bùn hữu cơ màu đen. - Lơp 2: Sét pha xám ghi, xám vàng.

Trạng thái chảy. - Lớp 3: Cát hạt nhỏ xám, xám đen, xám vàng. Kết cấu chặt vừa. - Lớp 4: Sét xám vàng, xám xanh loang lổ.

Trạng thái dẻo cứng. - Lớp 5: Cát hạt nhỏ - vừa xám xanh, xám vàng. Kết cấu chặt vừa. Đặc điểm khí tượng thủy văn 1.

Khí tượng Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Hữu Bổng-CH19CTN 13 Vùng dự án hệ thống tiêu Phù Đổng là một vùng nhỏ trong hệ thống khí tượng thủy văn của toàn vùng đồng bằng Bắc bộ nói chung và Hà Nội nói riêng. Mang tính chất nhiệt đới gió mùa phân thành hai mùa rõ rệt. - Nhiệt độ: Bình quân 230C. Mùa hè cao nhất là 39.

Mùa đông thấp nhất là 60C. Trung bình là 180C. - Mưa: Tổng lượng mưa bình quân năm 1.680mm, tập trung vào các tháng 6 – 9 chiếm 80 – 90% lượng mưa cả năm. Lượng mưa năm cao nhất: 2.

Số ngày mưa trung bình năm là 126 ngày. - Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm là 84%, cao nhất vào tháng 8 khoảng 88 – 90%, thấp nhất vào tháng 1 là 80%. - Gió bão: Về mùa đông: Hướng gió chính là hướng Đông Bắc – Tây Nam. Về mùa hè: Hướng gió chính là Đông Nam – Tây Bắc Tốc độ gió 2,5 – 3m/s Mùa hè cũng là mùa lũ, bão xuất hiện nhiều, thường tập trung vào các tháng 7 và 8.

Trung bình mỗi năm từ 3 đến 5 cơn bão ảnh hưởng tới đồng bằng và trung du Bắc Bộ. - Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm: 1.019mm + Tháng cao nhất: 109mm + Tháng thấp nhất: 5mm 1. Thủy văn sông ngòi Sông Đuống là một con sông dài 68 km, nối sông Hồng với sông Thái Bình. Điểm đầu từ ngã ba Dâu (xã Xuân Canh, huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội tại địa giới giữa 2 đơn vị hành chính là huyện Đông Anh và quận Long Biên của thành phố Hà Nội).

Điểm cuối là ngã ba Mỹ Lộc (xã Trung Kênh, huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh).Về tổng thể sông Đuống chảy theo hướng tây-đông. Nó là một phân lưu của sông Hồng, trước đây chỉ là một dòng sông nhỏ, do cửa nối với sông Hồng bị Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Hữu Bổng-CH19CTN 14 cát bồi cao nên chỉ khi sông Hồng có lũ lớn mới tràn qua được. Từ năm 1958, cửa sông được mở rộng để trở thành một phân lưu quan trọng giảm sức uy hiếp của lũ sông Hồng đối với Hà Nội. So với lượng lũ của sông Hồng tại Sơn Tây thì sông Đuống tiêu được 20-30 %.

Lưu lượng nước trung bình đạt khoảng 1. Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất 9. Mực nước cao nhất tại bến Hồ vào tháng 8 năm 1945 là 9,64 m, cao hơn so với mặt ruộng là 3–4 m. Sông Đuống có hàm lượng phù sa cao, vào mùa mưa trung bình cứ 1 m³ nước có 2,8 kg phù sa.Theo số liệu quản lý vận hành hệ thống tiêu Phù Đổng, mực nước lũ của sông Đuống tại vị trí trạm bơm vào khoảng 8 ~ 11,5m.

Mực nước này sẽ ảnh hưởng lớn đến quy trình tiêu úng của Huyện Gia Lâm.1 : Số liệu mực nước sông Đuống, trạm Thượng Cát STT Năm Z-1 ngày max Z-5 ngày max 1 1989 958 913 2 1990 1127 1097,8 3 1991 1076 1042,4 4 1992 1076 1039,6 5 1993 925 890 6 1994 1017 998,2 7 1995 1110 1099,8 8 1996 1173 1139 9 1997 1060 1035,8 10 1998 1051 1045,2 11 1999 1050 1027,2 12 2000 1076 1026,6 13 2001 1073 1028 14 2002 1138 1113,4 15 2003 891 832,6 16 2004 1048 979,8 17 2005 896 848,4 18 2006 942 905,6 19 2007 930 890,4 20 2008 974 937,6 21 2009 818 798,8 22 2010 567 536,6 Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Hữu Bổng-CH19CTN 15 1. Tình hình dân sinh - kinh tế – xã hội Vùng dự án nâng cấp cải tạo hệ thống trạm bơm tiêu Phù Đổng, huyện Gia Lâm gồm có xã Phù Đổng, xã Ninh Hiệp và xã Trung Mầu. Các xã này nằm ở phía Đông Nam của huyện, xa trung tâm huyện. Cơ cấu cây trồng ở đây được bố trí chủ yếu là lúa và màu, hệ số quay vòng thấp.

Ngoài hai vụ chính, số diện tích cây trồng vụ đông không đáng kể, thường chỉ là khoai lang và ngô. Vụ mùa theo tập quán canh tác, nông dân trong vùng vẫn gieo trông các loại giống lúa dài ngày như Mộc Tuyền, Bao Thai Hồng nên thời gian vụ mùa thường kéo rất dài so với các khu vực khác. Năng suất sản lượng nông nghiệp thấp do thường xuyên bị úng ngập. Đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn.

Phương hướng phát triển kinh tế xã hội trong vùng Phương hướng chung về phát triển nông nghiệp và xây dựng nông thôn của huyện Gia Lâm là: - Phát huy nội lực khai thác triệt để tiềm năng đất đai, cơ sở vật chất kỹ thuật, từng bước chuyển dịch cơ cấu sản xuất nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hoá, mở mang ngành nghề thủ công trong nông nghiệp. Từng bước giải quyết lao động và việc làm tăng thu nhập cho người lao động thực hiện chương trình hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn. - Từng bước đưa công nghiệp vào phục vụ nông nghiệp nhằm tăng năng suất lao động và chất lượng hàng hoá. - Tiếp tục củng cố quan hệ sản xuất, tăng cường cơ sở vật chất kỹ thuật cho nông nghiệp và nông thôn như điện, đường, trường, trạm và các cơ sở hạ tầng kỹ thuật khác.

Thực hiện tốt các chính sách xã hội, từng bước cải thiện đời sống vật chất, tinh thần cho nhân dân. - Từng bước cải tạo, nâng cấp các công trình trọng điểm chống úng, trong đó có hệ thống tiêu Phù Đổng. Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Hữu Bổng-CH19CTN 16 CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG TIÊU NƯỚC VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY ÚNG NGẬP 2. Hiện trạng các công tình tiêu nước Hình 2-1: Bản đồ lưu vực tiêu trạm bơm Phù Đổng 2.

Khu đầu mối Trạm bơm xây dựng năm 1974, gồm 25 máy bơm loại 12LTX40. Đến nay, trải qua 37 năm khai thác sử dụng, công trình đã xuống cấp toàn bộ, từ máy móc đến nhà trạm, công trình nối tiếp. Hiện trạng trạm bơm Phù Đổng Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Hữu Bổng-CH19CTN 17 Máy bơm và động cơ cũ, hiệu suất thấp, hay hỏng hóc; đường ống cũ nát, hoen gỉ, thủng rỗ nhiều chỗ, gây rò rỉ nước; hệ thống điện cũ nát, các thiết bị đóng mở điện không an toàn và đồng bộ; mái nhà máy bị dột thấm gây nên hiện tượng bong tróc lớp vữa trát, cốt thép bỉ hở, han gỉ; nền nhà máy bị bong tróc, luôn ẩm ướt; tường nhà máy bị bong tróc lớp trát, ẩm ướt; toàn bộ hệ thống cửa đều cũ nát, hư hỏng; kích thước nhà máy rất chật hẹp do các tổ máy bơm bố trí so le gây khó khăn cho việc quản lý, vận hành. Ngoài ra, hệ thống kênh tiêu, bể hút, bể tháo, nhà quản lý, cống qua đê cũng xuống cấp nghiêm trọng, không đảm bảo việc tiêu nước trong mùa mưa.

Từ thực trạng trên khẳng định rằng hệ thống tiêu trạm bơm Phù Đổng hiện nay không đáp ứng được nhu cầu hiện tại, riêng trạm bơm đầu mối là một trong số các trạm bơm cũ nát và xuống cấp nhất của Xí nghiệp ĐTPT thủy lợi Gia Lâm, Hà nội gây rất nhiều khó khăn cho công tác tiêu úng và phòng chống lụt bão của Xí nghiệp trên địa bàn. Lưu lượng tiêu bơm thực tế hiện nay chỉ đạt khoảng 60% so với lưu lượng thiết kế do vậy thường phải kéo dài thời gian bơm. Do thời gian sử dụng đã lâu mái nhà máy đã bị dột, thấm nhiều, lớp vữa trát bong tróc hầu hết, hở cốt thép trong và hoen gỉ. Nền nhà máy thấp và nằm ngay trên mái dốc của đê nên thường xuyên bị nước mái đê tràn vào khi mưa lớn gây ẩm thấp.

Tường nhà xây gạch chỉ đã bong tróc nhiều lớp trát, ẩm mốc, nhiều vết nứt dài xuất hiện. Song sắt cửa sổ hoen gỉ, các cánh cửa chỉ đóng tạm bợ. Bố trí máy bơm trong nhà quá gần nhau khiến đi lại vận hành gặp nhiều khó khăn, đặc biệt khi một máy rò điện thì có thể ảnh hưởng tới nhiều máy bên cạnh. Hệ thống kênh và công trình trên kênh Hệ thống kênh tiêu đất đã sử dụng từ rất lâu lòng kênh bị bồi lắng không được nạo vét khai thông nên mặt cắt bị thu hẹp nhiều, khả năng tiêu thoát nước kém gây ứ đọng cục bộ, mặt khác hệ thống các công trình trên kênh đã được xây dựng từ rất lâu, với kích thước nhỏ hẹp kết cấu cũ nên đã vỡ lở nhiều và xuống cấp nghiêm trọng, vô hình chung tạo nên những tường chắn nước trên kênh.

Hệ thống kênh tiêu chính Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Hữu Bổng-CH19CTN 18 Kênh tiêu chính: dài 1735,91m. Hiện trạng là tuyến kênh đất, chiều rộng đáy kênh thay đổi từ 3m~12m; đáy kênh bị bồi lắng nhiều làm giảm khả năng chuyển tải nước mặc dù thoáng nhìn mặt nước khá rộng. Hai bờ kênh bị sạt lở nhiều, những vị trí đi qua khu dân cư thường bị dân lấn chiếm, một số vị trí dân trồng cây lấy gỗ như bạch đàn., Đoạn từ bể hút trạm bơm đến kênh Đổng Viên có bờ trái kết hợp đường giao thông đã được dải nhựa (đường tỉnh lộ 179). Các tuyến kênh nhánh của hệ thống * Tuyến kênh đường giao thông (1.