Tài liệu Hướng dẫn sử dụng phần mềm SWMM

– Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 10 IV. Cấu tạo mạng lưới thoát nước trong SWMM SWMM dùng tập hợp các nút ( node ), các đoạn ống nối với các nút, hồ điều hòa, cửa xả, bơm. Để mô tả hệ thống mạng lưới thoát nước. Cấu tạo mạng lưới hệ thống thoát nước bao gồm các thành phần : Subcatchment( lưu vực), Raingage(trạm mưa), Junction(nút),Storage Units( hồ điều hòa),Conduits(đường ống), Pumps(bơm), Regulatiors(van điều khiển hay van một chiều ), Outfalls(cửa xả), mối liên hệ của từng bộ phân được thể hiện trong sơ đồ sau đây Hình 2: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong SWMM Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 11 V. Giao diện làm việc của mô hình SWMM Hình 3: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới chạy với SWMM Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 12 2. Các bước thực hiện mô phỏng một Project : ¾ Bước 1: Khai báo các thông số mặc định và các tùy chọn. ¾ Bước 2: Vẽ sơ đồ lưu lượng và mạng lưới công trình thoát nước. ¾ Bước 3: Khai báo các thông số của hệ thống. ¾ Bước 4: Chạy mô phỏng. ¾ Bước 5: Xem xét kết quả. ¾ Bước 6: Hiệu chỉnh thông số đầu vào và mô phỏng lại (nếu cần). a) Bước 1: Khai báo các thông số mặc định và các tùy chọn (Project/Defaults): o Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng Hình 5: Khai báo các ký hiệu cho từng đối tượng 9 Tuyø choïn ñeå giöõ nguyeân caùc kyù hieäu duøng cho caùc project khaùc ÆTraïm ño möa Æ Tieåu löu vöïc Æ Nuùt Æ Cöûa xaû Æ Cöûa chia nöôùc Æ Vuøng tröõ taïm nöôùc Æ OÁng daãn ( keânh, oáng, soâng ) Æ Bôm Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 13 o Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lưu vực Hình 6: Khai báo các giá trị mặc định cho tiểu lưu vực o Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đường dẫn. Hình 7: Khai báo các giá trị mặc định cho nút, đường dẫn. Æ Dieän tích löu vöïc ( ha) Æ Beà roäng löu vöïc ( m) Æ Ñoä doác trung bình Æ % tyû leä dieän tích khoâng thaám Æ Heä soá nhaùm Maning cuûa phaàn khoâng thaám & vuøng thaám Æ Löôïng nöôùc tröõ laïi treân vuøng khoâng thaám Æ Löôïng nöôùc tröõ laïi treân vuøng thaám Æ Phaàn hoaøn toaøn khoâng thaám Æ Giaù trò cho nuùt Æ Chieàu saâu max cuûa nuùt Æ Chieàu daøi conduit (m) Æ Loaïi Conduit Æ Heä soá nhaùm cuûa Conduit Æ Ñôn vò tính ( CMS – m3/s ) Æ Phöông phaùp tính : Dynamic Wave cho doøng chaûy khoâng oån ñònh Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 14 o Khai báo Map Option ( View / Map Options ) hoặc kích chuột phải tại hộp thoại Study Area Map Æ Options. Hình 8: Khai báo các giá trị mặc định cho Map Option b) Bước 2: Vẽ sơ đồ lưu vực và mạng lưới công trình thoát nước View Æ Back drop Æ Load Æ File mặt bằng đô thị cần đồ Æ ok Æ đồ lại đô thị theo mặt bằng trên. Hình 9: Trình tự vẽ sơ đồ lưc vực Khai baùo kyù hieäu tieåu löu vöïc Æ Khai baùo bieåu töôïng nuùt Æ Kyù hieäu bieåu töôïng ñöôøng oáng Æ Kyù hieäu nhaõn Æ Theå hieän caùc giaù trò treân maøn hình Æ Theå hieän kyù hieäu oáng Æ Loaïi muõi teân Æ Maøu neàn Æ Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 15 Có thể nhập 1 sơ đồ dạng File hay tạo sơ đồ biểu diễn ( trong đề tài này là tạo sơ đồ biểu diễn hoàn toàn mới ). Để xóa File mặt bằng đô thị vừa dẫn ta vào View Æ Back drop ÆUnload. Dùng các biểu tượng của lưu vực, cống, nút. Mô phỏng mặt bằng khu vực. Do đặc điểm khu vực ở phía bắc có 1 con kênh dùng để dẫn nước thải nên dựa vào đặc điểm này ta vạch hai tuyến thoát nước chính thu toàn bộ nước thải và nước mưa của lưu vực sau đó thải ra kênh, nhằm tận dụng khả năng tự làm sạch của hồ và điều tiết lưu lượng nước thải trong khu vực trước khi thải ra kênh thì nức thải sẽ dược dẫn vào hồ điều tiết. Hình 10: Sơ đồ mô phỏng mạng lưới thoát nước trong mô hình SWMM c) Bước 3: Khai báo các thông số của hệ thống c.1. Khai báo đối tượng tiểu lưu vực – Subcatchments Lưu vực con là một khu vực hứng nước nhỏ trong lưu vực đô thị, trong đó dòng chảy hình thành trong khu vực này đều chảy ra 1 điểm nào đó gọi là cửa ra của lưu vực. Người sử dụng phải chia khu vực nghiên cứu thành các khu vực con, nhỏ cho phù hợp và xác định cửa ra của từng lưu vực. Lưu vực con có thể bao gồm các khu vực thấm nước hoặc không thấm nước. Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 16 Quá trình thấm trong lưu vực con xuống tầng chưa bão hòa được mô phỏng bằng 1 trong 3 mô hình thấm khác nhau :Horton infiltration, Green- Ampt infiltration, SCS Curve number infiltration (trong đề tài này chọn mô hình thấn Horton). Bảng thống kê diện tích lưu vực (ha) Lưu vực 1 1.60 Lưu vực 10 1.61 Lưu vực 2 1.27 Lưu vực 11 1.36 Lưu vực 3 0.83 Lưu vực 12 0.75 Lưu vực 4 1.10 Lưu vực 13 0.71 Lưu vực 5 1.02 Lưu vực 14 1.08 Lưu vực 6 1.55 Lưu vực 15 1.19 Lưu vực 7 1.89 Lưu vực 16 0.82 Lưu vực 8 1.37 Lưu vực 17 0.77 Lưu vực 9 0.88 Bảng 2 : Diện tích các lưc vực Vì đây là khu đô thị mới được trải nhựa ở tất cả các con đường nên diện tích vùng thấm gần như chủ yếu trong các nhà dân do đó ta chọn diên tích này bằng 25% diện tích toàn bộ lưu vực, việc phân chia lưu vực dựa vào mặt bằng và cao trình mặt đất. Hình 11:Giao diện nhập số liệu cho lưu vực Æ Traïm möa phuï traùch Æ Nuùt nhaän nuôùc Æ Dieän tích löu vöïc ( ha) Æ Chieàu roäng chaûy traøn (m) Æ Ñoä doác maët ñaát ( %) Æ Tyû leä dieän tích khoâng thaám Æ Heä soá nhaùm Maning cuûa vuøng khoâng thaám & vuøng thaám Æ Lôùp nöôùc tröõ treân vuøng khoâng thaám & vuøng thaám ( mm) Æ Tyû leä dieän tích hoaøn toaøn khoâng tröõ (%) Æ Kieåu traøn Æ Tyû leä tham gia traøn Æ Phöông trình thaám ( Horton , Grenn-Apt) Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 17 c.2. Khai báo thông số đo mưa - Rain Gages Đối với những lưu vực rộng lớn thì sử dụng nhiều cơn mưa khác nhau, ở đây khu vực tính toán trong đề tài là khu vực nhỏ ( 31 ha ) nên chỉ cần lấy một cơn mưa cho toàn lưu vực. Số liệu của mưa thiết kế được lấy từ trạm đo Tân Sơn Nhất là trạm đo mưa tương đối nằm gần quận Bình Chánh. SWMM cho phép vào số liệu mưa cho một hoặc nhiều lưu vực con trong khu vực nghiên cứu. Số liệu mưa được đưa vào dưới dạng chuỗi số hoặc có thể dưới dạng File. Hình 12: Giao diện khai báo thông số đo mưa Các thông số chính của dữ liệu mưa : o Tên trận mưa (Name) o Kiểu mưa (Rain Format): bao gồm mưa thời đoạn, mưa thể tích, mưa tích lũy. Trong đề tài sử dụng số liệu mưa theo giờ ( Intensity – mm/h). o Khoảng thời gian mưa (Rain Interval): là đoạn thời gian giữa các lần ghi giá trị đo mưa. o Số liệu của trận mưa (Data sourse – Timeseries) Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 18 o Đơn vị tính ( mm, inch ) o Nhập giá trị trận mưa thiết kế : curves Æ Time Series Hình 13: Chuỗi thời gian mưa Hình 14: Đường đặc tính của trận mưa c.3. Khai báo đối tượng Nút – Junction ( nút thu nước ) Là điểm kết nối giữa các kênh hở, các hố ga chính trong hệ thống cống, hoặc là điểm nối giữa các đường ống cống, dòng chảy bên ngoài có thể đổ vào các Junctions này. Nút thu nước là nơi thu nhận toàn bộ lượng nước trên tiểu lưu vực đó (bao gồm nước mưa chảy tràn trên lưu vực, nước thải). Độ sâu chôn cống được nhập Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 19 thông qua độ sâu ban đầu của nút, thông thường cống thoát nước phải đặt sâu là để đảm bảo cho nó không bị phá hoại do tác động cơ học gây nên đồng thời cũng nhằm để đảm bảo 1 độ dốc cần thiết, sơ bộ có thể lấy bằng 1,5 m. Hình 15 : Sơ đồ chôn cống Hình 16: Giao diện nhập dữ liệu cho nút thu nước Invert Elev Z maët ñaát Max depth Initial depth Surcharge depth Æ Löu löôïng nhaäp theâm vaøo nuùt Æ Tra ̣m xử lý Æ Cao ñoä ñaùy hoá ga (m) Æ Chieàu saâu max cuûa hoá ga = Zgr – Z inv Æ Chieàu saâu nöôùc ban ñaàu cuûa hoá ga Æ Chieàu saâu lôùp nöôùc ngaäp khi traøn ra ngoaøi Æ Dieän tích bò ngaäp khi H > Hmax + H surcharge Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 20 o Khai báo thông số Inflow của Junction ( lưu lượng nhập thêm vào nút ) Hinh17: Giao diện nhập giá trị lưu lượng cho nút - Q chaûy vaøo heä thoáng ñeán töø nôi khaùc - Khai baùo baèng chuoãi thôøi gian Æ Nöôùc thaûi sinh hoaït Æ Khai baùo baèng giaù trò trung bình Æ Khai baùo baèng Time Pattern Doøng chaûy phaùt sinh töø löu vöïc khaùc, coù nguoàn goác töø möa, Ñöôïc khai baùo baèng Thuûy ñoà ñôn vò (Unit Hydrograph) vaø dieän tích löu vöïc. Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 21 c.4. Khai báo đối tượng tuyến thoát nước – Conduit Là các đường ống cống, các kênh có khả năng vận chuyển nước từ nút này đến nút khác trong hệ thống tiêu thoát nước. Hình dạng mặt cắt ngang của đường ống cống và kênh có rất nhiều hình dạng: tam giác, tròn, hình thang, hình vuông, chữ nhật các tham số đầu vào của các đường ống và kênh bao gồm: Hình 18: Giao diện nhập dữ liệu cho cống Để tiết kiệm diện tích, tận dụng tối đa khả năng dẫn nước, trong đề tài này sử dụng cống tròn có đường kính từ 800mm đến 1200mm. Æ Nuùt vaøo Æ Nuùt ra Æ Hình daïng Æ Chieàu saâu max (m) Æ Chieàu daøi (m) Æ Heä soá nhaùm Maning Æ Chieàu cao baäc chaûy vaøo (m) Æ Chieàu cao baäc chaûy ra (m) Æ Löu löôïng ban ñaàu ( m3/s) Æ Heä soá toån thaát cuïc boä ñaàu vaøo (0,5) Æ Heä soá toån thaát cuïc boä ñaàu ra (1) Æ Heä soá toån thaát cuïc boä khaùc treân ñoaïn coáng Æ Van ngaên moät chieàu ( yes = chaûy ra ) Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 22 c.5. Khai báo đối tượng hồ điều hòa - Storage Unit Tận dụng điều kiện tự nhiên có sẵn nhằm làm giảm chi phí xây dựng trạm xử lý cũng như góp phần điều hòa lưu lượng dòng chảy trong hệ thống trước khi nước thải được xả ra kênh sẽ được dẫn vào hồ, sau đó từ hồ nước sẽ theo cống dẫn và xả ra ngoài cửa xả. Trong SWMM - EXTRAN sử dụng chương trình Storage để diễn toán hồ chứa. Quá trhình diễn toán sông - hồ theo sơ đồ tổng quát như sau: Hình 19: Sơ đồ tổng quát diễn toán dòng chảy qua hồ chứa. Phương trình mô phỏng hồ chứa là phương trình cân bằng thể tích theo mối quan hệ trên trong bước thời gian Δ t : OI t V −=Δ Δ ( 2.9) Trong đó: OI − Là lượng dòng chảy vào và ra hồ chứa trong thời đoạn Δ t (m3/s) V Là lượng nước trong hồ chứa (m3). Hình 20: Mối quan hệ giữa chiều sâu và diện tích của hồ-Đường đặc tính của hồ I (Input) ) V O (Output) Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 23 Hình 21: Giao diện nhập dữ liệu cho hồ c.6. Khai báo đối tượng cửa xả – Outfall Là các nút của hệ thống tiêu thoát nước dùng để xác định các biên cuối cùng của hệ thống ở chế độ chảy sóng động lực học. Các điều kiện biên tại outfall có thể được mô tả bằng 1 trong các trạng thái quan hệ sau: Độ sâu dòng chảy thông thường hay critical, cao độ ở nhiều mức độ khác nhau, bị ảnh hưởng của triều, hoặc theo chuỗi thời gian. Cửa xả là nơi tiếp nhận nước từ hồ chứa và đưa ra ngoài kênh. Trong trường hợp này ta xem xét cửa xả không chịu ảnh hưởng của triều và trạng thái chảy là chảy tự do. Do cao trình đáy của hồ điều hòa -2m để nước có thể tự chảy và ngăn không cho bùn cát chảy theo ta chọn cao trình đáy cửa xả là -1,5m. Æ Doøng chaûy vaøo Æ Traïm xöû lyù Æ Cao ñoä ñaùy (m) Æ Chieàu saâu toái ña (m) Æ Chieàu saâu nöôùc ban ñaàu (m) Æ Dieän tích khu tröõ (m2 ) Æ Heä soá xeùt ñeán boác hôi ( 0 -1) Æ Ñöôøng cong hình daïng hoà - Teân ñöôøng cong dung tích – Storage Curve Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 24 Hinh 22: Giao diện nhập dữ liệu của cửa xả III. Các phương án tính toán Trong đề tài này tính cho hai trường hợp Trường hợp 1 : Nhằm kiểm tra khả năng chuyển tải nước thải trong cống và khả năng điều tiết của hồ chứa nên trường hợp này của chỉ xét ở một ảnh hưởng nhỏ của nước triều đến hệ thống thoát nước. Trường hợp 2 : Để đề tài phù hợp với thực tế và tận dụng hết khả năng mô phỏng của phần mềm thì trong trường này ta xét tới ảnh hưởng của mức nước triều lên hệ thống. Trường hợp bất lợi nhất là khi mưa trong ngày lớn nhất ứng với mực nước triều ngoài kênh là lớn nhất. Trong cả hai trường hợp này đều tính tiêu thoát nước cho trận mưa kéo dài trong vòng 3 giờ và hệ thống thoát nước phải tiêu trong vòng 30 phút để đảm bảo cho hệ thống không bị ngập và phù hợp với thực tế. - Löu löôïng nhaäp theâm - Cao ñoä ñaùy (m) - Coù / khoâng coù van ngaên trieàu - Traïng thaùi ƒ Free : chaûy töï do ( khoâng ngaäp ) ƒ Nor mal : möïc nöôùc taïi cöûa xaû laø doøng ñeàu ƒ Fixed : möïc nöôùc taïi cöûa xaû coá ñònh ƒ Tidal : möïc nöôùc dao ñoäng theo tr ieàu töøng giôø tr ong ngaøy ƒ Time Ser ies : möïc nöôùc dao ñoäng theo thôøi gian Hướng dẫn sử dụng SWMM – Thiết kế hệ thống thoát nước Designer by : Tống Đình Quyết – S7_46H - Đại Học Thủy Lợi – Cs2 Email : tongquyetdhtl@yahoo.com Tel : 0977.78.43.79 25 IV. Nội dung tính toán 9 Với trường hợp 1 : Từ các thiết lập ở trên ta tiến hành mô phỏng hệ thống thoát nước Vào General chọn: o lựa đơn vị lưu lượng: CMS (m 3 /s) o mô hình thấm: Horton o phương pháp lộ trình sóng: sóng động học – Dynamic Wave o và ấn định việc không cho ngập: Allow