Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KIỂM SOÁT NƯỚC MƯA
CỦA CÁC CƠNG TRÌNH THỐT NƯỚC BỀN VỮNG:
ÁP DỤNG CHO KHU VỰC THƯỢNG THANH, GIA LÂM, HÀ NỘI
Đặng Minh Hải
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Q trình đơ thị hóa đã làm gia tăng diện
tích bề mặt khơng thấm nước trên các lưu
vực thoát nước.Kết quả là giảm thời gian tập
trung dòng chảy và tăng lưu lượng dòng
chảy đỉnh vào hệ thống thoát nước, gây quá
tải cho hệ thống thốt nước. Nhằm kiểm sốt
dịng chảy nước mưa trên các lưu vực đang
diễn ra q trình đơ thị hóa, các giải pháp
thoát nước bền vững (LID-Low Impact
Development) đã được sử dụng rộng rãi trên
thế giới. Nguyên lý của LID là giữ lại dịng
chảy nước mưa thơng qua q trình trữ, thấm
và bốc hơi trên lưu vực.
Hiệu quả kiểm sốt dịng chảy nước mưa
bởi các cơng trình LID đã được nghiên cứu
bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới bằng
mơ hình vật lý hoặc mơ hình số. Các giải
pháp LID có thể giảm lưu lượng dịng chảy
đỉnh vào hệ thống thốt nước từ 10% đến
50%. Hiệu quả kiểm sốt dịng chảy nước
mưa của các giải pháp LID đối với mưa thời

đoạn ngắn tốt hơn so với mưa thời đoạn dài.
Ở Việt Nam, đánh giá hiệu quả của giải pháp
LID như mái nhà xanh, ô chứa sinh học và
lát bề mặt bằng vật liệu thấm nước tới việc
giảm lưu lượng dòng chảy nước mưa lưu vực
Thị Nghè, thành phố Hồ Chí Minh đã được
thực hiện bởi Loc et al.[1]. Các cơng trình
này đã giảm lưu lượng đỉnh từ 3% đến 20%.
Tuy nhiên, những nghiên cứu tương tự như
vậy đối với các lưu vực khác vẫn cịn hạn
chế. Thêm vào đó, đánh giá hiệu quả của các
cơng trình LID đối với các trận mưa thiết kế
khác nhau vẫn chưa được thực hiện.

Bài báo này tập trung vào việc (1) đề xuất
các cơng trình LID áp dụng cho khu vực
Thượng Thanh, Hà Nội; (2) Đánh giá hiệu
quả giảm dòng chảy nước mưa của giải pháp
LID đề xuất.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vùng nghiên cứu
Vùng nghiên cứu thuộc lưu vực sông Cầu
Bây, Hà Nội. Địa hình có hướng dốc từ Tây
Bắc đến Đơng Nam. Cao độ địa hình thay
đổi từ +7.2m đến +3.2m. Khí hậu của khu
vực là nhiệt đới gió mùa. Mùa khơ bắt đầu từ
tháng 11 đến tháng 4, mùa mưa bắt đầu từ
tháng 5 đến tháng 10, chiếm 80% lượng mưa
của cả năm. Nước mưa và nước thải của khu

vực được đổ ra sơng Cầu Bây, sau đó đổ vào
sơng Bắc Hưng Hải tại cống Xn Thụy.
Sơng Cầu Bây có chiều dài là 12.7km, chiều
rộng biến đổi từ 10m đến 32m. Quá trình đơ
thị hóa nhanh chóng đã làm gia tăng diện
tích không thấm nước trong khu vực Thượng
Thanh, gây ngập lụt thường xun.
2.2. Mơ hình SWMM 5.1
Mơ hình SWMM 5.1 là mơ hình thủy văn
thủy lực bán phân bố [2]. Lưu lượng dòng
chảy trên các tiểu lưu vực được xác định
theo mơ hình hồ chứa phi tuyến. Dịng chảy
trong hệ thống truyền dẫn được diễn tốn
theophương trình Saint - Venant 1 chiều cho
dịng chảy khơng ổn định biến đổi chậm.

338


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

2.3. Mơ hình mưa thiết kế
Căn cứ vào đặc điểm về địa hình của lưu
vực Thượng Thanh, thời đoạn mưa thiết kế
được chọn là 3h. Mơ hình mưa thiết kế
tương ứng với chu kỳ lặp lại khác nhau (2
năm, 10 năm và 100 năm) được xác định
theo các bước sau: (1) Tính cường độ mưa
theo phương pháp cường độ giới hạn theo
TCVN 7957:2008; (2) Tính độ sâu mưa

tương ứng với các thời đoạn mưa;(3)Tính
các khối mưa; (4) Sắp xếp các khối mưa theo
phương pháp khối xen kẽ của Chow et al. [3]
với hệ số trước đỉnh được lấy là 0.5.
2.4. Thiết lập mơ hình
Mơ hình SWMM được thiết lập cho tồn
bộ 5553 ha của lưu vực sơng Cầu Bây. Sau
khi hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình, chỉ khu
vực phường Thượng Thanh được lựa chọn để
ứng dụng các giải pháp LID (Hình 1). Các
bước thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mơ
hình được mơ tả kỹ trong nghiên cứu của Hải
[4]. Diện tích của khu vực nghiên cứu 490.3
ha bao gồm 21 tiểu lưu vực.

học (BIOR), vật liệu phủ thấm nước
(PMPV), hộp trồng cây (TRBX) và ô trồng
cây cho dịng chảy qua (FTPT).Các thơng số
cơ bản của các cơng trình LID lựa chọnđược
tham khảo từ Hải (2019). Loại và số lượng
của các cơng trình LID ở mỗi tiểu lưu vực
được xác định thỏa mãn chi phí đầu tư xây
dựng là nhỏ nhất nhưng hiệu quả giảm lưu
lượng dòng chảy là cao nhất. Tập hợp các
phương án LID tối ưu đồng thời thỏa mãn 2
mục tiêu trên đã được xác định bởi Hải
(2019). Trong bài báo này, trên cơ sở phân
tích điều kiện kinh tế xã hội của khu vực,
chọn phương án LID (trong tập hợp các
phương án tối ưu) có chi phí xây dựng là

13.8 triệu USD. Số lượng các cơng trình LID
của phương án chọn gồm: 475 BIOR; 2682
FTPT; 13 PMPV; 213 TRBX.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hình 2. Đường q trình lưu lượng
cho trường hợp thốt nước truyền thống
và trường hợp ứng dụng LID với trận mưa
thiết kế có chu kỳ lặp lại 10 năm

Hình 1. Sơ đồ mơ phỏng hệ thống
thốt nước lưu vực sơng Cầu Bây
2.5. Mơ phỏng LID
Trên cơ sở phân tích đặc điểm sử dụng
đất, mức độ đơ thị hóa, kế hoạch phát triển
hạ tầng (giao thơng, hệ thống thốt nước)
của phường Thượng Thanh, bài báo này lựa
chọn 4 loại cơng trình LID gồm: ơ chứa sinh

Hình 2 mơ tả diễn biến của lưu lượng dịng
chảy tại vị trí cống Lâm Thịnh, nơi dịng chảy
từ lưu vực Thượng Thanh tập trung vào sơng
Cầu Bây cho cả trường hợp không áp dụng
LID (truyền thống) và áp dụng LID. Nhận
thấy, mặc dù có giá trị nhỏ hơn nhưng dạng
đường quá trình lưu lượng khi áp dụng LID
tương tự như dạng đường quá trình lưu lượng
của mơ hình truyền thống. Kết quảtương tự
cũng được quan sát đối với đường q trình
dịng chảy của các trận mưa có chu kỳ lặp lại

10 năm và 100 năm.

339


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

Bảng 1. Kết quả mô phỏng ứng với các trận mưa có chu kỳ lặp lại khác nhau
P=2 năm
TT

Thơng số

Truyền
thống

LID

P=10 năm
Thay Truyền
đổi
thống

LID

P=100 năm
Thay Truyền
đổi thống

LID


Thay
đổi

173

0

1

Lượng mưa (mm)

90

90

0

124

124

0

173

2

Tổng lượng dòng
chảy (103 m3)


50.7

44.9

5.8

76.6

68.2

8.4

114.2

3

Lưu lượng đỉnh (l/s)

1901

1517

384

3196

2626

569


5643.3 4689.4 953.9

4

Thời gian tập trung
dòng chảy (phút)

200

300

-100

240

250

10

210

220

10

5

Thời gian sinh dòng
chảy (phút)


150

160

-10

150

160

-10

140

150

-10

Bảng 1 so sánh các đặc trưng của đường
quá trình lưu lượng giữa trường hợp thoát
nước truyền thống và trường hợp áp dụng
LID. Lượng mưa 3h tương ứng với chu kỳ lặp
lại 2 năm, 10 năm và 100 năm lần lượt là
90mm, 124mm và 173mm. Khi áp dụng mơ
hình LID, tổng lượng dịng chảy giảm 11% so
với thoát nước truyền thống cho cả hai trận
mưa có chu kỳ lặp lại 2 năm và 10 năm. Hiệu
quả giảm tổng lượng dòng chảy tăng lên 13%
đối với trận mưa có chu kỳ lặp lại 100 năm.

Khi chu kỳ lặp lại của trận mưa tính tốn tăng
lên thì hiệu quả kiểm soát lưu lượng đỉnh sẽ
giảm. Cụ thể là, hiệu quả giảm lưu lượng đỉnh
lần lượt là 20%, 18% và 17% tương ứng với
các trận mưa tính tốn có chu kỳ lặp lại là 2
năm, 10 năm và 100 năm. Thời gian tập trung
dòng chảy tăng lên đáng kể (100 phút) đối với
trận mưa có chu kỳ lặp lại 2 năm và tăng lên
không nhiều đối với trận mưa có chu kỳ lặp
lại 10 năm và 100 năm (10 phút). Thời gian
sinh dòng chảy đều tăng 10 phút khi trận mưa
tính tốn thay đổi. Như vậy, khi chu kỳ mưa
tăng lên thì hiệu quả giảm lưu lượng dịng
chảy đỉnh sẽ giảm trong khi hiệu quả giảm
tổng lượng dòng chảy lại tăng.
4. KẾT LUẬN

Hiệu quả kiểm sốt dịng chảy nước mưa
của các giải pháp LID như ô chứa sinh học
(BIOR), vật liệu phủ thấm nước (PMPV), hộp
trồng cây (TRBX) và ơ trồng cây cho dịng

99.56 14.64

chảy qua (FTPT)được đánh giá bằng việc sử
dụng mơ hình SWMM 5.1. Kết quả cho thấy
khi chu kỳ lặp lại của trận mưa 3h thay đổi từ
2 năm, 10 năm và 100 năm thì các đặc trưng
của đường q trình lưu lượng dịng chảy
nước mưa của khu vực Thượng Thanh sẽ

thay đổi. Hiệu quả kiểm sốt dịng chảy đỉnh
lần lượt là 20% (chu kỳ lặp lại 2 năm),
18%(chu kỳ lặp lại 10 năm) và 17% (chu kỳ
lặp lại 100 năm), cao hơn so với hiệu quả
kiểm soát tổng lượng (10%-13%).
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Loc H, Babel M, Weesakul S, Irvine K,
Duyen P.2015. Exploratory Assessment of
SUDS Feasibility in Nhieu Loc - Thi Nghe
Basin, Ho Chi Minh City, Vietnam. British
Journal of Environment and Climate
Change, 5(2):91-103.
[2] Lewis A. Rossman. Storm Water
Management Model User’s Manual,
Version
5.0.
2010.United
States
Environment
Protection
Agency.
EPA/600/R - (July): 285.
[3] Chow VT, Maidment DR, Mays. LW.1988.
Applied Hydrology. Mc Graw-Hill.
[4] Hải ĐM.2019. Bố trí và lựa chọn tối ưu các
cơng trình thốt nước bền vững cho lưu vực
sơng Cầu Bây, Gia Lâm, Hà Nội. Tạp chí
KHKT Thủy lợi và Mơi trường, 65.

340