Bài giảng Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy

CHƯƠNG I : KIẾN THỨC CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH THỦY LỢI CÁC NỢI DUNG CHÍNH: I Vai trị cơng trình thủy lợi II Nhu cầu sử dụng nước & hình thức sử dụng III Khái niệm cơng trình thủy  Cơng trình dâng nước  Cơng trình điều chỉnh dịng chảy  Cơng trình dẫn nước IV Phát triển thủy lợi Việt nam I Vai trò cơng trình thủy lợi  Nguồn nước nói chung: • Nước yếu tố định sống trái đất (người, động, thực vật) • Trữ lượng nước trái đất lớn: 1,5 tỷ m3 • Nước biển, đại dương : 90% • Nước sơng ,hồ, nước ngầm, nước:10%  Nguồn nước Việt nam: • Trữ lượng nước tương đối lớn: Tổng lượng nước sông: 845 km3/năm; • Đặc điểm: phân bố khơng - Theo khơng gian: Mưa nhiều:vùng núi phía Bắc,bắc Trung bơ Mưa ít: ven biển cực nam Trung - Theo thời gian: Mùa mưa: chiếm 70-80% tổng lượng mưa Mùa khô : chiếm 20-30 % I Vai trị cơng trình thủy lợi  Hậu thường gặp: • • mùa mưa: lũ, úng ngập; mùa khô: hạn hán =>ảnh hưởng SX NN  Các tác đông biến đổi khí hậu : • • • phân bố lượng mưa: chiều hướng bất lợi quy luật bão,nóng,rét: cực đoan hơn; nước biển dâng:nguy đất canh tác, ngập úng khu dân cư, vùng kinh tế Vì vậy, cần phải có biện pháp thủy lợi tác động điều iết nước,phát huy mặt lợi, hạn chế mặt hại II Nhu cầu sử dụng nước & hình thức khai thác sử dụng II.1 Nhu cầu sử dụng nước • Ăn uống, sinh hoạt, làm mát; • SX NN: tưới lúa, màu, cơng nghiệp • Phát điện (các nhà máy TĐ); • Ni trồng thủy sản, đồng muối; • Giao thơng thủy; • Du lịch; • Bảo vệ mơi trường  Nhận xét: • Nguồn nước quý giá, khai thác khơng có kế hoạch nguồn nước bị cạn kiệt, nhiễm • Đối với sông quốc tế (chảy qua lãnh thổ nhiều nước):dễ sinh mâu thuẫn đầu nguồn cuối sông  cần có ủy ban điều phối chung II.2 Các hình thức khai thác sử dụng  Đối với nước mặt: • Hứng trực tiếp nước mưa (tưới ruộng); • Lấy trực tiếp từ sông hồ tự nhiên (phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên); • Chủ động làm hồ điều tiết hệ thống dẫn nước (cơng trình thủy); • Xử lý nước thải (từ sản xuất, sinh hoạt)  Đối với nước ngầm: • Đào giếng (kiểu truyền thống); • Khoan bơm hút (hình thức cơng nghiệp) III Khái niệm cơng trình thủy III.1 Khái niệm: Là cơng trình xây dựng để khai thác, SD nguồn nước, phòng chống thủy tai III.2 Đặc điểm: • Chịu tác động trực tiếp nước - Nước tiếp xúc với bề mặt cơng trình; - Nước tràn mặt cơng trình; - Nước thấm qua thân, nền, vai CT; - Hơi nước khơng khí • Có quy mơ,phạm vi bố trí, mức độ ảnh hưởng đa dạng, phong phú III Khái niệm công trình thủy III.3 Các chức cơng trình thủy nói chung  Điều tiết, khai thác nguồn nước • Hồ điều tiết (hồ nhân tạo): đắp đập chắn ngang sông, suối tạo thành hồ; • Lấy nước trực tiếp từ sơng, hồ tự nhiên: cống lấy nước, trạm bơm; • Dẫn nước từ nguồn đến hộ dùng: hệ thống kênh, máng, đường ống; • Biến thủy thành điện năng: nhà máy thủy điện  Chức phòng chống thiên tai • Hệ thống đê sơng, đê biển: chống nước lũ, triều tràn vào đồng ruộng, khu dân cư; • Hệ thống kè bảo vệ bờ sông, biển; • Hệ thống cống ngăn mặn, triều, lũ; • Các hệ thống hỗ trợ khác: - Hệ thống lái dòng, điều khiển bùn cát; - Rừng phòng hộ đầu nguồn; - Rừng phịng hộ ven sơng, biển III Khái niệm cơng trình thủy lợi III.4 Các loại cơng trình thủy lợi Cơng trình dâng nước: loại đập tạo thành hồ chứa hay đập dâng nước sông suối - Tích nớc - Tăng cột nớc - Điều tiết dòng chảy - Gây tợng thấm - Thay đổi mực nớc ngầm - Là công trình ngăn hoàn toàn dòng chảy III.4 Cỏc loi cụng trỡnh thy li Các công trình điều chỉnh dòng chảy: đê, đập hớng dòng, loại kè - Khống chế xói lỡ - Thay đổi trạng thái dòng chảy - Khống chế quy mô dòng chảy - Không ngăn hoàn toàn dòng chảy - Không có tác dụng dâng nớc III.4 Cỏc loi cụng trỡnh thy li Các công trình điều chỉnh dòng chảy: đê, đập hớng dòng, loại kè Các loại công trình điều chỉnh dòng chảy gm? - Hệ thống đê dọc bờ sông để chống nớc lũ tràn vào đồng ruộng, khu dân c, khu kinh tế - Các đập mỏ hàn, tờng hớng dòng để lái dòng chảy sông theo híng cã lỵi cho lÊy níc, chèng xãi lë bê - Các kè để bảo vệ bờ sông, mái đê khỏi bị xói sóng đánh hay dòng chảy mặt thúc vào mùa lũ - Các hệ thống lái dòng đặc biệt dùng để hớng dòng chảy mặt vào cửa lấy nớc, xói trôi bÃi bồi, cải tạo luồng lạch phục vụ giao thông thuỷ 2- Phạm vi ứng dụng thí nghiệm mô hình thủy lực: Giải vấn đề thiết kế: - Khả tháo nớc CT (tháo, lấy nớc) - Tiêu hạ lu CT - Tác dụng sóng lên tờng, mái đập, bờ - Sự làm vic cửa van, buồng xoắn turbin, ống xả - Điều kiện thủy lực chung CT đầu mối (phơng án xả lũ vận hành, xả lũ thi công, chặn dòng, ảnh hởng đờng tràn đến NMTĐ, ) 43 3- Các ví dụ áp dụng thí nghiệm mô hình TL: Phòng TN thủy lực tổng hợp (ĐHTL): - Đầu mối thủy điện Rào Quán (Quảng Trị) - Đầu mối thủy lợi YaMla (Gia Lai) - Đầu mối thủy điện Nậm Chiến (Sơn La) Phòng TN thủy lực Viện KH Thủy lợi: - Đầu mối thủy điện Bản Vẽ (Nghệ An) - Đầu mối thủy lợi Định Bình (Bình Định) - Đầu mối Thủy lợi Thủy điện Cửa Đạt (Thanh Hóa) - Đầu mối Thủy điện Bản Chát (Lai Châu) Phòng thí nghiệm Thủy lực Viện Năng lợng: - Đầu mối Thủy điện Sơn La - Đầu mối Thủy điện Huội Quảng (Lai Châu) - Đầu mối Thủy điện Bắc Hà (Lào Cai),v.v 44 dốc nớc cha trén khÝ 45 45 dèc níc Cã TBTK 46 46 THứ trởng Phạm Hồng Giang quan sát mô hình tổng thể tràn Cửa 47 Đạt 47 III Thí nghiệm mô hình kết cấu CT III.1- Các trờng hợp áp dụng: - Các kết cấu không gian phức tạp (đập vòm, đập chống ) - Các công trình có địa chất bờ phức tạp - Các công trình quan trọng Quy phạm thiết kế đập BT&BTCT (14TCN56-88) quy định: Khi thiết kế đập vòm có H > 60m cần tiến hành thí nghiệm mô hình KCCT 48 III.2- Cơ sở lý luận mô hình: Khi vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi tiêu chuẩn tơng tự tiêu chuẩn Húc (Hi): Hi = = idem ε.E  - øng suÊt;  - biến dạng tơng đối; E môdun đàn hồi cđa VL;  - hƯ sè Poison  C¸c tû lệ mô hình: - Tỷ lệ hình học : L = Lt / Lm -  = E = Et / Em -  =  = 49 III.3- Các yêu cầu mô hình: Quan hệ tỷ lệ: g L =1 E λL Khi g =  =1 λE  BiÕn hình MH nhỏ, khó đo xác Khắc phục: Dùng VL mô hình có E nhỏ, lớn, P (tải trọng) lớn tăng Sử dụng thiết bị đo biến dạng làm việc theo nguyên lý khác (cơ khí, điện, âm thanh, quang học) 50 III.4- Các phơng pháp khác TN mô hình KC: Phơng pháp dùng máy ly tâm xác định trị số an toàn cờng độ phá hoại (Tăng tải máy ly tâm) Thí nghiệm quang đàn hồi: - Sử dụng vật liệu quang đàn hồi cho phép nhận đợc hình ảnh trực quan trờng ứng suất CT (thể qua vệt mầu) - Thờng áp dụng cho CT có biên phức tạp, lỗ khoét thân đập 51 IV Nghiên cứu thực địa IV.1- Nghiên cứu thủy lực CT: Kiểm tra khả tháo CT: đo đạc mực nớc thợng hạ lu, đo lu tốc tuyến ngang hạ lu tính đổi Q Nghiên cứu khí thực vị trí xác định: - §o lu tèc cơc bé, ¸p lùc cơc bé - Đo xâm thực sau lần xả nớc Nghiên cứu mạch động (lu tốc, áp lực ) vị trí quy ớc: Sử dụng dao động ký, nối với máy tính để xử lý Nghiên cứu diễn biến lòng sông hạ lu: đo mặt cắt thời điểm đà định 52 IV.2- Nghiên cứu thấm đập đất bờ a) Nội dung: - Xác định vị trí đờng bÃo hòa, thay đổi theo mực nớc - Xác định lu lợng thấm - Xác định áp lực, lu tốc, biến hình thấm b) Bố trí thiết bị đo: -Định vị đờng bÃo hòa: bố trí ống đo áp, thớc đo mực nớc mặt cắt đà định - Đo lu lợng: bố trí đập tràn thành mỏng hạ lu - Kết hợp phân tích độ nớc thấm để kết luận biến hình thấm 53 IV.2- Nghiên cứu thấm (tiếp) Bố trí ống đo áp đập đất 1.2 nắp đậy lớp bêtông cát sỏi lỗ vi lọc lới thép Trong ống đo áp có thiết bị định vị mực nớc (đờng bÃo hòa): phao, rơle điện 54 IV.3- Nghiên cứu biến dạng ứng suất: a) Đo chuyển vị CT nền: Đo chuyển vị đứng (lún): Phơng pháp trắc địa mốc cao độ bố trí trớc Bố trí mốc đo lún: - Đập BT: Mốc bố trí hành lang, khe rỗng - Đáy cống, sân trớc, sân tiêu : mốc gắn vào cốt thép kết cấu - Đập đất: đo theo tuyến dọc ngang CT l Dọc: đỉnh đập, HL l Ngang: mặt cắt đại biểu 55 IV.3- Nghiên cứu biến dạng ứng suất (tip): b) Đo ứng suất biến dạng: Thiết bị đo: đát trích đợc chế tạo theo nguyên lý khác Bố trí thiết bị (TB) đo: - Kết cấu biến dạng phẳng: nhóm TB hớng MP biến dạng (các TB có trục lệch 450) l Có thể đặt thêm TB kiểm tra theo hớng vuông gãc víi MP biÕn d¹ng - KÕt cÊu cã tr¹ng thái ƯS BD không gian: bố trí nhóm TB MP vuông góc với 56 c) Đo nhiệt độ: Đối tợng nghiên cứu: Các CT bê tông khối lớn, chủ yếu đập BT, BTCT, giai đoạn thi công (cần thiết nhất) thời kỳ khai thác Bố trí TB đo: phụ thuộc mục đích nghiên cứu: - Chọn thời điểm vữa lấp khe thi công: đặt TB tâm khối đập (đo Tmax) bên (đo Tmin) - Khi cần xác định trờng nhiệt độ khối: Phân bố mặt cắt; mặt cắt: phân bố TB dày phía biên l Vị trí đo biến dạng: thiết phải đo T0 l Ngoài ra, cần chèn thêm điểm đo T0 kh¸c 57