Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi

B BÀI GIẢNG CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI BỘ MÔN THỦY CÔNG BỘ MÔN THỦY CÔNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN: THỦY CÔNG Chương HỆ THỐNG THỦY LỢI VÀ CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI BỘ MÔN THỦY CÔNG BM Thủy Công B Chương 1: HỆ THỐNG THỦY LỢI VÀ CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI CÁC KHÁI NIỆM CHUNG • Cơng trình thủy lợi • Hệ thống thủy lợi PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI • Phân loại hệ thống thủy lợi theo nhiệm vụ • Phân loại hệ thống thủy lợi theo đặc điểm phân bố • Phân loại hệ thống thủy lợi theo quy mơ CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI • • • • MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI Ở VIỆT NAM • Hệ thống thủy lợi Bắc-Hưng-Hải •… • Hệ thống thủy lợi Tứ giác Long Xuyên CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI • Cấp thiết kế cơng trình • Các tiêu thiết kế • Những u cầu chủ yếu thiết kế cơng trình hệ thống thủy lợi Các cống lấy nước, cống điều tiết … Công trình vận tải thủy kênh Cầu giao thơng qua kênh BỘ MÔN THỦY CÔNG CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Cơng trình thủy lợi - Những Cơng trình xây dựng để sử dụng nguồn nước gọi cơng trình thuỷ lợi - Cơng trình thủy lợi có nhiệm vụ làm thay đổi, cải biến trạng thái tự nhiên dịng chảy sơng, hồ, biển, nước ngầm để sử dụng hợp lý nguồn nước, bảo vệ môi trường, hạn chế tác hại dịng nước gây nên - Cơng trình thủy lợi tạo dịng chảy nhân tạo dịng chảy tự nhiên nơi khơng đủ khơng có - Cơng trình thủy lợi chia thành: cơng trình dâng nước, cơng trình điều chỉnh cơng trình dẫn nước, cơng trình chun mơn BỘ MƠN THỦY CƠNG BM Thủy Cơng B CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BỘ MƠN THỦY CƠNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Hệ thống thủy lợi Cầu Sơn (Cấm Sơn – Bắc Giang) BỘ MÔN THỦY CÔNG BM Thủy Cơng B CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BỘ MƠN THỦY CƠNG 7 CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BỘ MƠN THỦY CƠNG 8 BM Thủy Cơng B BỘ MƠN THỦY CÔNG BỘ MÔN THỦY CÔNG 10 BM Thủy Cơng B BỘ MƠN THỦY CƠNG 11 BỘ MƠN THỦY CƠNG 12 12 BM Thủy Cơng B BỘ MÔN THỦY CÔNG 13 13 BỘ MÔN THỦY CÔNG 14 14 BM Thủy Công B CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.2 Hệ thống thủy lợi * Tập hợp CTTL giải nhiệm vụ thủy lợi xác định gọi đầu mối CTTL - Đầu mối hồ chứa gồm: đập dâng, cơng trình tháo lũ, cửa lấy nước, nhà máy thủy điện, âu thuyền, đường cá đi… - Đầu mối cơng trình lấy nước sơng: đầu mối lấy nước có đập khơng đập * Tập hợp nhiều đầu mối CTTL tập hợp nhiều CTTL phân bố khu vực lớn để giải nhiệm vụ thủy lợi đặt gọi Hệ thống thủy lợi Ví dụ: hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, HT thủy lợi Cầu Sơn, HT thuỷ lợi Bắc Nghệ An, HT thủy nông Đồng cam… 15 BỘ MƠN THỦY CƠNG 15 CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BỘ MƠN THỦY CƠNG 16 BM Thủy Cơng B PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI 2.1 Phân loại hệ thống thủy lợi theo nhiệm vụ Hệ thống tưới Hệ thống tiêu Hệ thống cấp nước Hệ thống phòng chống lũ cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp (tưới lúa, hoa màu, công nghiệp…); thu gom tiêu thoát nước phục vụ chống úng ngập cho khu vực sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, khu dân cư hay sở khác; cung cấp nước cho khu dân cư, nước cho sản xuất công nghiệp, phục vụ du lịch, bảo vệ môi trường; đê cơng trình qua đê, kè bảo vệ bờ sông, mỏ hàn để điều chỉnh dịng chảy bùn cát sơng; Hệ thống giao thông thủy Hệ thống thủy sản Hệ thống đa mục đích phục vụ vận tải thủy nội địa bao gồm hệ thống ao nuôi trồng thủy sản kênh cấp, thoát nước tương ứng, đường cá đi, cống cá… hệ thống kết hợp số nhiệm vụ khác tưới tiêu (ví dụ, hệ thống Bắc-HưngHải) BỘ MÔN THỦY CÔNG 17 17 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI 2.2 Phân loại hệ thống thủy lợi theo đặc điểm phân bố Hệ thống thủy lợi trung du miền núi thường có đầu mối hồ chứa đập dâng nước Hệ thống thủy lợi đồng ven biển hồ chứa, đập dâng, trạm bơm hay cống lấy nước ven sông; đầu mối tiêu thoát nước (đặt cuối hệ thống) cống tiêu sơng, biển có chức ngăn lũ hay triều, có cửa van điều tiết, làm việc hai chiều BỘ MƠN THỦY CƠNG 18 BM Thủy Cơng B PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI 2.3 Phân loại hệ thống thủy lợi theo quy mô Đặc biệt Cấp I Cấp II Cấp III Cấp IV Phân cấp cơng trình thủy (QCVN 04-05) BỘ MƠN THỦY CƠNG 19 CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI Cầu giao thơng qua kênh Cơng trình vận tải thủy kênh Các cống lấy nước, cống điều tiết Các cơng trình chuyển nước CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI Bể lắng cát Các cơng trình bảo vệ kênh Các cơng trình nối tiếp Cơng trình đo nước BỘ MƠN THỦY CƠNG 20 BM Thủy Cơng 10 B b Dẫn tháo nước phân tán (tiếp): a) • Các hình thức bố trí: 1, 2- Cửa đầu âu 3- Đường hầm dọc dẫn nước 4- Cửa van 5- Đường hầm ngang b) Ống cấp, tháo nước đặt tường bên buồng âu Cửa cấp nước bố trí đối xứng bên tường bên Cửa cấp nước bố trí so le, từ đáy âu BỘ MÔN THỦY CÔNG 47 b Dẫn tháo nước phân tán (tiếp):  Ống cấp, tháo nước đặt đáy buồng âu: 1, cửa van chính; đường hầm dẫn nước; cửa van đường hầm dẫn nước Sử dụng: âu đá, âu có đáy khơng thấm Nhược điểm: tháo nước vào âu, dòng chảy sục từ đáy Þ thuyền ổn định Khắc phục: Bố trí lưới tiêu tồn đáy âu BỘ MƠN THỦY CƠNG 48 BM Thủy Công 24 B CỬA VAN CỦA ÂU THUYỀN: Khái quát:  Nhiệm vụ: Đặt đầu âu để chắn, giữ nước  Yêu cầu: - Khít nước (ít rị rỉ) - Đóng mở nhẹ, động - Kết cấu chắn - Cấu tạo đơn giản - Đảm bảo mỹ quan BỘ MÔN THỦY CÔNG 49 BỘ MƠN THỦY CƠNG 50 BM Thủy Cơng 25 B § ÂU THUYỀN BỘ MÔN THỦY CÔNG 51 Phân loại (tiếp): b - Dựa vào số lượng buồng âu theo hàng ngang -Âu đơn tuyến: buồng âu/mặt cắt ngang -Âu đa tuyến: >= buồng âu/mặt cắt ngang BỘ MƠN THỦY CƠNG 52 BM Thủy Cơng 26 B Phân loại (tiếp): b) Theo số tuyến: Âu đơn tuyến (2 chiều): Phối hợp đoàn thuyền lên & xuống vận hành Þ Tiết kiệm nước thời gian BỘ MÔN THỦY CÔNG 53 Phân loại (tiếp): b) Theo số tuyến: Âu đa tuyến (trên tuyến chuyển thuyền chiều): Ÿ Chỉ áp dụng đường vận tải chuyên dụng, có mật độ tàu thuyền lớn BỘ MƠN THỦY CƠNG 54 BM Thủy Cơng 27 B BỘ MƠN THỦY CƠNG 55 3.3 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA U THUYN: 1- Chiều dài hữu ích buồng âu: La L L2 L L1 L 1-tàu kéo; 2- thuyền; , 4-đầu âu thượng hạ  Khi dùng tầu kéo (dắt thuyền vào âu): La = L1 + nL2 + (n + 2) L  Khi dùng tàu đẩy: L’a = L1 +nL2 + L  Khi dùng xe kéo: L’’a = nL2 + (n+1) L L1: chiều dài tầu kéo/đẩy L2: chiều dài thuyền n: số thuyền theo hàng dọc L: k.cách an tồn BỘ MƠN THỦY CƠNG 56 BM Thủy Cơng 28 B T T 2- ChiỊu réng h÷u Ých cđa buång ©u: B B B Bt Bt hv Ba Khi thuyền có k.cách ngang (B): Ba = mBT + (m + 1) B  Khi thuyền ghép sát nhau: Ba = mBT + B m – số thuyền xếp theo phương ngang BT – chiều rộng thuyền B = 0.8-3.0 m BỘ MÔN THỦY CÔNG 57 3- Chiều cao (chiều sâu) hữu ích buồng âu: Ha = Zmax + hv + d Zmax: phạm vi dao động mực nước lớn âu Zmax = ZVTmax – ZHLmin ZVTmax: MNTL lớn cho phép vận tải qua âu ZHLmin: MNHL nhỏ ZVTmax  ZHLmin hv Ha BỘ MƠN THỦY CƠNG 58 BM Thủy Cơng 29 B 3- Chiều cao (chiều sâu) hữu ích buồng âu: Ha = Zmax + hv + d Bt B Bt B T B T hv hv: chiều sâu vận tải thủy: hv = T + T T – chiều sâu ngập nước thuyền chở đầy (còn gọi mớn nước vận tải lớn thiết kế tàu); Ba T - độ sâu an toàn dự trữ đáy thuyền = (0.8-3.0)m : độ vượt cao an toàn, phụ thc quy mơ (cấp) CT BỘ MƠN THỦY CƠNG 59 4- Các cao trình đỉnh đáy buồng âu: Cao trình đáy âu kênh dắt thuyền: B Bt B Bt B Zđáy = Zmin - hv Zđỉnh âu = ZVTmax + d (các đại lượng giải thích trên) T Cao trình đỉnh buồng âu: T hv Ba Chú ý: - Khi ZVTmax = ZTLmax Þ Zđỉnh âu = Zđỉnh đập - Khi ZVTmax < ZTLmax Þ Zđỉnh âu < Zđỉnh đập BỘ MÔN THỦY CÔNG 60 BM Thủy Cơng 30 B 3.4 Q.TRÌNH, KHẢ NĂNG V.CHUYỂN CỦA ÂU THUYỀN: 1- Quá trình vận chuyển qua âu: a) Thuyền qua âu chiều: ban đầu thuyền chờ hạ lưu Thứ tự Thao tác Dắt thuyền vào âu Đóng van HL Thời gian t2 t1 Làm đầy nước buồng âu (=MNTL) Mở van TL Dắt thuyền khỏi âu ( TL) Đóng van TL Hạ mực nước buồng âu ( = MNHL) Mở van HL t3 t1 t4 t1 t3 t1 BỘ MÔN THỦY CÔNG Tổng thời gian cần thiết: T1 = 4t1 + t2 + 2t3 + t4 61 1- Quá trình vận chuyển qua âu (tiếp): b) Thuyền qua âu chiều: phối hợp đoàn thuyền ngược đồn thuyền xi, ban đầu thuyền chờ hạ lưu Thứ tự Thao tác 1-5 Như trường hợp (chuyển chiều) (*) Dắt thuyền từ TL vào âu Thời gian 2t1 + t2 + t3 + t4 t2 Đóng van TL t1 Hạ mực nước buồng âu ( = MNHL) t3 Mở van HL t1 10 (*) Dắt thuyền từ âu HL t4 BỘ MÔN THỦY CÔNG Tổng thời gian cần thiết: T1 = 4t1 + 2t2 + 2t3 + 2t4 62 BM Thủy Cơng 31 B 1- Q trình vận chuyển qua âu (tiếp): c) Nhận xét:  Trong thời gian T2 tiến hành lượt thuyền qua âu Þ Thời gian lượt T2/2  Hợp lý thường xuyên phối hợp nhịp nhàng đồn thuyền ngược + xi Þ giảm thời gian vận hành tiết kiệm nước  Tuy nhiên thực tế, có lúc buộc phải vận hành theo kiểu chiều (khơng có đồn thuyền ngược lại) Þ Thời gian trung bình cho lượt chuyển thuyền: T T T TTB  (T1  )   2 2 BỘ MÔN THỦY CÔNG 63 2- Năng lực vận tải âu thuyền:  Khái niệm: Là khối lượng hàng hóa vận chuyển qua âu đơn vị thời gian (thường năm) Ký hiệu: P; đơn vị : tấn/năm ý nghĩa: sử dụng để xác định quy mơ, kích thước âu  Năng lực lý thuyết: P = n.N.m Pp n = 1440/T: số lần chuyển thuyền / 1ngày, N: số ngày làm việc / năm m: số thuyền qua âu / 1lần Pp: Tải trọng trung bình thuyền (tấn/ thuyền) BỘ MƠN THỦY CƠNG 64 BM Thủy Công 32 B 2- Năng lực vận tải âu thuyền: Năng lực thực tế: có xét đến yếu tố ảnh hưởng: Psd  n N.m.Pp a t b 24 a- hệ số lợi dụng trọng tải thuyền (a < 0,7  0,8) b- hệ số không cân đối biểu đồ vận chuyển: lượng hàng tháng nhiều b = lượng hàng tháng bình quân Thường b = 1,25  1,75 t- số làm việc thực tế ngày Thống kê cho thấy Psd = (0,2  0,5)P BỘ MÔN THỦY CÔNG 65 3- Lượng nước dùng âu thuyền:  Thành phần: bao gồm nước tháo khỏi buồng âu vận chuyển thuyền (Q1), nước rò rỉ qua cửa van (Q2) Q = Q1 + Q2  Lưu lượng nước tháo khỏi âu vận hành: Q  V (m3/s) 86 400 V – tổng lượng nước vận hành ngày (m3) V = n0V0 + n1 (V0 + D) + n2 (V0 – D) n0 – số lần phối hợp thuyền lên + xuống n1 – số lần thuyền lên (riêng) n2 – số lần thuyền xuống (riêng) D – thể tích nước thuyền choán chỗ (~ loại thuyền, số thuyền qua âu lần) BỘ MƠN THỦY CƠNG 66 BM Thủy Cơng 33 B 3- Lượng nước dùng âu thuyền:  Thành phần: bao gồm nước tháo khỏi buồng âu vận chuyển thuyền (Q1), nước rò rỉ qua cửa van (Q2) Q = Q1 + Q2  Lưu lượng nước tháo khỏi âu vận hành: Q  V (m3/s) 86 400 V – tổng lượng nước vận hành ngày (m3) V = n0V0 + n1 (V0 + D) + n2 (V0 – D) V0 – thể tích tính tốn khối nước tháo: V0 = (1,15  1,20)La.Ba.H La- chiều dài buồng; Ba – chiều rộng buồng H – chiều cao khối nước tháo: H = MNTL - MNHL BỘ MÔN THỦY CÔNG 67 3- Lượng nước dùng âu thuyền (tiếp): Lưu lượng nước rò rỉ qua thiết bị chắn: Q2 = C L (m3/s) L- Tổng chiều dài thiết bị chắn nước (m) C- lượng rò rỉ đơn vị; theo kinh nghiệm: Khi H < 10m: C = (1,5  2,0) 10-3 m3/s.m Khi H > 10m: C = (2,5  3,0) 10-3 m3/s.m BỘ MÔN THỦY CÔNG 68 BM Thủy Cơng 34 B 3.5 BỐ TRÍ MẶT BẰNG ÂU THUYỀN VÀ ĐƯỜNG DẪN 1- Nguyên tắc chung: - Thuyền chờ đợi an tồn, vào nhanh - Các cơng trình (Âu thuyền, đập tràn, NMTĐ) không gây ảnh hưởng đến làm việc - CT làm việc an toàn, ổn định; lịng sơng khơng bị biến hình - Chi phí xây dựng vận hành hợp lý - Đảm bảo mỹ quan BỘ MÔN THỦY CÔNG 69 2- Bố trí âu thuyền bên cạnh đập (Tại hồ chứa, đập ngăn sông): a) Âu nhô thượng lưu: 1-đập; 2-âu thuyền; 3,4-đê bảo vệ thượng hạ lưu BỘ MƠN THỦY CƠNG 70 BM Thủy Cơng 35 B Ưu điểm: Tường hướng dòng thượng lưu ngắn Dễ bố trí cầu giao thơng qua đầu âu hạ lưu Nhược điểm: Toàn buồng âu nằm thượng lưu đập Þ chịu áp lực lớn, chống thấm khó, sửa chữa khơng thuận lợi Đê hướng dịng hạ lưu phải dài BỘ MƠN THỦY CƠNG 71 3- Bố trí âu tách rời CT khác: a) Điều kiện bố trí: Sơng cong, sơng có bãi rộng, kênh đào BỘ MƠN THỦY CƠNG 72 BM Thủy Cơng 36 B Ưu điểm: Kết hợp tuyến dẫn dịng thi cơng Âu CT khác không ảnh hưởng đến làm việc Nhược điểm: KL đào kênh lớn Þ Cần so sánh kinh tế – kỹ thuật lựa chọn phương án bố trí mặt BỘ MƠN THỦY CƠNG 73 CƠNG TRÌNH CHUYỂN TÀU, THUYỀN BỘ MƠN THỦY CƠNG 74 BM Thủy Cơng 37 B CẢNG NỘI ĐỊA BỘ MÔN THỦY CÔNG 75 Hết chương C H Ú C C ÁC E M TH I TỐ T! 76 BM Thủy Công 38