thiết kế hồ chứa nước phước quang phương án 1

CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN: - Tài liệu khảo sát địa hình: các loại bản đồ, bình đồ, bình đồ khu vực xây hựng công trình đầu mỗi, các mặt cắt dọc và cắt ngang của tuyến đập, tràn xả lũ... - Tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHƯỚC QUANG-PHƯƠNG ÁN 1

ĐỒ ÁN T T NGHI P Ố Ệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI KHOA CÔNG TRÌNH

PHƯỚC QUANG-PHƯƠNG ÁN 1

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ THANH HÙNG

PGS.TS.NGUY N QUANG HÙNG ỄSINH VIÊN TH C HI N: NGUY N QU C KHÁNH Ự Ệ Ễ Ố

MÃ SINH VIÊN: 175A010665

LỚP: 59C2

Ngành:Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Lớp:59C2

Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình thủy Khoa:Công Trình

1 TÊN ĐỂ TÀI:

Thiết kế hồ chứa nước Phước Quang Phương án 1 –

2 CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN:

- Tài liệu khảo sát địa hình: các loại bản đồ, bình đồ, bình đồ khu vực xây hựng công trình đầu mỗi, các mặt cắt dọc và cắt ngang của tuyến đập, tràn xả lũ

- Tài liệu địa chất khu vục công trình đầu mỗi và vật liệu xây dựng: Cấu tạo địa chất, mặt cắt địa chất, địa hình thủy văn, địa chất công trình vùng tuyến, chỉ tiêu cơ lý

- Tài liệu khí tượng thủy văn, tính toán thủy nông phục vụ cho thiết kế : Dòng chảy lũ, bùn cát, yêu cầu dùng nước, yêu cầu cao trình tưới tự chảy, tài liệu bốc hơi, thấm

- Tài liệu về điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý khu vực xây dựng công trình

- Tài liệu về tình hình dân sinh kinh tế, giao thông vận tải, phương hướng phát triển kinh tế trong khu vực trong tương lai

- Điều ki n t nhiên, dân sinh kinh t , nhiêm v công trình ệ ự ế ụ

- Giải pháp, thành ph n, c p b c, ch tiêu thi t k công trình ầ ấ ậ ỉ ế ế

- Tính toàn khối lượng và d toán 1 h ng mự ạ ục công trình đầu m ối

4 BẢN VẼ VÀ BIỂU ĐỒ (ghi rõ tên và kích thước bản vẽ ): A1 và A kéo dài1

- Bình đồ lòng hồ, khổ A ( nếu cần thiết)1

- Mặt bằng tổng thế các công trình đầu mối, khổ A1

- Mặt bằng, các mặt cắt thể hiện đập ngăn nước, khổ A1

- Mặt bằng, các mặt cắt thể hiện tràn xả lũ, khổ A1

- Mặt bằng, các mặt cắt thể hiện cống lấy nước, khổ A1

- Các bản vẽ cấu tạo chi tiết, khổ A (nếu cần thiết) 1

- Bản vẽ chuyên đề thể hiện kết cấu một bộ phận công trình, khổ A1

5.GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TỪNG PHẦN:

Phần I và phần III (50 %) PGS TS Lê Thanh Hùng Phần II và phần IV (50 %) PGS.TS.Nguyễn Quang Hùng

6.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:

Ngày 27 tháng 09 năm 2021 Trưởng Bộ môn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Giáo viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ h tên)

Nhi m v án t t nghiêp ã ệ ụ đồ ố đ được Hội đồngthi t t nghi p c a Khoa thông qua ố ệ ủ

Ngày 27 tháng 09 năm 2021 Chủ tịch hội đồng (Ký và ghi rõ H tên) ọ

GS.TS Nguyễn Ngọc Thắng

Sinh viên hoàn thành, n p ộ đồ án t t nghi p cho Hố ệ ội đồng thi ngày 03 tháng 01 năm 2022

Sinh viên làm đồ án tốt nghiệp (Ký và ghi rõ H tên) ọ

Nguyễn Quốc Khánh

LỜI CẢM ƠN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu của bản thân và được sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, đặc biệt

là thầy giáo PGS.TS Lê Thanh Hùng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài:

“ Thiết kế hồ chứa nước Phước Quang – PA1 ”

Thuyết minh thiết kế bao gồm 5 phần chính như sau:

1 Tổng quan v công trình ề

2 Tính toán các thông số cơ bản của hồ chứa

3 Thiết kế kỹ thuật các công trình đầu mối: Đập, tràn, c ng, ố

4 Tính toán khối lư ng và d toán m t h ng mợ ự ộ ạ ục công trình đầu m i ố

5 Tính toán kết cấu m t b ph n cộ ộ ậ ủa công trình đầu m i ố

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua là khoảng thời gian bổ ích để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học, vận dụng lý thuyết vào thực tế, làm quen với công việc thiết kế của một kỹ sư công trình thủy lợi

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Công trình, Bộ môn Thủy công đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ

án tốt nghiệp Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo đã giảng dạy, chỉ bảo em trong suốt những năm học vừa qua

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Lê Thanh Hùng và PGS.TS.Nguyễn Quang Hùngđã dành thời gian, tâm sức hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án này

Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi, vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do điều kiện thời gian không cho phép nên trong đồ án em chưa giải quyết được đầy đủ và sâu sắc các trường hợp trong thiết kế cần tính, mặt khác do trình độ và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót

Em xin kính mong nhận được ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy cô giáo giúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 7 tháng 1 năm 2022

Sinh viên Khánh Nguyễn Quốc Khánh

MỤC LỤC

PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN 11

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 11

1.1 Đ IỀU KIỆN ĐỊA HÌNH : 11

1.1.1 Vị trí địa lý: 11

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo: 12

1.2 Đ IỀU KIỆN KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN , : 13

1.2.1 Đặc trưng khí tượng 13

1.2.2 Đặc trưng thủy văn, tài liệu lũ 15

1.2.3 Bùn cát 16

1.2.4 Các đặc trưng của hồ chứa 16

1.2.5 Tài liệu tính toán thủy nông, thủy lợi 17

1.3 Đ IỀU KIỆN ĐỊA CHẤT : 17

1.3.1 Tổng quan toàn vùng 17

1.3.2 Điều kiện địa chất vùng hồ 17

1.3.3 Địa chất công trình vùng tuyến 17

1.4 Đ ỊA CHẤT THỦY VĂN : 18

1.4.1 Nước mặt 18

1.4.2 Nước dưới đất 18

1.4.3 Nước ngầm trong lớp phủ đệ Tứ 18

1.4.4 Nước trong khe nứt: 18

1.4.5 Tính chất hóa học của nước 19

1.5 T ÌNH HÌNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG : 19

1.5.1 Đất đắp đập 19

1.5.2 Vật liệu cát, cuội, sỏi 20

1.5.3 Vật liệu đá 21

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ, NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH 22

2.1 Đ IỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ : 22

2.1.1 Tình hình dân sinh kinh tế 22

2.1.2 Phân bố ruộng đất và sản xuất nông nghiệp 22

2.1.3 Giao thông vận tải 23

2.1.4 Các ngành kinh tế trong khu vực 23

2.2 H IỆN TRẠNG THỦY LỢI TRONG KHU VỰC 23

2.2.1 Tình hình nguồn nước 23

2.2.2 Hiện trạng về các công trình thủy lợi 23

2.3 P HƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC : 23

2.4 N HIỆM VỤ CÔNG TRÌNH 24

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỒ CHỨA 25

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 25

3.1 V Ị TRÍ TUYẾN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI : 25

3.1.1 Vị trí đập ngăn sông 25

3.1.2 Vị trí tràn xả lũ 25

3.1.3 Vị trí cống 25

3.2 G IẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ THÀNH PHẦN CÔNG TRÌNH : 26

3.2.1 Đập ngăn sông 26

3.2.2 Tràn xả lũ 26

3.2.3 Cống lấy nước 26

3.3 C ẤP BẬC CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ : 26

3.3.1 Cấp bậc công trình: 26

3.3.2 Các chỉ tiêu thiết kế: 27

3.4 X ÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỒ CHỨA : 28

3.4.1 Tính toán cao trình mực nước chết (MNC): 28

3.4.2 Tính toán cao trình mực nước dâng bình thường (MNDBT): 30

3.4.3 Tính toán điều tiết lũ, xác định mực nước lũ: 37

PHẦN III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 44

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 44

4.1 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT NGĂN SÔNG: 44

4.1.1 Xác định cao trình đỉnh đập: 44

4.1.2 Đỉnh đập 51

4.1.3 Mái đập và cơ đập 51

4.1.4 Thiết bị chống thấm 52

4.1.5 Thiết bị thoát nước thân đập 53

4.1.6 Thiết bị bảo vệ mái đập 54

4.1.7 Nối tiếp đập với nền và bờ 56

4.2 T ÍNH THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 56

4.2.1 Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán 56

4.2.2 Tính thấm cho mặt cắt lòng sông, thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước 57

4.2.3 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi 60

4.2.4 Tổng lượng nước thấm qua đập 65

4.2.5 Tính thấm bằng phần mềm Geoslope 67

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN 73

5.1 V Ị TRÍ , HÌNH THỨC VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA ĐƯỜNG TRÀN 73

5.1.1 Vị trí, hình thức bố trí tuyến tràn : 73

5.1.2 Quy mô công trình: 73

5.1.3 Kiểm tra khả năng tháo của tràn 76

5.2 T ÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN XÃ LŨ : 77

5.2.1 Mục đích: 77

5.2.2 Trường hợp tính toán: 77

5.2.3 Tính toán thủy lực ngưỡng tràn: 77

5.2.4 81 5.2.6 93 5.3 T ÍNH TOÁN TIÊU NĂNG SAU DỐC 93

5.3.1 T ính toán kênh dẫn hạ lưu 93

5.3.2 Tính toán bể tiêu năng 95

5.4 T ÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRÀN 101

5.4.1 M ục đích 101

5.4.2 Trường hợp tính toán 102

5.4.3 Tài li u tính toán ệ 102

5.4.4 104 5.5 T RƯỜNG H P TÍNH TOÁN Ợ 104

5.5.1 Nguyên lý tính toán 105

5.5.2 Tính toán ổn định cho trường hợp mới thi công xong (tổ hợp tải trọng thi công): 106

5.5.3 Tính toán ổn định cho trường hợp vừa tháo lũ xong (tổ hợp tải trọng cơ bản): 109

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 115

6.1 B Ố TRÍ CỐNG LẤY NƯỚC 115

6.1.1 Nhiệm vụ 115

6.1.2 Chọn hình thức và tuyến cống 115

6.2 T HIẾT KẾ KÊNH DẪN HẠ LƯU CỐNG 116

6.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh 116

6.3 T ÍNH KHẨU DIỆN CỐNG 119

6.3.1 Trường hợp tính toán 119

6.3.2 Xác định bề rộng cống ( bc ) 120

6.4 K IỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG 126

6.4.1 Trường hợp tính toán: 126

6.4.2 Xác định độ mở cống 126

6.4.3 Kiểm tra chế độ chảy trong cống 128

6.5 M ỘT SỐ CHI TIẾT CẤU TẠO CỐNG 135

6.5.1 Cấu tạo cửa vào, cửa ra 135

6.5.2 Thân cống 135

6.5.3 Tháp van 137

CHƯƠNG 7: : TÍNH TOÁN CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT BẰNG SAP 20 00 - TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TƯỜNG BÊN NGƯỠNG TRÀN 133

7.1 MỞ ĐẦU 133

7.1.1 Mục đích 133

7.1.2 Trường hợp tính toán 133

7.2 SƠ ĐỒ VÀ TÀI LIỆU TÍNH TOÁN 133

7.2.1 Bố trí kết cấu 133

7.2.2 Tài liệu tính toán 134

7.3 TÍNH TOÁN NỘI LỰC 136

7.3.1 Tính toán kết cấu tường chắn 136

7.3.2 Kết quả tính nội lực 140

7.3.3 Tổng hợp kết quả nội lực 151

7.4 K IỂM TRA NỨT 157

7.4.1 Tính toán kiểm tra nứt cho bản đáy vị trí nối tiếp với bản mặt 158

7.4.2 Tính toán kiểm tra nứt cho mặt cắt bản mặt 159

CHƯƠNG 8: KHỐI LƯỢNG VÀ DỰ TOÁN HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 160

8.1 T ÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG HẠNG MỤC TRÀN XẢ LŨ 160

8.1.1 Hạng mục tính toán: Ngưỡng tràn 160

8.1.2 Tính toán khối lượng đào, đắp tràn 160

8.1.3 Tính toán khối lượng ngưỡng tràn 161

8.1.4 Tính dự toán hạng mục xây dựng công trình 162 8.2 K ẾT QUẢ TÍNH DỰ TOÁN 164 TÀI LIỆU THAM KHẢO 169

PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN

Chương 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Điều kiện địa hình:

1.1.1 Vị trí địa lý:

1.1.1.1 Theo tọa độ:

- Hồ chứa nước Phước Quang dự đặt trên đoạn sông Trà Bương có tọa độ

109 2 310 ’ ’’ kinh độ Đông và 13017’29” vĩ độ Bắc Tại đây lũng sông đã được thu hẹp lại khi mở rộng thành một lòng chảo trước khi mở ra một bình nguyên ở hạ du Vì thế nơi đây có điều kiện tự nhiên đắp đập ngăn sông tương đối ngắn, tạo lên một hồ chứa nước

- Khu hưởng lợi của công trình chạy dài ven theo hai bên bờ tả và hữu của sông Trà Bương Chủ yếu là bên bờ hữu (nằm ở phía Nam) Khu hưởng lợi có rộng trung bình 2km, chiều dài gần 10km nằm trong phạm vi vĩ độ Bắc từ 13 17’30” đến 0

13022’30”, và kinh độ Đông từ 10902’31” đến 10906’40”, có diện tích khoảng 23 km2 bao gồm 15.000ha đất đã được khai phá trồng trọt lâu đời nhưng đang thiếu nước của hai xã Xuân Phước và Xuân Quang, và một phần thị trấn La Hai

1.1.1.2 Theo địa giới hành chính

- Hồ chứa nước Phước Quang, dự kiến xây dựng trên sông Trà Bương, thuộc địa phận hai xã Xuân Phước và Xuân Quang, huyện Đồng Xuân, tỉnh Phú Yên, cách thị trấn La Hai khoảng 15km về phía Tây Nam và cách thị xã Tuy Hòa khoảng 60 km -

- Lưu vực sông Trà Bương tính đến vị trí hồ chứa được giới hạn trong phạm vi

vĩ độ Bắc từ 13 11’ đến 13 20’ và kinh độ Đông từ 108 55’ đến 109 5’, có diện tích 0 0 0 0hứng nước khoảng 126 km2

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo:

1.1.2.1 Khu vực dự án

a) Đặc điểm đồi núi:

- Địa hình của vùng nghiên cứu bị phân cách mạng và sâu Loại núi cao từ 100m trở lên sườn núi dốc tới 30 đến 45 , loại đồi thấp trên dưới 50m có sườn dốc 0 0thoải từ 150đến 250

- Dựa vào nguồn gốc và hình thái của khu vực ta có thể phân thành 2 dạng địa hình địa mạo: dạng bào xói bóc mòn và dạng tích tụ

+ Dạng bào xói bóc mòn: bao gồm toàn bộ các dãy núi, đồi bao quanh lòng hồ

và khu đầu mối

+ Dạng tích tụ: Phân bố dọc theo sông Trà Bương tạo thành các dải bồi và thềm sông nhỏ nó chiếm hầu hết khu tưới hạ lưu, địa hình này tương đối bằng phẳng Nham thạch cấu tạo dạng tích tụ bao gồm các bồi tích á sét, á cát và cuội sỏi

b) Đặc điểm sông suối

Sông Trà Bương bắt nguồn từ các dải núi cao ở phía Nam, đoạn đầu khoảng 4km chảy theo hướng Nam Bắc, đoạn tiếp theo tới tuyến đập sông chảy theo hướng - Tây Nam- Đông Bắc

Dòng sông Trà Bương trong khu vực xây dựng công trình về mùa khô chỉ rộng khoảng 10 đến 20 m, độ sâu trung bình chỉ 0,5m, nước chảy chậm

Về mùa mưa lũ lòng sông Trà Bương mở ra rất rộng, chỗ vùng tuyến mở ra đến hàng trăm m, nước dâng cao từ 5 đến 10m và chảy rất xiết

Đặc biệt ở bờ trái tuyến 2 có một bầu nước gọi là Bầu Da có kích thước khoảng 35x140m không bao giờ cạn nước, nguyên nhân hình thành Bầu Da có thể do đá gốc phía thượng lưu Bầu Da nhô ra là vật cản tích tụ cát, cuội, sỏi và dần dần nó được tách

ra khỏi dòng chảy chính

1.1.2.2 Khu vực lòng hồ

Lòng hồ khá nông và rộng gần như vuông có chiều mỗi cạnh khoảng hơn 1km, xung quanh có núi cao bao bọc như hòn Cấm cao khoảng 207 m, hòn Cao cao khoảng 148m Đáy hồ có độ cao trung bình từ 23 24m, các yên ngựa xung quanh đều trên 40m, diện tích hứng nước lưu vực là 126 km2, chiều dài sông đến đập dài 26,2km

1.1.2.3 Khu vực công trình đầu mối

Trên khu vực đoạn sông nghiên cứu các tuyến đập dâng có địa hình hai vai thoải tương đối hoàn chỉnh Tuy khoảng cách có rộng làm cho tuyến đập dài từ 500 đến 600m, mặc dù đây là chỗ hẹp nhất từ vùng đồi núi mở ra vùng bình nguyên phía

1.1.2.4 Khu hưởng lợi

Khu tưới khá bằng phẳng, thấp dần từ thượng lưu về hạ lưu cao độ +20m trở xuống Và thấp nhất từ hai sườn xuống lũng sông, có cao độ từ 10 đến 12 m, chỗ thấp nhất 8m

Đặc điểm khu tưới khá đơn giản, hai bên sườn núi thấp, giữa là thung lũng đồng bằng vì vậy việc bố trí hệ thống tuyến kênh mương tương đối thuận lợi, tuy có bị phân cách nhiều nhưng những công trình này đều nhỏ, lưu lượng dẫn thấp nên không đáng lo ngại

Đối với tuyến kênh chính sau cống lấy nước đến điểm chia nước dài 1,2km, đi qua địa hình tương đối phức tạp, đoạn đầu kênh vượt qua sườn núi khá dốc (đến 200) sau đó đi vòng hoặc vượt qua khe cạn Tuy nhiên kênh chính chỉ chuyển tải lưu lượng không lớn vì thế cũng không phức tạp trong việc bố trí và thi công

và NĐối với kênh cấp I (N1 2) thì đều men theo hai khu tưới ở về hai phía thềm

tả và thềm hữu của sông Trà Bương Do tuyến kênh bị phân cắt nhiều do vậy phải chú trọng việc phòng lũ quét để bảo vệ kênh và các công trình trên kênh, cần phải nạo vét

tu sửa các tuyến kênh sau mỗi mùa mưa lũ

1.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn:

Nhiệt độ trung bình năm khoảng 26 C, tháng nóng nhất ở vùng thung lũng 0khuất gió bị đốt nóng nhiều, kém lưu thông, nhiệt độ lên đến 41 C, gió Tây nóng xuất 0hiện sớm và mạnh, tốc độ gió lớn nhất đo được trên 20 m/s Độ ẩm trung bình hàng năm là 82%

Bảng 1-1: Nhiệt độ không khí trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất hàng tháng

Tháng

đặc trưng I II III IV V VI VII VIII IX X XII XII

TB năm T( 0 C) 21,9 22,6 25,7 27,6 29,0 28,3 28,3 28,1 26,8 25,1 24,4 22,4 25,9 Tmax( 0 C) 35,4 38,4 39,2 40,1 40,5 39,8 38,0 38,0 36,9 38,4 31,0 32,8 40,5 Tmin( 0 C) 13,1 13,7 16,3 17,2 21,3 21,9 20,9 21,7 21,5 17,9 15,8 15,0 13,1 Bảng 1-2: Độ ẩm tương đối của không khí trung bình nhỏ nhất trong tháng

Tháng đặc trưng I II III IV V VI VII VII

I IX X XI XII TBnăm W(%) 84 84 84 83 80 74 74 76 82 86 87 85 82 Wmin(%) 37 38 29 27 24 21 31 31 33 32 41 32 21 Vùng công trình cũng chịu ảnh hưởng của bão lốc, bão thường tập trung vào tháng 6 đến tháng 12, bão nói chung không nhiều, trung bình mỗi năm có một trân, năm nhiều có ha trận, có nhiều năm không có bão Bão gây gió to mưa lớn, có khi lên đến 35 đến 37 m/s Trận bão ngày 8/11/1964 vào Phú Yên tốc độ gió khoảng 36 m/s, lượng mưa đạt 655mm trong 5 ngày làm ngập nhiều ruộng đất canh tác và nhà cửa Hàng năm, vùng công trình cũng có 5 đến 10 ngày có sương mù vào các tháng mùa đông, sương mù gây cản trở giao thông và quang hợp của cây trồng nhưng mức

độ ảnh hưởng không nhiều

Bảng 1-3: Tốc độ gió theo hướng vuông góc với đập (hướng S W) theo các tần suất

Bảng 1-4: Chỉ tiêu bốc hơi mặt hồBốc hơi lưu vực: Z = 890 (mm/năm).0 Bốc hơi mặt hồ: Z = 1182,5 (mm/năm) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII năm TB

Z

(mm) 60,86 60,52 73,78 80,33 116,20 160,65 125,46 169,66 150,62 58,99 58,91 66,56 1,182.5

1.2.2 Đặc trưng thủy văn, tài liệu lũ

Diện tích lưu vực: Flv = 126 km 2

Chiều dài sông đến đập: Ls = 26,2 km

Lượng mưa bình quân nhiều năm: X0 = 1500 mm

Lớp dòng chảy bình quân nhiều năm: Y0 = 610 mm

Modun dòng chảy bình quân nhiều năm: M0 = 19,4 l/s/km 2

Lưu lượng bình quân nhiều năm: Q0 = 2,44 m3/s

Tổng lượng dòng chảy bình quân nhiều năm: W0 = 77.106 m3

Hệ số phân tán Cv = 0,45; Hệ số thiên lệch: Cs = 2.C v

Bảng 1-5: Dòng chảy bình quân ứng với tần suất bảo đảm P = 85%

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII năm TB

1.2.4 Các đặc trưng của hồ chứa

Căn cứ vào bình đồ lòng hồ tỷ lệ 1/5000 và tuyến đã xác định, lập được các quan hệ Z ~ W và Z ~ F

Bảng 1-9: Bảng Quan hệ Z F, Z W

F(km 2 ) 0,34 0,45 0,59 0,7 0,8 0,9 1,02 1,15 1,25 W(10 m 6 ) 0,35 0,735 1,26 1,9 2,65 3,5 4,46 5,55 6,75

F(km 2 ) 1,35 1,45 1,5 1,68 1,83 1,94 2,05 2,27 2,54 W(10 m 6 ) 8,05 9,45 11 13,4 15,3 19,1 20,1 23,8 29,1

W(10 6 m 3 ) Z(m)

Tải trọng tính toán Cánh tay

đòn (m)

Momen (T.m) Đứng

0

0(-)

B : chiều rộng đáy tường; B = 6,5 m

C : lực dính đơn vị đáy tường C = 2,6 T/m 2

P : tổng các lực tác dụng theo phương ngang; P = 27,173 (T)

Thay vào công thức, ta được:

Ta thấy: KT = 2,42 > [K] = 1,15 nên tường đảm bảo ổn định về trượt.Kết luận:

=> Qua 2 trường hợp công trình sau khi thi công xong và khi có lũ về và nước rút đột ngột thì tường bên dốc nước đảm bảo điều kiện ổn định trượt và lật

Cấp công trình cống được xác định thoe hai điều kiện:

- Điều kiện về nhiệm vụ công trình theo QCVN 04-05:2012 tra được công trình cấp II

- Ngoài ra, cấp công trình cũng phải dựa theo cấp của cụm công trình đầu mối

Do đã xác định công trình đầu mối là cấp II (theo QCVN 04 05:2012), vì thế cấp công trình cống lấy nước được lấy là cấp II

-6.1.2 Chọn hình thức và tuyến cống

6.1.2.1 Tuyến cống

- Tuyến cống phụ thuộc vào vị trí khu tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất tại khu vực xây dựng tuyến đập (xả nước trực tiếp xuống suối để tạo nguồn cho khu tuới ở hạ du) có xem xét đến điều kiện dẫn dòng thi công Bố trí cống lấy nước ở vai phải của đập chính Nước sau khi lấy qua cống sẽ được đưa vào kênh chính để cấp nước cho khu tưới

6.1.2.2 Hình thức cống

Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều ( từ MNC đến MNDBT) nên hình thức cống hợp lý là cống ngầm lấy nước không áp

- Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép M200, mặt cắt có dạng hình chữ nhật

- Dùng tháp van để khống chế lưu lượng Trong tháp van có bố trí van công tác

và van sửa chữa, vị trí đặt tháp chọn ở khoảng giữa mái đập thượng lưu 6.1.2.3 Sơ bộ bố trí cống

Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đã có sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định được chiều dài cống ( đoạn trước cửa van, sau cửa van) làm căn cứ cho việc tính toán thủy

lực cống Cống phải đặt nằm trên cao trình bùn cát và dưới mực nước chết từ 1 – 1,5m

để đảm bảo bùn cát không lọt vào cống và đảm bảo điều kiện tưới tự chảy

+ Cao trình mực nước chết MNC = +27,3 m

+ Cao trình bùn cát Zbc = +25,53m

+ Cao trình khống chế tưới tự chảy Zkc = +26,8 m

+ Sơ bộ chọn cao trình đáy cống: Zđáy cống= ZMNC -1= 27, -1= 26,3 m

+ Chiều dài cống : L = 101.3 m

+ Đoạn từ cửa vào đến van công tác có chiều dài: L1 21.80 = m

+ Đoạn từ van công tác đến cửa ra có chiều dài là: L2 79.50 = m

6.1.2.4 Tài liệu cơ bản dùng để tính toán

- Mực nước dâng bình thường MNDBT = 33,01 m

- Mực nước chết MNC = +27,3 m

- Cao trình khống chế tưới tự chảy đầu kênh Zkc = +26,8 m

- Cao trình bùn cát Zbc= +25,53 m

- Lưu lượng thiết kế cống Qtk = 1,79 m3/s

- Hệ số nhám lòng cống: n = 0,017 (vật liệu bê tông cốt thép)

6.2 Thiết kế kênh dẫn hạ lưu cống

5000 Chọn i = 1

5000 = 2.10 -4+ Độ nhám lòng kênh ( tra bảng J3: TCVN 4118 2012): kênh làm bằng bê tông, -mặt nhám => chọn n= 0,017

+ Hệ số mái kênh m= 1,5

6.2.1.1 Xác định chiều rộng đáy kênh (b) và chiều sâu nước trong kênh (h)

- Sơ bộ xác định vận tốc không xói theo công thức: Vkx=K.Q0,1 (m/s) Trong đó:

Q – Lưu lượng thiết kế Q = 1,79 m3/s

K – Hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, đất á sét nhẹ, tra bảng 15 Hệ số K ứng với - từng loại đất ta được K = 0,62

Giả thiết lần 1: Với h = 1,01 m; giải thử dần b.

Bảng 6.1 Kết quả tính toán bề rộng kênh

(m3/s)

Vậy sơ bộ chọn: bkênh= 2,3 m

Với Bkênhđã chọn đi tìm hkênh

h

h =1,0 k m

6.2.1.2 Kiểm tra điều kiện không xói của kênh

Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa, hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ nên không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng nhưng cần phải kiềm tra điều kiện xói lở cho kênh Điều kiện để kênh không bị xói lở: Vmax < Vkx

Trong đó:

Vmax : Lưu tốc lớn nhất trong kênh tính với lưu lượng Qmax = K.Q với K là hệ số phụ thuộc vào lưu tốc kênh (tra bảng 3 TCVN 4118 : 2012), ứng với Q = 1,79 mtk 3/s,

ta có hệ số K = 1,15 ~ 1,2 Chọn K = 1,2

Vkx : Lưu tốc không xói trong kênh, Vkx = 0,66 (m/s)

Để xác định Vmaxkhi đã biết Qmaxvà mặt cắt kênh ta phải xác định độ sâu h tương ứng trong kênh bằng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực từ đó xác định được Vmax Q max

* Xác định Vmax :

- Tính Qmax = K.Q = 1,15.1,79 = 2,06 (m3/s)

Để tìm lưu lượng lớn nhất dựa theo công thức Chezy Manning:

5 max 2 max(B.h )1

(B 2.h )

Thỏa mãn điều kiện không xói mặt cắt trên là hợp lý

Vậy mặt cắt kênh hạ lưu có các đặc trưng sau :

bk 2,3 m ; i = 0,00025 = ; hh = 1,07 m ; m = 1,5

6.3 Tính khẩu diện cống

6.3.1 Trường hợp tính toán

Khẩu di n cệ ống được tính toán với trường h p chênh l ch mợ ệ ực nước thượng

hạ lưu chênh lệch nhỏ và lưu lượng lấy nước tương đố ớn Thười l ng tính toán với trường hợp mực nước thượng lưu là MNC và mực nước hạ lưu là mực nước kh ng chế đầu kênh tưới ố

Lưu lượng thiế ết k : Qtk = 1,79 m ; 3/s

Mực nước chết : MNC = 27,3 m ;

Mực nước khống chế đầu kênh : Zkc = 26,3 m ;

Lúc này để ấy được lưu lượ l ng thiết kế phải mở hết cửa van

Sơ đồ tính toán như sau :

Hình 6.2: Sơ đồ tính toán khẩu diện c ng ố

Trong đó:

Z1- T n thổ ất cột nước tại cửa vào

Zp – T n th t qua khe phai ổ ấ

Trị số bcđược tìm bằng phương pháp đúng dần: Cho b , cxác định các trị số tổn thất Z isau đó thử ại theo điề l u kiện trên Với mỗi trị số b các tc ổn thất được xác định như sau:

6.3.2.1 Tổn thất cửa ra Z2

Dòng chảy t bừ ể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ tràn đỉnh r ng chộ ảy

ngập, khi đó :

2 2 b

nα.VQ

Trong đó :

b b r ng cu– ề ộ ối bể tiêu năng, lấy b = b = 2,3 m k

hh – chiều sâu nước hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán hh=hkênh =1,07 m Diện tích mặt cắt ướ ủa kênh hạ lưut c

2 max.( max) 1,07.(2,3 1,5.1,07) 4,178( )

n

φ - h sệ ố lưu tố ại cửc t a ra của bể, ph ụ thuộc vào m ;

Sơ bộ chọn m = 0,36 tra bảng 14-4 trong cuốn các bảng tra thủy lực ta có φ = n0,96

Vb– lưu tốc trung bình trong bể tiêu năng, tính toán với bể cấu tạo, giả thiết chiều sâu đào bể d = 1 m

i – Độ d c cố ủa cống được xác định theo công th c : ứ

2Qi=

ω.C R Trong đó :

ω: Diện tích mặ ắt ướt c t ω=b.h 1;

b hω

=

C : hệ s Cedi, tính theo công thố ức của Maninh C=1

n.R1/6 ,

Trong đó : V - Hệ số tổn thất cục bộ qua khe van tra TCVN 9151-2012 tra ở phụ lục A.3, phụ thuộc tỉ ố s v

Khi v

v c

b

b - v bề rộng khe van Sơ bộ chọn bv = 20 (cm)

b - c bề rộng cống

Vv - Vận tốc sau van.V =v Q

ω Với ω diện tích mặt cắt ướt ω = bc h v

hv - chiều cao mực nước sau cửa van hv = h + J.L 1 c

Bố trí hai khe van nên: Zv = 2.ξ VαV2

2g 6.3.2.4 Tổn thất cục bộ qua luới chắn rác (ZL):

hL: độ sâu nước sau lưới chắn rác, hL = h + Z v v

L: hệ số tổn thất thủy lực tại lưới chắn rác

Hệ số tổn thất cục bộ của lưới chắn rác :

43

L s

bβ- Hệ số phụ thuộc vào hình d ng thanh chắn cạ ủa lưới chắn rác, tra TCVN 9151:2012 bảng A.1 với dạng thanh lưới G ta có: β=1,67

S - đường kính thanh thép s = 10mm

b - khoảng cách giữa các thanh thép b = 50mm

- góc nghiêng của lưới so với phương ngang =60 o

4

L

hp: độ sâu nước sau khe phai, hp = h + Z L L

p: hệ số tổn thất thủy lực khe phai lấy như đối với khe van p = v

Bố trí hai khe phai nên: Zp = 2 p

2α.V2g 6.3.2.6 Tổn thất cột nước tại cửa vào (Z1):

αVQ

-2g2g ε.f ωn

Trong đó

n: hệ số lưu tốc tại cửa vào của cống, phụ thuộc hệ số lưu lượng m

Sơ bộ chọn m = 0,36 Tra bảng 14-4 ta có n = 0,96

ε : hệ số co hẹp bên ở cửa vào, lấy ε = 1

w: diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào, ω = bc.h2

h2: độ sâu cột nước đầu cống, h2 = h + Z p p

Vo: lưu tốc tới gần, Vo= Q

ω 6.3.2.7 Tổng tổn thất cột nước qua cống ( Zi):

Từ kết quả tính toán các tổn thất cục bộ và dọc đường ứng với các trị số b giả cthiết ở trên, ta có tổng tổn thất qua cống ngầm tương ứng với các trị số bc này là:

Zi = Z + Z + Z + Z + Z + i.L 1 2 p L vKết quả tính toán được trình bày trong bảng 6-1:

Từ quan h hình 6-1, ta có t ng t n thệ ổ ổ ất cho phép [∆Z] = 0,5m, ta thấy b =0,88 c

m thì cho ra t ng t n thổ ổ ất bằng với giá trị [∆Z] nhất

Giá tr bị c được ch n ph i th a mãn các yêu c u vọ ả ỏ ầ ề điều ki n bệ c >1mkhông chọn

bc quá nhỏ, để tiện ki m tra, s a chể ử ữa, đảm bảo điề kiện thi công Vì lưu lượng u trong c ng l n , h là hố ớ ồ ồ thủ ợy l i nên ta có thể chọn b = 1,1m vc ẫn đảm bảo điều kiện ki m tra sể ửa chữa và thi công

Vậy b r ng c ng ch n thề ộ ố ọ ỏa mãn các điều ki n trên Ta chệ ọn phương án bề ộ r ng cống b = 1,1c m, độ ố d c i=0,00574, có t ng t n thổ ổ ất cột nước th a mãn: ỏ ∑Zi = 0,5(m)

= [∆Z] = 0,5m

SINH VIÊN: NGUYỄN QUỐC KHÁNH (KHÓA HỌC: 2017 - 2022 ) 124

b Z 2 h 1 R C J JL C V V V 2xZV L hL VL ZL P h P V P 2xZ P h CV V CV

0.88 0.00456 1.00421 0.884 2.889 0.306 48.291 0.00574 0.37043 0.100 2.024 0.04176 0.169 1.046 1.943 0.033 0.100 1.079 1.885 0.03621 1.115 1.823 0.01442 0.50 1.10 0.00456 1.00 1.105 3.108 0.355 49.507 0.00301 0.19458 0.068 1.620 0.01825 0.169 1.022 1.592 0.022 0.068 1.044 1.558 0.01688 1.061 1.533 0.01020 0.26 1.20 0.00456 1.00 1.205 3.208 0.376 49.966 0.00235 0.15187 0.067 1.485 0.01499 0.169 1.019 1.464 0.018 0.067 1.038 1.438 0.01404 1.052 1.418 0.00872 0.21 1.30 0.00456 1.004 1.305 3.308 0.395 50.378 0.00188 0.12116 0.065 1.371 0.01253 0.169 1.017 1.354 0.016 0.065 1.033 1.334 0.01185 1.044 1.318 0.00754 0.17 1.40 0.00456 1.00 1.406 3.408 0.412 50.752 0.00153 0.09847 0.064 1.273 0.01062 0.169 1.015 1.260 0.014 0.064 1.029 1.243 0.01013 1.039 1.231 0.00657 0.14 1.50 0.00456 1.00 1.506 3.508 0.429 51.092 0.00126 0.08132 0.063 1.188 0.00912 0.169 1.013 1.178 0.012 0.063 1.025 1.164 0.00875 1.034 1.154 0.00577 0.12 1.60 0.00456 1.00 1.607 3.608 0.445 51.403 0.00105 0.06808 0.063 1.114 0.00791 0.169 1.012 1.105 0.011 0.063 1.023 1.094 0.00762 1.030 1.086 0.00511 0.10 1.70 0.00456 1.00 1.707 3.708 0.460 51.689 0.00089 0.05769 0.062 1.049 0.00692 0.169 1.011 1.041 0.009 0.062 1.020 1.032 0.00670 1.027 1.025 0.00456 0.09 1.80 0.00456 1.00 1.808 3.808 0.475 51.953 0.00077 0.04940 0.061 0.990 0.00611 0.169 1.010 0.984 0.008 0.061 1.019 0.976 0.00594 1.025 0.971 0.00408 0.07 1.90 0.00456 1.00 1.908 3.908 0.488 52.197 0.00066 0.04271 0.061 0.938 0.00543 0.169 1.010 0.933 0.008 0.061 1.017 0.926 0.00529 1.022 0.921 0.00368 0.06 2.00 0.00456 1.00 2.008 4.008 0.501 52.424 0.00058 0.03723 0.050 0.891 0.00405 0.169 1.008 0.888 0.007 0.050 1.015 0.882 0.00396 1.019 0.878 0.00334 0.06 2.10 0.00456 1.00 2.109 4.108 0.513 52.636 0.00051 0.03270 0.050 0.849 0.00367 0.169 1.008 0.846 0.006 0.050 1.014 0.841 0.00360 1.018 0.838 0.00304 0.05

6.3.2.8 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống

6.3.2.8.1 Chiều cao mặt cắt cống:

Hc = h1 + Trong đó:

h1: độ sâu dòng đều trong cống; h1 = 1,0 (m)

: độ lưu không, có thể lấy từ 0,5 ÷ 1m Ở đây lấy = 0,5 m

MNC = 27,3 (m)

h: là độ sâu dòng đều trong cống khi tháo Q ; h = h 1,0 (m) tk 1=

∑Z: là tổn thất cục bộ ở ửa vào, khe phai, lưới chắ c n rác, khe van khi tháo Q tk ∑Z = Z1 + Z + Z + Z = 0,05045 m p L v

Chọn chiều dài từ vị trí cửa vào đến vị trí cửa van là L1 = 15m Chiều dài từ

vị trí cửa van đến cuối cống là L2 = 49,54m

6.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng

Do đó cần tính toán tiêu năng để:

- Kiểm tra xem có nước nhảy xảy ra ở trong cống không Thường với các mực nước cao ở thượng lưu, cần khống chế không cho nước nhảy trong cống để tránh những rung động bất lợi Còn với các mực nước thấp ở thượng lưu, nước nhảy trong cống là không tránh khỏi, tuy nhiên khi đó năng lượng của dòng chảy không lớn nên mức độ rung động gây nguy hiểm là không đáng kể

- Xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngay sau cửa ra của cống, tránh xói lở kênh hạ lưu

- Trường hợp tính toán tiêu năng:MNTL=MNDBT=35,18m; Q = 1,79 mtk 3/s.6.4.2 Xác định độ mở cống

Độ mở cống tính theo sơ đồ chảy tự do qua lỗ:

)'(

2gH0 aab

Trong đó:

: hệ số lưu tốc, đối với trường hợp chảy từ các lỗ ở đáy chọn = 0,95

ε : hệ số co hẹp đứng

H0’ : cột nước tính toán trước cửa van H0’ = H0 – h w

hw : tổn thất cột nước từ cửa vào đến vị trí cửa van.Vì đoạn cửa vào đến chỗ đặt van là chảy ngập (ứng với MNDBT) hay dòng chảy không áp Nên tổn thất cột nước là rất nhỏ xem như hw = 0

H0: cột nước có kể đến lưu tốc tới gần H0= H+α.V2

2g

V0 :lưu tốc tới gần.Vì mực nước cao và được dẫn trực tiếp vào từ hồ chứa nên ta

bỏ qua lưu tốc tới gần, V0 = 0

- Với a và như trên ta được giá trị Qtt

Q =Q - Qtt 1, 79 1, 75

Các giá trị mà ta sơ bộ chọn ở trên là hợp lý

Vậy độ mở cửa van là a = 0,23 m

Độ sâu co hẹp sau cửa van: hc= a = 0,611.0,23 = 0,14053 (m)

Vị trí mặt cắt co hẹp cách cửa van một đoạn là: Lc.h = 1,4.a=1,4.0.23 = 0,322(m) 6.4.3 Kiểm tra chế độ chảy trong cống

Để kiểm tra chế độ chảy trong cống ta phải vẽ đường mặt nước để tìm độ sâu cuối cống hr Điều kiện để không xảy ra hiện tượng nước nhảy trong cống đó là:

hr là độ sâu dòng chảy ở cuối cống

hk là độ sâu phân giới của dòng chảy trong cống

hh’là độ sâu liên hiệp của dòng chảy ở hạ lưu

6.4.3.1 Định tính đường mặt nước trong cống

+ Độ sâu co hẹp sau cửa van: hc = a = 0,611.0,23 = 0,14053 (m)

+ Độ sâu phân giới hk:

2 3

h =g

2 3 21.1,790,646( )

Q = A.R S

n

2/3 0 0

01,

11.h

1

=> h = 1,01 (m) 0

Từ kết quả tính toán nhận thấy hc=0,14053m < h =0,646m < h =1,01m k 0Nên dạng đường mặt nước sau cửa van là đường nước dâng CI

6.4.3.2 Định lượng đường mặt nước trong cống

Khoảng cách từ mặt cắt co hẹp đến cửa van:

- Khoảng cách giữa hai mặt cắt có độ sâu h1 và h2 đã biết là :

L =

jiΔ

i

= (h2+

2.g

αV2) - (h1 +

2gα.V2)

2

JJ

2

i i i iR.CV

Cột 6,7: Tỉ năng tại mặt cắt tính toán i = h + i

g

vi2.2 Cột 8: Chu vi ướt tại mặt cắt tính toán i = b + 2h c i

RCQi i 2 2 2

=RCvi i.2 2

Cột 12: Độ dốc thủy lực trung bình Ji =

2

1 i

i JJ

Cột 13: Hiệu số i - J

Cột 14: Chênh lệch tỉ năng giữa 2 mặt cắt = i+1- i

Cột 15: Khoảng cách giữa 2 mặt cắt tính toán Ltt =

JiCột 16: Khoảng cách cộng dồn Ltt

Bảng 6 1 Kết quả tính toán đường nước dâng C1 trong cống

Lưu lượng tính toán Q = 1.79 ( m 3

=> Kết luận : Có nước nhảy trong cống

6.4.3.3 Xác định vị trí và chiều cao nước nhảy

an toàn cho cống Nếu gặp trường hợp này thì có các biện pháp xử lý sau :

+ Thay đổi độ dốc đáy cống để đẩy nước nhảy ra khỏi cống

+ Dịch vị trí tháp van về phía hạ lưu để đẩy nước nhảy ra khỏi cống + Tăng chiều cao trần cống để nước nhảy không chạm trần cống