Giáo trình công trình thu máy bơm trạm bơm (ngành công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước cao Đẳng)

3 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Công trình thu - Máy bơm – Trạm bơm” bao gồm những kiến thức về đặc điểm các nguồn nước, quy định về bảo vệ vệ sinh nguồn nước; điều kiện ứng dụng, cấu tạo,

Ban hành kèm theo Quyết định số 389ĐT/QĐ- CĐXD1 ngày 30 tháng 09 năm

2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1

Hà Nội –

3

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình “Công trình thu - Máy bơm – Trạm bơm” bao gồm những kiến thức về đặc điểm các nguồn nước, quy định về bảo vệ vệ sinh nguồn nước; điều kiện ứng dụng, cấu tạo, lựa chọn kích thước cho công trình thu nước; nguyên lý làm việc, cấu tạo của máy bơm ly tâm, xác định lưu lượng, cột áp của máy bơm (để chọn máy bơm); kết cấu

và trang bị của tram bơm; quản lý, vận hành trạm bơm cấp nước, trạm bơm thoát nước cho công trình dân dụng cấp III và đô thị loại IV

Giáo trình do các giảng viên trong Bộ môn Cấp nước và Thoát nước, thuộc khoa Quản lý Xây dựng và đô thị, trường Cao đẳng Xây dựng số 1 biên soạn Chúng tôi rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, năm 20

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Lê Thị Minh Nga

2 Lương Thị Phương Thảo

4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CÔNG TRÌNH THU NƯỚC 10

1.1 Công trình thu nước ngầm ………6

1.1.1 Phân loại công trình thu nước ngầm 10

1.1.2 Giếng khoan 10

1.1.3 Giếng khơi 20

1.1.4 Đường hầm ngang thu nước 20

1.1.5 Công trình thu nước ngầm khác 22

1.2 Công trình thu nước mặt 25

12.1 Phân loại 25

1.2.2 Công trình thu nước mặt ven bờ 26

1.2.3 Công trình thu nước xa bờ 37

1.2.4 Một số công trình thu nước mặt khác 46

CHƯƠNG 2 : MÁY BƠM Error! Bookmark not defined 2.1 Phân loại máy bơm 48

2.2 Những thông số cơ bản của máy bơm 48

2.2.1 Lưu lượng 48

2.2.2 Cột áp 48

2.2.3 Công suất 49

2.3 Máy bơm ly tâm Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phân loại máy bơm 50

2.3.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bơm ly tâm 50

2.3.3 Những bộ phận chủ yếu của bơm ly tâm 51

2.3.4 Lưu lượng của máy bơm ly tâm 53

2.3.5 Chiều cao hút 53

2.3.6 Trang thiết bị của một tổ máy bơm ly tâm 51

2.3.7 Cột áp của máy bơm ly tâm Error! Bookmark not defined 2.3.8 Đường đặc tính của máy bơm ly tâm 55

2.3.9 Sự làm việc nối tiếp và song song của các bơm ly tâm 56

2.3.10 Các phương pháp điều chỉnh bơm ly tâm 57

2.3.11 Các phương pháp mồi bơm ly tâm 58

2.3.12 Kết cấu một số máy bơm ly tâm 63

2.3.13 Một số sự cố với máy bơm, nguyên nhân biện pháp khắc phục 63

CHƯƠNG 3 : TRẠM BƠM 68

5

3.1 Trạm bơm cấp nươc 68

3.1.1 Phân loại trạm bơm cấp nước 68

3.1.2 Lưu lượng, cột áp của trạm bơm cấp 1 và cấp 2 70

3.1.3 Bố trí máy bơm trong trạm bơm 73

3.1.4 Bố trí ống hút, ống đẩy, đường ống nội bộ trạm máy bơm 74

3.1.5 Đặc điểm kết cấu trạm bơm cấp nước 75

3.1.6 Đặc điểm quản lý trạm bơm cấp nước 78

3.2 Trạm bơm thoát nước 82

3.2.1 Phân loại trạm bơm thoát nước 82

3.2.2 Lưu lượng, thể tích bể thu 83

3.2.3 Cột áp toàn phần của máy bơm 83

3.2 4 Bể thu và trang bị của nó 85

3.2.5 Bố trí máy bơm, ống hút, ống đẩy trong trạm bơm 87

3.2.6 Đặc điểm kết cấu trạm bơm thoát nước 87

3.2.7 Đặc điểm quản lý trạm bơm thoát nước 87

3.2.8 Thiết bị trong trạm bơm 89

3.2.8.1 Thiết bị nâng cơ điện 9120

3.2.8.2 Thiết bị đo mực nước 99

3.2.8.3 Thiết bị đo lưu lượng 123

3.2.8.4 Một số catalog bơm điển hình 123

Tài liệu tham khảo 135

6

GIÁO TRÌNH CÔNG TRÌNH THU- MÁY BƠM -TRẠM BƠM Tên môn học: Công trình thu- Máy bơm – Trạm bơm

Mã môn học: MH16

Vị trí, tính chất của môn học:

- Vị trí: Môn học được phân bố vào năm thứ hai

- Tính chất: Là môn học chuyên ngành bắt buộc

 Biết cách áp dụng các công thu nước phù hợp

 Vận dụng đúng các kiến thức về máy bơm và các trạm bơm cấp thoát nước

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

 Nhận thức được ý nghĩa của môn học đối với chuyên ngành

 Có thái độ làm việc khoa học, cẩn thận

7

CHƯƠNG 1: CÔNG TRÌNH THU NƯỚC 1.Mục tiêu:

Trình bày được cấu tạo, yêu cầu kỹ thuật, các cách lựa chọn công trình thu nước

2 Nội dung chương:

Mở đầu: Nguồn nước

Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật Hàng ngày trung bình mọi người cần từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, hoạt động giải trí, hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới đường…còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất

Tùy thuộc vào mức độ phát triền công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp của mọi cộng đồng mà nhu cầu về nước cấp với số lượng và chất lượng khác nhau

Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước càng ngày bị ô nhiễm và cạn kiệt …

Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp đề đáp ứng cả về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất công nghiệp

Nguồn nước sử dụng cho các trạm xử lý nước cấp

+ Lựa chọn nguồn nước

- Chọn nguồn nước phải căn cứ theo tài liệu khảo sát với thời gian tối thiểu là 5 năm,

dựa trên các chỉ tiêu lựa chọn nguồn nước mặt, nước ngầm phục vụ hệ thống cấp nước sinh hoạt

- Ưu tiên lựa chọn loại nguồn nước có chất lượng tốt, thuận lợi cho quá trình xử lý, giá thành xử lý nước nhỏ

- Khi trữ lượng của một nguồn nước không đủ thì được phép sử dụng nhiều nguồn nước cho một hệ thống cấp nước

- Nguồn nước được lựa chọn để khai thác phải được sự cho phép của cơ quan Nhà nước quản lý nguồn nước bao gồm:

+ Nguồn nước mặt

-Tồn tại trên mặt đất, bao gồm:

8

• Nước sông : chủ yếu cho cấp nước Giữa các mùa có sự chênh lệch nhau về mực nước, lưu lượng, SS, nhiệt độ Hàm lượng muối nhỏ à rất thích hợp cho công nghiệp giấy, dệt, điện SS cao và xử lý phức tạp

- Tài liệu thủy văn phải là tài liệu tích lũy nhiều năm (tối thiểu là 10 năm)

- Chất lượng nước thô từ nguồn cung cấp phải đạt tiêu chuẩn nguồn nước loại A

- Nếu có nhiều loại nguồn nước mặt tương đương nhau, cần ưu tiên theo thứ tự: nước sông, nước hồ, nước suối hoặc tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật

+ Nguồn nước ngầm

- Phải có đầy đủ tài liệu địa chất, địa chất thủy văn của khu vực khoan giếng, của toàn bộ vùng bổ cập và nguồn bổ cập; tài liệu về các mục đích sử dụng khác khi cùng khai thác nước ngầm trong một tầng chứa nước

- Nếu có nhiều tầng chứa nước thì phải ưu tiên lựa chọn tầng chứa nước có áp, chất lượng tốt, chiều dày lớn, trữ lượng lớn

- Lưu lượng khai thác không được vượt quá trữ lượng cho phép

Sơ đồ hình thành nước ngầm

1 Tầng ngậm nước không áp 2 Tầng ngậm nước có áp

3.Tầng ngậm nước có áp trung gian 4 Giếng 5 Sông Theo vị trí tồn tại so với mặt đất nước ngầm được chia ra:

Theo áp lực:

Nước ngầm không có áp : độ sâu cạn, ở trên mặt tự do thì áp suất như nhau

Nước ngầm có áp : giữa hai tầng cản nước, áp lực ở các vị trí khác nhau sẽ khác nhau

-Để khai thác nước ngầm có thể sử dụng các thiềt bị điện như bơm ly tâm, máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị không cần điện như các loại bơm tay Ngoài ra nước ngầm còn đươc khai thác tập trung tại các nhà máy nuớc ngầm, các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cư Đây là ưu điểm nổi bật của nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn

- Giá thành xử lý nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt

* Nhược điểm

- Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu được hình thành từ hàng trăm, hàng nghìn năm và ngày nay nhận được rất ít sự bổ cập từ nước mưa Và tầng nước này nói chung không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế Do vậy trong tương lai cần phải tìm nguồn nước khác thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt

-Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho hàm lượng muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý nước trước khi đưa vào sử dụng

- Khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp xuống, một mặt làm cho quá trinh nhiễm mặn tăng lên, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hư hại các công trình xây dựng-một trong các nguyên nhân gây hiện tượng lún sụt đất

- Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm

10

I.1 Công trình thu nước ngầm

1.1.1 Phân loại công trình thu nước ngầm

- Giếng khoan ( hoàn chỉnh và không hoàn chỉnh)

- Giếng khơi

- Đường hầm thu nước

- Công trình thu nước mạch lộ thiên

- Công trình thu nước thấm

11

a, Nước không có áp hoàn chỉnh b, Nước không áp không hoàn chỉnh

c, Nước có áp hoàn chỉnh d, Nước có áp không hoàn chỉnh

1.1.2 2 Sơ đồ cấu tạo giếng khoan

1 Cửa giếng 2 Ống vách 3,6 Liên kết 4 Ống lọc 5 Ống lắng

Ống lọc loại quấn dây:

Là ống khoan lỗ hoặc cắt khe

13

c Chọn kiểu ống lọc:

Tuỳ thuộc vào cấu tạo của tầng chứa nước:

• Nham thạch cứng, ổn định, không đất cát : không cần sử dụng ống lọc

• Nham thạch nữa cứng, không ổ định, đá dăm cỡ 10- 50mm 50%

– Ông khoan lỗ :10-25 mm

– Ông khe dọc, a x b =150 x 10 (hoặc 250 x 15)

– Ông khung xương( các thanh sắt đan vào nhau) 200 x 12 mm

• Sỏi, đá dăm: ống khoan lỗ hoặc dây quấn, ống dọc có gờ nổi hoặc theo cửa sổ

14

• Cát trung :10-25

• Cát thô :25-75

• Cát thô pha sỏi :50 – 100

• Sỏi pha cát thô :75-150

» 6: thô, không đồng nhất nhiều

– Chọn ống lọc giữ lại được 90% sỏi chèn

f Tổn thất mực nước qua ống lọc:

Abramốp :

ΔS = a .. (cm)

Trong đó:

+ Q: lưu lượng khai thác (m3/ngay)

+ S: độ hạ mực nước khi bơm (m)

15

• Q= a + b lgS

a, b, p, m, a, b : xác định nhờ thực nghiệm mỗi lần bơm giếng

1.1.2 4 Tính toán giếng khoan

Sơ đồ tính toán giếng khoan

Các bước cơ bản trong thiết kế giếng khoan:

- Dựa vào tài liệu khoan thăm dò, tài liệu địa chất thủy văn thu thập các thông tin

cơ bản và thông tin yêu cầu

- Chọn tầng chứa nước, độ sâu khai thác

- Chọn kiểu ống lọc

- Từ lưu lượng yêu cầu sẽ xác định số lượng hay qui mô giếng

- Xác định thông số hạng mục trong thiết kế giếng khoan

- Xác định lại khả năng cấp nước sau khi thi công xong

- Thiết kế phần cách ly và bảo vệ

a Tính giếng khoan hoàn chỉnh:

a1 Giếng khoan hoàn chỉnh thu nước không áp

Trường hợp chuyển động ổn định

Q=1,36xKxSx(2H-S)/lgR/r

Q: Lưu lượng khai thác của giếng ( m3/ngày)

K: Hệ số thẩm của tầng chứa ( m/ngày)

16

S: Độ hạ mực nước trong giếng hoàn chỉnh (m)

H: Độ sâu mực nước tĩnh đến đáy cách thủy của tầng chứa nước khi bơm (m) R: Bán kính ảnh hưởng xác định bằng khoảng cách từ tâm giếng tới rìa mặt ảnh hưởng (m)

r: Bán kính ống lọc (m)

a2 Giếng khoan hoàn chỉnh thu nước ngầm có áp:

Q=2,73xKxmxS/lgR/r

Q: Lưu lượng khai thác của giếng (m3/ngày)

K: Hệ số thấm của tầng chứa nước (m/ngày)

m: Chiều dày tầng chứa nước (m)

S=H-h: Độ hạ mực nước trong giếng khi bơm (m)

H: Độ sâu mực nước tĩnh tính đến đáy của tầng chứa (m)

h: Độ sâu mực nước động trong giếng (m)

R: Bán kính ảnh hưởng xác định bằng khoảng cách từ tâm giếng tới rìa mặt ảnh hưởng (m)

r: Bán kính ống lọc (m)

b Giếng khoan không hoàn chỉnh

Q=1,36xKxS(L+S/lgR/r+ L/lgR/r+ L/lg0,66L/r-lgL/R2)

Q: Lưu lượng khai thác của giếng (m3/ngày)

K: Hệ số thấm của tầng chứa nước (m/ngày)

S: Độ hạ mức nước trong giếng khi bơm (m)

L: Chiều dài công tác của ống lọc (m)

- Hút nước lớn quá mức làm rỗng tầng chứa nước

- Cát trôi vào giếng nhiều gây rỗng tầng chứa

- Nguồn bổ cập không đầy đủ

- Tầng chứa nước bị nhiễm khuẩn

- Ống vách bị thủng hoặc nứt vỡ

- Do ngập lụt hoặc nguyên nhân khác

1.1.2 5 Thi c«ng, qu¶n lý giÕng khoan

a/ Phạm vi áp dụng:

- Được sử dụng khai thác nước dưới nước ngầm sâu;

- Áp dụng cho gia đình, trường học, chợ những nơi có lưu lượng nước dưới

200m3/ngày đêm;

- Chọn đội thợ có kinh nghiệm khoan, am hiểu địa chất tại nơi khoan

b/ Giải pháp khoan giếng:

- Chọn phương pháp khoan

+ Chọn khoan dùng dung dịch đất sét, đất bùn hoặc dùng ống chống để khoan

- Cấu thành giếng khoan

+ Miệng giếng: Thường kết hợp vị trí đặt máy bơm;

+ Thân giếng (gọi là ống vách): Được cấu tạo bằng ống thép hay ống nhựa (nhựa PVC) có nhiệm vị chống nước bị nhiễm bẩn và chống sạt lở giếng Chiều dài ống vách tùy thuộc vào độ sâu của giếng khoan

+ Bộ phận thu nước (ống lọc nước): Được nối với ống vách có và được ngăn bằng

+ Bước 1: Khoan lỗ giếng

i/ Khi khoan thì phải lựa chọn điều kiện địa chất thủy văn tại lỗ khoan, dự kiến chiều sâu, đường kính khoan và lựa chọn phương pháp khoan Chú ý giếng cần cách nguồn nước ô nhiễm tối thiểu 10m

ii/ Sau khi khoan xong mà không thể lấy nước từ giếng thì phải lấp giếng từ cát, đất lấy từ giếng lên hoặc lấy đất sét, bùn ruộng để tránh nước bị nhiễm bẩn từ nguồn nước mặt hoặc từ nguồn nước ngầm bị ô nhiễm

+ Bước 2: Sau khi khoan xong thì dừng lại để lắp ống giếng:

Sau khi hoàn thành 01 cái giếng ta phải cách ly giếng đó với nguồn nước mặt hoặc nước ngầm ô nhiễm bằng cách đóng hoặc chèn xung quanh miệng giếng lớp đất sét

có độ sâu tối thiểu 3m, độ rộng 0,5m xung quanh miệng giếng

+ Bước 3: Bơm xúc rửa giếng

Bơm càng nhiều lần đến khi giếng đạt: nước trong, không màu, không mùi vị lạ mới đưa vào sử dụng Nếu nước nhiềm sắt (nước phèn) thì ta phải tiến hành dùng bể lọc phèn đến khi đạt yêu cầu mới đưa vào sử dụng

c/ Quản lý vận hành sử dụng giếng khoan

- Giếng khoan sử dụng bơm tay hoặc sử dụng bơm điện để lấy nước (hiện nay chủ yếu vẫn sử dụng máy bơm điện);

- Sân giếng được lát xi măng có ống thoát nước thải ra chỗ cách giếng tối thiểu 10m;

- Miệng giếng cao cách nền giếng tối thiểu 0,3m để tránh nước sinh hoạt thải tràn vào giếng, nếu lắp bơm điện thì phải có nắp đậy;

- Khi lắp máy bơm phải có dây tiếp đất tránh điện rò gỉ, máy bơm phải có chỗ che đậy tránh nắng mưa;

- Vào mùa khô hạn máy bơm thông thường không thể hút nước thì phải dùng máy bơm hút nước sâu để bơm nước;

- Khi bơm nước mà nguồn nước giếng không cấp kịp thời thì phải bơm chia làm nhiều lần để nguồn nước phục hồi, hoặc dùng van điều chỉnh lưu lượng lắp ở vòi nước điều chỉnh sao cho phù hợp lượng nước khai thác đến khi nước chảy ổn định

- Khi có lũ phải tháo máy bơm vào nơi bảo quản, thu hồi đường dây điện, bịt miệng

19

giếng Nếu giếng để ngập lũ, sau khi lũ tan phải bơm xục rửa giếng ít nhất 4h đến khi nước không màu, không mùi vị là thì mới sử dụng

- Nên xét nghiệm về vệ sinh, về khoáng trước khi sử dụng;

- Luôn giữ gìn vệ sinh sach sẽ khu vực giếng;

- Trong trường hợp không dùng giếng thì phải tiến hành bịt miệng giếng hoặc tiến hành lấp giếng bằng đất sét, bùn tránh gây ô nhiễm nguồn nước ngầm

Lập hồ sơ gồm:

*.Các thông số, đại lượng đặc trưng trong giếng khoan:

- Lưu lượng riêng

- Lưu lượng khai thác

- Mực nước động Mực nước tĩnh Độ hạ sâu mực nước Độ hạ mực nước giới hạn

- Hệ số thấm tầng chứa nước

- Bán kính ảnh hưởng

-Tầng có áp Tầng không áp Tầng cản trở Tầng chứa nước

* Các cấu tạo đặc trưng cần quan tâm trong giếng khoan:

- Gia cố và kết cấu công trình thu

- Hố hay giếng tập trung nước

- Ống vách, ống chống, ống lắng, ống lọc

- Miệng giếng và bảo bệ công trình trên mặt đất

- Loại máy bơm sử dụng

- An toàn điện khi lắp bơm chìm trong nước

* Quản lý công trình thu nước dưới đất

-Tài liệu quản lý: tài liệu địa chất thủy văn

- Hồ sơ nhiệm thu giai đoạn thi công

- Hồ sơ bơm thử nghiệm, bơm thí nghiệm

- Hồ sơ hoàn công

- Hồ sơ hướng dẫn vận hành và nhật ký vận hành

- Số liệu thống kê về lưu lượng, giá trị đặc trưng của công trình thu, thành phần chất lượng, điện năng

- Chu kỳ tẩy rửa công trình thu

- Giám sát độ sụt cao trình trong khu vực khai thác

20

1.1.3 Giếng khơi

Giếng khơi là công trình thu nước ngầm mạch nông, có đường kính từ 0,8 – 2 m

sâu từ 3 – 20 m Phụ vụ cho cấp nước gia định hoặc một đối tượng dùng nước nhỏ Khi

cần lưu lượng nước lớn có thể xây dựng nhiều giếng nhỏ rồi tập trung vào giếng tập trung

đượ nối bằng các ống xi phông, hoặc đường kính lớn với các ống nan quạt đục lỗ đặt trong

lớp đất chứa nước để tập trung nước vào giếng

Nước chảy vào giếng có thể từ đáy hoặc từ thành bên qua các khe hở từ tành hoặc

quá các ống bể tong xốp dùng làm thành giếng thành giếng có thể làm bắng gạch, bê tong

rỉ, đá hộc , đá dăm, ống sành có chiều cao từ 0,5 – 1 m rồi đánh tụ từng khẩu một xuống

giếng cho nhanh chóng và anh toàn Các khẩu giếng được nối với nhau bắng vữa xi măng

Để tránh nước mưa chảy trên mặt kéo theo chất bẩn chui vào giếng thì phải lát

nền và xây bờ xung quanh từ mặt đất xuống dưới 1,2 m Nên bố trí giếng gần nhà và cách

truồng xúc vật nuôi từ 7 – 10m

1.1.4 Đường hầm ngang thu nước

Sơ đồ cấu tạo công trình thu nước kiểu đường hầm 1.Đường hầm thu nước ; 2.Lớp đất chứa nước ; 3.Giếng tập trung ; 4.Mực nước tĩnh trong tầng chứa nước ; 5.Mực nước trong giếng tập trung

Đó là công trình thu nước ngầm mạch nông với công suất lớn từ vàu chục đến vài

trăm mét khối ngày

22

1.1.5 Công trình thu nước ngầm khác ( Tham khảo)

a Công trình thu nước ngầm lộ thiên

Công trình thu nước ngầm lộ thiên Mạch phun nước lên 2 Mạch nước chảy xuống

23

24

b, Công trình thu nước thấm

Công trình thu nước thấm kiểu thẳng đứng

1 Lớp đất bề mặt 2 Ống đẩy 3.Giếng tập trung 4.Phần bơm 5.Động cơ điện

6 Thang lên xuống 7 Ống xả 8 Cửa thông 9 Nhánh thu nước

Khi tính toán nguồn nước mặt cần chú ý đến các tính chất sau:

1 Tỷ lệ lưu lượng nước thu và lưu lượng nước sông

Khi công trình thu làm việc có thể ảnh hưởng tới chế độ thủy văn của sông Việc tính toán công thu nước phải đảm bảo đủ lưu lượng nước và chất lượng nước phải tốt Khi tính toán phải dựa vào lưu lượng tính toán nhỏ nhất trên sông qua số liệu tích lũy hàng năm Cần đảm bảo lưu lượng nước thu vào không quá 15% lưu lượng nước nhỏ nhất của sông Nếu lượng nước thu lớn hơn sẽ ảnh hưởng tới chế độ thủy văn của sông Do đó làm việc với chất lượng nước xấu thu vào

2 Chế độ thủy văn

Chế độ thủy văn ảnh hưởng nhiều đến kết cấu và cách thu nước của công trình Trước hết cần quan tâm đến ví trí mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất thhh biến động của dòng chảy và bồi lắng phù xa để chọn cửa thu nước hợp lý Các sông gần biển cần xét đến sự ảnh hưởng của thủy triều

3 Dạng mặt cắt ngang của sông

Vị trí thu nước phải có đủ độ cần thiết và chất lượng nước phải đảm bảo, điều đó liên quan đến dạng mặt cắt ngang của sông Dạng mặt cắt ngang ảnh hưởng tới kiểu loại công trình thu

Dạng bờ dốc

dạng bờ thoải

26

dạng dốc thẳng đứng

dạng bờ có thềm

4 cấu tạo địa chất của bờ và lòng sông

Cấu tạo địa chất của đá ở bờ sông có ảnh hưởng lớn tới vị trí xây dựng và kết cấu của công trình Các tài liệu về địa chất phải có đầy đủ tính chất về cơ lý của đất đá và ổn định của chúng, đặc biệt là lớp đất đá ở nền móng công trình Tuy vậy theo độ ổn định và

độ bền vững của chúng mà quyết định sử dụng công trình kiểu kết hợp hay phân ly so với trạm bơm cấp 1

5 Các nhu cầu khác về sử dụng nước

Cùng một nguồn nước mặt nhưng có nhiều mục đích sử dụng nước khác nhau như nông nghiệp, ngư nghiệp, thủy lợi, giao thông, cấp nước cần phải kết hợp hài hòa mục đích sử dụng nước khác nhau Công trình thu nước của hệ thống cấp nước phải đặt ở vị trí thu đượ chất lượng nước tốt nhất và ít chịu ảnh hưởng của mục đích sử dụng cấp nước khác Đồng thời phải đảm bảo công trình phải làm việ ổn định và mức độ tin cậy cao

1.2.2 Phân loại công trình thu nước mặt

1 Phân loại theo đặc điểm kết cấu:

- Kết hợp

- Phân ly

27

- Kiểu vịnh

Loại công trình thu nước kết hợp (ven bờ và xa bờ)

1.Họng thu nước 2.Cửa thu nước 3.Cửa thông

4.Ngăn hút 5.Phễu hút+lưới chắn rác 6.Ngăn thu

7.Ống hút 8.Ống đẩy 9.Động cơ 10 Máy bơm

Công trình thu nước ven bờ kiểu phân ly

1.Ngăn thu; 2.Cửa thu – Song chắn rác; 3.Ống hút;

4.Cửa thông – Lưới chắc rác; 5.Ngăn hút; 6.Ngăn quản lý;

7.Rãnh đặt ống; 8 Trạm bơm cấp1

28

Công trình thu nước kiểu vịnh

2 Phân loại theo vị trí nguồn nước: gần bờ, xa bờ

a Công trình thu nước ven bờ

Công trình thu nước ven bờ loại kết hợp

1.Phễu hút- lưới chắn rác 2.Ống hút 3.Động cơ 4.Ống đẩy

5.Cửa thu-Song chắn rác 6.Cửa thông-lưới chắn rác

7.ngăn thu 8.Ngăn hút 9 Máy bơm

b Công trình thu nước xa bờ

Đặc điểm của công trình thu nước xa bờ là ngăn thu, ngăn hút được đặt ở bờ sông còn đầu thu nước được đặt ở lòng sông Nước được th qua họng thu rồi qua ống xi phông hoặc ống tự chảy, chảy về ngăn thu Tùy thuộc vào đặc điểm kết cấu cảu bờ sông là có thể

bố trí công trình thu và trạm bơm kết hợp hay phân ly

+/ Công trình thu nước xa bờ dùng ống tự chảy

29

Công trình này áp dụng khi bờ sông hay bờ hồ thoải, có độ dốc không lớn lắm

Nước được chảy qua họng thu có đặt song chắn rác rồi được dẫn qua ống tụ chảy chảy về ngăn thu Đầu cuối của ống tự chảy có đặt khóa Sau đó nước được bơm lên trạm xử lý qua trạm bơm cấp 1 Nếu lưu lượng nước dao động lớn có thể bố trí 2 họng thu nước để thu nước nhanh hơn

Công trình thu nước xa bờ dùng ống tự chảy

(Công trình thu & trạm bơm cấp 1 đặt xa nhau)

1 Họng thu nước 2.Ống tự chảy 3.Ngă thu

4.Trạm bơm cấp 1 5.Ngăn hút 6.lưới chắn rác

+/ Công trình thu nước dùng ống xi phông tự chảy

Loại này dùng khi bờ sông không thoải lắm Nếu đặt ống tự chảy thì độ sâu ống

lớn, điều kiện thi công quản lý khó khăn Lúc đó ống tự chảy được thay thế bắng ống xi phông, trong công trình cần bố trí ống xi phông để mồi bơm Khi nước sông lên cao nhất thì ống xi phông làm việc như ống tự chảy Trong trường hợp nước sông rất ít rác có thể không cần bố trí lưới chắc rác Lúc đó ở bờ sông chỉ có ngăn thu, trong trường hợp này kết cấu của bờ sông rất đơn giản, kích thước nhỏ gọn bơm cấp 1 có thể sử dụng bơm trục ngang hay bơm chìm

30

Công trình thu nước xa bờ dùng ống xi phông tự chảy

(Công trình thu & trạm bơm cấp 1 hợp khối)

Ống xi phông 2.Bơm chân không 3.Gian máy –TBC1

4.Ống hút 5.Ống đẩy 6.Ngăn thu 8.Ngăn hút 9.Máy bơm

c Công trình thu nước nổi và di động

Công trình thu nước nổi

1.Phao nổi 2.Ống hút 3.Ống đẩy mền 4.Máy bơm 5.Kết cấu mái che

Công trình thu nước di động

1.Ống đầy máy bơm 2.Ống hút 3.Ống đẩy 4.Xe goòng có mái che

31

5.Đoạn ống mền 6.Tời kéo 7.Mực nước lên cao 8.Mực nước xuống thấp

Kết cấu của trạm bơm di động

1.Ống hút 2.Thùng xe 3 Van ống đẩy 4.Dầm chìa

5,8 Thùng dầu và nhiên liệu, nước; 6.Động cơ,bơm li tâm

- Họng thu nước

32

Họng thu nước bằng bê tông cốt thép

- Công trình thu nước kiểu vịnh

- Công trình thu nước sông cạn

33

- Công trình thu nước sông miền núi

Công trình thu nước miền núi

34

Mặt cắt A –A

- Công trình thu nước đầm hồ

- Công trình thu nước ven biển

1.2.2 Công trình thu nước mặt ven bờ

Lựa chọn ông trình thu nước mặt cần có các cơ sở:

- Chế độ thủy văn: Q, V, thủy triều

- Dạng mặt cắt sông, hồ, đầm, vịnh

- Tỷ lệ lưu lượng thu và lưu lượng nước nguồn

- Mực nước cao nhất

- Mực nước thấp nhất

- Cấu tạo địa chất của bờ sông và lòng sông

- Mục đích sử dụng khác của nguồn khai thác

35

1 Sơ đồ cấu tạo:

Sơ đồ lấy nước ven bờ

a - công trình lấy nước tách biệt với nhà máy;

b - công trình lấy nước kết hợp với nhà máy

1- Ngăn thu, ngăn hút, 2- nhà máy ; 3- ống hút; 6- tầng lấy nước trên

Với trạm bơm loại nhỏ và trung bình (Ngăn thu, ngăn hút bố trí chung) trang bị máy

bơm li tâm trục ngang có hS > 0 và biên độ giao động mực nước không qúa 10 m thì cửa

lấy nước thường đứng tách rời khỏi nhà máy Khi trang bị máy bơm li tâm và hướng trục

trục đứng (và đôi khi cả bơm trục ngang có hS nhỏ ) biên độ giao động mực nước trong

sông lớn hơn 10 m mà nền nhà máy ổn định thì chọn kiểu công trình lấy nước bờ kết hợp

với nhà máy là hợp lý

Nước từ sông qua cửa vào để vào Ngăn thu, ngăn hút Thường khi giao động mực

nước lớn, để lấy nước trong người ta bố trí nhiều tầng cửa ở các cao trình Việc chỉ đặt một

tầng chỉ dùng khi nước sông tương đối sạch Trên các cửa của tầng lấy nước đều đặt song

chắn rác hoặc lưới chắn rác, van trượt phẳng hoặc van điều tiết

2 Công thức tính toán và thông số cơ bản

Diện tích lỗ vào cửa lấy nước lấy theo công thức sau:

W = 1,25.K

Trong đó: - diện tích toàn phần của lỗ cửa, ( m2 ); Qtk - lưu lượng thiết kế của một

cửa, ( m3/s ) ; v – vận tốc cho phép qua lỗ, ( m/s ); K - hệ số co hẹp do lưới, ( K > 1 )

Vận tốc cho phép ở lỗ vào Ngăn thu, ngăn hút, nếu không tính đến yêu cầu bảo vệ

cá và đối với điều kiện lấy nước trung bình và khó thì v = 0,2 0,6 m/s; còn đối với nguồn

có yêu cầu bảo vệ cá thì lấy v theo quy định của thiết bị bảo vệ cá

36

Chiều cao của ngưỡng lỗ lấy nước thấp nhất phải đặt cao hơn mặt đất ít nhất 0,5 m

để tránh bùn cát cuốn vào cửa lấy nước, mép trên của lỗ lấy nước trên cùng phải thấp hơn

mực nước thấp nhất một đoạn để tránh rác và vật nổi trôi vào Ngăn thu, ngăn hút Vận tốc

dòng nước hút vào ống hút có đường kính miệng hút Dv, lấy bằng 0,8 1 m/s, miệng vào

ống hút đặt cách đáy từ ( 0,8 1 ) Dv, độ ngập miệng vào của ống hút thẳng đứng dưới

mực nước nhỏ nhất bằng 2 Dv và không nhỏ hơn 0,5 m Bề rộng mỗi ngăn buồng hút lấy

trong giới hạn ( 2 2,5 ) Dv,

Thể tích nước nhỏ nhất ở ngăn buồng hút bằng Vmin = Q.t

( trong đó Q là lưu lương máy bơm, m3/s; t = 15 20 giây ) Cũng từ điều kiện

này tính ra chiều dài ngăn buồng hút

Chiều cao Ngăn thu, ngăn hút phụ thuộc vào giao động mực nước trong sông và đặc

tính của đất Để ngăn ngừa xói rửa đất nền cần để đáy móng thấp hơm cao trình xói rửa

đất 2 m; khi nền yếu cần đóng cừ, đáy sông trong vùng cửa lấy nước cần được gia cố bằng

đá đổ hoặc các tấm bê tông cốt thép Phần trên Ngăn thu, ngăn hút cần nâng cao hơn mực

nước lớn nhất cộng với chiều cao sóng và không nhỏ hơn 0,6 m

Khi công trình lấy nước có nhiều bùn cát và lưu lượng trạm bơm nhỏ hơn 25 m3/s

thì công trình lấy nước bờ có thể bằng cách lấy nước kiểu hố đào (gàu) Gàu là một cái

vịnh nhân tạo được tạo thành nhờ các đê bao chìa ra sông

Hình 12 - 3 Sơ đồ lấy nước kiểu hố đào không ngập và ngập

a - lấy nước tuyến trên; b - lấy nước tuyến dưới không ngập: 1- đê;

2- phần lấy nước; 3- gàu; 4 - kè chắn tuyến trên.c - hố đào lấy nước ngập : 1,3 - kè

tuyến trên và tuyến dưới; 2- đáy sâu cục bộ; 4 - phần lấy nước của công trình

Khi lượng bùn cát đáy lớn dùng kiểu hố đào tuyến dưới , để rửa bùn cát lắng đọng

nên thiết kế theo kiểu tự rửa Tốc độ dòng chảy ở hố đào nên lấy trong phạm vi từ 0,05

0,3 m/s và không được vuợt quá tốc độ dòng chảy trong sông Khi đáy sông cần có độ ngập

1,5 2 m ở Ngăn thu, ngăn hút và cần tạo một dòng chảy tuần hoàn để tạo độ sâu nhân

37

tạo thì Ngăn thu, ngăn hút được làm kiểu ngập tự rửa ( Hình 12 - 3,c ) Chiều rộng và chiều dài hố đào cần đủ thỏa mãn lắng đọng bùn cát hoặc tháo vật nổi

1.2.3 Công trình thu nước xa bờ

1 Sơ đồ cấu tạo:

Công trình lấy nước xa bờ thường gồm có ống lấy nước (đầu ống có bố trí họng thu

và gắn song chắn rác) đặt tực tiếp trong lòng sông, đường dẫn kín ( tự chảy hoặc xi phông ) nối ống lấy nước với Ngăn thu, ngăn hút hoặc với bể hở trên bờ Từ Ngăn thu, ngăn hút hoặc bể hở nước sẽ được bơm đi Việc xây dựng cũng như khai thác công trình thu nước lòng sông (xa bờ) phức tạp hơn loại ven bờ mà tính an toàn của nó lại kém hơn, vì khó quan trắc họng lấy nước và đường dẫn nước dễ bị đọng rác Do vậy nó được xây dựng với trạm bơm nhỏ và trung bình, đôi khi cũng xây dựng đối với trạm bơm lớn khi điều kiện tự nhiên không cho phép xây dựng cửa lấy nước kiểu ven bờ

Hình a, là cửa lấy nước lòng sông loại ngập, loại này họng thu nước luôn bị ngập dưới mực nước sông

Cửa thu nước nằm cách xa nhà máy, gọi là cửa thu nước lòng sông tách riêng Hình

b, là loại cửa thu nước lòng sông không ngập, họng thu nước và nhà máy xây kết hợp đặt trong lòng sông và phần cửa lấy nước luôn cao hơn mực nước lớn nhất trong sông Cửa thu nước lòng sông kết hợp loại này có giá thành cao, vận hành phức tạp đặc biệt vào mùa

lũ Do vậy nó ít được sử dụng

38

Sơ đồ công trình lấy nước lòng sông

a – họng thu nước lòng sông ngập, kiểu tách riêng: 1 - sông; 2- họng thu nước ngập;

3- ống tự chảy; 4- Ngăn thu ngăn hút; 5- ống hút; 6- nhà máy bơm

b - họng thu nước lòng sông không ngập, kiểu kết hợp : 1- sông; 2- phần thu nước

của công trình; 3- nhà máy; 4- cầu treo; 5- ống áp lực

Họng thu nước là phần quan trọng của công trình thu nước sông, nó không chỉ lấy

nước từ sông mà còn gia cố và bảo vệ phần đường ống dẫn nước ( tự chảy hoặc xi phông)

họng thu nước chia ba loại: họng thu ngập, họng thu ngập và họng thu không ngập

* Nút lấy nước nửa ngập

Nút lấy nước nửa ngập ( Hình a) về cấu tạo tương tự loại ngập, nhưng nút lấy nước

đơn giản hơn và vì đỉnh nút cao hơn mực nước sông nhỏ nhất do vậy dọn rác dễ dàng Diện

tích lổ nhận nước cũng tính theo công thức, tốc độ nước qua lưới lấy 0,1 0,3 m/s Nút

lấy nước này trang bị lưới chắn rác và rãnh đặt van sữa chữa Nhược điểm của loại nút lấy

nước này là gây khó khăn cho tàu thuyền đi lại và làm thay đổi chế độ dòng sông, kém an

toàn khai thác Do vậy nó ít được sử dụng

39

Hình 12 - 5* Sơ đồ nút lấy nước nửa ngập và không ngập

a - Nút lấy nước nửa ngập: 1- cừ chắn; 2,5- các rãnh đặt lưới chắn rác và van sữa

chữa;

3- nút lấy nước; 4- ống tự chảy b - Nút lấy nước không ngập : 1- ống tự chảy; 2- lổ nhận nước; 3- lưới chắn rác; 4,6- gian phục vụ và cầu công tác;

5- cầu trục;7- cầu thang 8- của van; 9- ống phun; 10- đá đổ; 11- giếng chìm

* Nút lấy nước không ngập

Cửa lấy nước kiểu lòng sông không ngập ( xem Hình 12 - 5*b ) đảm bảo lấy nước

an toàn và khai thác thuận lợi hơn loại ngập Về cấu tạo nó là công trình bê tông có hình lưu luyến dạng khối, như một trụ cầu rỗng nhô lên khỏi mực nước lớn nhất Nhược điểm của loại này là giá thành đắt, bởi vậy khuyên dùng loại này đối với trạm bơm trung bình

và lớn, hoặc nếu khi xây dựng công trình lấy nước bờ thì điều kiện tự nhiên khó làm được hoặc xây dựng công trình lấy nước bờ không kinh tế

40

2 Tính toán

Trong đa số trường hợp đường ống dẫn kín dẫn nước từ cửa lấy nước lòng sông đến ngăn thu, ngăn hút hoặc bể lắng sơ bộ Đường dẫn này có thể là đường ống dẫn tự chảy hoặc xi phông Để bảo đảm cấp nước an toàn thì số lượng đường dẫn không ít hơn hai Đường dẫn tự chảy chia ra hai loại: tự chảy không áp và tự chảy có áp:

a Đường dẫn tự chảy không áp:

Đường dẫn tự chảy không áp được dùng đối với lưu lượng Q > 5 m3/s và giao động mực nước không vượt quá 0,5 m Mặt cắt ngang của nó có thể hình tròn, chữ nhật hoặc ô van Đỉnh của trần ống phải cao hơn mực nước trong ống không nhỏ hơn 0,2 m Ống có thể làm bằng tấm lắp ghép, ống đúc và đặt trên nền với độ dốc dương không đổi

b Đường ống tự chảy có áp:

Đường ống tự chảy có áp ( xem Hình a ) được dùng với lưu lượng và giao động mực nước nguồn bất kỳ Mặt cắt ngang của nó có thể hình tròn hoặc chữ nhật, làm bằng