Chương 8: Hồ chứa và điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa pps

Khái niệm chung Sự cần thiết điều tiết dòng chảy: – Các nguồn nước trong tự nhiên có đặc điểm:  phân bố không đều theo không gian  phân bố không đều theo thời gian – Nhu cầu về nước c

Phần II Điều tiết dòng chảy

Tài liệu: Giáo trình “Thủy văn công trình”

CHƯƠNG 8:

Hồ chứa

và điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa

I Khái niệm chung

 Sự cần thiết điều tiết dòng chảy:

– Các nguồn nước trong tự nhiên có đặc điểm:

 phân bố không đều theo không gian

 phân bố không đều theo thời gian

– Nhu cầu về nước của con người cũng biến đổi theo không gian và thời gian

– Tuy nhiên, sự biến động nhu cầu về nước của con người

và sự biến động dòng chảy tự nhiên thường lệch pha nhau

Khái niệm điều tiết dòng chảy

của con người vào dòng chảy tự nhiên nhằm phân phối lại dòng chảy tự nhiên theo thời

gian, không gian cho phù hợp với yêu cầu

dùng nước, sử dụng nước và phòng chống

lũ lụt

Các biện pháp điều tiết dòng chảy

 Biện pháp phi công trình:

Phân loại điều tiết dòng chảy

– Điều tiết phục vụ nông nghiệp

– Điều tiết phục vụ phát điện

– Điều tiết phục vụ công nghiệp

– Điều tiết lợi dụng tổng hợp…

– Điều tiết năm

– Điều tiết nhiều năm

– Điều tiết tuần

– Điều tiết ngày đêm

– Điều tiết lũ

– Điều tiết bổ sung

– Điều tiết bậc thang

– Bể chứa nước hở: được xây dựng trên mặt đất hoặc vừa đào vừa đắp.

– Kiểu hồ chứa: được xây dựng ngay trên các khe suối, trên sông bằng các đập chắn ngang sông

Hồ chứa và các công trình đầu mối

được xây dựng trên các khe suối, trên sông bằng các đập chắn ngang sông.

dòng chảy bằng cách điều tiết khả năng cấp nước của dòng chảy tự nhiên hoặc thỏa mãn các yêu cầu về nước khác nhau của các hộ dùng nước.

Hồ chứa và các công trình đầu mối (tiếp)

– Đập chắn

– Công trình lấy nước: cống lấy nước

– Công trình tháo lũ: đập tràn tự do, cống ngầm, xi phông hoặc kết hợp Các công trình tháo lũ có hai hình thức: có cửa đóng mở hoặc không có cửa đóng mở

Một số hình ảnh về hồ chứa

II Các tài liệu cần thiết cho tính toán điều tiết dòng chảy

 Tài liệu khí tượng thuỷ văn

 Tài liệu địa hình địa chất

 Tài liệu dân sinh kinh tế

a) Tài liệu khí tượng thủy văn

 Tài liệu Khí tượng:

– Lượng và quá trình thay đổi theo không gian và thời gian của

mưa, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm, gió, độ bức xạ, số giờ nắng …

– Các đặc trưng bốc hơi thiết kế

 Tài liệu Thủy văn: đặc biệt là các đặc trưng thủy văn thiết kế

– Tình hình địa lý thủy văn của lưu vực

– Tài liệu dòng chảy năm và sự thay đổi dòng chảy trong năm, trong nhiều năm (lượng và phân phối dòng chảy năm thiết kế)

– Tài liệu dòng chảy lũ (đỉnh lũ, lượng lũ và quá trình lũ thiết kế)

– Tài liệu dòng chảy kiệt (dòng chảy kiệt thiết kế)

– Tài liệu dòng chảy bùn cát…

b) Tài liệu địa hình địa chất

 Tài liệu địa hình:

– Các quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V, Z~F

 Quan hệ Z~F được xây dựng từ bản đồ địa hình vùng lòng hồ

 Quan hệ Z~V được xây dựng dựa theo quan hệ Z~F với cách tính ∆V gần đúng như sau:

Tài liệu địa chất:

Hoặc

Quan hệ Z~V~F của hồ chứa

c) Tài liệu dân sinh kinh tế

 Tài liệu yêu cầu về nước:

– Yêu cầu dùng nước: nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt …

– Yêu cầu sử dụng nước: phát điện, giao thông, nuôi trồng thủy sản, du lịch, bảo vệ môi trường …

– Yêu cầu phòng lũ

 Các tài liệu dân sinh kinh tế khác:

– Dân cư và phân bố dân cư ở hạ lưu và thượng lưu hồ

– Các tài nguyên thiên nhiên: rừng, khoáng sản, các tài nguyên khác nằm trong vùng ảnh hưởng của hồ

– Các hoạt động kinh tế vùng bị ảnh hưởng

– Các vấn đề chính trị, xã hội và dân tộc

III Các thành phần dung tích

và mực nước của hồ chứa

Vc Vh

Vsc

Vkh Vpl

Hc

Htl

Hbt Hsc

Hhl H

a) Dung tích chết và mực nước chết

không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy, còn gọi là

dung tích lót đáy

lòng hồ Z~V

– Chứa đựng toàn bộ bùn cát đến hồ chứa trong thời gian hoạt động của công trình V c ≥ V bl

– Bảo đảm đầu nước tưới tự chảy H c ≥ Z cống =Z ruộng + ∆ Z + a

– Bảo đảm cột nước tối thiểu để phát điện

Phương pháp giản hóa tính bồi lắng

bl ll

Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường

 Dung tích hiệu dụng (V h ) là phần dung tích nằm phía trên dung tích

chết Vc, làm nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho các đối tượng dùng

nước Còn gọi là dung tích hữu ích.

 Mực nước dâng bình thường (H bt ) là giới hạn trên của dung tích hiệu

– Căn cứ vào đường quá trình nước đến thiết kế

– Căn cứ vào đường quá trình nước dùng thiết kế

– Căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất của vùng hồ chứa

– Tính toán điều tiết cấp nước xác định các đặc trưng hồ chứa

Dung tích siêu cao và mực nước

siêu cao

 Dung tích siêu cao (Vsc) là bộ phận dung tích trên cùng của hồ chứa, làm nhiệm vụ trữ lũ tạm thời trong thời gian lũ đến công trình với mục đích giảm khả năng tháo lũ về hạ lưu, giảm kích thước công trình xả lũ Còn gọi là dung tích gia cường

 Mực nước siêu cao (Hsc) là giới hạn trên của dung tích siêu cao

– Gọi VT là dung tích toàn bộ hồ chứa: VT = Vc + Vh + Vsc

– Hsc và VT có quan hệ theo đường cong Z ~ V.

 Nguyên tắc lựa chọn:

– Căn cứ vào đường quá trình lũ thiết kế đến hồ

– Căn cứ vào yêu cầu phòng lũ ở hạ du

– Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế vùng xây dựng hồ chứa

– Giải quyết bài toán kinh tế kỹ thuật

Dung tích kết hợp và mực nước

trước lũ

vụ cấp nước vừa làm nhiệm vụ phòng lũ

phần của Vh để trữ lũ, gọi là Vkh Khi đó, dung tích làm nhiệm

vụ phòng lũ của hồ chứa là: Vpl = Vkh + Vsc

thời kỳ mùa kiệt

của dung tích kết hợp

– Gọi Vtl là dung tích trước lũ: Vtl = Vc + Vh – Vkh

Các loại tổn thất khi xây dựng hồ chứa

Tính toán tổn thất do bốc hơi phụ thêm

hơi gọi là bốc hơi lưu vực Zlv

– Do bề mặt lưu vực rất đa dạng nên lượng bốc hơi lưu vực trên

thực tế rất khó đo đạc

– Lượng bốc hơi lưu vực bình quân nhiều năm có thể xác định dựa trên phương trình cân bằng nước viết cho lưu vực.

Z lv0 =Z 0 =X 0 -Y 0 (Trường hợp lưu vực kín)

 Thông thường Zn>Zlv.

Bốc hơi phụ thêm thiết kế

 Xác định lượng bốc hơi phụ thêm ứng với tần suất thiết kế:

– Lựa chọn tần suất tính toán Pz:

 Trường hợp 1: Quan hệ giữa lượng mưa và lượng bốc hơi là chặt chẽ thì lựa chọn Pz=1-Py

 Trường hợp 2: Quan hệ giữa lượng mưa và lượng bốc hơi là không chặt chẽ thì lựa chọn Pz=50%

 Trường hợp 3: Nếu ít tài liệu thì lấy năm có lượng bốc hơi lớn nhất

– Xác định lượng bốc hơi mặt nước bình quân nhiều năm Zn0

– Xác định lượng bốc hơi phụ thêm bình quân nhiều năm:

∆Z 0 = Z n0 -Z lv0

– Lựa chọn các đặc trưng thống kê: Cv, Cs

– Xác định lượng bốc hơi phụ thêm thiết kế

∆Z pz = f(∆Z 0 , P z ,C v ,C s )

Bốc hơi phụ thêm thiết kế (tiếp)

 Xác định phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế:

– Xác định lượng bốc hơi mặt nước ứng với tần suất thiết

Z

=

Tính toán tổn thất do thấm

 Lượng tổn thất do thấm Wth là lượng nước bị mất đi

do thấm qua đáy hồ, qua thân đập, qua công trình lấy nước, qua vai đập, rò rỉ.

 Wth phụ thuộc vào:

– Vật liệu xây dựng công trình

– địa chất lòng hồ

– cột nước trong hồ tại thời điểm tính toán

 Trong tính toán điều tiết, Wth thường lấy bằng tỉ lệ phần trăm dung tích trữ trong hồ tại thời điểm tính toán

Wth (t) = K% V(t)

Tiêu chuẩn thấm trong hồ chứa

Điều kiện

địa chất

lòng hồ

Lượng thấm tính theo lượng nước bình quân (%)

Lớp thấm tính theo diện tích bình quân (m)

Năm Tháng Năm Ngày đêm

Tốt

Bình quân

5-10 10-20

0.5-1 1-1.5

<0.5 0.5-1

0.001-0.002 0.002-0.003