Luận văn thạc sỹ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY Lực MIKE 11 VÀ KOD TÍNH TOÁN THỦY LỰC CHO HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SẬP, TỈNH BẾN TRE

ĐBSCL là phần cuối cùng của châu thổ sông MeKong tiếp giáp với hai vùng biển khác nhau biển Đông và biển Tây (vịnh Thái Lan). Sông MeKong bắt nguồn từ các vùng núi cao thuộc tỉnh Vân Nam (Trung Quốc) chảy qua Lào, CPC và chảy qua Việt Nam ra biển Đông, có chiều dài 4.200 km và diện tích lưu vực 795.000km2. Phần sông MeKong chảy qua Việt Nam, theo nhánh sông Tiền, có chiều dài 217 km và diện tích 39.000km2. Sau khi ra khỏi Phnôm Pênh, nơi nhập lưu của dòng chính từ Kratie xuống nhánh Tonlesap từ biển Hồ ra, sông MêKông chia làm hai nhánh lớn chảy vào ĐBSCL, là sông Tiền và sông Hậu. Từ Vĩnh Long đến Mỹ Tho, sông Tiền lần lượt hình thành các chi lưu lớn kế tiếp nhau là Cổ Chiên, Hàm Luông, Ba Lai và Mỹ Tho. Sông Hậu chảy thành một dòng thẳng tắp và chỉ chia hai trước khi đổ ra biển chừng 30 km qua cửa Định An và Trần Đề. Ngoài các nhánh sông chính, ĐBSCL còn có một hệ thống sông rạch nhỏ tự nhiên như Cái Lớn, Cái Bé, Mỹ Thanh, Gành Hào, Bảy Háp, Ông Đốc… Trước đây, các hệ thống sông này tạo thành lưu vực riêng, với diện tích từ vài chục đến vài trăm nghìn hecta. Ngày nay, hệ thống kênh mương nhân tạo liên kết sông lớn với các sông rạch nhỏ thành một mạng lưới sông kênh rất phức tạp, có quan hệ thủy văn thủy lực với nhau.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

-NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỢI MIKE 11 VÀ KOD TÍNH TOÁN THỦY LỰC CHO HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SẬP- TỈNH BẾN TRE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

CHƯƠNG I ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC

Vùng hưởng lợi của “Hệ thống thủy lợi Cầu Sập - tỉnh Bến Tre” baogồm phạm vi hành chánh của 2 huyện (gồm 12 xã và 1 thị trấn) như sau :

- Huyện Ba Tri (6 xã và 1 thị trấn) : Xã An Đức, An Bình Tây, An

Hiệp, An Ngãi Trung, An Ngãi Tây, Tân Hưng và thị trấn Ba Tri

- Huyện Giồng Trôm (6 xã) : Xã Thạnh Phú Đông, Tân Đại Thạnh,

Tân Hào, Tân Thanh, Hưng Lễ, Hưng Nhượng

Khu dự án được giới hạn bởi :

+ Phía đông bắc giới hạn bởi đường 885+ Phía tây nam giới hạn bởi sông Hàm luông+ Phía đông nam giới hạn bởi rạch Ba Tri+ Phía tây bắc giới hạn bởi đường Liên Xã

Tổng diện tích tự nhiên khu dự án là 10.938 Ha (kể diện tích sôngHàm Luông) Đây là vùng đất đã được khai thác sớm của tỉnh Bến Tre; trongđó đất sử dụng chủ yếu cho sản xuất nông nghiệp : 7.788 Ha (chiếm 71,2%DTTN), kế đến là đất xây dựng cơ bản và đất thổ cư : 1.237 Ha (chiếm11,3% DTTN), đất lâm nghiệp : 186 Ha

+ Vùng dự án do kiến tạo của hệ thống sông MeKong mà trực tiếp là sôngHàm Luông, đây là vùng đồng bằng nên khá bằng phẳng, cao trình mặtruộng trung bình 0,7m, vùng thấp từ 0,4 - 0,6m (chiếm khoảng 40% diệntích), vùng cao 0,8 - 0,9 (30% diện tích) cặp theo sông Hàm Luông va Xuthế địa hình cao ở ven sông và thấp dần từ Tây Nam sang Đông Bắc Với địahình như trên thuận lợi cho cơ giới hóa nông nghiệp Song, để tận dụng tướitiêu tự chảy nhờ thủy triều, cần phân khu và tổ chức vận hành bằng các biệnpháp thích hợp

Vùng đất thấp thường là đất mặn trung bình, đất có độ cao từ 0,5 - 0,7m phátsinh chủ yếu là đất mặn ít Đất cát giồng và đất xáo trộn ở địa hình cao dolập líp làm vườn, trồng hoa màu

+ Kết hợp địa hình với xây dựng thủy lợi, có thể chia làm 3 khu vực :

- Khu vực 1 : Nằm ở phía Tây rạch Ba Tri tới rạch Sơn Đốc

- Khu vực 2 : Nằm phía Tây rạch Sơn Đốc tới đầu rạch Cái Mít

Khí hậu vùng dự án mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa Các số liệunày lấy theo tài liệu của trạm Ba Tri và Giồng Trôm nằm trong vùng dự án

a.Nhiệt độ và ánh sáng :

Nhiệt độ trung bình hàng tháng khá cao (26,8 - 27,3oC) và tương đối ổn địnhtrong năm, tháng I, II nhiệt dộ thấp nhất trong năm cũng bình quân 25,2 -25,5oC Các trị số trên là khoảng nhiệt độ tối ưu mà nhiều loại cây trồng đạthiệu suất quang hợp lớn nhất

Bảng 1: Bảng nhiệt độ trung bình tháng (oC)

Ba Tri 25.2 25.9 27.1 28.6 28.5 27.6 27.2 27 26.9 26.8 26.4 25.5 26.8

Bảng 2: Bảng số giờ nắng trung bình cả ngày của tháng (giờ/ngày)

Độ ẩm không khí có liên quan mật thiết đến chế độ mưa

Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 là mùa ẩn ướt độ ẩm trung bình từ 83% 86%

Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4, độ ẩm trung bình 76% 80%, thấp nhấtlà tháng 2 đến tháng 4 độ ẩm trung bình là 77%.

Bảng 3: Bảng độ ẩm không khí trung bình tháng

- Lượng bốc hơi trung bình ngày 2,9 mm

- Lượng bốc hơi trung bình ngày của tháng lớn nhất 4,2 mm

- Lượng bốc hơi trung bình ngày của tháng ít nhất: 2,2 mm

- Tháng bốc hơi lớn nhất: tháng 2

- Tháng bốc hơi ít nhất: tháng 10

Bảng 4: Bảng bốc hơi trung bình tháng (mm/7 ngày)

Ba Tri 3.7 4.2 4.0 4.1 3.0 3.0 2.7 2.5 2.3 2.2 2.6 3.1 2.9

2 Mưa và phân bố mưa :

Mưa là yếu tố chi phối và cũng có ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất nôngnghiệp vùng dự án Vũ lượng bình quân : 1.404 mm/năm, xếp vào loại thấp

ở ĐBSCL

Phân bố mưa theo mùa là một đặc trưng của Nam bộ nói chung và vùng dựán nói riêng Mùa mưa thực sự bắt đầu từ 4 - 18/V, kết thúc 13 - 30/X Tổngsố ngày mưa trong mùa mưa thực sự : 156 - 164 ngày; song lượng mưa đãchiếm đến 75 - 82% tổng lượng mưa cả năm

Tóm lại, về mặt khí hậu, cơ bản rất thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, nhấtlà các yếu tố : nhiệt độ, ánh sáng, ẩm độ, khó khăn duy nhất phải khắc

phục là mưa, đặc biệt mưa rất ít vào mùa khô, gây đình đốn sản xuất dothiếu nước ngọt.

Bảng 5: Bảng mưa trung bình tháng (mm)

Ba Tri 0.4 0.7 4.4 38.5 157 207 174 174 286 278 93 9.9 1404

Bảng 6: Bảng số ngày mưa trung bình trong các tháng (ngày)

Trong mùa mưa đôi khi cũng thường xảy ra hạn, các đợt hạn này kéo dài từ 5

- 10 ngày trong các tháng 5, 6, 7 nhân dân địa phương thường gọi là hạn Bà Chằng

3 Nguồn nước và chế độ thủy văn :

a Nguồn nước mặt :

Nguồn nước mặt ở vùng dự án được xem là khá dồi dào do được bao bọc bởisông Hàm Luông về phía Tây và Tây-Nam với tổng chiều dài : 22,5 Km(thuộc phạm vi vùng dự án) và phía Đông-Bắc, cách vùng dự án 10 - 15 Kmlà sông Ba Lai Đây là hai nhánh của sông Tiền, song chất lượng nước lại rấtkém do nhiễm mặn nên khả năng khai thác nước mặt phục vụ cho nôngnghiệp và sinh hoạt lại rất hạn chế

Sông Hàm Luông có lưu lượng mùa kiệt : 829 m3/s, nhưng mặn 4 g/l đã ảnhhưởng vào tháng II và tăng dần nồng độ cũng như phạm vi ảnh hưởng lênvượt khỏi ranh giới phía Tây-Bắc vùng dự án Do đó, chất lượng nước củasông Hàm Luông chỉ có thể sử dụng cho nông nghiệp bắt đầu từ cuối tháng

VI đấn đầu tháng I, nên hầu hết diện tích canh tác dọc theo sông hàm Luôngcủa vùng dự án chỉ mới canh tác được một vụ lúa mùa mưa

Vùng dự án còn được hưởng nguồn nước mặt dẫn từ sông Ba Lai qua rạchCây Da (dự án thủy lợi Cây Da) nên đã có một số diện tích canh tác 2 - 3 vụlúa/năm; song cũng không ổn định do lượng nước hạn chế

Xét về tổng quan, vùng dự án có mật độ sông rạch tự nhiên và kênh mươngkhá dày đặc, diện tích đất sông rạch lên đến 1.728 Ha (chiếm 15,79%DTTN), đặc biệt phần huyện Ba Tri trong vùng dự án tỷ lệ đất sông rạch lênđến 20,16% DTTN; song nguồn nước có chất lượng để phục vụ cho sản xuất

và sinh hoạt rất thiếu Muốn tận dụng khai thác hợp lý và có hiệu quả nguồnnước ngọt phải tiến hành xây dựng đồng bộ hệ thống công trình thủy lợi màquan trọng hàng đầu là cống lấy nước kết hợp ngăn mặn và hệ thống kênhmương nội đồng hoàn chỉnh, căn cứ vào chất lượng nước của từng chu kỳhoạt động của thủy triều mà mở cống dẫn nước vào nội đồng.

b Nguồn nước ngầm :

Theo tài liệu nước ngầm của Liên đoàn Địa chất-Thủy văn (bản đồ tỷ lệ1/250.000) và kết quả khoan khai thác của Chương trình nước sạch nôngthôn, trong vùng dự án nước ngầm được chia ra 2 loại : Nước ngầnPleitocene trên đất cát giồng có số lượng và chất lượng tốt, đảm bảo cho sinhhoạt Nước ngầm tầng sâu khoan ở các vùng đất mặn có chất lượng rất kém,độ khoáng hóa cao, không sử dụng được cho sinh hoạt và trồng trọt

c Chế độ thủy văn :

* Xâm nhập mặn :

Do vùng dự án nằm sát sông Hàm Luông, cách biển 15 - 25 Km nên chịuảnh hưởng trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông.Sông Hàm Luông vừa sâu và rộng nên cường độ truyền triều rất mạnh, đãđưa mặn xâm nhập sâu vào nội địa Số liệu quan trắc của đài khí tượng -thủy văn Bến Tre trên sông Hàm Luông từ năm 1980 - 1991 cho thấy :

+ Trạm Sơn Đốc (Thời gian xuất hiện và kết thúc mặn 3%o) :

+ Trạm Tân Thủy :

Khoảng cách xâm nhập mặn từ biển vào sông Hàm Luông ở nồng độ 4 g/ltháng II cách biển 16 Km, tháng III là 25 Km, tháng IV là 30 Km, tháng V là

19 Km và tháng VI là 19 Km

* Thủy triều :

Vùng dự án chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều không đều của biển Đôngqua sông Hàm Luông với biên độ triều lớn Một ngày triều có thời gian 24giờ 50 phút, một chu kỳ triều 13 - 14 ngày và một ngày nước triều lên xuốngcó hai đỉnh triều và chân triều

Đỉnh triều cao nhất tại Sơn Đốc là : 1,5m và chân triều thấp nhất là : - 1,0m,cho nên vùng dự án có khả năng lợi dụng thủy triều để tiêu tự chảy Đồngthời, một khi hoàn chỉnh hệ thống thủy lợi cũng có thể tận dụng biên độ triềuđể tưới tự chảy

Thủy triều được xem là tác động chủ yếu đưa mặn xâm nhập sâu vào nội địatrong mùa kiệt và gia tăng ngập úng vào mùa mưa

Do gần với sông lớn thông ra biển biên độ triều lớn 2,5 - 3,0m nên cường độtruyền triều mạnh, đặc biệt là vào các tháng mùa khô

Căn cứ vào kết quả các hố khoan khảo sát địa tầng khu vực xây dựng côngtrình ta có được các kết quả sau :

 Lớp 1a :

Đất mắt, đất đắp : Sét màu xám nâu vàng

PHẦN II

SO SÁNH CHỌN

PHƯƠNG ÁN

CHƯƠNG I CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH

I CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN

Việc lựa chọn vị trí cống thích hợp phải xem xét các điều kiện sau :

 Phù hợp với quy hoạch chung về sản xuất nông nghiệp, thủy sản cũngnhư giao thông thủy bộ

 Chế độ thủy lực tốt, hạn chế tối đa việc gây xói lở công trình

 Địa chất nền móng tốt để bảo đảm ổn định công trình

 Điều kiện thi công, Mặt bằng thi công thuận lợi, chi phí đền bù & i2định

Cống ngầm có thân là loại ống ngầm đặt sâu dưới thân đập, thân đê; được dùngkhá rộng rãi để lấy nước, tháo nước từ hồ chứa, từ sông hoặc tháo ra sông,… Dọccác kênh tưới hoặc trên các trục đường giao thông phía dưới cũng hay dùng cốngngầm lấy nước hoặc tiêu nước

Về mặt hình thức, cống ngầm cũng rất phong phú, có thể chia theo chế độ thủy lựcgồm cống chảy không áp, có áp, bán áp; hoặc chia theo hình dạng mặt cắt và kếtcấu

2) Cống lộ thiên :

Cống lộ thiên (cống hở) là kết cấu nằm lộ trên mặt đất thường dùng trong cống lấynước ven sông, cống điều tiết, cống phân nước, cống phân lũ, cống ngăn triều Đặc điểm của cống lộ thiên là cột nước thượng hạ lưu thường không lớn, ngay cả ởcác cống phân lũ

Khi thiết kế việc lựa chọn các hình thức, kết cấu và kích thước các bộ phận củacống cần dựa vào tình hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cống làm việc an toànvề ổn định trước, về phòng chống thấm, phòng xói, về sức chịu của các kết cấu vànền công trình, thỏa mãn yêu cầu về dẫn, tháo nước qua cống

III CÁC LOẠI CỬA VAN

Thông thường sử dụng 2 loại chính là cửa van phẳng và cửa van cung

2) Van cung

Đây là loại cửa van có bản chắn nước cong mặt trụ, sau tấm chắn là hệ thống dầmtựa vào càng, chân càng tựa vào trục quay, thường bố trí tâm quay, trùng tâm vòngtròn của mặt chắn

 Ưu điểm

 Điều tiết lưu lượng khá tốt

 Lực đóng mở nhỏ, đóng mở nhanh và dễ dàng

 Mố trụ nỏng so với van phẳng do ke van của van cung nông

 Nhược điểm

 Mố trụ phải dày do có càng van

 Cửa van có cấu tạo phức tạp, chế tạo lắp ráp khó khăn

 Tình hình chịu lực của mố trụ phức tạp do áp lực nước tác dụngtập trung lên mố (qua càng van) làm cho ứng suất phát sinh trong mố

Do đó việc bố trí cốt thép cũng phức tạp hơn mố phẳng

 Thường bị rò rỉ hay bị kẹt khi vận hành

Cửa van phẳng được sử dụng rộng rãi gồm 2 loại nhỏ :

 Van đóng mở bằng máy (thủ công)

 Van đóng mở tự động : có các hình thức sau :

 Cửa van Cláp-pê : cần 2 van ở 2 phía thượng hạ lưu cống

 Cửa van hình chữ nhân : dễ gặp trường hợp cắt thuyền

 Cửa van hình chữ nhất :

 Ưu điểm

 Tác dụng chắn nước và điều tiết khá tốt

 Có thể chịu áp lực lớn, có thể sử dụng với nhịp lớn

 Có cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng

 Trụ pin ngắn

 Dùng được cả trên mặt và dưới sâu

 Van đóng mở tự động thì thời gian đóng mở nhanh, thời gianquản lý ít

 Van đóng mở tự động tháo được các vật dưới đáy và vật nổi dễdàng

 Nhược điểm

 Khe van tương đối sâu nên mố trụ phải dày

 Đối với van đóng mở bằng tay hoặc máy thì lực kéo khi mở cửavan tương đối lớn, tốc độ đóng mở chậm.

 Việc tháo vật nổi ở van đóng mở bằng tay hoặc máy gặp khókhăn

Qua phân tích 2 loại cửa van em đề nghị chọn cửa van phẳng làm bằng thépđóng mở tự động Theo tài liệu thuỷ văn ta biết đồng bằng sông Cửu Long nóichung cũng như khu vực của dự án đều chịu ảng hưởng của biển đông có dạng bánnhật triều Do đó nếu chọn cửa van kiểu đóng mở bằng tay hoặc máy thì việc quảnlý sẽ gặp khó khăn khi phải đóng mở nhiều lần trong ngày do ảnh hưởng của thuỷtriều Vì vật ta thấy việc chọn cửa van phẳng đóng mở tự động là hợp lý nhất đốivới điều kiện ở đây

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN

ĐBSCL là phần cuối cùng của châu thổ sông MeKong tiếp giáp với hai vùngbiển khác nhau -biển Đông và biển Tây (vịnh Thái Lan) Sông MeKong bắt nguồntừ các vùng núi cao thuộc tỉnh Vân Nam (Trung Quốc) chảy qua Lào, CPC và chảyqua Việt Nam ra biển Đông, có chiều dài 4.200 km và diện tích lưu vực795.000km2 Phần sông MeKong chảy qua Việt Nam, theo nhánh sông Tiền, cóchiều dài 217 km và diện tích 39.000km2 Sau khi ra khỏi Phnôm Pênh, nơi nhậplưu của dòng chính từ Kratie xuống nhánh Tonlesap từ biển Hồ ra, sông MêKôngchia làm hai nhánh lớn chảy vào ĐBSCL, là sông Tiền và sông Hậu Từ Vĩnh Longđến Mỹ Tho, sông Tiền lần lượt hình thành các chi lưu lớn kế tiếp nhau là CổChiên, Hàm Luông, Ba Lai và Mỹ Tho Sông Hậu chảy thành một dòng thẳng tắpvà chỉ chia hai trước khi đổ ra biển chừng 30 km qua cửa Định An và Trần Đề Ngoài các nhánh sông chính, ĐBSCL còn có một hệ thống sông rạch nhỏ tự nhiênnhư Cái Lớn, Cái Bé, Mỹ Thanh, Gành Hào, Bảy Háp, Ông Đốc… Trước đây, cáchệ thống sông này tạo thành lưu vực riêng, với diện tích từ vài chục đến vài trămnghìn hecta Ngày nay, hệ thống kênh mương nhân tạo liên kết sông lớn với cácsông rạch nhỏ thành một mạng lưới sông - kênh rất phức tạp, có quan hệ thủy văn -thủy lực với nhau

Do tiếp giáp với 2 vùng biển khác nhau, ĐBSCL chịu ảnh hưởng của 2 chế độ triều: triều biển Đông và triều biển Tây

Thủy triều biển Đông là chế độ bán nhật triều , mỗi ngày có 2 kỳ triều lên và triềuxuống Trong một tháng cũng có 2 thời kỳ triều : thời kỳ triều cường và thời kỳtriều kém

Thủy triều biển Tây nói chung thuộc loại triều hỗn hợp thiên về nhật triều Hìnhdạng triều ở đây gần như ngược lại với dạng triều ở vùng biển phía Đông Biên độtriều nhỏ, tối đa chỉ đạt 1,1 ± 0,1m Vì vậy hướng triều của vịnh Thái Lan vàoĐBSCL yếu hơn nhiều so với triều biển Đông

 Nguyên lý tính toán bài toán thủy lực mạng cho các công trình thủy lợi ở Đồng bằng sông Cửu Long

Về nguyên lý, để giải bài toán thủy lực mạng ở ĐBSCL phải sơ đồ hoá mô hìnhthủy lực và được giải trên cơ sở hệ phương trình Saint Venant :

Q w

Q l g l z

q t

w l





Các đại lượng trong phương trình trên :

Q : lưu lượng

l : chiều dài sông

w : diện tích mặt cắt sông

t : thời gian tính toán

z : cao trình mực nước

 : hệ số động năng

q : lưu lượng gia nhập hay mất đi

J : độ dốc

g : gia tốc trọng trường

Về nguyên tắc, để giải bài toán thủy lực dòng không ổn định thay đổi dần trên mộthệ thống kênh – sông có thể dùng phương pháp đặc trưng cũng như sai phân hoặccác phương pháp khác

Khi các lòng dẫn đơn nối với nhau sẽ tạo thành một hệ thống hay còn gọi là mộtmạng lưới kênh – sông Chỗ giao nhau của các lòng dẫn trong mạng lưới sông đượcgọi là các điểm nút Nếu các lòng dẫn của hệ thống không tạo thành một vòng kínnào thì được gọi là hệ thống hở; ngược lại được gọi là hệ thống kín Việc tính toáncho mạng lưới kín hay hở nói chung không có gì khác nhau

Sử dụng kết quả tính toán thủy lực toàn mạng tiểu dự án Ô Môn – Xà No do Công

ty Tư vấn Xây dựng thủy lợi II tính toán trên máy tính bằng chương trình VRSAP( Vietnam River System and Plain) Trong tính toán, áp dụng phương pháp sai phân

4 điểm của Preissman để giải hệ phương trình Saint Venant

A PHƯƠNG ÁN – CỐNG LỘ THIÊN

B PHƯƠNG ÁN – CỐNG NGẦM

PHẦN III

THIẾT KẾ

PHƯƠNG ÁN CHỌN

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN THỦY LỰC

IV.TÍNH THỦY LỰC KÊNH

 Chiều rộng đáy kênh dẫn bk = 24 m

 Cao trình đáy kênh = -3.0 m

 Độ dốc mái kênh m = 2

Điều kiện đảm bảo kênh không bị xói

Ta chọn được các trị số Vmax Kết quả tính toán trong bảng sau :

Bảng kiểm tra điều kiện xói lở trong kênh

Bảng 3 –Kiểm tra điều kiện xói lở

So sánh ta thấy kênh thỏa mãn điều kiện không xói lở

b) Kiểm tra điều kiện bối lắng

Về điều kiện bồi lắng, do đặc điểm của cống vùnh triều, mực nước thay đổi liên tục, lưutốc dòng chảy trong kênh dao động từ 0 ÷ Vmax cho nên khi dòng chảy với lưu tốc nhỏ sẽcó thời điểm xảy ra bồi lắng nhưng thời gian xảy ra không lâu.Tuy vậy cần có biện phápnạo vét định kỳ

V XÁC ĐỊNH KHẨU DIỆN CỐNG

6) Tài liệu tính toán

 Đường quá trình mực nước trước và sau cống trong các trườnghợp

 Chiều rộng thông nước Bc = 15m

 Cao trình ngưỡng cống : -3,2 m

 Chiều dài ngưỡng cống L = 17m

 Chiều rộng đáy kênh dẫn bk = 24 m

 Cao trình đáy kênh : k -3,0m

Qua số liệu mực nước trước và sau cống ta chọn trường hợp tổ hợp mực nước bất lợi nhấtđể tính

Hình 3 - Sơ đồ xác định chế độ chảy

Theo QPTL C8-76, dòng chảy qua ngưỡng cống chảy ngập khi :

o

h 

Trong đó :

hn : độ sâu chảy ngập

hh : chiều cao cột nước ở hạ lưu cống

n : hệ số ngập

Ho : cột nước trên đỉnh tràn có kể đến lưu tốc tới gần

 Xác định cột nước H0

g 2

α.V H H

2 o

o   ( = 1,0 )

mà : H = Zđồng – Zđáy kênh

k o

Q V

ω

 (m/s)

k : diện tích mặt cắt ướt trước tràn

k = b stn * h stn

 Xác định hệ số ngập n

Hệ số ngập n chính là trị số

pg 0

h B



 *



trong đó

B - chiều rộng thông nước của cống;

H - diện tích mặt cắt ướt của kênh hạ lưu

Chỉ số ngập được n cho ở đồ thị hình 17 “Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn” QPTL C

-8 - 76

 Xác định hệ số lưu lượng m , tra theo bảng Cumin “Bảng tra thủy lực” tađược m = 0.35

Từ hệ số lưu lượng m và n tra bảng được hệ số ngập n

Bảng xác định chế độ chảy trong cống

b) Kiểm tra khả năng tháo

Lưu lượng tháo được tính theo công thức đập tràn đỉnh rộng có các mố trụ :

) (

2

trong đó

BC = 15 m : chiều rộng thông nước

g hệ số co hẹp bên, tính theo công thức

g = 0.5*0 +0.5 với 0 93

2 17

2 1 2 17

B

d B



với :

B = 17.2 m : chiều rộng toàn bộ lỗ cống

d = 1.2 m : tổng trchiều dày trụ pin giữa

hp – độ cao hồi phục tương đối xác định theo biểu đồ hình 20 QPTL C – 8

- 76 phụ thuộc vào hệ số mở rộng khi dòng chảy đi xuống hạ lưu

H

n H

h b





 và phụ thuộc vào độ ngập tương đối n

Trị số ngập tương đối n bằng :

k

n n

VI TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG

Dưới đây là các số liệu để tính toán tiêu năng được chọn từ các số liệu về thủy lực củacông trình :

Bảng số liệu tính toán tiêu năng

10) Xác định chế độ chảy sau cống

Ta xác định trị số hc” so sánh với hH, từ đó xác định được chế độ chảy sau cống

Trước tiên ta tính F(c) theo công thức :

0

V H P H

E      

(do P 1 =1.3 m) với :

P 1 =1.3 m

k

Q V





0 m/s

11) Kết quả tính toán :

Bảng tính tiêu năng sau cống

Dựa vào thực tế rút ra từ các công trình đã xây dựng và kết quả thí nghiệm mô hình cáccống trong khu vực, ta chọn kết cấu tiêu năng như sau :

CHƯƠNG II BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN

VII THÂN CỐNG

Thân cống là phần chủ yếu của cống bao gồm ngưỡng đáy, các mố giữa, mố bên,cửa van và các bộ phận bố trí bên trên như cầu giao thông, cầu công tác,

Nhằm thuận lợi trong xây dựng công trình, đảm bảo tiến độ thi công ta chọn lọaicửa van đã được chế tạo sẵn

12) Mố cống

Các mố cống bao gồm mố giữa và các mố biên Trên mố bố trí các khe van và khephai

Xác định cao trình đỉnh mố (cao trình đỉnh cống)

Cao trình đỉnh cống được xác định từ điều kiện làm việc :

Z đc = Z max + h + s + a

trong đó

h : độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất

s : độ dềnh cao nhất của sóng

a : độ cao an toàn

Theo điều kiện tự nhiên ta có

 Mực nước lớn nhất trong trường hợp Zmax = +1.17 m;

 Vận tốc gió lớn nhất Vmax = 23 m/s

 Thời gian gió thổi liên tục t = 6h;

*

gH

D V

* 81 9

250

* 23 10

* 2 cos 10

* 2

2 6 2

6



gH

D V

 Xác định s

Theo công thức tính độ dềnh sóng trong “Giáo trình thủy công 1” :

s = K s * h s0.5%

 Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0.5

Từ các số liệu đã biết tính được các đại lượng :

* 81 9

V

gD

4.63Tra bảng phụ lục P2-1 “Đồ án môn học Thủy công” xác định các đại lượng sau :

078 0 9

.

V g V h g V

0042 0 63

.

2

V g V h g V

0042 0

* 2

5 , 1 81 9 2

2 2

=> thỏa mãn điều kiện sóng nước sâu

Chiều cao sóng với mức đảm bảo 0.5%

K s ; (0.842 ; 0.064)  Ks = 1.17

Vậy s = Ks * h0,5% = 1.17*0.51 = 0.6 m

 Độ cao an toàn a xác định tùy theo bảng 5-1 “Giáo trình thủy công I” tùythuộc cấp công trình Đối với công trình cấp III, xác định được a = 0.5 m

 Từ các kết quả đã tính, ta có cao trình đỉnh cống bằng :

Zđc = Zmax + h + s + a = +1.17 + 0.0065 + 0.6 + 0.5 = 2.28 mVậy chọn cao trình đỉnh mố cống đm = +2.5m

Mố giữa

Mố giữa phân lỗ cống thành 2 khoang, việc phân chia này thuận tiện cho việc điềutiết, quản lý vận hành cống khi đưa vào sử dụng Mố giữa còn để đỡ cầu giao thông, cầu công tác

 Hình dạng đầu mố ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy vào ra cửa cống.Để dòng chảy thuận lợi, chọn đầu mố giữa lượn tròn

 Chiều dày mố tùy thuộc chiều cao mố, bề rộng khoang và loại cửa van.Chọn chiều dày mố bằng 1.2m

 Chiều dài mố phải bằng chiều dài bản dáy L = 17 m

 Đấu mố có dạng vừa vát vừa tròn có bán kính R = 0.3 m để thuận chiềudòng chảy

Hình 3.5 - Trụ pin giữa

Mố bên

Mố bên là loại tường trọng lực cùng một khối với ngưỡng đáy Ngoài tác dụng nhưmố giữa, mố bên còn có tác dụng liên kết thân cống với 2 bờ và chịu tác dụng củađất ở hai bờ

Mố bên gồm 2 mố, hình dạng đầu mố vuông

Chiều dày mố cần đủ để chịu áp lực đất nằm ngang nên chọn d = 0.9 m

Hình 3.6 - Trụ pin biên

Chiều dày cửa van : 0.5 m

14) Cầu giao thông

Bề rộng và kết cấu cầu chọn theo yêu cầu giao thông

Cao trình mặt cầu chọn theo yêu cầu giao thông thuỷ, phụ thuộc vào chiều cao củathuyền bè đi lại Chọn cao trình mặt cầu : + 5.51 m

Bề rộng và kết cấu chọn theo yêu cầu gaio thông

Bề rộng hành lang đi bộ : 1.0 (m) x 2 bên = 2.0 m

Bề rộng lòng cầu : 5 m

Hình 3.7 – Cầu giao thông

15) Dàn kéo van và cầu công tác

Dàn kéo van (dàn thả phai) là nơi bố trí hệ thống ròng rọc kéo van đồng thời đi lạikiểm tra cửa van

Cầu công tác bao gồm các cột chống, các dầm đỡ, cầu trục, đường ray

Chiều cao cầu công tác phải đủ cao đảm bảo kéo cửa van lên vẫn còn chỗ trốngcần thiết để cửa van ra khỏi vị trí cống khi cần

Cao trình đáy dàn đảm bảo an toàn khi cửa van kéo lên đáy cầu

Chọn kích thước dàn kéo van và cầu công tác như hình vẽ :

Hình 3.8–Hệ thống dàn kéo van

16) Khe van, khe phai

Khe phai có tác dụng khi sửa chữa van hay một số bộ phận thân cống Khe vandùng để thả van để điều tiết lưu lượng cũng như mực nước Trên các mố biên vàmố trụ ta bố trí các khe phai và khe van Kích thước khe van (0.55 x 0.4)m, kíchthước khe phai (0.45 x 0.3)m

VIII.NỐI TIẾP THƯỢNG HẠ LƯU CỐNG

Tường cánh có nhiệm vụ hướng dòng chảy từ kênh dẫn vào được xuôi thuận, chốngthấm và chống xói vòng quanh bờ

Góc mở của tường cánh phía sông tg1 = , phía đồng tg2 =

Hình thức tường cánh là tường thẳng,các tường làm hạ thấp dần

Hình 3.9 – Tường cánh

Do điều kiện cống làm việc hai chiều nên ta thiết kế sân tiêu năng ở cả hai phíađồng và phía sông Tuy nhiên do phía sông làm việc nhiều hơn nên một phần bảnđáy cống được thiết kế như sân tiêu năng

Sân tiêu năng làm bằng bêtông cốt thép có bố trí các lỗ thoát nước, khoảng cáchgiữa các lỗ thoát nước là 2m Cuối sân bố trí tầng lọc ngược

Chiều dài bể tiêu năng theo kết quả thí nghiệm mô hình : Lb = 15 m

Chiều dày sân có thể tính theo công thức Đônburốpxki :

t 0 15 *V1 * h1

V1 : lưu tốc chỗ đầu đoạn nước nhảy

h1 : chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy, theo kết quả phần tính toán tiêunăng ta có : nước nhảy sau cống nhảy ngập

* 20

6 94

Tuy nhiên trên thực tế mực nước thượng hạ lưu cống thay đổi liên tục do đó lưu tốc

V1 tính toán trên chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn Do đó có thể chọn chiều dàysân tiêu năng mỏng hơn chiều dày trên để tiết kiệm vật tư mà vẫn đảm bảo ổn địnhkhông xói lở Theo kinh nghiệm các cống ở ĐBSCL chọn sân tiêu năng dày 0.6m

Hình 3.10 – Sân tiêu năng phía đồng

Bố trí sân sau để tiêu hao năng lượng còn lại sau khi đi qua bể tiêu năng

Sân sau làm bằng các tấm bêtông đục các lỗ thoát nước, phía dưới có lớp đệm theohình thức lọc ngược

Chiều dài sân sau căn cứ vào tình hình tổ hợp mực nước và lưu lượng bất lợi nhấtcó khả năng xuất hiện để tiến hành tính toán Tính theo công thức kinh nghiệm :

H q K

k

b

Q

H : chênh lệch cột nước thượng hạ lưu, H = 0.65 m

K : hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh, chọn K = 6.5

58 11 65 0

* 942 3

* 5

Căn cứ vào kết quả tính toán chọn tổ hợp tính hố xói như sau :

h Z q K

t 0 

h : chiều sâu cột nước cuối sân sau (m) h = -0.9 – (-4) = 3.1 m

V : lưu tốc cuối sân sau (m/s), 1 27

1 3

* 24

6 94

K

2

75 0 67

* 81 9

27 1

95 0

* 67 0

*

67 0

2

75 0 2

75 0







h g V

q : lưu lượng đơn vị cuối sân sau (m3/m.s)   

24

6 94

b

Q

Z0 : cột nước chênh lệch cuối sân sau = 0.5 m

Thay tất cả vào công thức trên





 2 799 * 3 942 * 0 21 3 10

Vậy ta chọn chiều sâu hố xói bằng 1.5m

Gia cố đáy hố xói bằng rọ đá dày 50 cm, với kích thước đá từ 100÷200mm có thểchịu được vận tốc xói từ 4.8 ÷5.6 m/s

Là đoạn nối giữa sân sau thứ hai với hố xói Kích thước hố xói được chọn kếtquả thí nghiệm mô hình các cống trong khu vực

Chiều dài đoạn chuyển tiếp L = 12m

Hình 3.11 – Sân sau, đoạn chuyển tiếp và hố xói

CHƯƠNG III TÍNH THẤM & THIẾT KẾ ĐƯỜNG VIỀN THẤM

IX.KHÁI QUÁT CHUNG

Cống trên nền đất thấm nước, khi có chênh lệch cột nước thượng hạ lưu sẽ xuấthiện dòng thấm ở nền, đáy cống, đồng thời xuất hiện thấm vòng quanh bờ

Giải bài toán thấm dưới đáy công trình cần xác định :

 Lưu lượng thấm đơn vị

 Aùp lực thấm lên bản đáy công trình

 Trị số gradient thấm toàn miền thấm và cục bộ để kiểm tra độbền thấm của nền

 Phương pháp tỉ lệ đường thẳng

 Phương pháp hệ số sức kháng

 Phương pháp vẽ lưới thấm

 Trường hợp ngăn mặn (trường hợp I)

X PHƯƠNG PHÁP LANE

9) Tính toán lực đẩy ngược lên bản đáy :

Theo Lane thì đoạn đường viền thẳng đứng có khả năng tiêu hao cột nước thấm lớnhơn đoạn nằm ngang Chiều dài tính toán của đường viền xác định theo công thứctrong “Đồ án môn học Thủy công” :

Ltt = Lđ + L m n trong đó :

Lđ : chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có gócnghiêng so với phương ngang lớn hơn hoặc bằng 450

Ltt = Lđ + L m n = 5.77 + 311.1 = 36.87 m

10) Kiểm tra độ bền thấm của nền :

Theo phương pháp này chỉ có thể sơ bộ kiểm tra độ bền thấm của nền theo côngthức :

Ltt  C * H

trong đó C : hệ số để kiểm tra chiều dài cần thiết của đường viền thấm công trình,phụ thuộc vào tính chất đất nền, tra phụ lục bảng P3-1 “Đồ án môn học Thuỷcông” Đối với đất nền là đất sét mềm : C = 2

So sánh ta thấy Ltt = 36.87 m  C * H = 2*3.24 = 6.48 m

Vậy chiều dài đường viền thấm đủ dài để đảm bảo ổn định thấm

XI.TÍNH THẤM THEO PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ SỨC KHÁNG

1/ Phân đoạn : Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từđoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang hoặc ngược lại để chia miền thấm thànhcác miền con ( bộ phận ) khác nhau

2/ Xác định hệ số sức kháng của từng bộ phận :

a/ Bộ phận cửa vào và cửa ra :

 Cửa vào :

1

1 1

0

,

5 , 0 1

5 , 0 5

, 1 44

, 0

T S T S T

S T

a

r v

, 0

b/ Bộ phận giữa : Chia làm 2 bộ phận

* Bộ phận giữa 1 :

T2 = T – 0.9 = 16 – 0.9 = 15.1 m

Điều kiện :

0,5  0 , 98

4 15

1 15

5 1

2 1 2 1

2

1 1

1 1

75,01

5,05

,1

T S T S T

S T

5 1 75 , 0 1

1 15

5 1 5 , 0 1 15

5 1 5 1 4 15

3 0

9 14

5 1

thỏa mãn điều kiện

3 2 3 2

3

2 2

2 2

75.01

5.05

.1

T S T S T

S T

5 1 75 , 0 1

9 14

5 1 5 , 0 9 14

5 1 5 1 1 15

3 0

2 1







S S

m thỏa mãn

n L T S S

) (

5 ,

) 5 1 0 ( 5 , 0 5 7 ) (

5 , 0

1

1 0 1

T

S S L

) 5 1 5 1 ( 5 , 0 17 ) (

5 , 0

2

2 1 2

T

S S L

) 0 5 1 ( 5 , 0 5 7 ) (

5 , 0

3

0 2 3

T

S S L

H h





Trong đó :

i : hệ số sức kháng của bộ phận đang xét

i : tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống

i = v + r + g1 +g2 + n1 + n2 + n3