Nội dung đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật công trình

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ THEO CÁC PHƯƠNG ÁN B tràn CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ SƠ BỘ MẶT CẮT ĐẬP VÀ TRÀN XẢ LŨ CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG VÀ GIÁ THÀNH CÔNG TRÌNH Trang 24 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Chương 4: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ 4.1Mục đích tính toán: Mục đích của việc tính điều tiết hồ là tìm ra mối quan hệ giữa quá trình lưu lượng chảy đến, quá trình lưu lượng chảy ra khỏi hồ và sự thay đổi mực nước hoặc dung tích kho nước theo thời gian. 4.2Nhiệm vụ tính toán: Xác định dung tích nước hiệu dụng V h và cao trình mực nước dâng bình thường. 4.3Nội dung tính toán theo phương pháp lập bảng: 4.3.1 Số liệu tính toán: Dựa vào các tài liệu thu thập, ta có các quan hệ đặc trưng lòng hồ sau: B¶ng 4 - 1: Quan hÖ Z ~ F ~ V lßng hå Tµ Lam Z (mm) F (ha) V (10 6 m 3 ) Z (mm) F (ha) V (10 6 m 3 ) 28 0,0 0,00 46 110,0 10,36 29 4,0 0,03 48 122,0 12,67 31 15,0 0,22 49 128,0 13,92 32 21,0 0,40 50 134,0 15,23 34 33,0 0,94 51 140,0 16,60 36 56,0 1,83 52 145,0 18,02 37 63,0 2,42 53 151,0 19,50 38 70,0 3,09 54 157,0 21,05 39 76,0 3,82 55 163,0 22,65 40 82,0 4,61 56 169,0 24,31 41 87,0 5,45 57 176,0 26,04 42 91,0 6,34 58 183,0 27,83 Trang 25 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Z (mm) F (ha) V (10 6 m 3 ) Z (mm) F (ha) V (10 6 m 3 ) 44 101,0 8,26 59 192,0 29,70 45 105,0 9,29 60 201,0 31,66 4.3.2 Tính toán điều tiết: Từ số liệu ở bảng 4-1 trên, ta vẽ được các quan hệ sau: 4.3.2.1 Xác định mực nước chết và dung tích chết: - Tài liệu bùn cát: Theo TCXDVN 285:2002, công trình cấp 3 có tuổi thọ là 75 năm có nghĩa là dung tích chết phải lớn hơn hoặc bằng dung tích bùn cát bồi lắng trong 75 năm hoạt động của hồ. Ta có: Lượng bùn cát (m 3 /năm): 3170,4 Trang 26 F ~ V F ~ Z ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Dung tích bùn cát V bc (m 3 ): 3170,4 x 75 (năm) = 237780 Tra quan hệ Z~V ứng với V bc = 237780 (m 3 ) = 0,24.10 6 m 3 ta được cao trình bùn cát Z bc = 31,11 m  MNC=Z bc +a+h Trong đó: a: là độ sâu để cống có thể lấy nước bình thường (thường từ 1-1,5m) (chọn a=1,2m) h: là độ vượt cao an toàn từ bùn cát đến đáy cống để bùn cát không chảy vào cống (ta chọn bằng 0,8m) => MNC = 31,11+1,2+0,8= 33,11 m - Tài liệu yêu cầu tưới tự chảy: Do công trình nhằm mục đích tưới tiêu nên ta căn cứ vào cao trình tưới tự chảy tại đầu mối để xác định mực nước chết. ▼ tưới tự chảy = 32,11 m => MNC=Z TTC + [ΔZ] Trong đó: [ΔZ] là độ tổn thất trong cống từ thượng lưu đến đầu kênh, để lấy nước tưới an toàn ta chọn [ΔZ] = 1m vậy: MNC= 32,11+1= 33,11 m So sánh 2 yêu cầu trên ta có cao trình mực nước chết là 33,11 m. Tra quan hệ Z~V ta được dung tích chết là V c = 0,7 (10 6 m 3 ) 4.3.2.2 Xác định dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường: a) Mục đích, ý nghĩa: - MNDBT là một thông số quan trọng của hồ chứa , quyết định đến dung tích hồ chứa , cột nước và lưu lượng . - Về mặt công trình : MNDBT quyết định chiều cao đập , kích thước và các công trình xả . - Về mặt kinh tế vùng hồ : MNDBT ảnh hưởng đến diện tích vùng ngập và tổn thất do ngập lụt thượng lưu . - Về mặt kinh phí xây dựng : MNDBT ảnh hưởng đến kinh phí xây dựng công trình . b) Nội dung và phương pháp tính toán: Theo tài liệu thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và lượng nước dùng trong hồ , ta có : W đến = 26,408 (10 3 m 3 ) W dùng = 18,744 (10 3 m 3 ) Ta thấy W đến > W dùng nên hồ chỉ cần điều tiết năm là đáp ứng được yêu cầu dùng nước. Dùng phương pháp lập bảng : dùng bảng tính để tính và so sánh lượng nước đến và lượng nứơc dùng . Trang 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là tiến hành cân bằng nước trong kho, chia thời kì tính toán ra làm 12 đoạn tương ứng với 12 tháng của năm đại biểu . Tính toán cân bằng nước trong kho theo từng thời đoạn sẽ biết được quá trình thay đổi mực nước , lượng nước trữ , xả trong kho. Trong từng thời đoạn có thể dùng công thức đơn giản để biểu thị phương trình cân bằng nước giữa lượng nươc đến và lượng nước xả trong kho: ∆V = ( Q – q ). ∆t Trong đó : + ∆V : là lượng nước trữ lại trong kho trong thời đoạn tính toán ∆t. + Q : lưu lượng đến kho trong thời đoạn tính toán ∆t. + q : là lưu lượng chảy ra trong thời đoạn tính toán ∆t. + ∆t : là thời đoạn tính toán. Lượng nước trong kho cuối thời đoàn bằng lượng nước đầu thời đoạn cộng với ∆V. Biết đước lượng nước trong kho dựa vào quan hệ Z~F~V sẽ biết được diện tích mặt nước và mực nước trong kho cuối thời đoạn . • Cách tính bảng : Cột (1) : Thứ tự các tháng xếp theo năm thủy lợi : Q đến > Q yc Cột (2) : Lượng nước đến từng tháng. Cột (3) : Tổng lượng nước đến trong từng tháng . Cột (4) : Tổn lượng nước dùng trong tưng tháng . Cột (5) : Lượng nước cọn thừa lại trong kho khi W Q > W q ; (5) = (3) – (4). Cột (6) : Lượng nước thiếu khi W Q < W q ; (6) = (4) – (3). Cột (7) : Luỹ tích cột (6) nhưng không vượt quá dung tích công tác V h ; V h = ∑ cột(6) Cột (8) : Ghi lượng xả thừa khi lượng nước lớn hơn V h . Cột (9) : Lượng nước trong kho cuối mỗi thời đoạn . (9) = (7) + V c ( V c = 0,7.10 6 m 3 ) Cột (10) : Thể tích nước trung bình từng thời đoạn : (11) = V tb = (V đ + V c )/2 Cột (11) :T ìm Z theo V tb Cột (12) : Từ V TB tra quan hệ V~F được F TB tương ứng . Cột (13) : Lượng nước bốc hơi từng tháng (mm/tháng). Cột (14) : Tổn thất do bốc hơi : W B = ∆Z i .F iTB Cột (15) : Tổn thất do thấm tháng : W T = 1,5%.V TB ; (K = 1,5%) Cột (16) : Tổng tổn thất : W TT = W B + W T = (14) + (15) . Cột (17) : Lượng nước mất đi từng tháng : W q + W TT = (4) + (16) Cột (18) : Lượng nước thừa : (18) = (3) – (17) Trang 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Cột (19) : Lượng nước thiếu : (19) = (17) – (3) Cột (20) : Luỹ tích cột (18) nhưng không vượt quá V h ; V h = ∑cột(19). Cột (21) : Ghi lượng xả thừa khi lượng nước lớn hơn V h = ∑cột(19). Cột (22) : Dung tích kho chứa V k = (20) + V c Cột (23) : Từ V k tra quan hệ Z~V được các cao trình mực nước tương ứng . Kết quả tính được thể hiện phụ lục 1. Dựa vào bảng tính toán điều tiết hồ ở phụ lục 1 trên, ta có: V h = 13,56.10 6 (m 3 ) V k = 14,26.10 6 (m 3 ) MNDBT = 49,26 (m) Trang 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Chương 5: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 5.1 Mục đích tính toán: Mục đích của việc tính toán tính toán điều tiết lũ là căn cứ vào nước lũ thiết kế và lũ kiểm tra để xác định đờng quá trình lưu lượng xả lũ q~t sau khi đã qua kho nước điều tiết ,khi cần phải tìm ra dung tích phòng lũ của kho ,có các biện pháp hạ thấp lưu lượng lũ nhằm đáp ứng yêu cầu phòng chống lũ cho hạ lưu và các công trình ven sông . Yêu cầu tính toán điều tiết lũ là thông qua tính toán tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiệu quả nhất. Các yếu tố cần tìm được khi tính toán điều tiết lũ: + Lưu lượng xả lũ lớn nhất q xả max + Cột nước xả lớn nhất :H max + Xác định dung tích phòng lũ cần thiết của kho nước. + Quy mô công trình xả lũ hay kích thước đường tràn. 5.2 Ý nghĩa: Từ tính toán điều tiết lũ xác định được chiều cao đập ,diện tích vùng bị ngập lụt , những yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình , và là cơ sở để tính an toàn của công trình . 5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính toán điều tiết: - Ảnh hưởng của đường quá trình lũ đến. - Ảnh hưởng của công trình xã lũ: loại công trình ,kích thước công trình. - Ảnh hưởng của địa hình kho nước. 5.4 Nguyên lý tính toán: Dòng chảy lũ thuộc dòng chảy không ổn định tuân theo hệ phương trình cơ bản sau 0 Q s t ω ∂ ∂ + = ∂ ∂ (5.1) 2 1 Q Q Zc h v v v s s g s g t K ∂ ∂ ∂ ∂ = + + ∂ ∂ ∂ ∂ (5.2) Trong đó: + Q: lưu lượng + S: khoảng cách + ω: Diện tích + Z c : Cao trình đáy + h: Chiều sâu + V: Lưu tốc + K: Mô đun lưu lượng Trang 30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Đối với dòng chảy lũ vào kho nước, có các đặc điểm sau đây: Diện tích thường rất lớn, lưu tốc thường rất nhỏ, độ dốc mặt nước thường rất nhỏ, độ sâu dòng chảy thường rất lớn. Lúc này ta có thể đưa phương phương trình liên tục về dạng vi phân sau: Q.dt - q.dt = F.dh (5.3) Trong đó: + Q: lưu lượng đến kho nước + q: lưu lượng xả khỏi kho nước +F: diện tích mặt thoáng của kho nước + t: thời gian Viết phương trình cân bằng trên dưới dạng sai phân như sau: 1 2 1 2 2 1 ( ) ( ) 2 2 Q Q q q t t V V + + ∆ − ∆ = − (5.4) Trong đó : + ∆ t là thời đoạn tính toán + 1 Q , 2 Q là lưu lượng đến đầu và cuối thời đoạn tính toán + q 1 , q 2 là lưu lượ ng xả đầu và cuối thời đoạn tính toán + 1 V , 2 V là thể tích nước trong kho đầu và cuối thời đoạn tính toán Trong phương trình trên các đại lượng đã biết gồm có thời đoạn tính toán, lưu lượng đến đầu và cuối thời đoạn tính toán, lưu lượng xả đầu thời đoạn tính toán, thể tích nước trong kho đầu thời đoạn tính toán. Còn các đại lượng chưa biết gồm có hai đại lượng là lưu lượng xả, và dung tích hồ ở cuối thời đoạn tính toán. Do đó phương trình trên chưa thể giải được. Muốn giải phương trình trên cần bổ sung thêm phương trình lưu lượng xả qua công trình xả: q = f(Z t ,Z h ,C) Trong đó: + Z t , Z h : là mực nước thượng lưu, Hạ lưu công trình + C : là tham số đặc trưng cho công trình Như vậy nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là việc hợp giải phương trình cân bằng nước, và phương trình thủy lực công trình xả. 5.5 Phương pháp tính toán: Hiện nay có rất nhiều phương án khác nhau tính toán điều tiết lũ bằng kho nước. Tất cả các phương pháp này đều dựa trên cùng một nguyên lý chung. Tuy nhiên sự khác nhau của các phương pháp thể hiện ở cách giải hệ phương trình cân bằng nước và thủy lực công trình xả. Một số phương pháp tính toán điều tiết lũ hiện nay hay dùng là: phương pháp thử dần, phương pháp đồ giải pôtapôp, phương pháp đồ giải hoàn toàn. Ở đây ta chọn phương án potapop để tính. Các thông số của tràn tính toán, ta chọn: Trang 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH - Tràn dọc đỉnh rộng không cửa van - Cao trình ngưỡng tràn bằng MNDBT = 49,26 m - Cao trình mực nước chết MNC = 31,11 m - Bề rộng tràn: Phương án I II III B tràn (m) 25 30 35 5.6 Nội dung phương pháp tính toán điều tiết lũ Potapop: 5.6.1 Cơ sở của phương pháp: Chia 2 vế của phương trình (5-4) cho ∆ t, sau đó chuyển vế đưa phương trình về dạng: 1 1 2 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) 2 2 2 V q V q Q Q t t + + − = + ∆ ∆ (5.5) Nhận xét: Trong phương trình trên các đại lượng trong dấu ngoặc đơn đều là hàm của q và vế trái phương trình trên luôn biết còn vế phải chứa các đại lượng chưa biết. Do đó nếu lập quan hệ giữa q với 1 1 ( ) 2 V q t − ∆ và 2 2 ( ) 2 V q t + ∆ thì khi biết vế trái ta hoàn toàn suy ra được 2 q 5.6.2 Nội dung và các bước tính toán: Bước 1: Xây dựng các biểu đồ phụ trợ: Lựa chọn thời đoạn tính toán ∆ t, sau đó giả thiết nhiều mực nước trong kho để tính lưu lượng xả lũ tương ứng Dựa vào đường quan hệ Z-V của kho nước để xác định V với các Z đã giả thiết. Tính các giá trị f 1 = ( ) 2 V q t − ∆ , và f 2 = ( ) 2 V q t + ∆ sau đó vẽ đường quan hệ q~f 1 , q~f 2 Bước 2: Sử dụng biểu đồ phụ trợ để tính điều tiết: Với mỗi thời đoạn ∆ t tính 1 2 1 ( ) 2 Q Q Q = + Từ q 1 đã biết tra biểu đồ phụ trợ xác định f 1 . Thay f 1 , q 1 vào phương trình cân bằng nước để tìm f 2 Từ f 2 tra biểu đồ phụ trợ ngược lại tìm được q 2 . Như vậy ta đã xác định được q xả cuối thời đoạn thứ nhất, và nó cũng là q đầu cho thời đoạn tiếp theo. Bước 3: Lập lại bước (2) cho đến khi kết thúc: Bước 4: Từ quá trình lũ đến, quá trình xả xác định được cột nước siêu cao, dung tích siêu cao trong kho: Trang 32 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Hình 5.1: Minh họa của phương pháp tính Ưu điểm của phương pháp tính điều tiết lũ bằng phương pháp pôtapôp đơn giản và thông dụng cho các bài toán điều tiết với công trình điều xả lũ tự do không có cửa van Hạn chế của phương pháp này là: thời đoạn tính toán là hằng số, không thuận tiện khi công trình xả có cửa van điều tiết vì khi đó q không chỉ phụ thuộc vào cột nước tràn H mà còn phụ thuộc và độ mở cửa van. 5.7 Tính toán cụ thể: Tài liệu cho trước: - Đường quá trình lũ thiết kế Q~T - Lu lîng ®Ønh lò thiÕt kÕ Q 1% = 1003,8 m 3 /s ứng với T l = 23,81h - Lu lîng ®Ønh lò kiÓm tra Q 0,2% = 1357,65 m 3 /s ứng với T l = 22,77h - Chọn thời đoạn tính toán ∆t = 1(h) Hình 5.2: Dạng đường quá trình lũ đến Q~T 5.7.1 Trường hợp bề rộng tràn B tr = 25m (ứng với P= 1% và P= 0,2%): a) Xây dựng biểu đồ phụ trợ: Để xây dựng biểu đồ phụ trợ, ta lập bảng tính toán với các thông số như sau: + Cột (1) Số thứ tự. f 1 f 2 f 1 ,f 2(m 3 /s) Q,q (m 3 /s) T (phút) Q~t q x¶ ~t Q TB t 0 q q 1 V sc 2 Q 2 Q 1 Trang 33 [...]... N TT NGHIP K S NGNH K THUT CễNG TRèNH + Ct (2): Gi thit cỏc mc nc Z t cao trỡnh MNDBT tr lờn + Ct (3) : H = Z - Zngng = Z - MNDBT + Ct (4) : Dung tớch kho, tra quan h Z~V + Ct (5) : Dung tớch siờu cao : Vsc = (5)- VMNDBT + Ct (6): Giỏ tr lu lng q = m.Bt 2g H.3/2 vi m= 0,35 V + Ct (7) = f1 = t V + Ct (8) = f2 = t 0.5q + 0.5q (+) V biu quan h ph tr q~f1... biu quan h f2~q Lp li vi cỏc thi on tip theo vi lu lng cui thi on trc lm lu lng u thi on sau 2 + Ct 9 : Tớnh Hsc = (qx/m.B 2.g ) 3 + Ct 10 : Tớnh Zsc = Hsc + MNDBT + Ct 11 : Tớnh dung tớch siờu cao : Vk + Ct 12 : Tớnh dung tớch siờu cao : Vsc Kt qu tớnh toỏn iu tit l c th hin bng sau: 5.7.2 Trng hp b rng trn Btr = 30m (ng vi P= 1% v P= 0,2%): 5.7.3 Trng hp b rng trn Btr = 35m (ng vi P= 1% v P= 0,2%):... ca phng ỏn ti u nht Trang 40 N TT NGHIP K S NGNH K THUT CễNG TRèNH Zd 1: 3,0 1: 3,5 40m 40m 1: 3,5 1: 4,0 Hỡnh 6.1 Mt ct p s b 6.2 Thit k trn x l 6.2.1 Hỡnh thc trn: Da vo tỡnh hỡnh cp nc cho h lu v dung tớch h, ta chn hỡnh thc trn l nh rng khụng ca van Theo phng ỏn I thỡ trn c b trớ bờn b trỏi ca tuyn p 6.2.2 Cỏc b phn ca trn: 6.2.2.1 Ngng trn: - Ngng trn nh rng, chy t do - Cao trỡnh ngng trn bng . LŨ CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG VÀ GIÁ THÀNH CÔNG TRÌNH Trang 24 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Chương 4: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ 4.1Mục đích tính toán: Mục đích của việc. Tài liệu tính toán: - Cao trình MNDBT = 49,26m - Cao trình MNC = 33,11m Trang 35 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH - Cao trình ngưỡng tràn ∇ Tràn = 49,26m - Cao trình đáy đập. = 49,26 (m) Trang 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ  NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Chương 5: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 5.1 Mục đích tính toán: Mục đích của việc tính toán tính toán điều tiết lũ là căn