Nội dung đồ án tốt nghiệp 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 lũkiểm tra để xác định đờng quá trình lưu lư

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

Chương 4: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ

1 Mục 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 theothời gian

2 Nhiệm vụ tính toán:

Xác định dung tích nước hiệu dụng Vh và cao trình mực nước dâng bình thường

3 Nội dung tính toán theo phương pháp lập bảng:

Z (mm) F (ha) V (10 6 m 3 ) Z (mm) F (ha) V (10 6 m 3 )

4.3.2 Tính toán điều tiết:

Từ số liệu ở bảng 4-1 trên, ta vẽ được các quan hệ sau:

Quan hệ F~V

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

- 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 tạiđầu mối để xác định mực nước chết ▼tưới tự chảy= 32,11 m

- 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

Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là tiến hành cân bằng nước trong kho, chiathời kì tính toán ra làm 12 đoạn tương ứng với 12 tháng của năm đại biểu Tính toán cânbằng nước trong kho theo từng thời đoạn sẽ biết được quá trình thay đổi mực nước , lượngnước trữ , xả trong kho.

Trong từng thời đoạn có thể dùng công thức đơn giản để biểu thị phương trình cânbằng 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 vàmực nước trong kho cuối thời đoạn

Cột (7) : Luỹ tích cột (6) nhưng không vượt quá dung tích công tác Vh ;

Vh = ∑ cột(6)

Cột (8) : Ghi lượng xả thừa khi lượng nước lớn hơn Vh Cột (9) : Lượng nước trong kho cuối mỗi thời đoạn (9) = (7) + Vc ( Vc = 0,7.106 m3)

Cột (10) : Thể tích nước trung bình từng thời đoạn : (11) = Vtb = (Vđ + Vc)/2

Cột (17) : Lượng nước mất đi từng tháng : Wq + WTT = (4) + (16)Cột (18) : Lượng nước thừa : (18) = (3) – (17)

Cột (19) : Lượng nước thiếu : (19) = (17) – (3) Cột (20) : Luỹ tích cột (18) nhưng không vượt quá Vh ; Vh = ∑cột(19).

Cột (21) : Ghi lượng xả thừa khi lượng nước lớn hơn Vh = ∑cột(19)

Cột (22) : Dung tích kho chứa Vk = (20) + Vc

Cột (23) : Từ Vk 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:

Vh = 13,56.106 (m3)

Vk = 14,26.106 (m3)

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 lũkiểm tra để xác định đờng quá trình lưu lượng xả lũ q~t sau khi đã qua kho nước điềutiết ,khi cần phải tìm ra dung tích phòng lũ của kho ,có các biện pháp hạ thấp lưu lượng lũnhằm 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 qxả max

+ Cột nước xả lớn nhất :Hmax

+ 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 toàncủa 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

Đối với dòng chảy lũ vào kho nước, có các đặc điểm sau đây: Diện tích thường rấtlớn, lưu tốc thường rất nhỏ, độ dốc mặt nước thường rất nhỏ, độ sâu dòng chảy thường rấtlớn Lúc này ta có thể đưa phương phương trình liên tục về dạng vi phân sau:

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:

Trong phương trình trên các đại lượng đã biết gồm có thời đoạn tính toán, lưu lượngđến đầu và cuối thời đoạn tính toán, lưu lượng xả đầu thời đoạn tính toán, thể tích nướctrong kho đầu thời đoạn tính toán Còn các đại lượng chưa biết gồm có hai đại lượng là lưulượng xả, và dung tích hồ ở cuối thời đoạn tính toán Do đó phương trình trên chưa thể giảiđược Muốn giải phương trình trên cần bổ sung thêm phương trình lưu lượng xả qua côngtrình xả:

q = f(Zt,Zh,C)Trong đó:

+ Zt, Zh : 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 bằngnước, 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 nhaucủa các phương pháp thể hiện ở cách giải hệ phương trình cân bằng nước và thủy lực côngtrình xả Một số phương pháp tính toán điều tiết lũ hiện nay hay dùng là: phương pháp thửdần, phương pháp đồ giải pôtapôp, phương pháp đồ giải hoàn toàn Ở đây ta chọn phương ánpotapop để tính

Các thông số của tràn tính toán, ta chọn:

- Tràn dọc đỉnh rộng không cửa van

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 vềdạng:

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

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 tínhlưu 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 f1=( )

 sau đó vẽ đường quan hệ q~f1, q~f2

Bước 2: Sử dụng biểu đồ phụ trợ để tính điều tiết:

Với mỗi thời đoạn t tính 1( 1 2)

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:

Hỡnh 5.1: Minh họa của phương phỏp tớnh

Ưu điểm của phương phỏp tớnh điều tiết lũ bằng phương phỏp pụtapụp đơn giản vàthụng dụng cho cỏc bài toỏn điều tiết với cụng trỡnh điều xả lũ tự do khụng cú cửa van

Hạn chế của phương phỏp này là: thời đoạn tớnh toỏn là hằng số, khụng thuận tiện khicụng trỡnh xả cú cửa van điều tiết vỡ khi đú q khụng chỉ phụ thuộc vào cột nước tràn H màcũn phụ thuộc và độ mở cửa van

5.7 Tớnh toỏn cụ thể:

Tài liệu cho trước:

- Đường quỏ trỡnh lũ thiết kế Q~T

- Lu lợng đỉnh lũ thiết kế Q1% = 1003,8 m3/s ứng với Tl= 23,81h

- Lu lợng đỉnh lũ kiểm tra Q0,2% = 1357,65 m3/s ứng với Tl= 22,77h

- Chọn thời đoạn tớnh toỏn t = 1(h)

ĐƯỜNG QUÁ TRèNH LŨ ĐẾN

0 200 400 600 800 1000 1200

+ Cột (2): Giả thiết các mực nước Z từ cao trình MNDBT trở lên.

+ Cột (3) : H = Z - Zngưỡng = Z - MNDBT

+ Cột (4) : Dung tích kho, tra quan hệ Z~V

+ Cột (5) : Dung tích siêu cao : Vsc = (5)- VMNDBT

+ Cột (6): Giá trị lưu lượng q = m.Bt 2g.H.3/2 với m= 0,35

V

(+) Vẽ biểu đồ quan hệ phụ trợ q~f1 , f2 (P = 1%)

b) Dựa vào biểu đồ phụ trợ để tính toán điều tiết lũ:

Để tính toán điều tiết lũ, ta lập bảng tính toán với các thông số sau:

+ Cột 1 : Thứ tự

+ Cột 2 : Thời đoạn tính toán ∆t

+ Cột 3 : Lưu lượng lũ đến lấy từ tài liệu thủy văn

` + Cột 4 : Lưu lượng lũ trung bình Q=(Q1+ Q2)/2

+ Cột 5: Gía trị lưu lượng xả lũ q1

+ Cột 6 : Nội suy giá trị f1 từ biểu đồ quan hệ f1~q

+ Cột 7 :Tính f2= f1+ Q

+ Cột 8 : Nội suy giá trị q2 từ biểu đồ quan hệ f2~q

Lặp lại với các thời đoạn tiếp theo với lưu lượng cuối thời đoạn trướclàm lưu lượng đầu thời đoạn sau

+ Cột 9 : Tính Hsc = (qx/m.B 2.g)32

+ Cột 10 : Tính Zsc = Hsc + MNDBT

+ Cột 11 : Tính dung tích siêu cao : Vk

+ Cột 12 : Tính dung tích siêu cao : Vsc

Kết quả tính toán điều tiết lũ được thể hiện ở bảng sau:

- Cao trình đáy đập = 25,5 – 2,5 = 23m

- Tốc độ gió: V4 %= 25,1 m/s; V50 %= 14,4 m/s

- Đà gió: DMNDBT = 2000 m; DMNLTK= 2500 m

- Hướng gió thổi chính vuông góc với mặt đập:  = 00

- Thời gian gió thổi liên tục, khi không có tài liệu lấy: t = 6 (h)

- Độ vượt cao an toàn ứng với công trình cấp III:

''

0, 7' 0,5

0, 2

a a a

hsl và h'

sl là chiều cao sóng leo ứng với tần suất gió lớn nhất và tần suất gió bìnhquân lớn nhất (có mức bảo đảm 1% )

a, a’, a’’ là các chiều cao an toàn, lấy theo quy phạm

Cao trình đỉnh đập được chọn theo trị số lớn nhất trong 3 giá trị trên

6.1.2.1 Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT = 49,26m:

Xác định h và hsl ứng với tần suất gió lớn nhất P = 4%: V4 %= 25,1 ( m/s)

* Xác định h theo công thức:

h = 2.10 6.V g2.H.D.coss (m) (6.4)Trong đó:

2000 1 , 25 10

2  6 2

= 0,00978 (m)

* Xác định hsl1 %:

Theo QPTL - C1-78, chiều cao sóng leo có mức đảm bảo 1% xác định như sau:

hsl1 %= K1.K2 K3.K4 K.h1 % (6.5).Trong đó: hs1 %: chiều cao sóng có mức bảo đảm 1%

K1,K2,K3,K4 ,K : các hệ số

Theo QPTL C1-78, hs1 % xác định như sau:

- Giả thiết trường hợp tính toán là ứng với sóng nước sâu: ( H > 0,5 )

V

gD V

= 31,14Theo đường cong bao phía trên cùng ở đồ thị hình P2-1 ( QPTL C1-78 ), xác định các đại

V

h g

,

V

g 

.Tương ứng với V gt = 8442,07

2

V

h g

V

h g

.V g2 = 0 00351 259,81,1

2

= 0,225 (m)  = g V V g = 0 , 551 925,81,1= 1,41 (s )

- Tiếp theo ta có bước sóng trung bình :

- Kiểm tra lại ta có: H = 26,26 (m) > 0,5 x  = 0,5x3,11 = 1,56 (m)

Vậy giả thiết sóng nước sâu ở trên là đúng

- Tính hs1 % theo công thức:

h = K h = 2,02.0,225 = 0,45 (m)

Trong đó: K1 % tra đồ thị P2-2 (QPTL C1-78 )

Ứng với V2

gD

= 31,14 ta có: K1 % = 2,02

- Hệ số K1, K2 tra bảng P2-3 ( QPTLC1-78), phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và

độ nhám tương đối trên mái Chọn hình thức gia cố mái bằng đá xếp và độ nhám tương đối

Thay vào công thức ta có cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT là:

Z1 = 49,26 + 0,00978 + 0,53 + 0,7 = 50,50 (m)

6.1.2.2 Cao trình đỉnh đập ứng với MNLTK:

Ứng với mỗi Btràn ta sẽ tìm được một cao trình đỉnh đập tương ứng với MNLTK, qua

đó thông qua sự so sánh về kinh tế - Kỹ thuật mà chọn ra được một cao trình đỉnh đập hợp lýnhất ứng với một Btràn tương ứng

Mái đập xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:

- Mái thượng lưu:

Chọn chẵn cho mái thượng lưu và hạ lưu : m1 = 4,0 ; m2= 3,5

Trong đó: H là chiều cao đập (m)

+ Cơ đập:

- Mái thượng lưu: Để tăng ổn định cho mái thượng lưu, kéo dài dòng thấm và thuậntiện cho thi công và vận hành, kiểm tra sau này ta bố trí cơ trên mái thượng lưu ở cao trình+40m với bề rộng cơ Bco= 3m

- Mái hạ lưu : Đập cao hơn 10m nên bố trí một cơ ở mái hạ lưu tại cao trình +38m.Chiều rộng bề mặt cơ chọn Bco = 3 m

+ Bảo vệ mái thượng lưu:

Mái thượng lưu trực tiếp chịu tác dụng của áp lực sóng nên cần được gia cố cẩn thận.Phạm vi gia cố bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết bằng 1,5 lần chiều cao sóng.Tức là bằng 1,5.0,53= 0,795 chọn 1m

Cao trình thấp nhất bảo vệ mái thượng lưu: Z = 33,11 – 1 = 32,11m

Bảo vệ mái thượng lưu bằng đá xếp, dưới lớp đá lát có tầng đệm theo hình thức lọc ngược.Đoạn sườn đồi: Hạ lưu không có nước, chọn sơ đồ đơn giản nhất là thoát nước kiểu áp mái.+ Thiết bị thoát nước:

Đoạn lòng sông: Hạ lưu có nước Khi chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn có thể chọnthoát nước kiểu lăng trụ Cao trình đỉnh lăng trụ cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất, đảm bảotrong mọi trường hợp đường bão hòa không chọc ra mái hạ lưu, (độ vượt cao của đỉnh lăngtrụ so với mực nước hạ lưu lớn nhất thường bằng 0,5÷1m) Bề rộng đỉnh thiết bị thoát nướcchọn là Btn= 2 m.Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền có tầng lọc ngược Mái trước vàsau của lăng trụ: mtn= 1,5

Vì ta bố trí lăng trụ đá của đập cho 3 trường hợp B tràn là giống nhau, nên khi tính toánkhối lượng để so sánh phương án không cần quan tâm đến khối lượng của lăng trụ đá thoátnước này Việc xác kích thước và cao trình đỉnh lăng trụ sẽ được chính xác hóa sau khi tínhtoán mực nước sau tràn xả lũ của phương án tối ưu nhất

- Đường kính trụ giữa là 1m, trụ bên là 0,5m Tường ngưỡng tràn dày 1 m.

6.2.2.3 Hình thức nối tiếp sau tràn:

Do địa hình sau tràn có địa chất nền là đất tốt nên thuận lợi cho việc xây dựng dốc

Hình 6.2 Sơ đồ tính toán thủy lực dốc nước

Chiều dài dốc nước sơ bộ chọn Ld = (m)

Dốc nước là một loại kênh hở có độ dốc lớn được xây dựng trên nền đất hoặc đá, nốitiếp sau ngưỡng tràn để đưa nước xuống hạ lưu

Tính toán thủy lực dốc nước nhằm xác định đường mặt nước trên dốc nước và xác địnhvận tốc dòng chảy lớn nhất làm cơ sở cho việc kiểm tra ổn định dốc nước, làm tường bên vàtính toán tiêu năng sau dốc nước.

Các thông số tính toán dốc nước như bảng sau:

6.3.1 Xác định đường mặt nước trong dốc nước

6.3.1.1 Xác định độ sâu phân giới h k

Theo QPTL đập tràn C8-76, độ sâu phân giới của kênh chữ nhật tính theo công thức:

hk = 3

2 2

.

g b

b: bề rộng dốc nước hoặc đoạn thu hẹp

q: Lưu lượng xả đơn vị, q =

b

Q

(m3/s)α: Hệ số lưu lượng, chọn α = 1

Kết quả tính toán độ sâu phân giới tại đầu đoạn thu hẹp và đoạn có mặt cắt không đổi đượctính cụ thể như bảng sau:

Bảng 6.5: Độ sâu phân giới tại đầu dốc và đoạn mặt cắt không đổi

q(m3/s) hk (m)

6.3.1.2 Xác định độ sâu dòng đều

Xác định độ sâu dòng chảy đều theo phương pháp so sánh mặt cắt lợi nhất về thủy lực.

Trình tự các bước như sau:

id là độ dốc của dốc nước, id = 8% = 0,08

Qxalà lưu lượng chảy qua dốc nước ứng với các trường hợp Btràn

Thay các thông số vào biểu thức (6.10) ta được f(Rln ) Tra bảng 8.1 – bảng tra thủy lực vớif(Rln ) và n được Rln

Dốc nước làm bằng bê tông cốt thép có độ nhám n = 0,014

Ta có kết quả như sau:

Bảng 6.7 Độ sâu dòng chảy đều tại mặt cắt đầu dốc và mặt cắt không đổi

6.3.2 Đường mặt nước trong dốc nước:

a) Đường mặt nước trong dốc nước khi chưa kể đến hàm khí :

Tính toán thủy lực trên dốc nước chủ yếu nhằm xác định đường mặt nước trong dốc,hoặc chiều sâu của nước trong dốc, để từ đó thiết kế chính xác được chiều cao của tườngbiên, tính được lưu tốc trên dốc, điều kiện thủy lực trước khi vào bộ phận tiêu năng để chọncác kết cấu bản đáy và tiêu năng được hợp lí

Phương trình cơ bản để tính đường mặt nước trong dốc là phương trình động lực(phương trình Bernouilli) viết cho dòng chảy ổn định trong kênh hở có độ dốc đáy i:

R C

Q J

g

v Z dl

d dl

dE

.

2 2

 là hiệu số tỉ năng của hai mặt cắt ở hai đầu đoạn tính toán

R n

Trình tự tính toán như sau:

Đoạn I: Đoạn kênh phi lăng trụ:

- Chia đoạn thu hẹp thành các đoạn nhỏ l bằng nhau bằng các mặt cắt

- Ứng với các mặt cắt sẽ xác định được bề rộng Bi tương ứng

- Giả thiết các chiều sâu tính toán hi , Bắt đầu từ đầu đoạn thu hẹp h = hk

- Tiếp tục giả thiết với các mặt cắt tiếp theo và tính khoảng cách tương ứng giữa hai mặt cắttheo công thức (6.12)

- Nếu ltt  l thì giá trị hiđó là chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt tương ứng

- Tiếp tục tính cho đến cuối đoạn thu hẹp ta được đường mặt nước trong đoạn thu hẹp

Bảng 6.8 Đường mặt nước trong đoạn dốc phi lăng trụ

3 23 3,639 6 28 3,205 6 33 2,844 6

Kết quả tính toán chi tiết được thể hiện ở phụ lục 5 (các bảng tính 6-1, 6-2, 6-3)

Đoạn II: Đoạn kênh lăng trụ (đoạn dốc có chiều rộng đáy không thay đổi).

- Tiếp tục giả thiết các giá trị độ sâu hiứng với các mặt cắt tiếp theo và tính khoảng cáchgiữa hai mặt cắt theo công thức (6.12)

- Khi ltt  Lthândoc của đoạn dốc lăng trụ thì giá trị hi giả thiết là độ sâu mặt nước tại mặtcắt tính toán

Đường mặt nước ứng với các trường hợp Btr cụ thể được trình bày trong phụ lục 6 (các bảngtính 6-4, 6-5, 6-6)

Bảng 6.9: Tổng hợp đường mặt nước trong đoạn dốc có bề rộng không đổi

b) Đường mặt nước trong dốc nước khi chưa kể đến hàm khí:

Trong dốc nước có lưu tốc lớn nên lớp không khí gần mặt dòng nước sẽ bị hút vào lớpnước Các bọt khí đó pha trộn vào lớp nước trên vùng mặt, chuyển động cùng với dòng chảy

và do đó chiều sâu dòng nước sẽ tăng so với tính toán khi không có hàm khí Khi đó chiềucao tường bên của dốc nước sẽ tăng hơn so với tính toán bình thường

Đường mặt nước có kể đến hàm khí đước xác định theo công thức:

hhk = h (1 +

100

v

)

+ v: vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán

Kết quả tính toán đường mặt nước khi kể đến hàm khí được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 6.10 : Đường mặt nước trong đoạn thu hẹp có kể đến hàm khí.

Kênh xả sau tràn là đoạn chuyển tiếp từ bể tiêu năng của dốc nước sau tràn, có nhiệm

vụ hướng dòng chảy từ bể tiêu năng ra dòng suối tự nhiên được thuận, không gây xói lở vàchuyển được lưu lượng thiết kế

6.4.1 Lựa chọn các thông số của mặt cắt kênh

Để giảm bớt khối lượng đào đắp ban đầu, sơ bộ chọn các thông số ban đầu như sau:

- Hệ số mái: m = 1,5

- Hệ số nhám: n = 0,014

Ứng với các trường hợp Btr khác nhau ta có chiều rộng đáy kênh, chiều dài kênh xả, và lưu lượng

xả max tương ứng như trong bảng sau:

Bảng 6.12: Các thông số thiết kế của kênh xả

6.4.2 Tính toán thủy lực kênh:

Sử dụng phương pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi nhất về thủy lực, ta xác định được chiều cao mực nước trong kênh ứng với các bề rộng Btr Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 6.11 sau:

Bảng 6.13 Tính toán độ sâu dòng chảy đều trong kênh xả hạ lưu

V (m/s)

6.4.3 Kiểm tra khả năng xói lở lòng kênh:

Nước từ hồ chứa được tháo qua tràn nên hàm lượng bùn cát trong nước xả nhỏ, khảnăng bồi lắng trong kênh nhỏ, do đó không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng mà chỉ cần kiểmtra điều kiện xói lở bờ và đáy kênh

Điều kiện để kênh không bị xói lở:

Vmax≤  V KX (6.13)Trong đó: Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong kênh

 V KX : Lưu tốc cho phép không gây xói lở bờ và đáy kênh

Với nền là đất sét thường  V KX = (0,8 ÷1,2) (m/s)

Chọn  V KX = 0,8 (m/s)

Theo kết quả tính toán trong bảng 6.11 ta thấy ứng với các giá trị Btr đều không thỏamãn điều kiện không xói lở lòng kênh Để chống xói lở cho lòng kênh, ta chọn hình thức bảo

vệ mái kênh là tấm bê tông đúc sẵn Hình dạng tấm bê tông này là vuông 60x60 cm và dày

với phương nằm ngang Mạch ghép được chít vữa M100 cẩn thận Bên dưới các tấm bê tôngnày là lớp đệm cát sỏi dày 15cm

6.4.4 Tính toán mực nước đầu kênh:

Tính toán đường mặt nước ngược từ cuối kênh đến đầu kênh với mực nước cuối kênh

kênh xả hạ lưu và vẽ đoạn nối tiếp giữa bể tiêu năng và kênh được chính xác

kN N N

Ứng với các Btr ta có các kết quả độ sâu phân giới hk như sau:

Bảng 6.14: Tính toán độ sâu h k trong kênh xả hạ lưu

Bảng 6.15: Độ sâu h đầu kênh trong kênh xả hạ lưu

Btr (m) Q xả max (m3/s) Bk (m) hđầu kênh (m)

6.5 Tính toán tiêu năng

6.5.1 Mục đích tính toán tiêu năng:

Dòng chảy sau khi chảy qua đập tràn xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn Năng lượng

đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phần năng lượng này phá hoại lòng sông

và hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập, một phần tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phầnkhác do ma sát giữa nước và không khí Sức cản nội bộ dòng chảy càng lớn thì tiêu hao nănglượng do xói lở càng nhỏ và ngược lại Vì vậy, các biện pháp tiêu năng được dùng để tiêuhao phần năng lượng thừa của dòng chảy để đảm bảo ổn định cho kênh và hạ lưu công trình

6.5.2 Lựa chọn hình thức tiêu năng:

Thường dùng các hình thức tiêu năng: Tiêu năng dòng đáy, tiêu năng mặt, tiêu năngphóng xa và tiêu năng dòng mặt ngập

- Tiêu năng đáy: Lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy Thường dùng các biệnpháp tiêu năng như đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp

- Tiêu năng phóng xa: Làm mũi phun ở chân đập hạ lưu để dòng chảy có lưu tốclớn phóng xa khỏi chân đập

Bể tiêu năng là một dạng của tiêu năng dòng đáy, thiết kế và thi công đơn giản, có khảnăng ổn định tốt trên nền đất yếu và địa hình tương đối thoải Do đó ta chọn tiêu năng saudốc nước là bể tiêu năng.

6.5.3 Tính toán kích thước bể tiêu năng:

Do đoạn chuyển tiếp của dốc nước và kênh hạ lưu có góc mở rộng không lớn lắm (tg

a) Kiểm tra khả năng đào bể:

Để kiểm tra xem việc đào bể có thích hợp hay không ta dựa vào hiệu số (h '

c- hcd )

Xác định độ sâu liên hiệp (h "

c ) của độ sâu cuối dốc (hcd) khi nối tiếp sau dốc là nướcnhảy giới hạn Tính:

b Q

: Hệ số lưu tốc,  = 0,95

E0: Cột nước toàn phần ở cuối dốc, E0= hcd + 2v g

2 0

Bảng 6.16: Kiểm tra khả năng đào bể tiêu năng.

B tr Q xả max B bể h cd V E 0 F( c ) " c h" h đầu kênh

Kết luận

d

h"c c

v v cd

Hình 6.3 Sơ đồ tính toán tiêu năng

+ Chiều sâu đào bể được xác định theo công thức:

d =  hc’’ – hh -Z (m)Trong đó :

 : hệ số chảy ngập, lấy khoảng 1.05 – 1.10 Chọn  = 1.05

hh : độ sâu nước hạ lưu khi chưa đào bể

hc’’ : độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp khi đã đào bể

Z : chênh lệnh cột nước ở cửa ra của bể, tính theo công thức :

Z = 2 2

2

2g b h h

q

2 ) ( 2

.

c

h g

q





Trong đó :

b

 : là hệ số lưu tốc cửa ra của bể, b = 0.95 – 1.0;chọn b =0.95

Ta tiến hành tìm d theo phương pháp thử đúng dần như sau:

Bước 1 : Sơ bộ lấy dgt = (hc’’ –hh)max

P: là chênh lệch giữa cao trình cuối dốc và đáy kênh hạ lưu

đáy dốc= 22,70m ; đáy kênh= 20m  P = 2,70m

hcd :chiều sâu dòng chảy cuối dốc

Vcd : lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc

Bước 3 :Tính F(c) , c''  hc’’ , Z

Bước 4 :Tính được d1 với hh đã được xác định ở bảng trên

Nếu d1  dgt thì chọn d1 là chiều cao đào bể, còn nếu d1  dgt thì giả thiết lại d = d1 và tính lại từ bước 1

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng sau:

Bảng 6.17 Chiều sâu bể tiêu năng:

+ Xác định chiều dài bể tiêu năng:

Chiều dài bể tiêu năng được tính theo công thức:

lb= l1+ 0,8ln (m) Trong đó: ln là chiều dài nước nhảy, ln= 4,5.h "

c (Công thức gần đúng củaSaphơranét)

l1 là chiều dài nước rơi, l1 = 0 (l1 sẽ được tính toán chính xác sau)

Chương 7: TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG VÀ GIÁ THÀNH CÔNG TRÌNH

SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Trên cơ sở ứng với các phương án Btràn khác nhau mà ta đã tính toán ở trên, ta tiếnhành tính toán khối lượng đập và tràn Từ đó tính được giá thành của công trình theo cácphương án đó Vẽ đường quan hệ giữa Btràn ~ tiền Dựa vào đồ thị quan hệ đó ta xác địnhđược phương án có giá thành thấp nhất ứng với một Btràn

7.1 Tính khối lượng Đập:

Nguyên tắc tính là ta dựa vào các mặt cắt ngang của đập tại những vị trí xác định.Xác định diện tích mặt cắt trung bình giữa hai mặt cắt liền kề nhau Khối lượng giữa hai mặtcắt liền kề nhau đó chính bằng diện tích mặt cắt trung bình nhân với khoảng cách giữa haimặt cắt đó Cứ thế tính cho đến hết chiều dài của đập

) ( 2

3

1 L m F

F

Trong đó: Vi: Khối lượng phần tính toán; (m3)

Fi, Fi+1: Diện tích phần mặt cắt nằm ngang thứ i và mặt cắt liền

kề nó; (m2)

Li: Khoảng cách giữa hai mặt cắt tính toán; (m)

Hình 7.1 Mặt cắt ngang điển hình của Đập

7.1.1 Khối lượng đào:

Dựa vào nguyên tắc trên và công thức (7-1) để tính khối lượng đắp Với phần lòngsông ta sẽ bóc bỏ 2,5 m tàn tích và đất lẫn cát sỏi Đối với mặt cắt sườn đồi ta sẽ bóc 1m.

Bảng 7.1 Các thành phần khối lượng tính toán cho các B tr

7.3.1 Đơn giá công việc:

Bảng 7.3 Đơn giá công việc

Giá thành hạng mục công trình khi Btr = 25m

Hạng mục Đập đất

Giá thành hạng mục công trình khi Btr = 30m

Giá thành hạng mục công trình khi Btr = 35m

Quan hệ Btr~ Tiền

3.9E+11 4E+11 4.1E+11 4.2E+11 4.3E+11 4.4E+11 4.5E+11 4.6E+11 4.7E+11 4.8E+11

B tràn (m) Tiền (vnđ)

Chương 8: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ PHƯƠNG ÁN CHỌN

Trong phần thiết kế sơ bộ đã tính toán điều tiết cho các phương án Btr nhưng chưa xétđến các yếu tố ảnh hưởng như hệ số co hẹp bên , lưu tốc tới gần, hệ số lưu lượng m Phầnnày sẽ tính toán điều tiết lũ lại để kiểm tra khả năng tháo của đập tràn và tính toán các thông

số cho thiết kế chi tiết

Lưu lượng qua tràn đỉnh rộng không ngưỡng, chảy tự do được xác định theo công thức:

Q = 0.m.b 2g H32

0 (8.1)Trong đó: 0: Hệ số co hẹp bên, phụ thuộc mức độ co hẹp và hình dạng cửa vào

Do kênh thượng lưu nhỏ hơn 20H nên mặt cắt xét đến lưu tốc tới gần là mặt cắt tiếpxúc với hồ chứa Mặt khác, hồ chứa có mặt thoáng rộng nên có thể coi lưu tốc tới gần bằng0.

8.2 Tính toán điều tiết lũ:

Với những kết quả tính toán ở trên ta tiến hành tính toán điều tiết lũ lại với B tr=30m;

m = 0,374; 0= 0,94

Tiến hành điều tiết lũ theo phương pháp Potapop như phần thiết kế sơ bộ Quá trìnhđiều tiết được thể hiện chi tiết ở phụ lục 8 (các bảng tính 8-1, 8-2, 8-3, 8-4)

Tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ phương án chọn ở bảng dưới đây:

Bảng 8.1 Tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ

Xét khả năng tháo lũ của đường tràn ứng với m= 0,36 ; = 1; Btr= 30m:

- Với Lũ thiết kế (p= 1%): qxmax =1.0,36.30. 2.9,81.5,762 661,31( 3/ )

3

sm m



46 , 661

31 , 661 46 , 661

Q

Q Q

- Với lũ kiểm tra (p= 0,2%): qxmax =1.0,36.30. 2.9,81.7,252 933,86( 3/ )

3

sm m



48 , 934

86 , 933 48 , 934

Q

Q Q

Vậy đường tràn đủ khả năng tháo lũ

Chương 9: THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ 9.1 Quy mô công trình:

9.1.1 Ngưỡng Tràn:

Theo phần thiết kế sơ bộ thì hình thức ta chọn là tràn ngưỡng đỉnh rộng không củavan Bề rộng ngưỡng là 30m và chiều dài ngưỡng theo hướng dòng chảy là 15m Cao trìnhngưỡng tràn bằng cao trình mực nước dâng bình thường là +49,26m.

Cột nước trên ngưỡng tràn là 5,76m ( ứng với MNLTK) và 7,25 (ứng với MNLKT).Tràn và tường làm bằng BTCT M200

9.1.2 Kênh dẫn thượng lưu:

Nhiệm vụ của kênh dẫn thượng lưu là hướng dòng chảy thuận dòng vào ngưỡng tràn.Kênh dẫn thượng lưu là kênh đất có mặt cắt hình chữ nhật, lòng kênh được gia cố bằng đáxây vữa M100

Các thông số của tường:

- Cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập (+ 56,80m) và giảm dần xuống

- Tường làm bằng BTCT M200, bên dưới lót bêtông M100 dày 10cm

- Tường lượn cong đều với bán kính là Rt= m

9.1.4 Đoạn thu hẹp:

Đoạn thu hẹp được bố trí ngay sau ngưỡng tràn giúp cho dòng chảy vào dốc nướcđược xuôi thuận Đầu đoạn thu hẹp có bề rộng là 30m, cuối đoạn thu hẹp rộng 25m Đoạnthu hẹp làm bằng bê tông M200

9.1.5 Dốc nước:

Dốc nước có các thông số sau:

- Dốc nước làm bằng bê tông M200

- Chiều dài dốc nước L = 245,50m

- Độ dốc i= 0,11

- Hệ số mái m= 0

9.1.6 Công trình tiêu năng:

Ta chọn hình thức công trình tiêu năng là bể tiêu năng có bề rộng bể không đổi Kíchthước của bể sẽ được xác định chính xác trong phần tính toán dưới đây

9.1.7 Kênh xả hạ lưu:

Kênh xả hạ lưu có các thông số sau:

- Mặt cắt ngang kênh là hình thang với hệ số mái là m= 1,5

9.2 Tớnh toỏn thủy lực dốc nước:

Đoạn dốc có MC không đổi

Đoạn thu hẹp Tràn đỉnh rộng

9.2.2 Tớnh toỏn thủy lực đoạn thu hẹp:

Cỏc thụng số thiết kế:

- Mặt cắt ngang đoạn thu hẹp hỡnh chữ nhật

- Chiều dài đoạn thu hẹp: Lth= 15m

- Bề rộng đầu đoạn thu hẹp bằng bề rộng ngưỡng tràn: Bđ= 30 m

- Bề rộng cuối đoạn thu hẹp bằng bề rộng đoạn khụng thu hẹp: Bc= 25m

- Lưu lượng xả lớn nhất: Qmax= qxamax= 934,48 (m3/s)

a) Xỏc định độ sõu phõn giới h k ngay sau ngưỡng tràn:

Độ sõu phõn giới hk tại mặt cắt sau ngưỡng tràn được xỏc định theo cụng thức:

Q: Lưu lượng xả qua tràn (m3/s)

g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2 )

Bd : Bề rộng dốc nước đầu đoạn thu hẹp, Bd= 30m

Ta sẽ tớnh toỏn với 5 cấp lưu lượng là Qkt, Qtk, 0,8Qtk, 0,5Qtk, 0,3Qtk Chiều sõu dũngnước ở đầu đoạn thu hẹp bằng độ sõu phõn giới tại mặt cắt sau ngưỡng tràn hđ= hk

Bảng 9.1: Độ sõu phõn giới sau ngưỡng tràn

b) Tính toán đường mặt nước:

Tính toán đường mặt nước trên đoạn thu hẹp theo phương pháp thử dần các giá trị h ở cuối đoạn tính toán kết hợp với phương pháp cộng trực tiếp như trong phần thiết kế sơ bộ

Ta tiến hành tính toán với 5 cấp lưu lượng như trên Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện ởphụ lục 9 (các bảng tính 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5)

Bảng 9.2: Đường mặt nước trên đoạn dốc phi lăng trụ ứng với các cấp lưu lượng

Độ sâu nước tại các mặt cắt hi (m)

L (m)

Q =934,48(m3/s)

Q =661,46(m3/s)

Q =529,17(m3/s)

Q =330,73(m3/s)

Q =198,44(m3/s)

9.2.3 Tính toán thủy lực đoạn dốc có bề rộng không đổi:

a) Xác định độ sâu dòng đều và độ sâu phân giới h k :

Dựa vào phương pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi nhất về thủy lực để tính toán độsâu dòng đều trong dốc nước Sử dụng công thức (9-1) để tính độ sâu phân giới Kết quả tínhtoán thể hiện ở bảng sau:

Bảng 9.1: Độ sâu dòng đều và độ sâu phân giới đoạn dốc không đổi với các cấp lưu lượng

b) Định lượng đường mặt nước:

Kết quả định lượng đường mặt nước đoạn dốc nước không đổi được thể hiện chi tiết

ở phụ lục 10 (các bảng tính 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5)

Bảng 9.2: Tổng hợp đường mặt nước đoạn dốc nước có bề rộng không đổi

STT Q = 934.48 Q = 661.64 Q = 529.17 m 3 / Q = 330.73 m 3 / Q = 198.44

c) Kiểm tra khả năng xói dốc nước:

Điều kiện không xói bề mặt dốc là:

Vmax ≤  V kx

Trong đó: Vmax: Vận tốc lớn nhất trên dốc

 V kx: Vận tốc cho phép lớn nhất đối với vật liệu làm dốc Tra bảng 11-9 - Sổtay tính toán thủy lực, với bêtông M200 ta được  V kx= 25 m/s

Bảng 9.3: Kiểm tra khả năng xói bề mặt dốc với các cấp lưu lượng

9.3 Đường mặt nước trong dốc khi tính đến hàm khí:

Khi dòng chảy có lưu tốc lớn, lớp không khí ở gần mặt nước bị hút vào nước, các bọtkhí đó pha trộn vào nước trên vùng mặt, chuyển động cùng với dòng chảy làm cho chiều sâunước trên dốc tăng so với tính toán khi không có hàm khí Do đó tường bên của dốc nướcphải cao hơn Chiều sâu nước ngậm khí có thể tính theo công thức:

hhk = h (1 +

100

V

Trong đó : h: Chiều sâu dòng nước trên thân dốc

V: Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán

Tính toán đường mặt nước trong dốc nước có kể đến hàm khí được dùng để xác địnhcao trình đỉnh tường bên dốc nước Ta tính cho các cấp lưu lượng xả qua tràn Tính cho cácmặt cắt dọc theo chiều dòng chảy trên dốc Kết quả thể hiện ở bảng 9.4 dưới đây:

Bảng 9.4: Chi u cao c t nều cao cột nước trong dốc nước khi xét đến hàm khí ột nước trong dốc nước khi xét đến hàm khí ước trong dốc nước khi xét đến hàm khíc trong d c nốc nước khi xét đến hàm khí ước trong dốc nước khi xét đến hàm khíc khi xét đến hàm khín h m khíàm khí

9.4 Tính toán chiều cao tường bên dốc nước:

Cao trình đỉnh tường bên được xác định theo công thức:

đỉnh tường = đáy dốc + hhk + a

ht = đỉnh tường - đáy dốc.Trong đó: a: Độ vượt cao an toàn , lấy a = 0,5 m

hhk: Chiều sâu dòng chảy trong dốc nước có kể đến hàm khí

Kết quả tính toán chiều cao tường bên được thể hiện trong bảng 9.5

Bảng 9.5: Tính toán chiều cao tường bên dốc nước