Thiết kế hồ chứa khe thị phương án II

Là một vùng nghèo với lao động nông nghiệp giữ vai trò chủ đạo thì việc xây dựngcông trình hồ chứa nước Khe Thị sẽ góp phần đáng kể trong chuyển dịch cơ cấukinh tế, tạo điều kiện thuận l

LỜI CẢM ƠN.

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân vàđược sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn thủy công cũngnhư toàn thể các thầy cô giáo trong trường đã dạy dỗ và chỉ bảo em trong suốtnhững năm học vừa qua, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô giáo ThS NguyễnMai Chi, em đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

Với đề tài: ’’ Thiết kế hồ chứa Khe Thị - phương án II’’

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một khoảng thời gian có ích để em có điềukiện hệ thống lại kiến thức đã được học và giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vàothực tế, làm quen với công việc của một kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi

Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thủy lợi và vậndụng tổng hợp các kiến thức đã học Dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng vì điềukiện thời gian còn hạn chế nên trong đồ án em chưa giải quyết hết các trường hợp

có thể xảy ra Mặt khác kinh nghiệm bản thân trình độ còn hạn chế nên trong đồ nàykhông tránh khỏi những thiếu sót

Em kính mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô giáogiúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn, từ đó kiến thức chuyên môn cũngđược hoàn thiện và nâng cao

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đặc biệt là cô giáo ThS Nguyễn MaiChi đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 06 tháng 1 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hà Thiện

MỤC LỤC

vụ cho mục đích sử dụng hiệu quả nguồn nước đó là xây dựng hồ chứa Hồ chứanước Nậm Cắn được xây dựng để phục vụ mục đích phát triển kinh tế, nâng cao đờisống vật chất và tinh thần cho nhân dân trong vùng, kết hợp mục tiêu phòng chống

lũ cho hạ lưu, nuôi trong thủy sản và phục vụ phát triển du lịch

Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài: “Thiết kế Hồ chứa Khe Thị” gồm các nội

dung chính sau:

Phần I: Tình hình chung

Phần II: Thiết kế cơ sở, chọn phương ánPhần III: Thiết kế kỹ thuật phương án chọnPhần IV: Chuyên đề kỹ thuật

PHẦN I.TÌNH HÌNH CHUNG CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1.Vị trí địa lý

Công trình hồ chứa nước Khe Thị thuộc địa phận xã Nghi Công, huyện NghiLộc, tỉnh Nghệ An Cách thành phố Vinh 25km Phía Bắc và phía Đông thuộc xãNghi Công Phía Tây giáp núi đá mài, phía Nam giáp núi Đại Huệ, đỉnh dãy núi kéodài từ huyện Hưng Nguyên đến giáp huyện Đô Lương, đỉnh dãy núi là ranh giới haihuyện Nam Đàn và huyện Nghi Lộc

1.2 Điều kiện tự nhiên

1.2.1.Đặc điểm địa hình, địa chất

1.2.1.1.Đặc điểm địa hình

Khu vực xây dựng công trình nằm trong thung lũng sát dãy núi Đại Huệ,phía ngoài là những quả đồi nhỏ và thấp Vị trí xây dựng công trình là khe nhỏ ởthượng nguồn Khe Thị

Thượng nguồn Khe Thị là dãy núi Đại Huệ, thảm thực vật ở đây là cây cốinhỏ, lau lách bụi rậm, thỉnh thoảng đôi chỗ có cây to, một số đồi nhỏ và thung lũnghẹp gần xóm làng được trồng các loại cây Thông, Bạch Đàn Ngoài ra các loại câykhác rất kém phát triển vì đồi núi ở đây hầu hết là đá sa diệp thạch, tầng phủ rấtmỏng

1.2.1.2.Điều kiện địa chất

Địa hình lòng hồ lọt vào giữa vách núi cao, xung quanh là các núi thượng nguồncao hơn hàng trăm mét, lòng hồ được cấu tạo bởi các lớp có tính chống thấm tốtnhư bột kết, phiến sét và tầng phủ già hạt sét nên hồ có khả năng giữ nước tốt

Địa tầng của khu công trình đầu mối chủ yếu gồm : đá gốc là loại bột kết xen phiếnsét, phong hóa mạnh khá sâu Phần gần bề mặt chủ yếu là đá biến dạng dần thànhđất lẫn cát và các mảnh đá mẹ phong hóa chưa hết, ở lòng suối đá cứng lộ ra ở một

số chỗ Tầng phủ đệ tứ gồm hai loại:

- Đất bồi tích: Phân bố dọc suối bên trái Đây là loại đất á sét mầu vàng nâu,trạng thái nửa cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa Lớp này có chiều dầy trung bình là9,5 m

- Đất tàn tích: Phân bố rộng rãi trên bề mặt đồi núi với chiều dày mỏng, vàokhoảng 0,5 m, đây là loại đất á sét nhiều dăm sạn mầu xám nâu, kết cấu kém chặt,trạng thái cứng

 Địa chất vùng tuyến

a/ Tuyến đập

Vùng địa hình nói chung địa tầng các tuyến phân bố tương đối giống nhau,được phân bố từ trên xuống dưới như sau:

- Lớp trên cùng là lớp phủ thực vật dày 0,5m phân bố trên bề mặt sườn đồi

- Lớp thứ hai là lớp đất phong hoá dày khoảng 9,5m phân bố chủ yếu ở lòng sông

- Bên dưới cùng là lớp đá gốc rắn chắc, ít bị phong hóa

1.2.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn

1.2.2.1 Đặc điểm chung lưu vực

1.2.2.1.1 Diện tích lưu vực.

Hồ chứa nước Khe Thịcó diện tích lưu vực tính đến tuyến công trình 1.67km2.Hồ chứa nước bên suối rất dốc, lòng suối từ đầu nguồn đến cửa rừng rất dốc.Theo bản đồ tỷ lệ 1:10000 thì độ dốc đạt tới 153% Độ dài suối khoảng 1.6 km, nếuchỉ tính phần có nước chảy thường xuyên khoảng 1.2 km

1.2.2.1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn.

Hồ chứa nước Khe Thịnằm trong vùng nhiệt đới gió mùa chịu ảnh hưởng haimùa rõ rệt Khí hậu thời tiết mùa đông từ tháng 11 năm trước đến tháng 5 năm saukhô và lạnh, độ ẩm lớn, nhiệt độ thấp Khí hậu thời tiết mùa hè chịu ảnh hưởng củakhối xích đạo Thái Bình Dương và khối không khí nhiệt đới Ấn Độ Dương từ tháng

5 đến tháng 11 Đặc điểm của khối không khí này là nóng và ẩm gây mưa lớn

1.2.2.2 Chế độ thủy văn.

1.2.2.2.1.Tình hình số liệu và khí tượng thủy văn.

Trong vùng tại trạm khí tượng Vinh, cách lưu vực phía nam khoảng trên 20

km có quan trắc đầy đủ các yếu tố khí tượng như mưa, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm,gió, khí áp Trạm này có số liệu đo đạc quan trắc từ năm 1959 đến nay, số liệu đảmbảo chất lượng và tin cậy, như vậy ta sử dụng tài liệu khí tượng của trạm Vinh đạidiện cho vùng nghiên cứu

Để phục vụ cho tính toán nguồn nước lưu vực ta sử dụng thêm tài liệu mưa tại điểm

đo mưa Nghĩa Lâm nằm ở phía Tây Bắc, cách Nghi Công 8 km

1.2.2.2.2 Tài liệu về mưa.

Lưu vực công trình nằm trong vùng có lượng mưa từ 1900 mm đến trên 2000

mm Đây là vùng có khí hậu khắc nghiệt chịu ảnh hưởng của gió tây khô nóng.Lượng mưa năm tuy lớn nhưng phân bố rất không đều, mùa mưa ngắn nhưng chiếmmột lượng mưa khá lớn

1.2.2.2.3 Nắng.

Nắng là một yếu tố khí hậu có quan hệ chặt chẽ với bức xạ mặt trời và bị chiphối bởi lượng mây trên khu vực Ở trạm khí tượng Vinh số giờ nắng trong nămtrung bình nhiều năm đạt 1557 giờ

Bảng 1-1: Số giờ nắng tháng và năm trung bình nhiều năm trạm Kỳ Anh

Số giờ 72.3 48 63.8 131.8 212.8 186.1 205.6 166.6 152.4 134.9 94.8 87.5 1556.6

1.2.2.2.4 Chế độ nhiệt.

Nhìn chung chế độ nhiệt ở Nghi Lộc nói riêng và ở Nghệ An nói chung cũngtheo một chế độ chung của cả nước, nghĩa là mùa hè nhiệt độ cao và mùa đông thấp,tuy nhiên do đặc điểm của địa hình nên cũng có những nét riêng.

Nhiệt độ không khí trung bình năm của khu vực là 23,90C Các tháng nóngnhất trong mùa hè (VI, VII, VIII) có nhiệt độ không khí trung bình tháng trên 280C

và nhiệt độ không khí lớn nhất đo được tới 41,20C như đã xuất hiện trong tháng VInăm 1912 Nhiệt độ không khí thấp nhất được là 40C

Biến trình nhiệt độ năm theo dạng một đỉnh Tháng có nhiệt độ trung bìnhcao nhất là tháng VII Trong 3 tháng mùa lạnh thì tháng có nhiệt độ trung bình thấpnhất là tháng I Biên độ này được tính theo giá trị trung bình trong tháng đạt từ5,20C đến 100C Trong bảng dưới đây cho thấy nhiệt độ trung bình tháng trung bìnhnhiều năm trạm Vinh

Bảng 1-2: Nhiệt độ không khí và mặt đất trung bình tháng, năm trong nhiều năm

Nhiệt đô K/K 17.6 17.9 20.3 24.1 27.7 29.2 29.6 28.7 26.8 24.4 21.6 18.9 23.9Nhiệt độ m/đ 18.7 19.4 22.3 26.9 31.8 32.7 33.7 32.0 29.2 25.8 22.6 19.6 26.2

Bảng 1-3 cho thấy sự thay đổi độ ẩm tương đối trung bình tháng, năm và độ ẩmtương đối thấp nhất trung bình tháng, năm của trạm Vinh

- Gió mùa Tây Nam với đặc trưng nóng hoạt động vào tháng VI đến tháng IX

- Gió mùa Đông Bắc với đặc trưng ẩm, lạnh hoạt động chủ yếu vào các tháng từ VIđến tháng III

Theo số liệu thống kê trạm khí tượng Vinh từ năm 1961 đến 1999 cho thấy tốc độgió lớn nhất trong năm đo được tại Vinh trên 40 m/s

Tốc độ gió lớn nhất năm ứng với P=4% là 25 m/s và ứng với P=50% ta có tốc độgió là 15.5 m/s

Đà gió ứng với MNDBT là 0.9 km, đà gió ứng với MNLTK là 1.3;1.48;1.64 km

1.2.2.2.7 Lượng bốc hơi.

Lượng bốc hơi phụ thêm n

Z

∆

hàng tháng được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1-4: Phân phối bốc hơi các tháng trong năm (mm/tháng)

n

Z

1.2.2.3 Các đặc trưng thủy văn thiết kế

1.2.2.3.1 Dòng chảy năm thiết kế.

Bảng 1.5: Phân phối dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế P=85%:

0.01

2 0.0180.009 0.04W.104m326.8 44.0

1.2.2.3.2 Dòng chảy lũ thiết kế p=1% & lũ kiểm tra p=0,2%

Bảng 1-6: Lưu lượng và tổng lượng lũ thiết kế.

Tần suất thiết kế P(%) Qmax m3/s Tlũ (giờ)

Đường quá trình lũ có dạng tam giác

- Thời gian lũ lên T1=4 giờ; Thời gian lũ xuống Tx=8 giờ

Bảng 1.7: Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập.

TT Chỉ tiêu Đơn vị Đất thân đập Nền đập

Hạ lưu công trình có các mỏ đá dạng khối mầu xám trữ lượng lớn Cường độ

đá đạt độ cứng đủ tiêu chuẩn làm vật liệu xây dựng các hạng mục công trình Các

mỏ này nằm cạnh đường ô tô, cự ly vận chuyển 200m - 300m Với chỉ tiêu cơ lysau:

Hình 1.1 Quan hệ Z~F.

Bà con dân tộc chủ yếu là người thiểu số, trình độ văn hóa thấp Tỷ lệ mù chữ chiếm 24% tổng dân số toàn vùng, tỷ lệ phổ cập cấp I so với độ tuổi chỉ đạt 75% Tình trạng tái mù chữ có xu hướng gia tăng Một số tập tục mê tín dị đoan đã bớt dần và có chiều hướng thay đổi tiến bộ.

1.3.2 Tình hình kinh tế

Do trình độ dân trí thấp, phương thức canh tác còn lạc hậu, mang tính tự cung tự cấp, phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên nên sản xuất bấp bênh, sản lượng lương thực tính bình quân trên đầu người thấp (151 kg lương thực/người/năm, trong đó sản lượng hoa mầu chiếm 62%), đời sống người dân gặp nhiều khó khăn thiếu thốn.Trồng trọt năng suất thấp, lương thực không đủ ăn nên chăn nuôi kém phát triển, tuy nhiên do nhu cầu về sức kéo và nhu cầu thị trường hiện nay đồng bào đã bắt đầunuôi trâu bò Nói chung tiềm năng chăn nuôi lớn song chưa được chú trọng phát triển

1.3.3 Hiện trạng thủy lợi

Trong khu vực dự án hiện có 2 công trình thủy lợi với vốn đầu tư góp và nhànước hỗ trợ một phần kinh phí, nhưng các công trình này đã xuống cấp hoặc hưhỏng nhiều chỉ đạt 30% diện tích tưới cho toàn vùng

1.3.4 Nhu cầu dùng nước

Quá trình tính toán thủy nông, thủy lợi đã xác định được lượng nước yêu cầu trong từng tháng tại đầu mối như bảng sau:

Bảng 1.10: Lượng nước yêu cầu tại đầu mối (W = 10 4 m 3 )

Tại mặt ruộng

WTại đầu mối

WSinh hoạt

WTổng cộng

- Yêu cầu tưới tự chảy tại đầu mối là Zyc = +36m

- Lưu lượng thiết kế Qtk= 2,2(m3/s)

1.4 Phương hướng phát triển, nhiệm vụ công trình

1.4.1 Nâng cấp cơ sở hạ tầng, mạng lưới y tế, giáo dục

Các tuyến đường giao thông sẽ được cải tạo đến chân công trình để vậnchuyển vật tư, trang thiết bị Hệ thống đường sá được nâng cấp và xây dựng mới sẽtạo điều kiện thuận lợi cho việc giao lưu, buôn bán và phát triển kinh tế xã hội địaphương Đi cùng với phát triển mạng lưới giao thông là sự mở rộng của mạng lướigiáo dục, y tế, chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Sự nâng cao của mặt bằng cơ sở hạtầng sẽ góp phần to lớn vào việc nâng cao đời sống văn hoá và văn minh nông thôn,

mở rộng giao lưu văn hoá cùng với giao lưu kinh tế xã hội

1.4.2 Chuyển đổi cơ cấu kinh tế, tạo điều kiện phát triển các ngành kinh tế có hiệu quả hơn

Là một vùng nghèo với lao động nông nghiệp giữ vai trò chủ đạo thì việc xây dựngcông trình hồ chứa nước Khe Thị sẽ góp phần đáng kể trong chuyển dịch cơ cấukinh tế, tạo điều kiện thuận lợi cho kinh tế khu vực phát triển.

+ Từ những thuận lợi về nguồn nước, hàng loạt các quy hoạch sử dụng đất, quyhoạch thay đổi cơ cấu cây trồng, quy hoạch chế biến sản phẩm nông lâm nghiệp,quy hoạch nguồn lao động và đào tạo, quy hoạch phát triển ngành du lịch dịch vụ…cần thiết phải được bổ sung chỉnh ly hoặc xây dựng theo hướng mới, nhằm tạo ranhững bùng nổ đô thị hoá và công nghiệp hoá nông thôn trong khu vực

+ Như vậy việc nghiên cứu xây dựng hồ chứa nước để phục vụ cho nông nghiệp lànhiệm vụ trọng tâm và rất cần thiết trong tình hình thực trạng hiện nay

1.4.3 Nhiệm vụ công trình

1 Tưới: cho 255 ha

2 Cung cấp nước sinh hoạt cho 650 người (701/người/ngày)

3 Chăn nuôi 1800 con lợn (201/ngày/con)

4 Nuôi cá hồ

5 Cải tạo môi trường trong khu vực

1.5 Cấp công trình và các chỉ tiêu tính toán

1.5.1 Xác định cấp công trình

Theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam- QCVN 04-05: 2012/BNNPTNTcấp công trình thủy lợi được xác định theo hai điều kiện sau:

+ Theo đặc tính kỹ thuật của công trình

+ Theo năng lực phục vụ, nhiệm vụ của công trình

Sơ bộ xác định đập có chiều cao Hđ∈ ( 20÷30 ) m, nền thuộc nhóm B

=> Ta xác định được cấp công trình là cấp II

Công trình có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 255 ha đất nông nghiệp

=>QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT, ta xác định được cấp của công trình là cấpIV

Kết hợp cả hai điều kiện trên ta xác định được cấp của công trình là cấp II

1.5.2 Xác định các chỉ tiêu thiết kế

Từ cấp của công trình ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế :

QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT với công trình cấp II phục vụ tưới thì mức bảo đảmthiết kế của công trình là P% = 85%.

- Tần suất thiết kế là : Ptk = 1 %

- Tần suất kiểm tra là : Pkt = 0,2 %

Hệ số vượt tải n = 1,05

- Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất : Lấy hệ số Kn = 1,15

- Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số Kn = 1,00

Hệ số tổ hợp tải trọng:

Với tổ hợp tải trọng cơ bản:nc=1,0

Với tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0,9

Hệ số điều kiện làm việc m = 1,00

Theo TCVN 8216:2009 Hệ số an toàn ổn định cho phép của mái đập

Điều kiện làm việc bình thường: [Kcp] = 1,35

Điều kiện làm việc đặc biệt: [Kcp] = 1,15

PHẦN II: THIẾT KẾ CƠ SỞ CHO PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC CHẾT MỰC NƯỚC DÂNG BÌNH THƯỜNG 2.1 Tính toán mực nước chết của hồ

2.1.1 Khái niệm, mục đích, ý nghĩa MNC

- Khái niệm: Mực nước chết (MNC) là mực nước thấp nhất cho phép trong hồ mà ứng với nó là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy

- Mụcđích: Để tiến hành tính toán thiết kế hồ chứa thì việc đầu tiên cần phải làm là phải xác định được MNC, để từ đó xác định được dung tích chết (Vc)

- Ý nghĩa: Từ MNC ta mới có thể tiến hành tính toán điều tiết cân bằng hồ chứa để xác định được mực nước dâng bình thường (MNDBT), từ MNDBT đi tính toán điềutiết lũ, xác định được mực nước lũ thiết kế (MNLTK), MNLTK là mực nước lớn nhất trong hồ chứa khi lũ về Khi đó mới có thể tiến hành tính toán, thiết kế hệ thống công trình đầu mối

2.1.2 Tính toán MNC

Do hồ có nhiệm vụ tưới nên MNC trong hồ được xác định theo 2 điều kiện:

Điều kiện thứ nhất : đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy

Điều kiện thứ hai : đảm bảo tuổi thọ của công trình thì MNC hay Vc phải đảm bảo lớn hơn dung tích bùn cát lắng đọng trong suốt thời gian hoạt động của công trình

dđ ll

Tổng lượng bùn cát di đẩy trung bình trong một năm của lưu vực là:

Wdđ= 20% Wll (tấn/năm), với γdđ= 1,6 (tấn/m3)

W=

35.1706875

6,1

11,1842,09

* Xác định MNC theo cao trình khống chế tưới tự chảy

Cao trình khống chế tưới tự chảy là 36m

Zc1= Ztưới tự chảy +[∆Z]= 36+0,5= 36,5(m)

Trong đó [∆Z] : Tổng tổn thất cột nước qua cống chọn [∆Z] = 0,5m

Vậy MNC = 36,5m

Từ MNC = 36,5 m tra quan hệ Z ~ W ta được Vc = 1,165.106 m3

2.2.Xác định mực nước dâng bình thường

2.2.1 Khái niệm, mục đích, ý nghĩa MNDBT

- Về mặt kinh tế vùng hồ: MNDBT ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích vùng ngập lụt,

do đó quyết định trực tiếp đến chi phí do ngập lụt thượng lưu gây ra

2.2.2.Phương pháp, tài liệu, trình tự tính toán

Có các phương pháp tính toán điều tiết hồ để xác định MNDBT Trong đồ ánnày chọn phương pháp lập bảng (Giải theo nguyên ly cân bằng nước)

1 2 2

1 2

1

2

q q t

∆t : thường lấy là 1 tháng

Q1, Q2: lần lượt là lưu lượng nước đến đầu và cuối tháng

q1, q2 : lần lượt là lưu lượng nước dùng đầu và cuối tháng

V1, V2 : lần lượt là dung tích của hồ đầu và cuối tháng

- Tài liệu tính toán.

+ Dòng chảy năm thiết kế ứng với tần suất P=85% (Lượng nước đến)

+ Lượng bốc hơi các tháng trong năm;

+ Lượng nước dùng các tháng trong năm;

Nướcthừa

Nướcthiếu

Dungtích kho

Xảthừa

Cột (7) = Cột (5) – Cột(4) (106m3) (ΔV- = Wq - WQ)

Cột (8): Lượng nước trữ lại trong hồ (106m3)

Khi tích nước thì lũy tích cột (6) nhưng chú y không để vượt quá trị số

Vh, phần xả thừa này ghi vào cột (9) Khi cấp nước thì lấy lượng nước có ở kho trừ

đi lượng nước cần cấp ở cột (7)

Cột (9): Lượng nước xả thừa (106m3)

Kết quả tính toán trong trường hợp này: V hồ = 4,015.10 6 (m 3 ).

-Tính tổn thất trong kho nước lần 1:

BẢNG TÍNH TỔN THẤT THẤM VÀ BỐC HƠI LẦN 1

X.thừa

Wx(106

- Cột (1) : Dung tích hồ khi chưa kể đến tổn thất.

- Cột (2) : Diện tích mặt thoáng , tra theo F – V

- Cột (3) : Dung tích hồ trung bình khi chưa kể tổn thất 2

d c tb

- Cột (12), (13) : Lượng nước thừa và thiếu trong từng tháng có kể đến tổn thất

- Cột (14) : Quá trình lượng nước có trong hồ (kể từ mực nước chết) khi đã kểđến tổn thất

- Cột (15): Lượng nước xả thừa

- Kết quả tính toán trong trường hợp này: V hồ = 4,210.10 6 (m 3 ).

Do dung tích hồ có kể tổn thất lần 1 so dung tích hồ chưa kể tổn thất sẽ có chênhlệch lớn, vì vậy phải điều tiết hồ lại lần hai

-Tính tổn thất trong kho nước lần 2:

Các bước tính toán giống như lần 1 nhưng cột 2 lấy từ cột 13 của bảng tính điều tiết

có kể tổn thất lần 1

X.thừa

Wx(106

bIII 2.295 0.369 2.776 0.410 0.0171 0.007

Kết quả tính toán:V hồ = 4,214.10 6 (m 3 ).

So sánh với trường hợp điều tiết hồ lần 1:

%095,0

%100214

,4

210,4214,4

tt h V

V V

Sai số giữa 2 lần điều tiết không lớn lắm nên V hồ = 4,214.10 6 (m 3 )là dung tích

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 3.1 Mục đích yêu cầu tính toán điều tiết lũ.

3.1.1 Mục đích.

- Thông qua việc tính toán điều tiết lũ tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thíchhợp và hiệu quả nhất

- Xác định dung tích phòng lũ của kho nước Vsc và cột nước siêu cao Hsc

- Xác định đường quá trình lũ thiết kế (qx ~ t)p từ đó lập PA vận hành

- Xác định lưu lượng xả lũ lớn nhất xuống hạ lưu: qxảmax

Sau khi tính toán thiết kế cụ thể cho từng PA sẽ chọn ra PA tối ưu nhất

3.2 Phương pháp điều tiết lũ

Nguyên ly của tính toán điều tiết lũ:

- Phương trình cân bằng nước :

=Q – q hay

1 2 2

1 2

2

q q Δt 2

Q Q

Đường quan hệ mực nước hạ lưu và lưu lượng nước H~Q.

Có nhiều phương pháp điều tiết lũ như phương pháp lập bảng trực tiếp, phương pháp đồ giải….ở đây ta chọn phương pháp điều tiết lũ theo phương pháp lặp

Nội dung như sau :

Bước 1: Giả định giá trị ở cuối thời đoạn tính toán, tính giá trị V2 theo phương trìnhcân bằng nước

Bước 2: Xác định giá trị mực nước thượng lưu Zt2 (tra quan hệ Z~V); và mực nước

hạ lưu Zh2 (tra quan hệ H~Q) tại cuối thời đoạn tính toán Nếu mực nước hạ lưu không ảnh hưởng đến khả năng tháo lũ của công trình thì không cần xác định mực nước hạ lưu

Với ε là sai số cho phép

Nếu sai số thỏa mãn thì chuyển sang thời đoạn tiếp theo

Nếu sai số không thỏa mãn thì quay lại bước 1

Tiến hành tính toán cho tất cả thời đoạn sẽ xác định được quá trình xả lũ, các đặc trưng dung tích phòng lũ và các mực nước đặc trưng (qmax, Hsc, Vsc )

3.3 Tính toán điều tiết lũ ứng với các B t khác nhau

- Cột (1) : Số thứ tự

- Cột (2) : thời đoạn lũ

- Cột (3) : lưu lượng lũ đến

- Cột (4) : thời điểm tính toán

- Cột (5) : lưu lượng lũ đến đầu thời đoạn

- Cột (6) : lưu lượng lũ đến cuối thời đoạn

- Cột (7) : lưu lượng lũ xả cuối thời đoạn giả thiết

- Cột (8) : dung tích hồ chứa trước khi có lũ

- Cột (9) : lưu lượng lũ xả đầu thời đoạn

- Cột (10) : dung tích hồ chứa sau khi có lũ

- Cột (11) : cao trình nước trong hồ

- Cột (12) : cột nước trên tràn có kể đến lưu tốc tới gần Htr = Z - Ztr

- Cột (13) : lưu lượng lũ xả cuối thời đoạn tính toán

2.2 B tr g H tr m

Kết quả tính toán thể hiện trong Bảng 3.1 và 3.2 ứng với 3 phương án B tr

Tính toán điều tiết lũ thiết kế P=1.0% và điều tiết lũ kiểm tra P=0.2%

(trình tự tính toán điều tiết lũ thiết kế và lũ kiểm tra trình bày trong phụ lục 1)

Bảng 3.1 : Bảng tổng hợp tính toàn điều tiết lũ thiết kế với từng Btràn

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC CÔNG TRÌNH 4.1 Đặt vấn đề

Cụm công trình đầu mối trong hệ thống thủy lợi ngoài nhiệm vụ đảm bảo yêu cầudùng nước, còn có chức năng bảo đảm sự làm việc an toàn cho cả hệ thống Mặtkhác, vốn đầu tư cho cụm công trình đầu mối chiếm một tỷ trọng khá lớn Do vậy,trong giai đoạn thiết kế sơ bộ phải đưa ra các phương án khác nhau về hình thức,kết cấu, kích thước, cao trình, tuyến xây dựng công trình đầu mối (đập dâng, côngtrình tháo lũ, công trình lấy nước), để chọn ra được phương án tối ưu nhất về mặtkinh tế - kỹ thuật

Đối với cống lấy nước do có khối lượng không lớn, lại ít thay đổi về khối lượng,giá thành so với các phương án khác nhau Vì vậy, khi thiết kế sơ bộ chỉ đề cập đến

2 loại công trình : đập dâng và công trình tháo lũ

Thông qua quá trình phân tích điều kiện địa chất, địa hình, chọn 3 phương án hợp

lí nhất về kích thước bề rộng cửa tràn để thiết kế, đó là: Btr = 40m, 44m, 48m

4.2 Thiết kế sơ bộ đập dâng

4.2.1 Các chỉ tiêu thiết kế.

Cấp thiết kế của công trình là: Cấp II

Mực nước dâng bình thường: +44,405 m

Mực nước lũ thiết kế và lũ kiểm tra ứng với từng phương án Btràn:

Btr = 40m: MNLTK = 48,017 m MNLKT = 48,709 mBtr = 44m: MNLTK = 47,825m MNLKT = 48,487 mBtr = 48m: MNLTK = 47,663 m MNLKT = 48,294 m

∇đáy: Cao trình đáy công trình đã trừ lớp bóc bỏ, ở đây bóc 1,0 m khi đó ∇ đáy = 23 m

-Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, các tần suất thiết kế và hệ số đối với côngtrình cấp II được lấy như sau: Tần suất lũ thiết kế P = 1%; hệ số tin cậy Kn = 1,15

V là vận tốc gió tính toán lớn nhất, V = 25 m/s

D là đà sóng ứng với MNDBT, D = 900 m

g là gia tốc trọng trường, g = 9.81 (m/s

2)

s

α

là góc kẹp giứa trục dọc của hồ và hướng gió, lấy với trường hợp bất lợi

nhất là hướng gió vuông góc với trục đập, s

α = 0

0

H là chiều sâu nước trước đập

.cos00 = 0,00559(m )

* Xác định h

% 1

sl

:Theo TCVN 8421:2010, chiều cao sóng leo có mức đảm bảo 1% xác định như sau:hsl(1%) = K1 K2 K3 K4 Kα hs1% (7.5)

Trong đó: hs1%: chiều cao sóng có mức bảo đảm 1%

K1,K2,K3,K4,Kα : các hệ số

Theo TCVN 8421:2010, hs1% xác định như sau:

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

lượng không thứ nguyên:

2

V

h g

- Trong hai cặp giá trị trên ,chọn cặp có trị số bé hơn để tính toán

- Hệ số K1, K2 tra bảng theo(TCVN 8421:2010), phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia

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

và độ nhám tương đối ∆= 0,02 Ta được: 1%

0,02

0,0210,94

Hệ số Kα phụ thuộc vào góc S

α ,tra bảng

Với giả thiết S

α = 0o ta có : Kα= 1Thay các giá trị vào (6.5)

(m)

Cột nước tính toán H (m) 21,405 25,017 24,825 24,663Vận tốc gió tính toán V (m/s) 25 15,5 15,5 15,5

Như vậy giả thiết công trình là cấp II như phần trên là đúng.

4.2.3 Cấu tạo các chi tiết đập

+ Cấu tạo đỉnh đập:

Do đập không có yêu cầu về giao thông nên ta chỉ cần gia cố nhẹ đỉnh đập đểthuận tiện cho việc đi lại trong quá trình khai thác quản ly và đáp ứng được yêu cầu

mĩ quan cho công trình Trên mặt đập rải đá dăm dày 25cm, cát lót bên dưới dày 10cm, tim đường cao nghiêng về hai bên với độ dốc i = 3% để dễ thoát nước

Hai bên mép ta làm các trụ giới hạn bằng bê tông cao 20(cm) Cách 10m ta lại bố trí một rãnh thoát nước kết hợp làm khe giãn và khe lún

Do nguồn vật liệu gần khu vực công trình nhiều nên không tốn kém nhiều chi phi vận chuyển và giá thành vật liệu giảm, công trình không có yêu cầu phục vụ giao thông và thẩm mĩ cao nên có thể đắp đập cao và không làm tường chắn sóng

4.2.3.2 Mái đập, cơ đập và bảo vệ mái:

+ Thiết kế mái đập và cơ đập:

Do chiều cao đập trong cả 3 phương án đều không vượt quá 40m nên theocông thức (5 - 4) trang 116 giáo trình thủy công tập I:

Mái thượng lưu: m1 = 0.05Hđập + 2

Theo bảng (4.9) thì sự thay đổi hệ số mái theo cả ba phương án không nhiều nên

ta chọn chung cho cả 3 phương án một hệ số mái m, (hệ số tính từ dưới lên)

Mái thượng lưu : m1 =3,5 ;

Mái hạ lưu trên cơ : m2 = 3,0 ;

Mái hạ lưu dưới cơ : m2 = 3,25 ;

+Bảo vệ mái:

Sơ bộ chọn phương thức bảo vệ mái thượng lưu là gia cố bằng đá lát khan để chống xói lở do sóng gây ra và bảo vệ mái hạ lưu bằng biện pháp trồng cỏ tránh tác hại của mưa nắng, gió làm xói lở, trên cơ hạ lưu có làm rãnh thoát nước

4.2.3.3 Thiết bị thoát nước và chống thấm:

Để hạ thấp đường bão hoà, tăng cường ổn định mái hạ lưu, chọn hình thức thoátnước lăng trụ đá tiêu nước ở đọan lòng sông, còn tại mặt cắt sườn đồi dùng hìnhthức tiêu nước áp mái

Hệ số thấm K giữa đập và nền nhỏ nên ta không cần bố trí thiết bị chống thấm chođập và nền

4.3 Thiết kế sơ bộ đường tràn xả lũ

và cầu thả phai, nên ta phải tính toán bố trí hợp ly Chiều dài ngưỡng tràn chọn theo

điều kiện tràn đỉnh rộng Theo TCVN 9147:2012 thì chiều dài ngưỡng tràn δ

đượcxác định theo công thức sau:

(2 ÷ 3) H ≤δ≤ (8 ÷10) H

Trong đó: + H: cột nước trên ngưỡng tràn: H = Zsc - Z nt

+ δ: chiều dài ngưỡng tràn Do ở cả 3 phương án chiều cao cột nước trênngưỡng tràn không chênh nhau nhiều (H=3.2÷4.0m) nên ở cả 3 phương án ta sơ

bộ chọn chiều dài ngưỡng tràn là như nhau Vậy từ điều kiện bố trí thiết bị và điềukiện tràn đỉnh rộng ta chọn chiều dài ngưỡng tràn cho cả ba phương án tràn là δ =

12 (m)

- Độ dốc ngưỡng tràn: i = 0

- Bề rộng ngưỡng tràn : Theo các phương án Btr = 40 ; 44; 48 m

Lưu lượng lớn nhất chảy qua ngưỡng tràn ứng với 3 phương án:

- Do bề rộng dốc nước nhỏ hơn bề rộng tràn nên ở chỗ nối tiếp giữa ngưỡng tràn vàdốc nước là đoạn thu hẹp, sau đoạn thu hẹp là dốc nước có bề rộng không đổi bằng

bề rộng cuối đoạn thu hẹp

Nhằm đảm bảo điều kiện ổn định của dốc nước (do lúc không đều) nên ta chia dốcnước thành các mảng có chiều dài 10÷20m, cách nhau bởi các khe lún, trong khelúc bố trí thiết bị chống thấm

- Do điều kiện địa hình tại tuyến tràn có độ dốc tự nhiên tương đối lớn nên tachọn đoạn thu hẹp và dốc nước đều có độ dốc i =13 %

- Tường dốc nước làm bằng hình thức tường sườn, BTCT M200 Chiều cao tườngđược tính toán dựa vào tính toán thủy lực dốc nước

4.3.1.3 Tường bên dốc nước

Chiều cao tường bên dốc nước được xác định theo công thức: H t = h hk + a

Trong đó: + hhk: chiều cao nước trong dốc nước có kể đến hàm lượng khí

+ a: độ vượt cao an toàn, chọn a = 0,5m

4.3.1.4 Tiêu năng sau dốc nước

Dựa vào điều kiện địa hình địa chất khu vực xây dựng ta chọn hình thức tiêunăng là bể tiêu năng

Quá trình tính toán chi tiết sẽ được trình bày trong thiết kế lựa chọn phương án

-Cao trình đầu dốc nước chọn bằng = 44.405 m

-Chiều dài dốc nước =130 m

-Cao trình cuối dốc nước là = 44,405 - 130x0,13= 27,505 m

4.3.2.2.1 Tính và vẽ đường mặt nước trong dốc nước đoạn thu hẹp

∗

Xác định kích thước đoạn thu hẹp:

+ Chiều rộng đầu đoạn thu hẹp bằng Bđ = Btr = 40, 44 ,48m

+ Bề rộng ở cuối đoạn thu hẹp theo kinh nghiệm thường được chọn:

Bc = ( 4

33

2÷

)BTr+ Góc thu hẹp theo kinh nghiệm lấy giới hạn θ = 220, vì với trị số góc này dòngchảy không bị co hẹp đột ngột

+ chiều dài đoạn thu hẹp Lth được xác định :

d

2 2

c th

L

tg−θ

=

Ứng với mỗi phương án tràn khác nhau ta có các Bđ, Bc, chiều dài đoạn thuhẹp Lth khác nhau Qua tính toán ta có bảng tổng hợp kết quả sau :

Bảng 4.11:Bảng tổng hợp các B dốc và chiều dài đoạn thu hẹp

4.3.2.2.2 Tính toán thuỷ lực dốc nước đoạn thu hẹp

Nối tiếp sau ngưỡng là dốc nước, dòng chảy từ trạng thái chảy êm chuyển sangtrạng thái chảy xiết trên dốc phải qua trạng thái phân giới nên độ sâu dòng chảy tạiđầu dốc là hd = hk

Trong đó: hk=

2

3 .q g

α

Trong đó: α: hệ số sửa chữa động năng, lấy α = 1

q: lưu lượng đơn vị q = d

tr

b Q