Hướng dẫn thiết kế hồ chứa

Tính toán dòng chảy năm thiết kế: Dòng chảy năm là lượng dòng chảy sinh ra trên lưu vực và chảy qua mặt cắt cửa ra lưuvực trong khoảng thời gian là một năm cùng với sự thay đ

3 Sách tham khảo: 3

4 Tài liệu đầu vào: 4

4.1 Tài liệu địa hình: 4

4.2 Tài liệu địa chất: 4

4.3.tài liệu khí tượng thủy văn: 4

4.4 Các Tài liệu khác: điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế, … để tính toán nhu cầu dùng nước 4

5 Trình tự thực hiện: 4

5.1 Tính toán nhu cầu dùng nước: 4

5.2 Tính toán đặc trưng khí tượng thủy văn thiết kế: 4

5.2.1 Tính toán dòng chảy năm thiết kế: 4

5.2.2 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế: 7

5.2.3 Tính toán dòng chảy bùn cát: 8

5.3 Tính toán điều tiết cho hồ chứa nước: 9

5.3.1 Tính toán điều tiết dòng chảy năm: 9

5.3.2 Tính toán điều tiết dòng chảy lũ: 9

5.4 Tính toán thiết kế đập: 11

5.4.1 Chọn tuyến đập và hình thức đập: 11

5.4.2 Chọn vật liệu dùng đắp đập: 11

5.4.3 Tính toán các thông số đập: 12

5.5 Tính toán thiết kế tràn xả lũ: 22

5.5.1 Chọn tuyến tràn và hình thức tràn: 22

5.5.2 Đập tràn mặt cắt thực dụng: 23

5.5.3 Đập tràn đỉnh rộng: 48

5.6 Tính toán thiết kế cống: 52

6.Tổ chức thi công 63

6.1.Dẫn dòng thi công: 63

6.1.1 Nhiệm vụ và ý nghĩa của dẫn dòng thi công: 63

6.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng: 63

6.1.3.Đề xuất lựa chọn phương án dẫn dòng: 65

6.2 Thi công đập chính: 74

6.2.1 Tiêu nước hố móng: 74

6.2.2 Tính toán khối lượng đào móng: 80

6.2.3 Phân đợt đào móng: 81

6.2.4 Chọn phương án đào móng: 81

6.2.5 Tính toán xe, máy cho phương án đào: 81

6.2.6 Kiểm tra sự phối hợp của xe máy: 82

6.3 Thiết kế tổ chức đắp đập: 83

6.3.1 Phân đợt đắp đập: 83

6.3.2 Tính toán khối lượng cho từng đợt đắp đập: 83

6.3.3 Tính toán cường độ đào đắp đập cho từng giai đoạn: 84

6.3.4 Quy hoạch và sử dụng bãi vật liệu: 84

6.3.5 Đề xuất và chọn phương án đào và vận chuyển đất đắp đập: 86

1 Danh mục quy chuẩn, tiêu chuẩn sử dụng

- QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT: Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiếtkế

- QCVN 04-02: 2012/BNNPTNT về thành phần, nội dung

- QPTC C8 - 76: Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn

- TCVN 4253 - 2012: Nền các công trình thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 8216: 2009: Thiết kế đập đất đầm nén

- QPTL C1 - 75: Quy phạm tính toán thủy lực cống dưới sâu

- QPTL C1-78: Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thủy lợi

- QPTL C6 - 77: Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế

- TCVN - 4118 - 2012: Hệ thống tưới -Yêu cầu thiết kế

- TCVN 4088 – 1997: Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng

- 14TCN-100-2001: Thiết bị quan trắc cụm đầu mối công trình thuỷ lợi – Các quyđịnh chủ yếu về thiết kế bố trí

-14 TCN 121-2002: Về vận hành hồ chứa

- TCVN 8422:2010: Thiết kế tầng lọc ngược công trình thủy công

2 Các chương trình phần mềm sử dụng:

- Tính toán thủy văn: mô hình RRMOD, TANK

- Tính toán thủy nông: CROWAT

- Tính toán thấm, ổn định đập đất: Seep/W, Slope/W, Sigma/W

- Tính toán kết cấu: Sap2000

3 Sách tham khảo:

- Sổ tay tính toán thủy lực – P.G.Ki xê lep

- Sổ tay kỹ thuật Thủy lợi

- Thiết kế đập đất – Nguyễn Xuân Trường.

- Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống Thủy lợi – Nguyễn Văn Cung, NguyễnVăn Đặng, Ngô Trí Viềng

- Thiết kế cống – Trịnh Bốn, Lê Hoà Xướng

- Cơ học đất – Châu Ngọc Ẩn

- Cơ học đất không bão hòa – D.G Fredlund, H Rahardjo

- Giáo trình Thủy công tập 1, 2

- Giáo trình Thủy lực tập 1,2,3

- Giáo trình Thủy văn công trình.

4 Tài liệu đầu vào:

4.1 Tài liệu địa hình:

- Bình đồ lưu vực

- Bình đồ lòng hồ

- Bình đồ khu bố trí công trình đầu mối

- Trắc dọc các tuyến công trình đầu mối: đập, tràn xả lũ, cống lấy nước

- Trắc ngang các tuyến công trình đầu mối: đập đất, tràn xả lũ, cống lấy nước

4.2 Tài liệu địa chất:

- Địa tầng khu vực lòng hồ

- Địa tầng khu vực bố trí công trình đấu mối: đập, tràn xả lũ, cống lấy nước

- Bảng số liệu 17 chỉ tiêu của các lớp đất

- Bảng số liệu chỉ tiêu mẫu đầm nện chế bị đất đắp (xác định phương pháp thí nghiệmchỉ tiêu kháng cắt của đất đắp theo bảng 3-1 trong TCVN 8216:2009)

4.3.tài liệu khí tượng thủy văn:

- Liệt số liệu đầy đủ và liên tục ít nhất 25 năm (kể từ thời điểm tính trở về trước)

4.4 Các Tài liệu khác: điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế, … để tính toán nhu cầu dùng nước.

5 Trình tự thực hiện:

5.1 Tính toán nhu cầu dùng nước:

Căn cứ vào nhiệm vụ của hồ chứa (cấp nước để tưới, cấp nước khu công nghiệp, cấpnước sinh hoạt, cấp nước phát điện, hồ chứa nước để chống lũ) và dựa vào các tài liệu đã cóđể tính nhu cầu dùng nước

5.2 Tính toán đặc trưng khí tượng thủy văn thiết kế:

5.2.1 Tính toán dòng chảy năm thiết kế:

Dòng chảy năm là lượng dòng chảy sinh ra trên lưu vực và chảy qua mặt cắt cửa ra lưuvực trong khoảng thời gian là một năm cùng với sự thay đổi của nó trong khoảng thời gianđó

-Lưu lượng bình quân năm Qn (m3/s)

+ Là trị số lưu lượng tính bình quân cho thời đoạn một năm

12

12 1

∑

=

= i

i n

Q Q

365

365 1

∑

=

= j

j n

Q Q

+ Qi: lưu lượng bình quân tháng thứ i

+ Qj là lưu lượng bình quân ngày thứ j

-Tổng lượng dòng chảy năm Wn (m3):

+ Là lượng dòng chảy qua mặt cắt cửa ra của lưu vực trong khoảng thời gian bằngmột năm

Wn= Qn 31,5.106

-Mô đun dòng chảy năm Mn (l/s.km2)

+ Là môđun dòng chảy tính cho thời đoạn một năm

Mn=(Qn/F).103

-Lớp dòng chảy năm Yn (mm)

+ Là lớp dòng chảy tính cho thời đoạn một năm

Yn=(Wn/F).10-3

-Hệ số dòng chảy năm an:

+ Là tỉ số giữa lớp dòng chảy năm và lượng mưa năm tương ứng

α n=Yn/Xn

-Dòng chảy chuẩn là trị số trung bình của đặc trưng dòng chảy năm trong thời kỳ nhiềunăm đã tiến tới ổn định, với điều kiện cảnh quan địa lý và điều kiện địa chất không thay đổi.-Các đặc trưng biểu thị:

+ Lưu lượng dòng chảy chuẩn Q0 (m3/s):

Trong đó Qi là lưu lượng bình quân năm thứ i; n là số năm quan trắc

+ Lượng dòng chảy chuẩn W0 (m3): W0= Q0 31,5.106

+ Mô đun dòng chảy chuẩn M0(l/s.km2): M0=(Q0/F).103

+ Lớp dòng chảy chuẩn Y0 (mm): Y0=(W0/F).10-3

+ Hệ số dòng chảy chuẩn α 0: α0 =Y0/X0

Dòng chảy năm thiết kế là dòng chảy năm được tính ứng với một tần suất thiết kế nàođó

Trị số dòng chảy năm thiết kế là cơ sở để xác định mức độ cấp nước của con sông

Tần suất thiết kế hay mức bảo đảm cấp nước P(%) phụ thuộc vào yêu cầu về cung cấpnước

-Các đặc trưng biểu thị dòng chảy năm thiết kế:

+ Lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Qnp (m3/s)

+ Tổng lượng dòng chảy năm thiết kế Wnp (m3)

+ Mô đun dòng chảy năm thiết kế Mnp (l/s.km2)

+ Lớp dòng chảy năm thiết kế Ynp (mm)

5.2.1.1 Đối với lưu vực có đủ tài liệu quan trắc:

a Chọn mẫu tính toán: đảm bảo đủ 3 tiêu chuẩn đồng nhất, độc lập, đại biểu

- Đánh giá tính đại biểu của chuỗi

+ Theo sai số quân phương

% 100 2

1

% 100

2 0

n C n C

v Cv

v Q

+

=

=

σσ

+ Theo đường luỹ tích sai chuẩn

b Vẽ đường tần suất lý luận: theo một trong các phương pháp: phương pháp thích hợp dần,phương pháp 3 điểm của Alechxayep

c Xác định đặc trưng thuỷ văn thiết kế: Qnp = Q0 Kp

+ Qi: lưu lượng bình quân năm thứ i

+Sm là giá trị độ lệch lũy tích của đường lũy tích sai chuẩn tính đến năm thứ m

e Tính đại biểu của liệt quan trắc được biểu thị bởi Kcp:

=

f Sđ và Sc là giá trị độ lệch lũy tích tính đến năm đầu và năm cuối của thời kỳ đo đạc

+ Kcp=1: thời kỳ đo đạc đủ tính đại biểu

+ Kcp>1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên lớn

+ Kcp<1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên nhỏ

5.2.1.2 Đối với lưu vực có ít tài liệu quan trắc:

a.Nguyên tắc:

Kéo dài tài liệu dòng chảy năm của lưu vực tính toán, sau đó xác định dòng chảy nămthiết kế giống như trong trường hợp có nhiều tài liệu đo đạc

b.Phương pháp:

Mô hình toán: mô phỏng quan hệ mưa dòng chảy

Phân tích tương quan: xây dựng quan hệ tương quan giữa đặc trưng thuỷ văn của lưuvực nghiên cứu và lưu vực tương tự

5.2.1.3 Đối với lưu vực không có tài liệu quan trắc:

Phải dựa vào các tài liệu đo đạc của vùng lân cận Việc tính toán dòng chảy bằng nhiềuphương pháp Dưới đây là một số phương pháp tính dòng chảy năm

Xác định dòng chảy chuẩn

+ Phương pháp lưu vực tương tự

+ Phương pháp nội suy địa lý

+ Phương pháp công thức kinh nghiệm

+ Sử dụng phương trình cân bằng nước

+ Tính toán dòng chảy năm theo mô hình RRMOD, mô hình TANK,

5.2.2 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế:

- Dòng chảy lũ được hiểu là quá trình không ngừng tăng lên hoặc giảm đi của lưu lượnghoặc mực nước Trong quá trình thay đổi đó lưu lượng hoặc mực nước đạt một hoặc vài trịsố cực đại Nếu có một trị số cực đại gọi là quá trình lũ đơn Nếu có hai trị số cực đại trở lêngọi là quá trình lũ kép

- Lưu lượng đỉnh lũ Qmax (m3/s): là giá trị lớn nhất của lưu lượng trong một trận lũ

- Tổng lượng lũ Wmax (m3): là tổng lượng dòng chảy trong một trận lũ

- Đường quá trình lũ Q~t: là sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian của một trận lũ,bao gồm nhánh nước lên và nhánh nước xuống Tương ứng với quá trình thay đổi lưu lượng

là quá trình thay đổi mực nước trong sông H~t

- Sơ họa đường quá trình lũ:

∫

= 21

1 max

- Thời gian lũ T (giờ, ngày): là khoảng thời gian kể từ thời điểm bắt đầu có lũ đến khikết thúc lũ

- Thời gian lũ lên Tl là thời gian kể từ khi bắt đầu có lũ đến thời điểm xuất hiện đỉnh lũ

Qmax

- Thời gian lũ xuống Tx là thời gian kể từ thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax đến khi lũ kếtthúc

Như vậy: T= Tl+Tx

- Hệ số bất đối xứng: g = Tx/Tl

Đối với các lưu vực vừa và nhỏ g ≈ 2 ÷ 3

5.2.3 Tính toán dòng chảy bùn cát:

a.Bùn cát lơ lửng:

- Lưu lượng bùn cát lơ lửng: R0 = Q0.ρ0 (g/s)

- Lượng bùn cát lơ lửng: Wll = R0.T

- Dung tích bùn cát lơ lửng: Vll = ( 1 - δ ).Wll/γ ( m3 )

Trong đó:

+δ: Hệ số thể hiện phần bùn cát hạt bé tháo ra khỏi hồ, có thể chọn δ = 0.2 ÷ 0.3

b.Bùn cát di đẩy:

Lượng bùn cát di đẩy lấy bằng 10% ÷ 30% lượng bùn cát lơ lửng

- Dung tích bùn cát di đẩy: Vdđ = Wdđ/γdđ

- Thể tích bùn cát V = Vll + Vdđ

- Xác định dung tích bùn cát

- Xác định mực nước chết

5.3 Tính toán điều tiết cho hồ chứa nước:

5.3.1 Tính toán điều tiết dòng chảy năm:

Từ mô hình nước đến, yêu cầu dùng nước và quan hệ lòng hồ tiến hành tính toán điềutiết dòng chảy năm theo các phương án tuyến công trình

5.3.2 Tính toán điều tiết dòng chảy lũ:

a.Xác định dòng chảy lũ thiết kế:

- Dòng chảy lũ thiết kế là dòng chảy lũ được tính ứng với tần suất thiết kế nào đó

- Tần suất thiết kế lũ là tần suất nhằm đảm bảo chống được trận lũ nào đó theo yêu cầu

Ký hiệu: P (%) Tần suất này được chọn tùy theo quy mô cấp bậc công trình

- Các đặc trưng biểu thị dòng chảy lũ thiết kế:

+ Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmaxp (m3/s)

+ Tổng lượng dòng chảy lũ thiết kế Wmaxp (m3)

+ Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p

- Phương pháp:

Chọn một trận lũ điển hình, sau đó thu phóng để có quá trình lũ thiết kế

- Yêu cầu của một trận lũ điển hình

+ Phải là một trận lũ thực đo

+ Đỉnh lũ (hoặc lượng lũ) của trận lũ điển hình xấp xỉ với đỉnh lũ (hoặc lượng lũ)thiết kế

+ Có hình dạng bất lợi đối với công trình

b Trường hợp có tài liệu đo đạc thủy văn:

b.1 Xác định Qmaxp

Lược đồ giải:

+ Chọn mẫu thống kê

+ Xử lý lũ đặc biệt lớn (nếu có)

+ Lựa chọn dạng phân phối xác suất

Nếu là PIII: Qmaxp = Qmax (F(Cs,P).Cv+1)

Nếu là KM: Qmaxp = Qmax.Kp

+ Tính hệ số an toàn (nếu cần)

t2-t1 = dt (thời khoảng tính toán)

Trong thực tế dt có thể là 1 ngày, 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày,

b.3.Xác định quá trình lũ thiết kế (Q~t)p:

-Phương pháp:

+ Chọn một trận lũ điển hình, sau đó thu phóng để có quá trình lũ thiết kế

-Yêu cầu của một trận lũ điển hình

+ Phải là một trận lũ thực đo

+ Đỉnh lũ (hoặc lượng lũ) của trận lũ điển hình xấp xỉ với đỉnh lũ (hoặc lượng lũ)thiết kế

+ Có hình dạng bất lợi đối với công trình

VD: đỉnh lũ lớn, thời gian duy trì đỉnh kéo dài

i) Phương pháp thu phóng cùng tỷ số

ii) Phương pháp thu phóng Oghiepxki

c.Trường hợp không có tài liệu

- Công thức lý luận: là loại công thức được xây dựng trên cơ sở công thức căn nguyêndòng chảy, từ đó xây dựng mối liên hệ giữa đỉnh lũ với các đặc trưng mưa gây lũ và các yếutố ảnh hưởng của mặt đệm Điển hình: công thức cường độ giới hạn

- Công thức kinh nghiệm: là loại công thức đã hoàn toàn dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệuthực đo về lũ nhằm xác định mối quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ với các nhân tố ảnh hưởng,

từ đó dùng một công thức toán học để thể hiện mối quan hệ đó Điển hình: công thức triếtgiảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực sông

- Công thức bán kinh nghiệm: là loại công thức trung gian của 2 loại trên, nghĩa là vừadựa vào phân tích căn nguyên của sự hình thành dòng chảy lũ vừa tổng hợp theo tài liệuthực đo để tham số hóa các công thức tính toán Điển hình: công thức Xôkôlôpxki

5.4 Tính toán thiết kế đập:

5.4.1 Chọn tuyến đập và hình thức đập:

- Tuyến đập cần căn cứ vào điều kiện địa hình (chiều dài đập ngắn, thuận lợi thi công)

và khả năng tạo hồ, địa chất công trình vùng tuyến (nền địa chất tốt, ít thấm), hình thức đậpdự kiến (căn cứ vào vật liệu đắp đập, nền đập)

- Khi chọn loại hình đập cần xem xét các yếu tố sau đây, thông qua so sánh kinh tế kỹthuật để quyết định:

+ Điều kiện địa hình, địa chất

+ Vật liệu xây dựng, trữ lượng các chủng loại, vị trí và điều kiện khai thác vận chuyểnnhằm tận dụng tất cả vật liệu sẵn có đặc biệt là vật liệu nằm ở lòng hồ (vì khi khai thác sẽlàm tăng thêm dung tích trữ nước của hồ) trong đó chú ý trữ lượng và chất lượng vật liệuđất làm bộ phận chống thấm Khi loại vật liệu này tương đối nhiều thì nên dùng loại đậpđồng chất hay đập nhiều khối Khi có ít thì dùng cho loại đập có lõi hoặc tường nghiêng.Khi không có thì dùng loại đập có tường lõi hoặc tường nghiêng chống thấm bằng các vậtliệu khác (bê tông cốt thép, bê tông atphan )

+ Điều kiện thi công

5.4.2 Chọn vật liệu dùng đắp đập:

Vật liệu đắp đập phải đảm bảo yêu cầu về tính bền vững, tính chịu lực và chống thấmphù hợp với điều kiện làm việc của các bộ phận trong thân đập

Các loại đất sau không được dùng để đắp đập:

- Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan của các muối clorua lớn hơn 5%, của các muốisunfat hoặc muối sunfat clorua lớn hơn 10% theo trọng lượng

- Đất có hàm lượng chất hữu cơ chưa phân hủy hết lớn hơn 5% hoặc có chất hữu cơphân hủy hoàn toàn ở trạng thái không định hình lớn hơn 8% theo trọng lượng

- Đất cát mịn, đất bụi nặng, đất sét nặng

- Hệ số thấm: đối với đập đồng chất không được lớn hơn 1.10-4 cm/s; đối với tường lõi

và tường nghiêng, sân trước không được lớn hơn 1.10-5 cm/s

- Độ chặt: K = γktk/γkmax

Đập cấp III trở lên lấy K ≥ 0,97

Đập dưới cấp III lấy K ≥ 0,95

5.4.3 Tính toán các thông số đập:

a Xác định cao trình đỉnh đập:

∇đđ = MNTL + ∇h + hsl + a

∇h: chiều cao nước dềnh do gió

hsl: chiều cao sóng leo lên mái

a: chiều cao an toàn, lấy theo bảng 2 trong TCVN 8216:2009:

a.1 Tính chiều cao sóng leo (h sl ):

- Các thông số cơ bản (lấy ở kết quả tính toán điều tiết hồ, điều tiết lũ):

1 Diện tích được tưới hoặc diện tích tự

2 Hồ chứa nước có dung tích ứng với

3 Công trình cấp nguồn nước chưa xử

lý cho các ngành sử dụng nước khác có

5 Đập bê tông, bê tông cốt thép các loại

và các công trình thủy lợi chịu áp khác

- Nhóm B: nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng;

- Nhóm C: nền là đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo;

2) Chiều cao công trình được tính như sau:

- Với đập vật liệu đất, đất – đá: chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập;

- Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác: chiều cao tính từ đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình.

- Dựa vào bình đồ lòng hồ xác định hướng gió tính toán và góc kẹp giữa hướng gió vớitrục dọc của hồ

- Xác định tần suất gió thiết kế theo cấp công trình theo bảng 2 trong TCVN 8216:2009:Điều kiện làm việc của hồ chứa

Tần suất gió thiết theo cấp của Đập (%)

- Xác định vận tốc gió theo các tần suất tính toán trong TCVN 4088-97 tại khu vựccông trình

- Tính chiều dài đà gió ứng với các mực nước hồ (MNDBT, MNLTK)

* Xác định mức đảm bảo tính chiều cao sóng: theo bảng 27 QPTL-C1-78

TÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Mức đảm bảo tính toán của chiều cao sóng trong

hệ thống %

Công trình thường xuyên thông và vật chắn nước bị chảy bao cấp:

I II III,IV Công trình gia cố bờ cấp:

II III,IV Công trình có biên dạng nghiêng gia cố bằng:

Các tấm bê tông

Đá đổ

1 1 5

1 5

1 2

* Tính chiều cao sóng dềnh do gió (công thức 114 QPTL-C1-78):

∆h = 2x10-6 x g.H

D

W2

x Cosαβ

+ ∆h: độ dềnh nước (m)

+ W: vận tốc gió (m/s)

+ H: chiều sâu nước trước đập (m)

+ g: gia tốc trọng trường

+ D: chiều dài đà gió (m)

* Xác định chiều cao sóng leo:

- Chiều cao sóng hs1%=h0.Ki

- Giả thiết sóng ở vùng nước sâu

- Chiều cao sóng trung bình hs và chu kỳ trung bình τ xác định theo đường cong bao củađồ thị 35 (QPTL-C1-78) dựa vào trị số các đại lượng gt/w và gD/w2 để xác định ghs/w2 và

gτ/w theo trị số nhỏ hơn t - Thời gian tác dụng liên tục của gió, lấy t = 6 giờ

- Chiều dài trung bình của sóng λs =gτ2/2π

Đặc trưng của lớp gia cố mái

Độ nhám tương đối

%

h

Bản bê tông ( bê tông cốt thép)

Cuội sỏi, đá hoặc gia cố bằng các khối bê tông

( bê tông cốt thép)

Nhỏ hơn 0,002 0,05-0,01 0,02 0,05 0,1 Lớn hơn 0,2

-1 1 0,95 0,9 0,8 0,75 0,7

0,9 0,9 0,85 0,80 0,7 0,6 0,5

K3: Hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái, lấy theo bảng 7 QPTL-C1-78

K4: Hệ số phụ thuộc vào λ/hs 1% và m, lấy theo đồ thị hình 10 QPTL-C1-78

MNLTK

MNLKT

+ Chọn giá trị lớn nhất là cao trình đỉnh đập thiết kế

+ Nếu thiết kế có tường chắn thì cao trình phần đắp phải cao hơn MNLTK 30cm

c Mái dốc và cơ đập:

Mái đập phải đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn quy định trong mọi điều kiện làm việccủa đập Giá trị sơ bộ của hệ số mái dốc đập đất đắp có thể tham khảo bảng 1-3 – Sổ tay kỹthuật thủy lợi (phần 2, tập 1), sau đó kiểm tra bằng tính toán theo các quy định ở điều 6.7trong TCVN 8216:2009

Đối với đập có chiều cao trên 15m có thể chia đập thành một số phần (mỗi phần có độcao ∆H=10÷25m) và làm mái dốc với mi giảm dần từ dưới đáy lên đỉnh đập (tiết kiệm khốilượng vật liệu nhưng vẫn đảm bảo ổn định mái dốc) Tại các vị trí đổi mái dốc làm cơ đập làđoạn nằm ngang có bề rộng bc được sử dụng như đường thi công hoặc sửa chữa gia cố đập

d Tính toán gia cố mái thượng lưu:

Phạm vi bảo vệ mái gia cố thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước khaithác thấp nhất (thường là MNC) 2,5m đối với đập cấp 3 trở lên và dưới 1,5m đối với đậpcấp 4, 5.

d.1 Theo công thức Anđrâytruc: (sách Hướng dẫn đồ án môn học thủy công – Trường Đại

học thủy lợi)

31

n d

s n b

L

B h

K h

αγ

γγ

Trong đó:

B: Chiều rộng của tấm lát

α: Góc nghiêng của mái với mặt nằm ngang

K = 0,23 Hệ số, tấm lát nằm trên lớp lọc liên tục bằng hạt lớn

Ls: Chiều dài sóng

hs : Chiều cao sóng

gn = 1 (T/m3) Trọng lượng riêng của nước

gđ = 2,5 (T/m3) Trọng lượng riêng của tấm bê tông

+ t: Thời gian gió thổi liên tục (Sec) Đối với hồ chứa lấy t = 6h = 21.600 s

Tra đồ thị hình 35 (QPTL-C1-78) theo đường cong bao phía trên đồ thị được:

τ ⇒τ (s)

- Trị sốλ xác định như sau:

gτλπ

d.2.Theo công thức Sankin P.A: (sách Sổ tay kỹ thuật thủy lợi – tập III, trang 311)

n b

λ: Chiều dài bước sóng

gn = 1 (T/m3) Trọng lượng riêng của nước

gđ = 2,5 (T/m3) Trọng lượng riêng của tấm bê tông

m: Hệ số mái dốc

B: Kích thước lớn nhất của bản tính thẳng góc với đường đồng mức trên mái dốc

d.3.Theo công thức Kurlôvils E.V:(sách Sổ tay kỹ thuật thủy lợi – tập III, trang 312)

λ: Chiều dài bước sóng

gn = 1 (T/ m3) Trọng lượng riêng của nước

gđ = 2,5 (T/ m3) Trọng lượng riêng của tấm bê tông

m: Hệ số mái dốc

B: Kích thước lớn nhất của bản tính thẳng góc với đường đồng mức trên mái dốc

n = 1,25 ÷1,5 Hệ số an toàn

e Gia cố mái hạ lưu:

Biện pháp gia cố mái hạ lưu của đập đất được thực hiện bằng một trong các hìnhthức:

- Phủ một lớp đá dăm hoặc cuội sỏi dày khoảng 20cm lên toàn bộ mái dốc

- Phủ một lớp đất màu (khoảng 5÷10cm) rồi trồng cỏ trên đất màu

Đập đá đổ hoặc đập đất có mái dốc bằng vật liệu hạt thô như cát sỏi, đá dăm, thìkhông cần lớp bảo hộ bên trên

Đập có mái dốc bằng đất hạt sét đât hạt lớn (hạt cát), trước khi trồng cỏ cần rải mộtlớp đất màu.

f Tính toán vật chống thấm bằng đất:

Chiều dày trung bình của lõi hoặc tường nghiêng ở mặt cắt bất kỳ xác định theo biểuthức:

δi = hi/[J]tb

Trong đó:

δi: chiều dày trung bình của VCT bằng đất ở mặt cắt i

hi: cột nước tác dụng tại mặt cắt xem xét i (độ chênh lệch cột nước trước và sau VCTở mặt cắt i)

[J]tb: gradian thấm cho phép trung bình đối với VCT (đất á sét [J]tb = 4÷6, đất sét [J]tb

g Lựa chọn hình thức tiêu nước thân đập:

Xem mục 6.5 trong TCVN 8216:2009

h Tính toán thấm đập:

Sử dụng Seep/W của công ty Quốc tế GEO - SLOPE - Canada để tính toán thấm chođập, tính cho mặt cắt lòng sông và mặt cắt sườn đồi Nhận xét về kết quả độ bền thấm thânđập, nền đập và lưu lượng thấm qua đập (xem ở điều 6.7.2 và các bảng 5, 6 trong TCVN8216:2009)

Bảng 5 – Trị số gradient cho phép [ ]J k cp ở khối đắp thân đập

Cát trung bình 0,50 0,55 0,60 0,65

Nếu Jk lớn hơn các trị số trên thì phải thiết kế tầng lọc ngược

Bảng 6-Trị số gradient trung bình tới hạn [ ]J k th ở các bộ phận chống thấm

Loại đất

Giá trị gradient cột nước cho phép trung bình đối với

Ưu điềm của phần mềm SLOPE/W là có thể chạy ghép với phần mềm SEEP/W để sửdụng kết qủa của bài toán thấm dùng cho tính ổn định

Trường hợp tính toán: xem bảng 8 trong TCVN 8216:2009

Bảng 8- Các trường hợp tính toán ổn định đập đất

hạ lưu 2

Thấm ổn

Thượng lưu MNDBT; ở hạ lưu có nước ứng với mực nước lớn nhất có thể xảy ra trong thời kỳ cấp nước nhưng không lớn hơn

kế.

tra.

kỳ cấp nước Bộ phận tiêu nước trong đập làm việc không bình thường.

rút

Ở thượng lưu là MNLTK rút xuống đến mực nước khai thác ổn định phải giữ trong thiết kế Mực nước hạ lưu tương ứng với Q xả

định phải giữ trong thiết kế Mực nước hạ lưu tương ứng với Q xả

toàn cho đập khi có nguy cơ sự cố; Mực nước hạ lưu tương ứng

9 Động đất Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bình thời

kỳ cấp nước, có xét tới động đất.

lưuKết quả tính toán: dựa vào bảng 7 trong TCVN 8216:2009 để kết luận

Bảng 7 – Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [ ]K cp

Điều kiện làm việc ( tổ họp tác dụng)

5.4.4 Thiết kế hệ thống quan trắc:

* Thành phần, khối lượng quan trắc đập đất và đập đất đá hỗn hợp:

STT Nội dung quan trắc Cấp công trình

I II III IV V

6 Quan trắc áp lực đất lên kết cấu BT nằm trong đập + +

7 Quan trắc biến dạng của các bộ phận BTCT nằm

* Thành phần, khối lượng quan trắc đập BT và BTCT trên nền đá:

STT Nội dung quan trắc Cấp công trình

5 Quan trắc áp lực mạch động của dòng chảy + +

* Xem thêm hướng dẫn trong tiêu chuần TCVN 8215-2009 Công trình thủy lợi – Cácquy định chủ yếu về thiết kế bố trí thiết bị quan trắc cụm công trình đầu mối

5.5 Tính toán thiết kế tràn xả lũ:

Tràn là một công trình chủ yếu trong cụm công trình đầu mối, phải đảm bảo cho cụmcông trình làm việc ổn định, đảm bảo được yêu cầu phòng lũ ở hạ lưu công trình.Vì vậy khithiết kế công trình tràn xả lũ cần phải được tính toán thiết kế cho nhiều phương án chọn đểđảmbảo tính an toàn về kết cấu kỹ thuật và đảm bảo về kinh tế

5.5.1 Chọn tuyến tràn và hình thức tràn:

1 Tuyến tràn:

Dựa vào địa hình tự nhiên để quyết định hình thức tràn dọc hay tràn ngang

Tuyến tràn được lựa chọn là vị trí có địa chất tốt, thuận lợi trong việc hướng dòng tháo

lũ cũng như thuận lợi trong việc dẫn dòng thi công

2 Hình thức tràn:

Căn cứ vào nhu cầu và yêu cầu để quyết định tràn tự do hay tràn có cửa van điều tiết

3 Các thông số và kích thước của tràn:

- Dựa vào cấp công trình và theo QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT qui định phải tínhtoán điều tiết lũ với tần suất lũ P và tần suất kiểm tra khác nhau Ta cũng tính toán điều tiết

lũ với nhiều phương án BT khác nhau để từ đó ta xác định được các thông số cơ bản củatràn và phân tích lựa chọn phương án tối ưu

Bề rộng tràn: BT (m)

Cao trình ngưỡng tràn: ∇ngưỡng (m)

Lưu lượng xả lũ thiết kế : QTK (m3/s)

Cột nước tràn: HT (m)

MNLTK (m)

Lưu lượng xả lũ kiểm tra : Qmax (m3/s)

Cột nước tràn ứng Qmax: Hmax (m)

5.5.2 Đập tràn mặt cắt thực dụng:

5.5.2.1 Phân loại:

Đập tràn mặt cắt thực dụng có thể có hình dạng đa giác hoặc hình cong:

- Mặt cắt đa giác: Thường là hình thang, có đỉnh ngang hoặc dốc, chiều dài đỉnh trong

phạm vi:

0,67H <δ <(2÷3)H

- Mặt cắt hình cong: Là loại có đỉnh đập và mái hạ lưu lượn cong Đập mặt cắt hình

cong thường có hai loại:

+ Đập hình cong có chân không

+ Đập hình cong không có chân không

5.5.2.2 Tính toán thủy lực xác định khả năng tháo của tràn:

- Công thức chung để tính lưu lượng qua đập tràn là:

0

2 H g b m

σ

Trong đó: σn là hệ số ngập

ε là hệ số co hẹp bên

b là bề rộng một khoang đập

H0 là cột nước có kể tới lưu tốc tới gần

Nếu Ωt >4∑b H thì bỏ qua lưu tốc tới gần, khi đó lấy H = H0

Trong đó Ωt là diện tích mặt cắt dòng chảy thượng lưu đập tại vị trí cách thượng lưu đập

một khoảng LT được xác định theo công thức :

LT = (3÷5)H

- Nếu trên đập tràn có cửa van, trong trường hợp cửa van mở không hết công thức đểtính lưu lượng qua đập tràn là :

Q = εmba 2g(H0 −αa)

Trong đó: ε là hệ số co hẹp bên

b là bề rộng một khoang đập

H0 là cột nước có kể tới lưu tốc tới gần

a là độ mở một cửa van

a Điều kiện chảy ngập và không ngập:

Điều kiện để đập tràn mặt cắt thực dụng chảy ngập là :

và hệ số lưu lượng m

σn phụ thuộc vào tỉ số

0

H

h n

(Xác định theo QPTL C8-76 trang 49-51)

Bảng : Trị số phân giới (Z/P) pg xác định trạng thái chảy qua đập có mặt cắt thực dụng

0,87 0,84 0,80 0,78 0,76

0,86 0,80 0,78 0,76 0,74

0,84 0,80 0,76 0,74 0,71

0,86 0,79 0,75 0,71 0,68

0,87 0,80 0,73 0,70 0,68

0,96 0,83 0,75 0,73 0,67

1,05 0,90 0,72 0,79 0,78

Còn hệ số ngập σn lấy theo thực nghiệm, cho ở bảng 14-2

Bảng: Hệ số σncủa đập tràn mặt cắt thực dụng

1 0,999 0,990 0,971 0,940 0,895 0,845 0,788 0,728 0,624 - 0,538 - 0,390 - 0,000

2,0

ε , là hệ số hình dạng mố bên và mố trụ

Trong công thức (14-19) khi 0 >1

b

H

, phải lấy 0 =1

b H

để tính

Nhiều khi các mố trụ được xây dựng lùi về phía thượng lưu đập một đoạn l0 ( hình 22), khi đó , dòng chảy đã bị co hẹp từ phía trên, nên khi tràn qua đỉnh đập thì nó co hẹp bớt

14-đi một chút, làm ảnh hưởng co hẹp của các mố tức là giảm trị số ξmt.

Ngược lại, nếu đập chảy ngập có mức độ ngập lớn 0,75

, lấy ở bảng 14-4

Bảng: Hệ số hình dạng mố trụ εmtkhi 0,75

0

<

H

h n

Hình dạng đầu mố

t

m,ξ

0,4 0,3 0,15

0,80 0,45 0,25

0 0

Bảng: Hệ số hình dạng mố trụ εmtkhi 0,75

0,86 0,51 0,32

0,92 0,57 0,39

0,98 0,63 0,46

1,00 0,69 0,53

1,00 0,70 0,60

c Cấu tạo mặt cắt và hệ số lưu lượng:

c.1 Đập hình cong không có chân không:

- Cấu tạo mặt cắt:

Nguyên tắc thiết kế mặt cắt đập không có chân không là làm cho mặt đập ăn khớp vớimặt dưới của làn nước chảy qua đập thành mỏng tiêu chuẩn, ứng với cột nước H cho trước,gọi là cột nước thiết kế mặt cắt; ký hiệu là Htk

Tốt nhất và được áp dụng nhiều nhất là mặt cắt do Cơrigiơ và Ôphixêrốp nghiên cứu.Cơrigiơ nghiên cứu đường cong nước rơi tự do từ đập thành mỏng, vẽ quỹ đạo của hạtnước ở vị trí H

Ôphixêrốp về sau nghiên cứu và sữa đôi chút mặt cắt của Cơrigiơ, cải biến điều kiệnthủy lực của đập này, đưa ra mặt cắt gọi là kiểu Cơrigiơ - Ôphixêrốp

Đường cong nói trên là để vẽ phần trên của đập (hình 14-23)

Bảng: Tọa độ đường cong mặt đập không chân không

Đập loại 1(Kiểu Cơrigiơ)0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

0,126 0,036 0,007 0,000 0,007 0,060 0,147 0,256 0,393 0,565

0,043 0,010 0,000 0,005 0,023 0,098 0,189 0,321 0,420 0,655

Đập loại 1(Kiểu Cơrigiơ)1,7

0,992 1,377 1,14 3,06 4,08 5,24

4,5 6,220 6,58

Nếu đập cao, bản thân đường cong này không đủ thỏa mãn điều kiện ổn định của thânđập thì tiếp theo đường cong này là một đoạn thẳng có độ dốc theo yêu cầu ổn định củathân đập Phần chân đập, chổ nối tiếp với sân đập có lượn theo cung tròn để dòng chảyxuống chân đập được thuận ( hình 14-24)

Bán kính R của cug tròn này lấy theo kinh nghiệm, cho ở bảng 14-6

khi đập thấp hơn 10m (P<10m) thì lấy bán kính R=0,5P

Bảng: Trị số bán kính nối tiếp R ở chân đập

R (m) H (m)

10 20 30 40 50 60

3,0 4,0 4,5 4,7 4,8 4,9

4,2 6,0 7,5 8,4 8,8 8,9

5,4 7,8 9,7 11,0 12,0 13,0

6,5 8,9 11,0 13,0 14,5 15,5

7,5 10,0 12,4 14,5 16,5 18,0

8,5 11,0 13,5 15,8 18,0 20,0

9,5 12,0 14,7 17,0 19,2 21,0

10,6 13,3 15,8 18,0 20,3 22,2

11,6 14,3 16,8 19,0 21,3 23,2

- Hệ số lưu lượng:

Hệ số lưu lượng của đập tràn hình cong không có chân không được xác định theo côngthức:

σ là hệ số sữa chữa cột nước do H khác với cột nước thiết kế mặt cắt Htk

Đập loại I có: mtc = 0,504 (theo Ôphirêxốp)

mtc = 0,49 (Pơvơlốpski)Đập loại II có: mtc = 0,48

Hệ số sửa chữa hình dạng σhd được lấy theo bẳng 14-7

Hệ số sửa chữa cột nước σH được lấy theo bảng 14-8

Bảng: Hệ số sửa chữa hình dạng σhd

1

) 1 (

P e

15

15 30 60

0,880 0,910 0,927

0,878 0,908 0,925

0,855 0,885 0,902

0,850 0,880 0,895

0,933 0,974 1,000

45

15 30 60

0,915 0,953 0,974

0,915 0,950 0,974

0,911 0,950 0,970

0,919 0,956 0,978

0,933 0,974 1,00

75

15 30 60

0,930 0,972 0,998

0,930 0,972 0,998

0,930 0,972 0,998

0,930 0,972 0,999

0,933 0,974 1,00

90

15 30 60

0,933 0,974 1,000

- -

- -

- -

- - (1) e là độ dài phần thẳng đứng của mặt đập phía thượng lưu (hình 14-24)

-Bảng: Hệ số sửa chữa cột nước σH

0,886 0,928 0,957 0,980 1,017 1,032 1,048 1,059 1,071

0,875 0,921 0,953 0,978 1,019 1,036 1,051 1,065 1,078

0,864 0,914 0,949 0,977 1,020 1,039 1,055 1,071 1,085

0,853 0,907 0,945 0,975 1,022 1,042 1,060 1,076 1,092

0,842 0,900 0,940 0,973 1,024 1,045 1,064 1,082 1,099

c.2 Đập hình cong có chân không:

Mặt cắt đập phải thỏa mãn các điều kiện sau đây:

a Có hệ số lưu lượng lớn nhất, khi chảy với cột nước thiết kế;

b Chỉ có chan không ở phần đỉnh đập, không có phần dưới của mặt tràn;

σ không quá lớn;

d Đảm bảo không có không khí lọt vào làn nước;

e Không có áp lực mạch động quá lớn

Hiện nay , công trình nghiên cứu về mặt đập không chân không chưa nhiều

Abơrôximốp và Rôdanốp đã nghiên cứu loại đập đầu tròn và đầu elíp, cấu tạo như sau:

Vẽ đường gãy khúc c d e f theo yêu cầu ổn định và cấu tạo của đập; đường này có bánkính vòng tròn nội tiếp là r’, dựa vào đó, vẽ hình elip nội tiếp có trục dài song song với máiđập , có =1

là tốt hơn cả

Chi tiết mặt cắt theo bảng 14-9 Trục tọa độ và tên các điểm ghi trên hình 14-26

Phần chân đập nối tiếp với sân sau cũng là một cung tròn như đập không có chânkhông.

Bảng tọa độ mắt cắt đập có chân không elip ( ' , '

r

y y r

1,000 0,330 0,000 0,208 1,302 2,896 4,717 7,424 - - - -

-0,692 -0,560 0,000 0,629 1,242 1,682 2,327 2,956 4,450 5,299 - -

0,830 0,248 0,000 0,226 0,730 1,278 2,246 3,189 5,430 6,701 - -

-0,472 -0,368 0,000 0,541 1,022 1,456 1,855 2,240 2,580 3,193 4,685 5,561

0,629 0,189 0,000 0,173 0,503 0,800 1,320 1,792 2,270 3,214 5,453 6,767Các loại đập trên có hệ số lưu lượng ghi ở bảng hệ số lưu lượng của đập có chân khôngđỉnh tròn và elip

Bảng: Hệ số lưu lượng của đập có chân không đỉnh tròn và elip

0,487 0,500 0,512 0,521 0,531 0,540 0,548

0,495 0,509 0,520 0,530 0,537 0,544 0,511

2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4

0,538 0,543 0,549 0,553 0,557 0,560

0,554 0,560 0,565 0,569 0,573 0,577

0,557 0,562 ,566 0,570 0,575 0,577

Theo bảng 14-10, khi '0

r

H

lớn quá 3,0 đến 3,6

c.3 Đập tràn đa giác:

Đập tràn đa giác có nhiều dạng mặt cắt chữ nhật, hình thang, đa giác bất kỳ, có thể cómột phần là đường cong (hình 14-27)

Loại đập này cấu tạo đơn giản, dễ làm nhưng lưu lượng nhỏ ( m=0,35÷0,45) Đập nàythường áp dụng nhiều cho công trình loại nhỏ bằng vật liệu tại chỗ như đá, gạch , gỗ v.v…

Dưới đây là hệ số lưu lượng của một và loại đập đơn giản

- Đập mặt cắt chữ nhật, theo Badanh:

- Đập mặt cắt hình thang, lấy ở bảng 14-11

Bảng: Hệ số lưu lượng của đập thực dụng mặt cắt hình thang

tương đối

H P

S Thượng lưu

0 0 1 2

0.44 0.43 0.42 0.40

0.42 0.41 0.40 0.38

0.40 0.39 0.38 0.36

1÷2

3 4 5 10 0 0 0

0 0 0 0 3 5 10

0.42 0.41 0.40 0.38 0.39 0.37 0.35

0.40 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 0.34

0.38 0.37 0.36 0.35 0.35 0.34 0.33

5.5.2.3 Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình:

Tùy theo địa hình mà nối tiếp sau tràn có thể là bậc nước hoặc dốc nước Sau đây sẽtrình bày cách tính toán thủy lực dốc nước và bậc nước:

5.5.2.4 Tính toán thủy lực dốc nước:

Dốc nước có thể chia ra các bộ phận:

- Cửa vào

- Thân dốc

- Phần tiêu năng

5.5.2.5 Tính toán cửa vào

Cửa vào của dốc nước là đập tràn mặt cắt thực dụng (đã tính toán ở trên), sau đập trànthường bố trí một đoạn chuyển tiếp thu hẹp nối đầu dốc nước Đoạn chuyển tiếp này thường

có độ dốc bé hoặc nằm ngang

5.5.2.6 Tính toán thân dốc

Độ dốc trong dốc nước lớn hơn độ dốc phân giới (i>ipg), do đó dòng chảy trong dốc làdòng chảy xiết Tùy theo chiều sâu dòng chảy tại đầu dốc nước, đường mặt nước có thể làđường nước đổ bII hoặc đường nước dâng cII trong vùng xiết

- Trường hợp cửa vào không có ngưỡng: Trường hợp này độ sâu dòng chảy ở đầu dốc

bằng độ sâu phân giới hk, do đó đường mực nước trong thân dốc là đường nước hạ bII

- Cửa vào có ngưỡng: Trường hợp này độ sâu dòng chảy ở đầu dốc là độ sâu co hẹp hc

+ Khi hc>h0 thì đường mặt nước trên dốc là đường nước hạ bII

+ Khi hc<h0 thì đường mặt nước trên dốc là đường nước hạ cII

- Cửa vào có cửa van điều tiết: Sau cửa van là đoạn chuyển tiếp nằm ngang thì khi

hc>h0 thì đường mặt nước trên dốc là đường nước hạ bII, khi hc<h0 thì đường mặt nướctrên dốc là đường nước hạ cII Nếu như đoạn chuyển tiếp đủ dài thì có thể có nước nhảy.Lúc đó sau nước nhảy là đường nước hạ b0 và độ sâu đầu dốc bằng độ sâu phân giới hk,

do đó trên thân dốc sẽ là đường nước hạ bII

*Trình tự tính toán như sau:

a Xác định chiều sâu co hẹp sau tràn

0

xE

0.)(

Trong đó: ϕ là hệ số lưu tốc, the bảng tra thủy lực

E0 là năng lượng toàn phần, E0 = H0+P

q là lưu lượng đơn vị q = ∑b

Q

H0 là cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần

P là chiều cao ngưỡng tràn

b Xác định độ sâu phân giới

Độ sâu phân giới được tính bởi công thức:

Trong đó: Q là lưu lượng thiết kế (m³/s)

ωlà diện tích mặt cắt ướt ứng với độ sâu phân giới

C là hệ số sezy, C = 1 1 / 6

R n

R là bán kính thủy lực, R = χ

ω

χ là chu vi mặt cắt ướt

d Xác định chiều sâu dòng đều trên thân dốc

Chiều sâu dòng đều trên dốc được xác định dựa vào mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực :

i m

Q R

f

0

ln.4)

Trong đó : i là độ dốc tràn ứng với dòng chảy trong dốc là dòng đều

Tra bảng thủy lực xác định được Rln,

e Kết luận về đường mực nước trên dốc

So sánh i và ik, hk, h0 và hc để kết luận về đường mực nước trên dốc

f Vẽ đường mực nước trên dốc theo phương pháp cộng trực tiếp

Chia dốc nước ra thành nhiều đoạn rồi tính cho từng đoạn 1 rồi cộng lại theo công thức : ∑ ∑

l

1 1

Bảng tính toán đường mực nước trên dốc

Mặt

cắt h(m) ω(m²) C(m) R(m) V(m/s) E(m) ∆E(m) i- j tb ∆L(m) L(m)1-1

2()2(

2 2

1 1

g

v h g

v h

i

i i

2 1

))(

5.0())(

5.0(

))(

5.0(

i i i

i

i i

R R x x C C x

v v x j

++

+

=

+ +

+

ω = bxh là diện tích mặt cắt ướt của tràn

C là hệ số sezy, C = 1 1 / 6

R n

R là bán kính thủy lực, R = χ

ω

Tùy thuộc vào hình thức cửa vào mà độ sâu mực nước đầu dốc có thể lấy h = hc hoặc h =

hk để tính toán đường mực nước

g Trong tính toán dốc nước cần kiểm tra lưu tốc lớn nhất của dòng chảy trên dốc:

V ≤ [ ]V .x thì đảm bảo về điều kiện không xói, nếu V > [ ]V .x thì không đảm bảo về điều kiện không xói Từ đó ta đưa ra các biện pháp xử lý như sau:

+ Tăng bề rộng dốc nước

+ Gia cường mố nhám

+ Giảm độ dốc i % của dốc nước hoặc chuyển sang phương án thiết kế bậc nước

Trong đó [ ]V .x : Vận tốc không xói cho phép được tra theo bảng 5 trang 91 TCVN 4118-2012 của hệ thống kênh tưới.

h Khi tính toán dốc nước phải xét đến ảnh hưởng của hàm khí tới độ sâu dòng chảy trong dốc

Từ đó xác định chiều cao tường cho phù hợp Độ sâu tăng thêm khi kể đến ảnh hưởngcủa hàm khí được xác định theo công thức:

hhk: Chiều sâu nước trong dốc có hàm khí

a : Chiều cao an toàn, ta chọn a = 0,5m

5.5.2.7 Tính toán tiêu năng sau dốc nước:

a Tính toán lưu lượng tiêu năng sau tràn:

- Dựa vào đường quan hệ Q = F(Z) phục vụ tiêu năng hạ lưu tràn xác định các cấp lưulượng để tính tiêu năng sau tràn Các cấp lưu lượng này biến thiên từ (Qmin ÷ Qmax)

- Xác định chiều sâu cột nước cuối dốc ứng với các cấp lưu lượng ở trên theo bảng

tính toán đường mặt nước trên dốc nước.

Từ đó ta có bảng kết quả tính toán cột nước cuối dốc như sau:

Các đại lượng đã được giải thích ở trên

- Có hcd ta đi tìm lưu lượng tiêu năng là lưu lượng tại đó giá trị ( '' )

V là vận tốc cuối dốc nước, V =

2

2+

∇

−

∇+

⇒

b Tính tiêu năng cuối dốc nước:

Tùy theo tình hình địa hình, địa chất, lưu lượng tháo, cuối dốc nước thường dùng cáchình thức tiêu năng sau:

- Tiêu năng kiểu bể tiêu năng

- Tiêu năng kiểu máng phun

- Tiêu năng kiểu phân tán dòng chảy trên chiều ngang

- Tiêu năng kiểu đặt chướng ngại vật

b1 Tiêu năng phóng xa (mũi phun):

- Các bước tính toán tiêu năng mũi phun tạo hố xói :

Các thông số cơ bản để tính toán:

+ Lưu lượng xả tính toán:Q (m3/s)

+ Vận tốc cuối dốc:V (m/s)

+ Chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun:h = hcuối dốc

+ Cao trình đáy kênh xả hạ lưu:Zđáy kênh

Ta chọn kích thước mũi phun như sau:

+ Độ dốc ngược mũi phun: i %

+ Cao trình đáy mũi phun Zđáy mũi

+ Cao trình đỉnh mũi phun Zđỉnh mũi = Zđáy mũi + i L

+ Chiều dài mũi phun:L( m)

MNHL Max

Đường bao hố xói

Đáy kênh dẫn β

dh1

h2 d

h3 d Lr1

Lr2 Lr3

m = 1.5

m = 3.0

Hình: sơ đờ tính toán tiêu mũi phun

+ Xác định chiều dài nước rơi: L rơi

Chiều dài nước rơi là khoảng cách nước rơi theo phương ngang từ mũi phun đến trungtâm bĩ dịng nước rơi chạm vào đáy kênh hạ lưu được xác định như hình vẽ:

Chiều dài nước rơi được tính bằng nhiều cơng thức khác nhau nhưng ở đây ta xác địnhtheo cơng thức sau :

i

.5,02

2

ϕ

++ + imũi)

Trong đĩ:

ϕ : Hệ sớ lưu tớc, lấy ϕ = 1

h : Chiều sâu dịng chảy cuới mũi phun, vì chiều dài mũi phun nhỏ

(Lmũi nhỏ) nên cĩ thể xem h = hcuới dớc

P : Khoảng cách từ mũi phun đến đáy kênh hạ lưu:

2α

→ Ho → Lrơi

+ Xác định kích thước hố xĩi:

Chiều sâu hố xĩi:

Cĩ nhiều cơng thức khác nhau nhưng ở đây xác định theo cơng thức Zamarin:

dh =

cp

v v

q N

sin ,

'β

β’: góc phun hợp với đáy kênh hạ lưu

cosβ =

0

0

2 )1(

E

H

i mui

−

β : góc phun hợp với mặt nước

V : vận tốc tại chỗ tia dòng gặp đáy kênh hạ lưuV’: vận tốc tia dòng tại chỗ gặp mặt nước hạ lưu

Zmũi –( Zđáy kênh + hh)

Tra bảng quan hệ Z và N, ta được N

Thay vào công thức Zamarin ta được:d h

+ Xác định chiều rộng đáy hố xói: