Thiết kế hồ chứa nước đông phong

Mùa kiệt được xác định từ tháng 1 đến tháng 8, tính toán dòng chảy lớn nhất trong mùa kiệt để phục vụ thhi công công trình... Mục đích, nhiệm vụ tính toán ­ Mục đích: Tìm ra mối quan hệ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 6

1.1 Vị trí địa lý .6

1.2 Các điều kiện tự nhiên .6

1.2.1 Điều kiện địa hình khu vực công trình đầu mối .7

1.2.2 Điều kiện địa chất công trình .7

1.2.3 Điều kiện địa chất thủy văn 11

1.2.4 Điều kiện vật liệu xây dựng 11

1.2.5 Tài liệu khí tượng thủy văn 14

CHƯƠNG 2: NHU CẦU DÙNG NƯỚC, CẤP CÔNG TRÌNHVÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ 19

2.1 Nhiệm vụ công trình 19

2.2 Nhu cầu dung nước 19

2.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 19

2.3.1 Xác định cấp công trình 19

2.3.2 Các chỉ tiêu thiết kế 19

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ 21

3.1 Mục đích, nhiệm vụ tính toán 21

3.2 Nội dung tính toán điều tiết hồ chứa theo phương pháp lập bảng 21

3.2.1 Xác định cao trình mực nước chết (MNC) và dung tích chết 21

3.2.2 Xác định dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường(MNDBT).22 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 26

4.1 Khái niệm, mục đích, ý nghĩa của tính toán điều tiết lũ 26

4.1.1 Khái niệm 26

4.1.2 Mục đích 26

4.1.3 Ý nghĩa 26

4.2 Nguyên lý tính toán điều tiết lũ 26

4.3 Nội dung phương pháp lập bảng tính thử dần để tính toán điều tiết lũ 27

4.4 Áp dụng phương pháp lập bảng tính thử dầnvào bài toán Hồ A Phong 28

4.4.1 Đặc điểm quá trình xả lũ của tràn có cửa van 28

4.4.2 Tài liệu cho trước 28

4.4.3 Nội dung tính toán 29

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 30

5.1 Thiết kế sơ bộ đập ngăn nước 30

5.1.1 Mục đích của việc thiết kế sơ bộ 30

5.1.2 Tài liệu tính toán 30

5.1.3 Xác định cao trình đỉnh đập 30

5.1.4 Xác định sơ bộ mặt cắt đập chính 34

5.2 Mặt cắt đập phụ sơ bộ 37

5.3 Thiết kế sơ bộ tràn xả lũ 37

5.3.1 Hình thức đập tràn 37

5.3.2 Bố trí các bộ phận tràn 37

5.3.3 Tính toán thủy lực 38

5.3.4 Thiết kế sơ bộ công trình tiêu năng 46

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN KHỔI LƯỢNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 51 6.1 Mục đích của việc tính khối lượng các hạng mục công trình 51

6.2 Tính toán khối lượngđập 51

6.2.1 Khối lượngđào 51

6.2.2 Khối lượngđắp 51

6.3 Tính toán khối lượng tràn 52

6.4 Chi phí xây dựng các hạng mục công trình 52

6.4.1 Đơn giá chi tiết 52

6.4.2 Chi phí xây dựng tương ứng với các phương án 53

6.5 So sánh và lựa chọn phương án 55

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐẬP CHÍNH 56

7.1 Chọn loại đập 56

7.2 Thiết kế mặt cắt cơ bản của đập chính 56

7.2.1 Cao trình đỉnh đập 56

7.2.2 Cấu tạo chi tiết đỉnh đập 57

7.2.3 Mái đập và cơ đập 57

7.2.4 Thiết bị thoát nước 57

7.2.5 Chống thấm nền đập 58

7.2.6 Hình thức bảo vệ mái đập 59

7.3 Tính toán thấm qua đập và nền: 61

7.3.1 Mục đích 61

7.3.2 Tài liệu cơ bản dùng cho tính toán thấm 62

7.3.3 Phương pháp tính thấm 62

7.3.4 Các trường hợp tính toán thấm 62

7.3.5 Tính thấm cho mặt cắt lòng sông 63

7.3.6 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi 65

7.3.7 Tính tổng lưu lượng thấm qua thân đập 67

7.4 Tính toán ổn định đập đất 69

7.4.1 Mục đích tính toán 69

7.4.2 Trường hợp tính toán 69

7.4.3 Nguyên lý tính toán và tài liệu tính toán 70

7.4.4 Phương pháp tính toán 71

7.4.5 Các bước tính toán 71

CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ CHI TIẾT TRÀN XẢ LŨ 76

8.1 Bố trí các bộ phận của tràn 76

8.1.1 Kênh dẫn thượng lưu 76

8.1.2 Tường hướng dòng 76

8.1.3 Sân thượng lưu 77

8.1.4 Ngưỡng tràn 77

8.1.5 Dốc nước 77

8.1.6 Công trình tiêu năng 77

8.1.7 Kiểm tra khả năng tháo lũ thiết kế 78

8.1.8 Tính toán Thủy lực dốc nước 79

8.1.9 Vấn đề hàm khí trên dốc nước và chiều cao tường bên dốc nước 82

8.2 Tính toán tiêu năng sau dốc nước 83

8.2.1 Kênh dẫn hạ lưu 83

8.2.2 Thiết kế tiêu năng sau dốc nước 85

8.3 Bố trí các hạng mục trên tràn 89

8.3.1 Cửa van và thiết bị đóng mở 89

8.3.2 Trụ bên và trụ giữa: 89

8.3.3 Dầm thả phai: 90

8.3.4 Cầu giao thông: 90

8.3.5 Cầu công tác 91

8.4 Tính ổnđịnh tràn 92

8.4.1 Mục đích 92

8.4.2 Tính toán ổn định tường cánh thượng lưu 92

CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 106

9.1 Vị trí và hình thức cống 106

9.1.1 Nhiệm vụ 106

9.1.2 Hình thức quy mô công trình: 106

9.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống 107

9.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh hạ lưu 107

9.3 Tính toán khẩu diện cống 110

9.3.1 Trường hợp tính toán 110

9.3.2 Xác định bề rộng cống 111

9.3.3 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống: 115

9.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tiêu năng sau cống: 115

9.4.1 Mục đích tính toán: 115

9.4.2 Trường hợp tính toán: 116

9.4.3 Xác định độ mở cống 116

9.4.4 Kiểm tra trạng thái chảy trong cống: 117

9.4.5 Tiêu năng sau cống: 124

9.5 Chọn cấu tạo cống ngầm 125

9.5.1 Bộ phận cửa vào và cửa ra 125

9.5.2 Thân cống: 125

9.5.3 Tháp van và cầu công tác: 126

CHƯƠNG 10: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM LẤY NƯỚC 128

CHƯƠNG 10: 128

10.1 Mục đích và trường hợp tính toán 128

10.1.1 Mục đích tính toán 128

10.1.2 Trường hợp tính toán 128

10.1.3 Yêu cầu thiết kế 128

10.2 Xác định chiều cao mực nước ngầm tại mặt cắt tính toán 129

10.3 Xác định các lực tác dụng lên cống tại vị trí giữa đập 129

10.3.1 Áp lực đất tác đụng lên đỉnh cống 130

10.3.2 Áp lực đất hai bên thành cống 130

10.3.3 Áp lực nước 130

10.3.4 Trọng lượng bản thân cống 131

10.3.5 Phản lực nền 131

10.3.6 Sơ đồ lực cuối cùng: 131

10.4 Tính nội lực cho mặt cắt ngang cống 132

10.4.1 Mục đích tính toán 132

10.4.2 Phương pháp tính toán 132

10.4.3 Ttính toán nội lực cho cống 132

10.5 Tính toán bố trí cốt thép trên mặt cắt ngang cống 135

10.5.1 Số liệu tính toán 135

10.5.2 Tính toán cốt thép dọc chịu lực 137

10.5.3 Tính toán cốt thép ngang (cốt đai, cốt xiên): 143

10.6 Tính toán và kiểm tra nứt: 146

10.6.1 Mặt cắt tính toán: 146

10.6.2 Tính toán kiểm tra nứt: 147

TÀI LIỆU THAM KHẢO 149

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 167

LỜI CẢM ƠN

Công tác thủy lợi ở nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ trong đó ngày càng cần xây dựng nhiều hồ chứa nước hơn Cụm công trình đầu mối quan trọng của hồ chứa nước là đập dâng nước, đập tràn và công trình lấy nước nằm dưới đập Trong xây dựng công trình thủy lợi trên thế giới cũng như ở nước ta hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết và phân bố lại dòng chảy tự nhiên theo không gian và thời gian phục vụ nhu cầu dùng nước của con người

Do có nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế cho nên trong những năm gần đây hồ chứa ngày càng chiếm ưu thế và đang có xu hướng phát triển mạnh về số lượng, quy mô công trình cũng như tốc độ xây dựng Riêng với nước ta hồ chứa đã được xây dựng nhiều và trong tương lai hồ chứa chắc chắn còn giữ vai trò quan trọng trong việc xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân

Thời gian làm Đồ án tốt nghiệp là một dịp quý báu giúp em hệ thống lại những kiến thức đã học được trong những năm học tại trường và giúp em biết cách áp dụng những kiến thức đã được học vào thực tế của công việc thiết kế một công trình thủy lợi

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp vì thời gian có hạn, nên em chưa giải quyết được hết các trường hợp trong thiết kế một công trình thủy công Mặt khác do kinh nghiệm thực tế còn thiếu và trình độ có hạn nên chắc chắn trong đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em rất mong các thầy, các cô xem xét và chỉ bảo thêm cho em Để kiến thức chuyên môn của em được nâng cao và hoàn thiện

Qua khóa học gần năm năm với sự quyết tâm nỗ lực, cố gắng của bản thân và cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Đại Học Thủy Lợi đã dìu dắt chúng

em trở thành những kỹ sư tương lai Cảm ơn Thầy Th.S Vũ Hoàng Hải cùng toàn thể các thầy cô trường Đại học Thủy Lợi đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN MỘT: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 1: VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

1.1 Vị trí địa lý

Hồ chứa nước Đông Phong nằm trên suối Cho Mo thuộc xã Phước Tân, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận Công trình nằm cách huyện Ninh Sơn khoảng 16 Km về phía Bắc, cách thị xã Phan Rang khoảng 45 km theo đường quốc lộ 27A và 27 B Tọa độ địa lý :

11013’­11015’ vĩ độ Bắc

108048’­108050’ kinh độ đông

1.2 Các điều kiện tự nhiên

Hồ chứa nước Đông Phong nằm giữa các dãy núi cao, phía Đông là dãy núi Tiac mong, núi Ya bô, núi Ma vô, núi Ya bio (+1220 m), phía Tây là dãy núi đá đen, núi Fgiagog, núi A sai, phía Bắc là dãy núi Tha Ninh (+1020 m), Tara Nhin và núi Marrai(+1636m), núi Ma via

Sườn núi trong lưu vực tương đối dốc, với góc dốc thay đổi từ 200­250, và kéo dài tới mép suối, nên lòng hồ là lũng hẹp chạy dọc theo suối, với cao trình thay đổi từ (+177m) tới (+140m) Khu vực đầu mối là phần chuyển tiếp giữa núi thấp và đồng bằng nằm dọc theo hai bên bờ phía hạ lưu suối Trà Co, bề mặt địa hình thay đổi từ (+145m) đến (+120m).Vùng đồng bằng này được hình thành chủ yếu từ hai thềm: Thềm bậc 1 là các lớp đất có nguồn gốc bồi tích từ cao trình +140 m trở xuống, thềm bậc 2 là các lớp đất có nguồn gốc pha bồi tích từ cao trình +140 m đến +150 m

Khí hậu khu vực thuộc miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, có hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa.Mùa bắt đầu từ tháng 10 kéo dài đến tháng 4 năm sau, mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa thường tập trung từ tháng 8 đến tháng 10 Lượng mưa bình quân năm từ 1000­1300 mm

Đây là khu vực khô hạn nhất, ít mưa, nhiều gió, nhiệt độ quanh năm cao, lượng bốc hơi lớn, độ ẩm không khí thấp Tuy nhiên vùng nghiên cứu cũng chịu ảnh hưởng của khí hậu Đà Lạt nên mát mẻ hơn

Mạng sông suối chính chủ yếu là suối Cho Mo, suối Ma Lâm, suối Ta la và các phụ lưu của chúng Các suối này có lưu lượng thay đổi theo mùa, rất dồi dào về mùa mưa và cạn kiệt về mùa khô Nguồn nước ngầm cũng nghèo nàn, nên việc cấp nước sinh hoạt rất khó khăn

Điều kiện giao thông đường bộ nhìn chung tương đối thuận tiện cho việc thi công công trình sau này Trong vùng có quốc lộ 27 B đi qua được rải nhựa, từ quốc lộ đi vào công trình 3 km là đường đất cấp phối rộng

1.2.1 Điều kiện địa hình khu vực công trình đầu mối

Địa hình khu vực công trình đầu mối là lũng sông hẹp, với độ rộng lòng suối trung bình thay đổi từ 50­100m Dọc theo lòng suối là bãi cát cuội sỏi chạy từ thượng lưu đến hạ lưu Cao độ suối thay đổi từ (+141 m) đến (+137 m) Hai vai tuyến đập là phần nhô ra của sườn núi Sườn núi vai trái từ thượng lưu xuống hạ lưu dốc đều, có độ dốc trung bình 300­350 Phía trên tầng phủ tương đối dày, phía dưới sát mép nước đá gốc lộ ra chạy từ thượng lưu đến tim tuyến Sườn núi bờ phải có độ dốc thoải hơn từ

150­200 Phía thượng lưu và hạ lưu tuyến sườn núi đều thoải, vị trí tim tuyến sườn núi dốc hơn Chân núi ở sát mép nước đá gốc lộ ra chạy dài từ tim tuyến xuống phía hạ lưu, có chỗ đá lộ ra ở cả lòng suối Chiều dài đập khoảng 155m

1.2.2 Điều kiện địa chất công trình

1.2.2.1 Tuyến đập chính

Theo kết quả nghiên cứu tổng hợp các biện pháp khảo sát cho thấy địa tầng nghiên cứu tuyến đập bao gồm tầng phủ và đá gốc với các lớp theo thứ tự từ trên xuống dưới như sau:

­ Tầng phủ:

• Lớp 1a: Thành phần là hỗn hợp cuội sỏi, cát, đá tảng màu xám vàng.Cuội sỏi chiếm 25­30%.Lớp này phân bố dọc theo lòng suối từ thượng lưu đến hạ lưu, chiều dày từ 4­5m,nguồn gốc bồi tích lòng suối hiện đại

• Lớp 2a: Đất á sét nặng – sét lẫn ít dăm sạn đá phiến serixit mềm bở, màu xám nâu, nâu đỏ,lớp phân bố hai bên sườn tuyến đập.Bên vai trái tuyến,lớp 2

có chiều dày 4­5 m.Bên vai phải mỏng hơn có chiều dày 0,5­1 m Nguồn gốc pha tàn tích không phân chia

­ Đá gốc: Trong tuyến đập chính đá gốc là trầm tích gắn kết hệ tầng La Ngà, tuổi

Ju ra.Thành phần chủ yếu là đá phiến serixit, màu xám, xám xanh, xám xanh sẫm Đá có cấu tạo phân lớp mỏng phân phiến, kiến trúc hạt mịn Đá gốc phân

bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu , ở vai trái tuyến đập chính đá gốc phân

bố ở độ sâu 4­5 m, vai phải đá gốc phân bố ở độ sâu 0,5­1 m dưới lớp phủ tàn tích

­ Đá phong hóa hoàn toàn thành đất á sét nặng, màu xám nâu, nâu đỏ lẫn nhiều dăm đá serixit mềm bở.Trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa Đới đá phong hóa mãnh liệt mạnh phân bố dưới lớp pha tàn tích và chủ yếu ở hai vai Chiều dày của đới ở vai trái 6­7m, ở vai phải mỏng hơn 0,5­1,5 m

­ Đá phong hóa vừa màu xám, xám xanh Đá nứt nẻ vừa, các khe nứt được lấp nhét bằng sét và ôxit sắt màu vàng, nâu vàng Đá tương đối cứng Đới phong hóa vừa phân bố ở hai bên vai đập và ở lòng suối Ở lòng suối đới phong hóa vừa nằm dưới lớp cuội sỏi, chiều dày 2,5­3 m.Kết quả thí nghiệm ĐCTV cho thấy đới này lượng mất nước đơn vị q = 0,025­0,032 l/ph.m

­ Đá phong hóa nhẹ ­tươi màu xám, xám xanh sẫm, nứt nẻ ít, cứng chắc Đới này phân bố ở cả hai vai và lòng suối dưới đá phong hóa vừa, ở lòng suối bề mặt đới này nằm sâu 7­8 m

 Với các đặc điểm đã nêu trên như sườn núi hai bên vai dốc không đều, lũng suối hẹp, có dạng chữ U, sườn núi có dạng độ dốc không lớn, được phủ bởi lớp pha tàn tích, vai phải có chiều dày từ 0,5­1,5m,vai trái dày hơn từ 4­5m Đá gốc lộ ra ở vai phải là chân núi hai bên mép nước, không có thềm bồi tích ở bờ suối Đây là vị trí

có bề mặt địa hình thuận lợi cho việc bố trí cụm công trình đầu mối

Về mặt địa chất, lớp cuội sỏi lòng sông và đáy thềm có tính thấm lớn gây mất nước qua nền đập, có chiều dày nhỏ ~ 4m nên cần được bóc bỏ khi xây dựng đập.Vai trái đập đặt trên lớp 2 và lớp phong hóa mãnh liệt ­ mạnh nên cần chú ý về mặt chống thấm.Vai phải sau khi bóc bỏ lớp mỏng pha tàn tích (deQ) và lớp đá phong hóa mãnh liệt­ mạnh thì vai đập được gối trực tiếp lên đá gốc phong hóa vừa và tương đối cứng chắc

Về khả năng thấm mất nước qua nền và vai đập: sau khi bóc bỏ các lớp đất phong hóa mãnh liệt ­mạnh thì phần đá nền có giá trị q  0,03 l/ph.m,với chiều dày dự kiến 10­15m cũng cần xử lý chống thấm

Bảng 1-1: Bảng chỉ tiêu cơ lý đất đắp nền đập chính

1a

Lớp 1b

Lớp 1c Lớp 2 Lớp 2a

Đá phong hóa hoàn toàn Chỉ tiêu

Địa tầng khu vực yên ngựa đập phụ bao gồm tầng phủ và đá gốc:

­ Tầng phủ:

• Lớp 1c: Đất á sắt nhẹ­rung màu xám, xám đen lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo mềm, kết cấu kém chặt Phân bố trên bề mặt thượng lưu đập phụ, chiều dày 1­1,5m

• Lớp 2: Đấ á sét nặng lẫn ít dăm sạn đá phiến mềm bở, màu xám nâu, nâu đỏ Trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa ­ chặt Lớp phân bố trên bề mặt, dưới lớp 1c, chiều dày từ 2 ­4m

­ Đá gốc: Đá gốc là đá phiến serixit, đá thuộc đới phong hóa hoàn toàn Đới đá phong hóa mãnh liệt ­ mạnh thành đất á sét nặng, màu xám nâu, nâu đỏ lẫn nhiều dăm sạn, đá phiến serixit mềm bở, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa Đới đá phong hóa mãnh liệt ­ mạnh phân bố dưới lớp pha tàn tích ở nền và hai bên vai đập phụ 1

1.2.2.3 Tuyến đập phụ 2

Tuyến đập phụ hai nằm tại khu vực yên ngựa trên đường mòn từ Maty đi suối

Vơ Hai bên vai đập là các sườn núi tương đối thoải, phía thượng lưu và hạ lưu tuyến đập phụ địa hình cũng tương đối thoải Cao độ đỉnh yên ngựa là + 154m

Địa hình khu vực đập phụ 2 bao gồm tầng phủ và đá gốc:

­ Tầng phủ:

Lớp 2: Đất á sét nặng lẫn ít dăm sạn đá phiến mềm bở, màu xám nâu, nâu đỏ Trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa ­ chặt Lớp phân bố trên bề mặt ở sườn núi hai vai và phía thượng hạ lưu đập, chiều dày từ 1 – 2m

­ Đá gốc: Đá gốc là đá phiến serixit, đá thuộc đới phong hóa hoàn toàn Đới đá phong hóa mãnh liệt ­ mạnh thành đất á sét nặng, màu xám nâu, nâu đỏ lẫn nhiều dăm sạn, đá phiến serixit mềm bở, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa Đới đá phong hóa mãnh liệt ­ mạnh lộ ra hai bên sườn núi vai đập, phân bố dưới lớp pha tàn tích ở đỉnh yên ngựa và phía thượng hạ lưu tim tuyến

1.2.2.4 Đập phụ 3

Tuyến đập phụ 3 nằm tại khu vực yên ngựa trên đường mòn từ Maty đi suối Vơ Hai bên vai đập là sườn núi tương đối thoải.Phía hạ lưu vai trái có một vết sạt nhỏ cách tim tuyến khoảng cách 40m về phía hạ lưu.Vết sạt này phát triển trong lớp phủ pha tàn tích, chân vết sạt đã cắt vào đá gốc là đá phiến serxit phong hóa mãnh liệt ­ mạnh mềm yếu.Kích thước vết sạt: rộng 5­6 m, dài 40m bước sạt khoảng 2,5­3m, góc sạt gần như dựng đứng

Địa tầng khu vực đập phụ 2 bao gồm tầng phủ và đá gốc:

­ Tầng phủ

• Lớp 1b:Đất á cát­ á sét, trạng thái dẻo mềm, kết cấu chặt vừa.Lớp phân bố dọc khe suối, chiều dày từ 0,5­1,0m

• Lớp 2:Đất á sét nặng, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa­chặt.Lớp phân bố trên bề mặt sườn núi và hai vai phía thượng lưu và hạ lưu đập, chiều dày từ 2,0­2,5m

­ Đá gốc: Đá gốc là đá phiến serixit, đá thuộc đới phong hóa hoàn toàn Đới đá phong hóa mãnh liệt ­ mạnh thành đất á sét nặng, màu xám nâu, nâu đỏ lẫn nhiều dăm sạn, đá phiến serixit mềm bở, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa Đới đá phong hóa mãnh liệt ­ mạnh lộ ra hai bên sườn núi vai đập, phân bố dưới lớp pha tàn tích ở đỉnh yên ngựa và phía thượng hạ lưu tim tuyến

1.2.3 Điều kiện địa chất thủy văn

Nhìn chung trong khu vực nước ngầm nghèo nàn, chủ yếu là nước trong tầng bồi tích và đá gốc nứt nẻ

1.2.4 Điều kiện vật liệu xây dựng

Địa tầng của các lớp đất đá của mỏ như sau:

• Lớp 1b: Đất á cát – cát lẫn nhiều sạn sỏi, đáy lớp có cuội tảng, màu xám, xám vàng Cuội sỏi chiếm 30 – 35%, thành phần là thạch anh cứng chắc, trạng thái dẻo mềm, kết cấu chặt vừa Lớp phân bố trên bề mặt chiều dày: 0,5­0,7m,

có chỗ hơn 1m

• Lớp 2: Đất á sét trung ­ nặng, màu xám nâu, nâu đỏ, nâu vàng, lẫn ít dăm sạn

đá phiến và vón két laterit Trạng thái nửa cứng ­ cứng, kết cấu chặt vừa Lớp

phân bố ở đầu mỏ có tuyến kênh chính đi qua Chiều dày khai thác: 0,9 – 1,2m, chiều dày bóc bỏ 0,3m

• Lớp 2b: Đất á sét nặng – trung, màu xám, xám vàng, lẫn ít dăm sạn thạch anh Trạng thái cứng, kết cấu chặt, chiều dày 1 – 1,5m

­ Mỏ 2:

Vị trí ở phía bên phải, dọc theo đường ô tô vào trại giam sông Cái, cách tuyến đập chính khoảng 6km theo đường ô tô Mỏ VL số 2 nằm trên địa hình tương đối bằng phẳng, bề mặt là lớp phủ cây khộp

Mỏ có:

• Diện tích: 780.000m2

• Khối lượng khai thác: 1.120.000m3

• Khối lượng bóc bỏ: 270.000m3

Địa tầng các lớp đất đá của mỏ như sau:

• Lớp 1b: Đất á cát­cát lẫn nhiều sạn sỏi, đáy lớp có cuội tảng, màu xám, xám vàng Cuội sỏi chiếm 30­35%, thành phần là thạch anh cứng chắc, trạng thái dẻo mềm, kết cấu chặt vừa Lớp phân bố trên bề mặt chiều dày: 0,5­0,7m

• Lớp 2: Đất á sét trung ­ nặng, màu xám, xám vàng lẫn ít dăm sạn thạch anh Trạng thái cứng, kết cấu chặt, chiều dày: 1­1,5m

Địa tầng các lớp đất đá của mỏ như sau:

• Lớp 1b: Đất á cát­cát lẫn nhiều sạn sỏi, đáy lớp có cuội tảng, màu xám, xám vàng Cuội sỏi chiếm 30­35%, thành phần là thạch anh cứng chắc, trạng thái dẻo mềm, kết cấu chặt vừa Lớp phân bố trên bề mặt chiều dày: 0,5­0,7m

• Lớp 2b:Đất á sét nặng­trung, màu xám, xám vàng lẫn ít dăm sạn thạch anh.Trạng thái cứng, kết cấu chặt, chiều dày: 1­1,2 m

• Đá gốc:Đá gốc là đá Granit màu xám, xám trắng, xám vàng Cấu tạo khối kiến trúc poocfia, Đá phong hóa mạnh mềm yếu, Đá phong hóa vừa tương đối cứng chắc.Đá gốc phân bố dưới lớp 1b và lớp 2b

Qua khảo sát ĐCCT có nhận xét như sau:

Các mỏ vật liệu nằm cách công trình không xa(<10 km) Khối lượng đáp ứng đủ với yêu cầu đề ra Về chất lượng có thể dùng đắp đập nhiều khối có lõi chống thấm

Chỉ tiêu dùng trong tính toán vật liệu xây dựng đất

1.2.4.3 Cát, cuội, sỏi

Đã thăm dò 2 mỏ vật liệu cuội sỏi như sau:

- Mỏ 1:

Vị trí nằm lòng suối Tân Trà, cách tuyến đập chính 200 m về phía thượng lưu có một phần mỏ nằm trong phạm vi bóc bỏ lớp cuội sỏi của nền đập

• Khối lượng khai thác:48.000m3

Bảng 1-3: Chỉ tiêu tính toán của đất thân và nền đập

STT Chỉ tiêu Đơn vị

Đất đập khối 1 (Lớp 2b)

Đất đập khối 2 (Lớp 1b)

Nền đập chính (Lớp 1a)

Nền đập phụ (Lớp 2)

1.2.5.2 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu vùng dự án nghiên cứu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, lượng mưa bình quân nhiều năm trên lưu vực vào khoảng 1500 mm Tiến trình mưa hằng năm chia thành hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Mùa khô bắt đầu từ tháng 1 đến tháng 8, trong thời kỳ này vào tháng 5, 6 xuất hiện những trận mưa lớn gây nên lũ tiểu mãn Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 12, tuy có 4 tháng mùa mưa nhưng lượng mưa chiếm đến 70% đến 80% lượng mưa cả năm, lượng mưa lớn tập trung vào hai tháng 10

và 11 Lượng mưa lớn cường độ mạnh dễ gây nên lũ lớn thông thường lũ lớn thường xảy ra nhiều nhất vào 2 tháng 10 và 11

- Độ ẩm không khí:

Do hoàn lưu quanh năm, gió đều có hướng từ biển thổi vào nên mặc dù gặp không khí cực đới hay Tín phong Bắc bán cầu thì lượng hơi nước trong không khí cũng không nhỏ Độ ẩm ven biển luôn đạt trên 70%, từ tháng 5 đến tháng 8 độ ẩm thấp nhất xấp xỉ 75% Từ tháng 9 đến tháng 10 độ ẩm tăng nhanh và giảm dần từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau

- Nắng:

Thời kỳ nhiều nắng từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau, số giờ trung bình lớn hơn 200 giờ/ tháng, thời kỳ từ tháng 6 đến tháng 11 số giờ nắng trung bình từ 180 đến

200/tháng

Bảng 1-5: Bảng phân phối số giờ nắng trong năm

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Số giờ nắng 226 271 312 268 247 183 242 206 198 183 191 222

- Gió:

Vùng dự án chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa gồm hai gió chính trong năm là gió mùa đông và gió mùa hạ Vận tốc gió trung bình hàng tháng dao động từ 2m/s đến 3m/s Để phục vụ tính toán vận tốc gió lớn nhất thiết kế trong xây dựng công trình, với liệt số liệu vận tốc gió lớn nhất theo 8 hướng quan trắc tại 2 trạm Nha Hố và Phan Rang tiến hành xây dựng đường tần suất vận tốc gió

Bảng 1-6: Đường đặc trưng vận tốc gió lớn nhất theo hướng

- Phân phối lượng tổn thất bốc hơi trong năm:

Lượng bốc hơi hằng năm 1656 mm Biến trình bốc hơi trong năm tuân theo quy luật lớn về mùa khô, nhỏ về mùa mưa

Bảng 1-7: Bảng phân phối tổn thất bốc hơi Z trong năm

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Z

 (mm) 80,3 80,5 97,6 83,2 71,3 71,6 85,8 96,9 51,4 41,6 49,9 70,9

- Lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực:

Lượng mưa phân bố theo không gian lớn dần từ đông sang tây, từ hạ lưu đến thượng lưu Lượng mưa lưu vực Tân Trà biến đổi từ 1400 mm đến 1600 m, Ninh Thuận thuộc vùng khô hạn nên chọn lượng mưa BQNN đảm bảo thiên về an toàn trong tính toán cấp nước

Xolv = 1500 mm

1.2.5.5 Phân phối dòng chảy năm thiết kế

Bảng 1-8: Phân phối dòng chảy năm thiết kế (P = 75 %)

1.2.5.6 Đường quá trình lũ thiết kế

Trong lưu vực không có trạm đo dòng chảy nên phải dùng công thức kinh nghiệm để tính toán dòng chảy lũ thiết kế từ mưa rào – dòng chảy Đối với những lưu vực nhỏ như lưu vực duyên hải trung bộ áp dụng công thức cường độ giới hạn là tương đối phù hợp

Bảng 1-9: Đường quá trình lũ thiết kế (m 3 /s)

- Lưu lượng bùn cát lơ lửng: Rll = 0,236 kg/s

- Tổng lượng bùn cát lơ lửng : Wll = 7447 tấn/năm

- Trọng lượng riêng:  = 0,85 tấn/m3

- Thể tích bùn cát lơ lửng: vll = 8761 m3/năm

- Bùn cát di đáy: vdd = 0,1.vll = 876,1 m3/năm

- Tổng thể tích bùn cát lắng đọng bình quân trong một năm:

vbc = vll + vdd = 9638 m3/năm

1.2.5.8 Dòng chảy lớn nhất trong mùa kiệt

Mùa kiệt được xác định từ tháng 1 đến tháng 8, tính toán dòng chảy lớn nhất trong mùa kiệt để phục vụ thhi công công trình Lũ tiểu mãn xuất hiện vào tháng 5 và tháng 6, ngoài ra còn chú ý đến tháng 4 và 7

Bảng 1-10: Lưu lượng lũ thi công mùa kiệt

Qtb10%(m3/s) 1,28 0,45 0,65 1,12 6,7 4,91 4,19 5,26

CHƯƠNG 2: NHU CẦU DÙNG NƯỚC, CẤP CÔNG TRÌNHVÀ CÁC CHỈ

TIÊU THIẾT KẾ 2.1 Nhiệm vụ công trình

Công trình có nhiệm vụ cấp nước tự chảy ổn định cho 1450 ha đất canh tác trồng lúa, cây công nghiệp và cấp nước sinh hoạt cho các hộ dân thuộc xã Phước Tiến và Phước Tân, góp phần cải tạo môi sinh, môi trường, chống hiện tượng sa mạc hóa, ổn định dân cư, nâng cao đời sống kinh tế, văn hóa của đồng bào các dân tộc thuộc khu hưởng lợi

2.2 Nhu cầu dung nước

Bảng 2-1: Nhu cầu dùng nước năm thiết kế hồ Đông Phong ứng với P = 75%

• Lũ kiểm tra: P = 0,2 %

• Lũ thi công: P = 10 %

­ Hệ số tin cậy khi tính ổn định, độ bền: Kn = 1,15

­ Hệ số điều kiện làm việc: m = 1,0

­ Thời gian tính toán dung tích bồi lắng hồ: T = 75 năm

­ Hệ số lệch tải:

• Trọng lượng bản thân công trình: n=1,05

• Áp lực thẳng do trọng lượng đất gây ra: n=1,10

• Áp lực bên của đất: n=1,20

• Áp lực bùn cát: n=1,20

• Áp lực nước, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi: n=1,0

Theo TCVN 8216-2009:

- Tần suất gió tính toán ứng với MNDBT: P = 4%

- Tần suất gió tính toán ứng với MNLTK:P = 50%

- Độ vượt cao an toàn:

• Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT: a = 0,7m

• Độ vượt cao an toàn của đập ứng với MNLTK: a’ = 0,5m

• Độ vượt cao an toàn của đập ứng với MNLKT: a’’ = 0,2m

PHẦN HAI: THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ 3.1 Mục đích, nhiệm vụ tính toán

­ Mục đích: Tìm ra mối quan hệ giữa quá trình lưu lượng nước chảy đến, quá trình lưu lượng nước chảy ra khỏi hồ và sự thay đổi mực nước hoặc dung tích kho nước theo thời gian

­ Nhiệm vụ: Xác định dung tích nước hiệu dụng Vh của hồ chứa và cao trình mực nước dâng bình thường

3.2 Nội dung tính toán điều tiết hồ chứa theo phương pháp lập bảng

3.2.1 Xác định cao trình mực nước chết (MNC) và dung tích chết

­ MNC là mực nước thấp nhất mà hồ chứa có thể làm việc bình thường

­ Các yếu tố ảnh hưởng tới MNC của hồ:

• Đảm bảo yêu cầu lấy nước tưới tự chảy

• Tại cửa lấy nước không bị bồi lấp trong thời gian hoạt động của công trình

3.2.1.1 Theo điều kiệntuổi thọ công trình

Theo QCVN 04­05:2012, công trình cấp II có tuổi thọ 75 năm có nghĩa là dung tích chết phải lớn hơn hoặc bằng dung tích bùn cát bồi lắng sau 75 năm hoạt động của hồ

Trong đó: ­ ZKC: cao trình mực nước khống chế tại đầu kênh tưới

ZKC = 145 ( theo tài liệu cho)

­ Z: tổng tổn thất qua cống Sơ bộ chọn Z = 0,5m

MNC  145 + 0,5 = 145,5m

So sánh 2 phương án ta thấy : Để đảm bảo cả 2 điều kiện về yêu cầu tưới tự chảy

và yêu cầu tuổi thọ công trình thì MNC = 150,4m

Vậy MNC = 150,4 tra quan hệ (ZV) ta được V c = 1571522,4 m 3

3.2.2 Xác định dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường(MNDBT)

3.2.2.1 Mục đích, ý nghĩa

­ MNDBT là mực nước cao nhất mà hồ chứa có thể làm việc bình thường, là một thông số quan trọng, quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nước và lưu lượng

­ Về mặt công trình: MNDBT quyết định chiều cao đập, kích thước công trình xả

­ Về mặt kinh tế vùng hồ: MNDBT ảnh hưởng đến diện tích vùng ngập và tổn thất do ngập lụt thượng lưu

­ Về mặt kinh phí xây dựng: MNDBT ảnh hưởng đến chi phí xây dựng công trình

Vì vậy việc chọn MNDBT phải được tiến hành thận trọng, so sánh, lựa chọn giữa các phương án tìm ra phương án có lợi nhất

3.2.2.2 Nội dung và phương pháp tính toán

Theo tài liệu thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và lượng nước dùng, ta có:

­ Tổng lượng nước đến: Wđến = 42,290(106m3)

­ Tông lượng nước yêu cầu: Wdùng = 18,944 (106m3)

Ta thấy Wđến> Wdùng nên hồ chỉ cần điều tiết năm là đáp ứng được yêu cầu dùng nước Dùng phương pháp lập bảng: dùng bảng tính để tính và so sánh lượng nước đến và lượng nước dùng

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

Trong từng thời đoạn có thể dùng công thức đơn giản để biểu thị phương trình cân bằng nước giữa lượng nước 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 nước đến kho trong thời đoạn tính toán ∆t

+ q: là lưu lượng nước ra khỏi kho 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 được lượng nước trong kho dựa vào quan hệ Z~F~V sẽ biết được diện tích bề mặt kho nước và mực nước trong kho tại cuối thời đoạn

3.2.2.3 Nguyên lí tính toán

Để xác định được MNDBT trước tiên phải xác định được Vh trên cơ sở tính toán điều tiết hồ theo hình thức điều tiết năm ứng với năm tính toán ít nước có tần suất 75% bằng phương pháp lập bảng

Cơ sở của phương pháp là dựa vào phương trình cân bằng nước:

1 2

q q q q

.

q

V V t q Q

Trong đó:

­ Q: lưu lượng nước đến đã biết,

­ qyc: lưu lượng nước yêu cầu

­ qb.hơi: lượng nước bốc hơi khỏi hồ nước

­ qthấm: lưu lượng thấm(phụ thuộc vào điều kiện địa chất lòng hồ, Vhồ)

­ qxả: lượng nước xả thừa(phụ thuộc vào quá trình nước đến, phương thức vận hành kho nước)

­ V1, V2: dung tích hồ đầu và cuối thời đoạn tính toán

Sử dụng phương trình cân bằng nước để cân bằng cho từng thời đoạn, trên cơ sở

đó dựa vào nhu cầu dùng nước từng thời đoạn ta xác định được thời kỳ thiếu nước và thời kỳ thừa nước, từ đó xác định được phần dung tích cần thiết ( dung tích hiêu dụng )

để thiết kế

3.2.3.3 Trình tự tính toán

Bước 1: Tính Vh khi chưa kể đến tổn thất

Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 3-1

Cột 3: Lưu lượng dòng chảy đến ứng với tần suất thiết kế P = 75% (Qđến)

Cột 4: Lượng nước yêu cầu tại đầu mối (qy/c)

Cột 5: Lượng nước đến: Wđến = Qđến Δt.24.3600 (m3/s)

Cột 6: Lượng nước yêu cầu: Wy/c = qy/c Δt.24.3600 (m3/s)

Cột 7: Lượng nước thừa: (7) = (5) – (6) khi Wđến> Wy/c

Cột 8: Lượng nước thiếu: (8) = (6) – (5) khi Wy/c> Wđến

Cột 9: Dung tích trữ nước trong hồ

Cột 10: Lượng nước xả thừa đảm bảo dung tích trong hồ

Trong bảng tính trên thì tổng lượng nước thiếu ứng với nhu cầu dùng nước ở

đầu mối (cột 9) chính là dung tích hữu ích của hồ chứa: V hi = 5023296 (m 3 )

Trong trường hợp chưa kể đến tổn thất thì Vhi = 5023296m3 Khi đó dung tích

hồ là:

Vhồ = Vhi + Vc = 5023296 +1337471 = 6594818,4 m3Tuy nhiên trong quá trình làm việc của hồ chứa còn rất nhiều tổn thất do thấm,

do bốc hơi… Do vậy để đảm bảo yêu cầu tưới tiêu ở hạ lưu thì rất cần thiết phải xét tới các tổn thất này

Bước 2: Tính toán lượng nước tổn thất do thấm và bốc hơi

Bảng 3-2: Tính toán điều tiết hồ- Kể đến tổn thất lần 1;

Bảng 3-3: Tính toán điều tiết hồ- Kể đến tổn thất lần 2

Trong đó:

­ Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thủy văn

­ Cột 2: Tổng lượng nước đến Wđến

­ Cột 3: Tổng lượng nước yêu cầu theo tháng Wy/c

­ Cột 4: Dung tích trữ nước trong hồ Vhồ

Bảng 3­2: Vhồ chính là cột 9 trong bảng 3­1;

Bảng 3­3: Vhồ chính là cột 15 trong bảng 3­2

­ Cột 5: Diện tích mặt hồ tương ứng, tra quan hệ F ~ V  Fhồ

­ Cột 6: Dung tích bình quân của hồ chứa:

2

i bq

V V

­ Cột 7: Diện tích mặt hồ bình quân:

2

1 Fi F

tb



 

­ Cột 8: Lượng bốc hơi theo tháng thuỷ văn (Z)

­ Cột 9: Là tổn thất bốc hơi tương ứng với các tháng ở cột: Wbh = Ftb Z

­ Cột 10: Là tổn thất thấm tương ứng với các tháng trong năm thuỷ văn:

Trong đó: K ­ tiêu chuẩn thấm trong hồ chứa, K = 1,0%

­ Cột 11: Là tổng tổn thất: Wtt = Wt + Wbh

­ Cột 12: Tổng lượng nước cần hàng tháng: (12) = (3) + (11)

­ Cột (13): Tổng lượng nước thừa: (13) = (2) – (12) khi Wđến> Wq + Wtt

­ Cột (14): Tổng lượng nước thiếu: (14) = (12) – (2) khi Wđến< Wq + Wtt

­ Cột (15): Dung tích trữ nước trong hồ

V V V

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 4.1 Khái niệm, mục đích, ý nghĩa của tính toán điều tiết lũ

4.1.1 Khái niệm

Điều tiết lũ là tìm cách phân bố lại dòng chảy lũ đến sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra như yêu cầu an toàn cho công trình, yêu cầu phòng chống lũ cho hạ lưu, yêu cầu về tổng hợp lợi dụng nguồn nước,…

4.1.2 Mục đích

- Nghiên cứu điều tiết lũ của hồ chứa là tìm ra biện pháp phòng lũ thích hợp và

hiệu quả nhằm hạ thấp lưu lượng lũ xuống hạ lưu, đảm bảo an toàn cho các công trình ven sông và các khu dân cư Thông qua việc tính toán, xác địnhđược dung tích phòng

lũ cần thiết của hồ chứa, phương thức trữ nước và tháo nước thích hợp từ đó xác định phương thức vận hành, qui mô, kích thước của công trình xã lũ

- 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

4.1.3 Ý nghĩa

Từ tính toán điều tiết lũ xác định được chiều cao đập, diện tích vùng bị ngập lụt, qui mô, kích thước của công trình xã lũ Những yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình và làm cơ sở để đánh giá tính an toàn của công trình

4.2 Nguyên lý tính toán điều tiết lũ

­ Dòng chảy trong sông trong thời kỳ có lũ là dòng không ổn định được mô tả bởi

Q v.Q.

g

1 x

v g

v x

h x Z

0 t

A x Q

2 0

Trong đó: Q: là lưu lượng Z0: là cao trình đáy

x: là khoảng cách h: độ sâu dòng chảy

A: diện tích mặt cắt ướt v: vận tốc dòng chảy

- Khi lũ di chuyển qua hồ chứa có các đặc điểm sau:

• Phương trình liên tục được biến đổi thành phương trình cân bằng nước

• Phương trình động lực được thay bằng các công thức thủy lực tính lưu lượng

- PT động lực có dạng cụ thể tùy theo hình thức công trình xả lũ

 Từ nguyên lý cơ bản của tính toán điều tiết lũ như trên Người ta đã đưa ra các phương pháp tính toán khác nhau Trong đồ án này em sử dụng phương pháp lập bảng tính thử dần Đây là phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện khi sử dụng các bảng tính Excel và cho kết quả tính chính xác

4.3 Nội dung phương pháp lập bảng tính thử dần để tính toán điều tiết lũ

­ Viết lại hệ phương trình cơ bản trong trường hợp tràn tự do:

 2

2 B g H3/2m

 12

2

2 1 2

1 1

V       Trong đó: Q1; Q2 : là lưu lượng lũ đến ở đầu và cuối thời đoạn tính toánt

q1; q2 : là lượng xả tràn ở đầu và cuối thời đoạn tính toán t

V2, V1 : là dung tích nước trong hồ ở cuối và đầu thời đoạn t

• Bước 1: Giả định giá trị q2gt ở cuối thời đoạn tính toán, tính được giá trị V2 theo phương trình (1)

• Bước 2: Từ giá trị của V2, tra quan hệ Z~V xác định Z2

• Bước 3: Tính giá trị q2tt theo phương trình (2) và kiểm tra điều kiện:







% 100

2

2 2

tt

gt tt

q

q q

(Với  là sai số cho phép giữa hai lần tính,ở đây lấy = 0,1%)

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

• Nếu sai số không thỏa mãn thì quay lại bước 1

4.4 Áp dụng phương pháp lập bảng tính thử dầnvào bài toán HồĐông Phong

4.4.1 Đặc điểm quá trình xả lũ của tràn có cửa van

Với công trình xả lũ là đập tràn, có cửa van thì đường quá trình lũ có dạng như sau:

Hình 5-1: Dạng đường quá trình xả lũ của đập tràn có cửa van

­ Từ t0 – t1: Lưu lượng lũ đến tăng dần, ta từ từ mở cửa van sao cho lưu lượng xả qua trànq bằng lưu lượng lũ đến Q

­ Từ t1 – t2 : ta mở toàn bộ cửa van, trạng thái chảy qua tràn là chảy tự do Lưu lượng xả q tăng dần và đạt giá trị cực đại tại thời điểm t2 khi đó mực nước trong kho đạt giá trị cực đại

­ Sau t2: Lưu lượng xả qua tràn q giảm nhưng vẫn lớn hơn lưu lượng lũ đến Q, lượng trữ trong kho giảm xuống.Đến khi mực nước trong kho giảm xuống MNDBT thì

ta từ từ đóng bớt của van xuống để lưu lượng lũ đến bằng lưu lượng xả Kết thúc quá trình, sau khi đóng cửa van, mực nước trong hồ trở về cao trình MNDBT

4.4.2 Tài liệu cho trước

- Quan hệ Z ~ F, Z~V vùng lòng hồ (đã có)

- Quá trình lũ đến Q~t ứng với tần suất thiết kế P=1% và tần suất kiểm tra P=0,2%

- Công trình xả lũ: Công trình xả mặt, có cửa van, dạng đập tràn thực dụng, cao

trình ngưỡng Znguong = MNDBT­5 = 156,7 ­ 5 = 151,7 m

- Ta tính toán điều tiết lũ cho các phương án chiều rộng tràn khác nhau để chọn

đuợc phương án Btr kinh tế nhất

- Nếu Btr nhỏ cột nước siêu cao lớn, diện tích ngập lụt lớn, chiều cao đập lớn khối

lượng đất đắp đập lớn Nhưng khối lượng đào đắp tràn nhỏ Ngược lại Btr lớn cột nước siêu cao nhỏ diện tính ngập lụt nhỏ khối lượng đào đắp đập nhỏ, khả năng cắt

lũ tốt, nhưng khối lượng làm tràn lớn Do vậy ta phải chọn Btr hợp lí để vừa thoả mãn điều kiện kinh tế và kĩ thuật Trong phạm vi của đồ án chỉ tính toán với 3 trường hợp Btt và chọn ra Btr kinh tế nhất

4.4.3 Nội dung tính toán

- Ta tiến hành tính toán điều tiết lũ cho 3 phương án bề rộng tràn như sau:

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH

5.1 Thiết kế sơ bộ đập ngăn nước

5.1.1 Mục đích của việc thiết kế sơ bộ

Tiến hành thiết kế sơ bộ công trình đập, tràn với các phương án tràn khác nhau từ đó ta

so sách giữa các phương án đó về khối lượng cũng như giá thành, đánh giá lựa chon giữa các phương án rồi chọn phương án tối ưu nhất để làm phương án chọn

5.1.2 Tài liệu tính toán

­ Cao trình MNDBT = 156,7m

­ Cao trình MNC = 150,4m

­ Cao trình đáy đập đáy=134 m

­ Cao trình MNLTK: với mỗi phương án BTrta có một giá trị MNLTK

­ Tốc độ gió:

• Khi tính với MNDBT với P = 4%, tương ứng với V4% = 27,5 m/s

• Khi tính với MNLTK với P = 50%, tương ứng với V50% = 13,3 m/s

­ Đà gió: LMNDBT = 1260m; LMNLTK= 1390 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 giờ

­ Độ vượt cao an toàn ứng với cấp công trình:

+ h ; h ’­ Chiều cao sóng leo ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

+ a, a’,a’’: Độ vượt cao an toàn, phụ thuộc vào cấp công trình và điều kiện làm việc của hồ chứa, theo (bảng 2) QCVN 8216­2009, với công trình cấp II lấy:

D V

2 6

+hs1% ­ Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%

+K1, K2, K3, K4, Kα ­ Là các hệ số, được tra theo quy phạm QPTL C1­78

-Xác định h s1% :

Chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% được xác định theo quy phạm C1­78, với trình tự tính toán như sau:

+ Gỉa thiết sóng đang xét là sóng nước sâu (H> 0,5 )

Với là bước song trung bình của sóng

+ Tính các đại lượng không thứ nguyên ; 2

V

gD V

gt

.Trong đó t là thời gian gió thổi liên tục ,do không có tài liệu lấy t=6 giờ

Theo đường cong bao phía trên ở đồ thị hình 35 trang 51 QPTL C1­78 xác định

được cặp đại lượng không thứ nguyên : 

h

;

h g h





.2

2

g

+ Sau đó ta kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu xem có thoả mãn hay không: H

> 0,5 , nếu không thì sóng là sóng nước nông ta phải tính toán lại

+ Thoả mãn sóng nước sâu thì chiều cao sóng 1% được xác định theo công thức:

hs1% = K1%.h

-Xác định các hệ số K1, K2,K3,K4 ,Kα:

+ K1, K2 ­ Các hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối Δ/h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mặt đập Chọn hình thức gia cố mái bằng đá xếp và độ nhám tương đối Chọn/h1 %=0.02 Tra bảng 6 trang 15 QPTL C1­78 ta có: K1=0.9

s h

b, Xác định ’,h ’ ứng với gió bình quân lớn nhất V’

Cách tính tương tư như trên tương ứng với V’,D’ tần suất lũ kiểm tra P= 0,2% Tiến hành tính toán cao trình đỉnh đập theo các bước trên tương ứng với các B tr nà

h

Thiên về an toàn đập ta chọn cao trình đỉnh đập thiết kế : 162,8 m

Cao trình đỉnh đập trong thi công : +162,8m

Tương ứng chiều cao đập là : Hđ = 162,8­134=28,8 m

Chiều cao đập H không quá 40m Sơ bộ xác định mái dốc đập theo công thức kinh nghiệm sau:

­ Mái thượng lưu: mt = 0,05.H + 2

­ Mái hạ lưu: mh = 0,05.H + 1,5

Trong đó: H là chiều cao đập

Với mỗi phương án BTr khác nhau ta sẽ xác định được các hệ số mái thượng lưu, hạ lưu đập khác nhau Kết quả tính toán hệ số mái đập ứng với các BTr khác nhau được ghi ở bảng sau:

Bảng 5-5: Hệ số mái của đập ứng với 3 phương án B Tr

­ Mái thượng lưu: mT = 3,5

­ Mái hạ lưu: mh = 3

5.1.4.3 Cơ đập

Trên mái đập, nên bố trí các cơ đập do yêu cầu thi công, kiểm tra sửa chữa trong quá trình khai thác do sử dụng đê quai thượng lưu và đống đá tiêu nước ở hạ lưu vào thân đập Số lượng cơ đập phụ thuộc vào chiều cao đập, điều kiện thi công, kiểu gia cố mái và khả năng ổn định thân đập

­ Ở mái thượng lưu, bố trí cơ ở cao trình +149m, bề rộng cơ là 3m

­ Ở mái hạ lưu, bố trí cơ ở cao trình +152,8m, bề rộng cơ là 3m

5.1.4.4 Bảo vệ mái thượng lưu

Mái dốc thượng lưu chịu tác động của các yếu tố: sóng, nhiệt độ thay đổi, lực thấm thủy động khi mưc nước hồ rút nhanh… Do vậy mái thượng lưu cần được bảo vệ Giới hạn trên của phần gia cố chủ yếu lấy đến đỉnh đập Giới hạn dưới của phần gia cố mái thượng lưu theo TCVN 8216­2009 thì được lấy thấp hơn mực nước chết của hồ một đoạn bằng Z = 2,5 m đối với đập cấp II trở lên, chọn phạm vi bảo vệ từ cao trình đỉnh đập đến cao trình thấp hơn MNC một đoạn Z = 3m theo chiều cao

Để bảo vệ mái thượng lưu thường dùng các hình thức như: đá đổ, đá xây khan, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường, các lọai cây…Ở đây ta chọn lớp bảo vệ là những tấm bê tông

5.1.4.5 Bảo vệ mái hạ lưu

Mái dốc hạ lưu dưới tác dụng của gió, mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng cho nên cần phải bảo vệ Có nhiều hình thức bảo vệ mái hạ lưu, đối với công trình này ta chọn hình thức gia cố phổ biến: phủ lớp đất màu dày 10cm lên sau đó trồng cỏ Biện pháp này dễ thi công, rẻ tiền đồng thời rất có mỹ quan Kích thước ô cỏ 4x4(m)

Ngoài ra cần phải làm hệ thống rãnhthoát nước trên toàn bộ mái đập hạ lưu để tránh hiện tượng mưa có thể gây xói lở lớp gia cố, làm hỏng lớp cỏ bảo vệ bề mặt mái hạ lưu Để tăng độ thoải cho rãnh, khả năng thoát nước nhanh, tránh hiện tượng rãnh bị xói do lưu tốc lớn trong rãnh, các rãnh được đặt xiên với mặt đập một góc 450 Kích thước rãnh bxh=20x20cm Nước từ các rãnh được tập trung tại mương ngang bố trí ở

cơ đập Mương ngang được nối với các mương dọc theo mái đập để thoát nước về hạ lưu

5.1.4.6 Bố trí chống thấm cho thân và nền đập

Mục đích:

­ Hạ thấp đường bão hòa để nâng cao ổn định cho mái đập

­ Giảm gradient thấm trong thân đập và vùng cửa ra, đề phòng các hiện tượng biến dạng của đất do tác dụng của dòng thấm làm phát sinh thấm tập trung trong thân đập, nền đập, trong phần đất tự nhiên tiếp giáp ở hai vai và hạ lưu dẫn đến phá vỡ công trình và nền

­ Giảm lưu lượng thấm qua thân và nền đập, vai đập nằm trong phạm vi cho phép

5.1.4.7 Bộ phận tiêu thoát nước

Đập đất đầm nén phải bố trí bộ phận tiêu thoát nước trong thân đập ở hạ lưu để làm nhiệm vụ:

­ Thoát nước thấm qua thân và nền đập về hạ lưu, không cho dòng thấm thoát ra trên mái đập và bờ vai đập hạ lưu

­ Hạ thấp đường bão hòa để nâng cao ổn định cho mái hạ lưu

­ Ngăn ngừa các biến dạng do thấm

Để đảm bảo các nhiệm vụ trên thì bộ phận thoát nước thân đập cần đáp ứng các yêu cầu sau:

­ Đủ khả năng thoát nước thấm qua thân và nền đập

­ Đảm bảo không cho đường bão hòa chảy ra mái đập,

­ Cần thiết kế theo nguyên tắc tầng lọc ngược

­ Thuận tiện cho quan trắc sửa chữa

Chọn thiết bị thoát nước lăng trụ khi hạ lưu có nước:

- Đối với trường hợp mực nước không thay đổi nhiều thì cao trình đỉnh lăng trụ

chọn cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất để đảm bảo trong mọi trường hợp đường bão hòa không chọc ra mái hạ lưu, thường thì chiểu cao đỉnh lăng trụ phải lớn hơn mực nước hạ lưu max là 2 m

- Trong đồ án này vì mực nước hạ lưu thay đổi nhiều nên ta kết hợp thoát nước

lăng trụ với áp mái Cao trình đỉnh lăng trụ chọn cao hơn mực nước hạ lưu nhỏ nhất và cao trình áp mái chọn cao hơn điểm ra của đường bão hòa ứng với trường hợp mực nước hạ lưu max: chọn cao trình đỉnh lăng trụ là +144m

- Bề rộng đỉnh lăng trụ thường 2m Vậy ta chọn bề rộng là 2m

- Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền cần thiết kế tầng lọc ngược

5.3.2.1 Kênh dẫn phía thượng lưu tràn

Kênh dẫn có nhiệm vụ hướng nước chảy thuận dòng vào ngưỡng tràn, hệ số mái m=1, đáy kênh mở rộng dần về phía lòng hồ

5.3.2.2 Sân trước ngưỡng:

Đây là bộ phận nối tiếp giữa kênh dẫn và ngưỡng tràn, có nhiệm vụ hướng dòng chảy xuôi thuận vào ngưỡng Đáy và tường bên của sân trước ngưỡng làm bằng bê tông cốt thép

­ Cao trình đỉnh tường cánh bằng cao trình đỉnh đập

­ Góc mở của tường α = 14,5o

­ Mặt cắt ngang của tường có dạng hình chữ nhật

­ Tường làm bằng bê tông trọng lực M200

5.3.2.3 Ngưỡng tràn

­ Hình thức tràn xả lũ của công trình là tràn dọc, ngưỡng tràn thực dụng, mặt cắt mui rùa, chia làm 2 khoang, có cửa van điều tiết lưu lượng Phần mép phía thượng lưu của ngưỡng làm lượn tròn để cho nước vào được thuận dòng

­ Cao trình ngưỡng tràn ZNgưỡng = MNDBT ­ 5m = 151,7m

­ Mặt thượng lưu thẳng đứng (S=0), mặt hạ lưu nằm nghiêng (S’=3)

­ Chiều dày mố trụ (Chung cho 3 phương án): d = 2 m

­ Chiều dày mố bên (Chung cho 3 phương án): d’ = 1 m

5.3.2.4 Dốc nước sau ngưỡng tràn

Nối tiếp sau ngưỡng tràn có nhiệm vụ dẫn nước sau khi qua tràn xuống hạ lưu đập đảm bảo cho công trình an toàn Ở đây ta chọn phương án nối tiếp bằng dốc nước

­ Để đảm bảo điều kiện ổn định của dốc nước (do lún không đều) ta chia dốc thành các đoạn nhỏ, cách nhau bởi các khe lún, trong khe lún bố trí thiết bị chống thấm

­ Tuyến dốc nước thẳng

­ Dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật

­ Sơ bộ chọn chiều dài toàn bộ dốc nước là 60 (m)

­ Chiều rộng dốc nước Bdốc=BTr+∑d

­ Độ dốc của đáy dốc nước: id = 11%

­ Hệ số nhám của dốc nước, đáy bê tông: n=0,017

­ Cao trình đầu dốc nước: +147,3m

Bảng 5-6: Bề rộng dốc nước tương ứng cho các phương án B Tr

5.3.3.1 Xác định dạng đường mặt nước trên dốc nước

 Tính chiều sâu dòng chảy và lưu tốc đầu dốc nước

Chiều sâu dòng chảy đầu dốc nước chính là chiều sâu mặt cắt co hẹp sau ngưỡng tràn

hc Xác định theo phương pháp Agơrôtkin :h c c E0

­ q­ lưu lượng đơn vị tại mặt cắt co hẹp

­  ­ hệ số lưu tốc.Tra bảng 15­1Các bảng tính Thủy lực­ĐHTL được =0,90

­ E0­ năng lượng đơn vị của dòng chảy ở thượng lưu so với mặt chuẩn đã chọn là đầu dốc nước Zđầu dốc = +147,3 m E0 = Ht + P (m)

­ Ht­ Cột nước toàn phần trên đỉnh tràn, Ht = H(m)

­ P­ Chênh lệch địa hình từ cao trình ngưỡng tràn đến mặt chuẩn,



Tính tương lần lượt như trên cho các trường hợp BTr Kết quả thể hiện ở bảng sau:

Bảng 5-7: Kết quả tính toán chiều sâu dòng chảy và lưu tốc tại đầu dốc nước

Ta thấy vctrong cả ba phương án trànđều nhỏ hơn [v]=20 m/s

Đảm bảo yêu cầu phòng xói

 Xác định độ sâu dòng đều trong dốc nước h o.

Dùng phương pháp đối chiếu lợi nhất về mặt thủy lực của Agơrôtskin

Bước 4: Độ sâu dòng đều trên dốc nước:

Áp dụng lần lượt cho các phương án BTr và được kết quả ở bảng sau

Bảng 5-8: Kết quả tính toán độ sâu dòng đều trên dốc nước

B dốc (m) Q max (m) f(R ln ) (m) R ln (m) B dn /R ln (m) h/R ln (m) h 0 (m)

14 635.89 0.0035584 1.8143 7.716377 1.1364 2.061728

16 671.22 0.0033711 1.8519 8.639601 1.1017 2.040367

18 699.07 0.0032368 1.8811 9.568702 0.9710 1.826622

 Xác định độ sâu phân giới h k

Vì dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật nên theo ta có công thức tính hk:

3 2