Thiết kế hồ chứa nước pu nhí

Khu vực công trình đầu mối + Địa tầng của vùng tuyến công trình đầu mối được thể hiện trên các mặt cắt địa chất tuyến đập, tuyến cống lấy nước, tuyến tràn xả lũ; các lớp đất đá được phâ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 4

1.1 Vị trí địa lý và nhiệm vụ công trình 4

1.2 Tình hình dân sinh kinh tế 13

1.3 Phương hướng phát triển kinh tế và nhiệm vụ công trình 16

1.3.1 Định hướng phát triển kinh tế vùng dự án 2001 – 2012 16

1.4 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 17

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỢI 20

2.1 Chọn tuyến xây dựng công trình 20

2.2 Tính toán mực nước chết và dung tích chết 23

2.3 Tính toán mực nước dâng bình thường và dung tích hồ 27

2.4 Tính toán điều tiết lũ 36

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐẬP CHÍNH 47

3.1 Mục đích yêu cầu 47

3.2 Tài liệu thiết kế 47

3.3 Các kích thước cơ bản của đập đất 48

3.4 Tính toán thấm cho đập và nền sử dụng phần mềm Geoslop 79

3.5 Tính toán ổn định mái đập 81

3.6 Tính toán ổn định mái đập bằng phương pháp sử dụng phần mềm Geoslop 97

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN 103

4.1 Bố trí chung đường tràn 103

4.2 Tính toán thuỷ lực đường tràn 105

4.3 Cấu tạo các bộ phận 124

4.4 Tính toán ổn định tường cánh thượng lưu tràn 129

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 138

5.1 Những vấn đề chung 138

5.2 Chọn tuyến và hình thức cống 139

5.3 Thiết kế kênh hạ lưu cống 141

5.4 Tính toán khẩu diện cống: 143

5.5 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống 147

5.6 Kiểm tra trạng thái chảy và tiêu năng sau cống 148

5.7 Chọn cấu tạo cống 157

CHƯƠNG 6: CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT 163

6.1 Tính toán kết cấu cống phương ngang 163

CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 199

7.1 Nhận xét cơ bản 199

7.2 Những ảnh hưởng có hại 199

7.3 Những ảnh hưởng có lợi 203 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

● Vị trí và nhiệm vụ của công trình

● Các điều kiện tự nhiên

● Điều kiện dân sinh kinh tế và nhu cầu dùng nước

● Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 Vị trí địa lý và nhiệm vụ công trình

1.1.1 Vị trí địa lý

Hồ chứa nước Pu Nhí dự kiến xây dựng nằm trên suối Pu Nhí, thuộc địa phận bản Pu Nhí A - xã Pu Nhí - huyện Điện Biên Đông - tỉnh Điện Biên Cách thị xã Điện Biên 20km, cách thị trấn Na Son 23km rất thuận tiện cho xây dựng công trình

Vị trí cụm đầu mối có toạ độ: 21030' vĩ độ Bắc

Hình 1.2 Hồ Pu Nhí (Hình ảnh minh họa)

1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo

Suối Pu Nhí là một nhánh chính của sông Pu Nhí, phát nguyên từ dãy núi Pu Huốt xã Mường Phăng, huyện Điện Biên Xung quanh lưu vực là núi cao bao bọc, thung lũng chật hẹp, càng về hạ lưu gần bản Pu Nhí A thung lũng được mở rộng có chỗ tới 0,9km, nhưng tại cuối bản suối bị thắt lại bới hai dãy núi có cao độ +1248 có khả năng tạo thành một lòng hồ chứa nước tương đối tốt

Đặc điểm địa hình khu vực cụm công trình đầu mối tương đối hẹp, mái dốc của các sườn núi thay đổi từ 500 đến 650 Với các khu tưới do bị các dãy núi phân chia thành các mảnh nhỏ chạy dọc các thung lũng ven suối, xung quanh bị bao bọc bởi các dãy núi, các thửa ruộng kiểu này phân bố trên hầu hết các bản của xã Pú Nhi

Vùng hưởng lợi của công trình bao gồm hai khu tưới chính là :

Khu tưới Pu Nhí C nằm ở hạ lưu công trình cách cụm công trình đầu mối 1,2km Cao trình mặt đất tự nhiên tại khu tưới thay đổi từ 1108 đến 800 Độ dốc mặt đất tự nhiên tại khu tưới thay đổi từ 3-5

Khu tưới sau đập dâng Tạ Té B chạy dọc theo lòng suối Cao trình mặt đất tự nhiên tại khu tưới thay đổi từ 720 đến 530 Độ dốc mặt đất tự nhiên tại khu tưới thay đổi từ 3-5 Cả hai khu tưới này đều nằm ven suối Pu Nhí có địa hình dốc Với

địa hình như trên các khu tưới bị phân tán hình thành các bậc thang nhỏ, diện tích khu tưới được phân bổ trên một diện rộng

1.1.3 Tài liệu khảo sát địa hình

+ Đo nối chuyển cao tọa độ công trình về hệ cao tọa độ VN2000

+ Đo vẽ bình đồ: Công trình trên kênh (TL 1/200), Nhà quản lý (TL 1/200), Đường thi công và đường liên xã (TL1/1000), Bãi vật liệu đất đắp (TL 2000)

+ Cắt dọc, cắt ngang các hạng mục: Đập, tràn, cống lấy nước, tuyến kênh chính và công trình trên kênh, Đường thi công và đường liên xã, Đường điện quản lý

+ Cắm tim tuyến các hạng mục công trình; cắm mốc biên giải phóng mặt bằng

1.1.4 Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn

+ Phân vùng II:

Khu vực có địa hình dốc chiếm đa phần diện tích hồ đó là các sườn đồi và các dãy núi dọc cánh trái đường viền hồ Đây là vùng phát triển các thành tạo có nguồn gốc sườn tích (dQ); thành phần chủ yếu là đất sét pha nặng đôi chỗ có lẫn tảng lăn, tảng sót, kích thước từ 0,2 – 1,5m; Chiều dày trung bình từ 1,5 - 3,0m

+ Phân vùng III:

Tầng đá gốc đá grano diorit, Điorit thạch anh phong hoá vừa, mức độ nứt nẻ của đá từ trung bình đến ít Trong lòng hồ, diện lộ trên bề mặt thường ở dạng nhỏ

dưới dạng các khối độc lập nơi tầng phủ trên mặt bị bào mòn Phía đầu sườn vai phải đập, tầng đá gốc xuất lộ dưới dạng một Batolit lớn có sườn dốc đứng Nhìn

chung tầng đá gốc có cấu tạo dạng khối, cường độ cứng chắc, ít nứt nẻ

b Địa chất thuỷ văn

+ Nước mặt và nước ngầm trong khu vực là loại nước nhạt Bicacbonat Canxi magiê

có độ pH = 7,0 - 7,2; độ kiềm Bicacbonát HCO3-  = 1,52 - 2,59mg/l; hàm lượng các ion muối tan khác CL-= 0,16 - 0,24g/l; Mg+= 0,51 - 0,86mg/l Qua đối chiếu hàm lượng hoá học của nước với các chỉ tiêu được quy định trong tiêu chuẩn ngành 14TCN 78 - 88 nhận thấy: nước trong khu vực công trình không có bất cứ một dấu hiệu nào về khả năng ăn mòn các loại đối với bê tông dùng cho công trình thuỷ công

c Động đất và kiến tạo

+ Trong vùng công trình không có dấu hiệu của các hoạt động tân kiến tạo xảy ra + Theo bản đồ phân vùng động đất Việt Nam và các tài liệu nghiên cứu của Viện Vật lý địa cầu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia, khu vực công trình là vùng có thể chịu ảnh hưởng của trấn động từ điểm tâm trấn cực đại nằm cách công trình khoảng 10 Km về phía Đông Bắc, tạo ra động đất cấp I0max

=VIII (MKS,MM) với cường độ Msmax = 5,5 độ Richter, tần suất khoảng 150 năm một lần

2 Khu vực công trình đầu mối

+ Địa tầng của vùng tuyến công trình đầu mối được thể hiện trên các mặt cắt địa chất tuyến đập, tuyến cống lấy nước, tuyến tràn xả lũ; các lớp đất đá được phân bố

từ trên xuống dưới như sau:

- Lớp 1a: Lớp sạn sỏi lẫn cát bụi màu màu vàng, xám nâu, xám ghi, nguồn gốc bồi

tích suối (aQ) Lớp này chỉ phân bố ở lòng suối và sát hai bờ suối, chiều dày lớp thay đổi từ 1,2 – 2,5 m Lớp có tính thấm mạnh với hệ số thấm xác định bằng đổ nước (tại hố khoan KM12) là K= 1.88 x 10-3cm/s

- Lớp 1b: Đất sét pha nặng đến sét màu nâu hồng, nâu vàng đốm đen trắng nguồn

gốc bồi tích (aQ) Đất có kết cấu chặt vừa, trạng thái từ dẻo cứng đến nửa cứng Lớp có diện phân bố rộng rãi ở hai bên thềm suối; chiều dày thay đổi từ 2,5 – 7,5 m

Hệ số thấm xác định bằng đổ nước tại lớp này K= 2,52 – 4,95x 10-5cm/s

- Lớp 1c: Đất sét pha nặng lẫn cát bụi màu xám xanh Trạng thái dẻo mềm Nguồn

gốc bồi tích (aQ) Lớp 1c nằm ngay dưới lớp 1a và 1b, phân bố chủ yếu ở phạm vi lòng thung lũng; chiều dày thay đổi từ 2,0 – 4,3 m Hệ số thấm K= 1,37 x 10-4 - 1,12

x 10-3cm/s

- Lớp 2: Đất sét pha vừa đến pha nặng (bụi thường pha cát) lẫn ít sạn màu xám vàng

đến nâu đỏ đốm trắng Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Nguồn gốc sườn tích (dQ) Lớp 2 thường nằm ngay trên bề mặt, phân bố chủ yếu ở hai vai đập; chiều dày thay đổi từ 3,5 – 8,5 m Hệ số thấm K= 4,95 x 10-5 – 5,74 x 10-5 cm/s

- Lớp 3a: Đất sét pha nhẹ đến pha vừa xen kẹp (bụi thường pha cát) lẫn ít sạn sỏi,

màu xám vàng xám nâu Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Nguồn gốc pha tích (a,dQ) Lớp 3a nằm dưới lớp 1c, 1b và lớp 2, phân bố rộng rãi ở cả hai vai đập và trong thung lũng lòng suối; chiều dày thay đổi từ 5,4 – 19,5 m Hệ số thấm K= 4,95

x 10-5 – 1,01 x 10-4 cm/s

- Lớp 3b: Cát pha nặng đến sét pha nhẹ (bụi thường pha cát) lẫn ít sạn dăm màu

xám ghi xám nâu đốm xám vàng trắng Trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng Nguồn gốc tàn tích (eQ) Lớp 3b nằm ngay dưới lớp 3a, phân bố rộng khắp dọc theo chiều dài tuyến; chiều dày thay đổi từ 1,7 – 12,5 m

Hệ số thấm K= 8,9 x 10-5 – 9,89 x 10-5 cm/s

- Lớp 4 : Cuội sạn kết, cát kết phong hoá từ vừa đến nhẹ, cứng chắc

1.1.5 Đặc điểm khí tượng thủy văn

1 Tình hình chung

Khí hậu vùng dự án nói chung chịu ảnh hưởng của vùng nhiệt đới giói mùa; nắng nóng, mưa nhiều, độ ẩm cao, bốc hơi nhiều Nhiệt độ vùng Pu Nhí mang đặc trưng của vùng miền núi, nhiệt độ lên cao vào những tháng mùa hè và giảm đáng kể

vào những tháng mùa đông, có thời điểm xuống tới gần 00 C Lượng mưa chia làm

hai mùa rõ rệt : Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 9, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3,

tháng 10 và tháng 4 là hai tháng chuyển tiếp Lượng mưa phân phối không đều,

chiếm tỷ lệ nước lớn trong mùa mưa Mùa khô lượng mưa ít, tuy nhiên vào tháng 4,

tháng 10 có thể xuất hiện một vài trận mưa gây lũ

a Các đặc trưng khí hậu, khí tượng

+ Nhiệt độ

Bảng 1-2: Các yếu tố khí hậu chính trong vùng

Tháng

Nhiệt độ K2bình quân

T0C

Độ ẩm K2tương đối U%

Tốc độ gió bình quân V (m/s)

Số giờ nắng h (giờ)

Dựa vào dạng bốc hơi nhiều năm của trạm Điện Biên, lượng tổn thất bốc hơi được

phân phối như sau:

Bảng 1-3: Phân phối bốc hơi theo tháng

Z (mm) 14,0 16,9 19,5 18,1 18,7 16,1 13,8 12,2 12,5 14,9 14,8 13,8 185,3

Các trạm đo lưu lượng trong vùng quá lớn hoặc quá ít năm đo đạc nên chúng

ta chỉ dùng tài liệu trạm Nứa Ngàm để thu phóng phân phối dòng chảy năm cho lưu vực nghiên cứu

+ Lưu lượng bình quân nhiều năm:

Bảng 1-6: Tổng hợp các đặc trưng thuỷ văn vùng công trình

+ Phân phối dòng chảy năm thiết kế P=75%

Bảng 1-7: Lưu lượng thiết kế năm 75% tại đầu mối công trình

Q 75% 0,715 0,645 0,317 0,442 0,183 0,314 0,148 0,078 0,047 0,036 0,053 0,213 0,251

+ Dòng chảy lũ:

Nội dung tính toán xác định các thông số: Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất thiết kế

(Q m p%), tổng lượng lũ lớn nhất thiết kế (W m p%), đường quá trình lũ lớn nhất thiết kế ((Qt) m p%)

Để tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ lớn nhất thiết kế cho lưu vực hồ chứa, do lưu vực hồ không có tài liệu thực đo dòng chảy nên sử dụng một số phương pháp tính toán gián tiếp Ở đây sử dụng công thức cường độ giới hạn để tính lưu lượng đỉnh lũ cho lưu vực Kết quả tính toán như sau:

Bảng 1-8: Lũ thiết kế tại tuyến hồ

+ Đường quá trình lũ thiết kế:

Vì lưu vực nhỏ nên chọn dạng đường quá trình lũ có dạng hình tam giác với thời gian lũ xuống bằng  = 1,5 lần thời gian lũ lên TX = 1,5Tl

Bảng 1-9 :Thời gian kéo dài trận lũ

TT Thông số tần suất

Lũ thi công tại các tuyến công trình được xác định bằng phương pháp lưu vực tương tự, và được chuyển về các tuyến công trình Pu Nhí - Pú Nhí theo tỉ lệ diện tích từ công thức triết giảm

Bảng 1-10: Lũ thi công theo số liệu trạm Nứa Ngam

Tuyến hồ

5% 0,527 0,643 2,996 1,435 12,42 0,792 1,254 3,52 10% 0,430 0,548 2,411 1,179 10,07 0,667 1,090 3,02

+ Chảy bùn cát

Độ đục bình quân nhiều năm của lưu vực tính toán ρ = 250 g/m3

c Các đặc trưng của hồ chứa

+ Đường quan hệ của hồ chứa

1.2 Tình hình dân sinh kinh tế

Tình hình dân sinh kinh tếcủa xã Pu Nhí được thể hiện trong các bảng sau:

1.2.1 Dân số - lao động

Bảng 1-12 : Dân số và lao động xã Pú Nhi

Dân tộc Khơ mú Hộ 13

1.2.2 Tình hình sử dụng đất đai, kết quả sản xuất và thu nhập

Hiện trạng sử dụng đất đai xã Pú Nhi với tổng diện tích đất tự nhiên 17.900ha, nhưng mục đích sử dụng đất đai, kết quả sản xuất và thu nhập được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1-13 : Sử dụng đất đai, kết quả sản xuất và thu nhập

Đất đai không những sử dụng dùng để canh tác ngoài ra còn sử dụng để chăn nuôi,

Hiện nay chăn nuôi chỉ mang tính lẻ tẻ thiếu tập trung, các gia đình chỉ nuôi theo hình thức chăn thả tự nhiên bao gồm :

Bảng 1-14 : Sử dụng đất đai để chăn nuôi

1.2.3 Nhu cầu sử dụng nước

Bảng 1-15:Tổng lượng nước yêu cầu của khu tưới Nậm Ngam C tại đầu mối

Tháng Ngày

tại mặt ruộng

Tổng W cần tại đầu mối

1.2.4 Tình hình giao thông vận tải, điện, nước sinh hoạt

Do địa hình khu vực rất dốc, vào mùa kiệt nước chỉ chảy với lưu lượng rất nhỏ trên các tuyến suối chính Nước sinh hoạt cho các hộ ở đây phải vận chuyển trên một quãng đường khá dài, có hộ phải gùi nước từ 1 - 1.5 km đường rừng để lấy nước cho sinh hoạt Hiện tại, tại vùng dự án chưa có một công trình thuỷ lợi nào được xây dựng

+ Về giao thông: Tại vùng dự án có một số tuyến đường giao thông rải đất

cấp phối với chiều rộng từ 5-7m Tuy nhiên các tuyến đường này mới chỉ nối trung tâm xã Pú Nhi và một số bản lớn, các bản còn lại chưa có tuyến đường giao thông Với địa chất đất có tính sét cao, vào mùa mưa các tuyến đường giao thông trên bị xói lở nhiều và rất lầy lội, các phương tiện cơ giới khó có thể vận chuyển được Hiện tại vào mùa mưa việc liên lạc với bên ngoài của một số Bản hầu hết bằng ngựa thồ, xe mô tô

+ Về điện: Hiện tại có một đường dây điện 35kv cung cấp điện cho xã Điện

đã được đưa tới phần lớn các bản của xã Pú Nhi Hiện nay điện mới chỉ được dùng cho sinh hoạt

1.3 Phương hướng phát triển kinh tế và nhiệm vụ công trình

1.3.1 Định hướng phát triển kinh tế vùng dự án 2001 – 2012

Để khắc phục tình trạng đói nghèo của nhân dân, Đảng bộ và chính quyền tỉnh Điện Biên đã chọn điểm phát triển kinh tế khu vực này là trọng điểm của tỉnh Phát triển hệ thống thuỷ lợi phục vụ thâm canh tăng vụ, khai hoang tăng diện tích sản suất, giải quyết nước sinh hoạt cho nhân dân Ngoài ra địa phương còn định hướng phát triển khu vực này thành một trong những trọng điểm trồng chè, cây ăn quả đặc sản của tỉnh với hàng ngàn ha hoang hoá

1.3.2 Nhiệm vụ công trình

Đảm bảo chủ động nguồn nước mặt tưới cho lúa và cây ăn quảvới tổng diện tích đất canh tác là 1200 ha Trong đó:

+ Lúa: 600 ha ; Màu: 100ha ; Cây chè và cây ăn quả: 500 ha ;

+ Cấp nước sinh hoạt cho 4500 dân trong vùng

Kết hợp nuôi trồng thuỷ sản, tạo cảnh quan du lịch, cải tạo môi trường sinh thái vùng dự án

1.4 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

1.4.1 Cấp công trình

Căn cứ vào quy phạm thiết kế công trình thủy lợi QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, cấp công trình được xác định theo hai điều kiện:

+ Theo nhiệm vụ chính của công trình

+ Theo chiều cao công trình và loại nền

1 Theo nhiệm vụ chính của công trình

Công trình có nhiệm vụ cấp nước tưới cho lúa và cây ăn quả với tổng diện tích đất canh tác khoảng 1200 ha, nên theo quy phạm QCVN 04-05:2012 tra bảng 1 ta

sơ bộ xác định được công trình là cấp IV

2 Theo chiều cao công trình và loại nền

Theo kết quả nghiên cứu ở giai đoạn thiết kế sơ bộ, xác định được chiều cao đập trong khoảng từ 15 – 35 (m), loại đất nền thuộc nhóm B Tra bảng 1 (QCVN 04-05:2012) được công trình cấp II

Vậy từ hai điều kiện trên ta xác định cấp công trình là cấp II

1.4.2 Chỉ tiêu thiết kế

Với cấp công trình xác định được là cấp II tra quy phạm QCVN 04-05:2012 và TCVN 8216-2009 được các tần suất và hệ số tính toán như sau:

1 Tần suất tính toán

+ Tần suất lũ thiết kế P = 1%, (Tra bảng 4 QCVN 04-05:2012)

+ Tần suất lũ kiểm tra P=0,2% , (Tra bảng 4 QCVN 04-05:2012)

+ Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất: P=4% khi mực nước hồ ở MNDBT và P=50% khi mực nước hồ ở MNDGC (theo bảng3 TCVN 8216-2009) + Tần suất tưới đảm bảo: P = 85%, (tra bảng3 QCVN 04-05:2012)

+ Tần suất lưu lượng lớn nhất để thiết kế chặn dòng: P = 5%, (tra bảng8 QCVN 05:2012)

- Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản = 1,00

- Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt = 0,90

- Mực đảm bảo tính toán của chiều cao sóng leo i = 1%

+ Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập đất:

- Trường hợp cơ bản: [K] = 1,3 (tra bảng 7 TCVN 8216-2009)

- Trường hợp đặc biệt: [K] = 1,1 (tra bảng 7 TCVN 8216-2009)

- Cấp động đất: Cấp 8 thang 12 cấp

- Tuổi thọ công trình là 75 năm.(tra QCVN 04-05:2012)

TÍNH TOÁN THỦY LỢI

● Chọn tuyến xây dựng công trình

● Tính toán mực nước chết của hồ

● Tính toán MNDBT và dung tích hồ chứa

● Bố trí tổng thể công trình đầu mối

● Tính toán điều tiết lũ

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỢI 2.1 Chọn tuyến xây dựng công trình

2.1.1 Nguyên tắc chọn tuyến công trình

Bố trí công trình đầu mối là một khâu rất quan trọng, không những ảnh hưởng đến các thông số kinh tếkỹ thuật của công trình, điều kiện thi công, mà còn ảnh hưởng đến sự thuận lợi và chất lượng sử dụng, khai thác công trình Công trình đầu mối được bố trí dựa trên các nguyên tắc sau :

+ Thuận lợi khi khai thác sử dụng

+ An toàn, hiệu ích và đáp ứng sự phát triển trong tương lai

+ Thuận lợi cho thi công

2.1.2 Hình thức công trình đầu mối

Để thực hiện được nhiệm vụ đã nêu ở trên thì tại khu vực ta phải xây dựng hồ chứa để trữ nước vào mùa mưa và lấy nước tưới vào mùa khô, đồng thời điều tiết lũ cho khu vực

Cụm công trình đầu mối gồm ba hạng mục công trình chính :

+ Đập dâng : đập đất đồng chất đắp bằng vật liệu địa phương,

+ Tràn nước : tràn dọc bố trí ở vai trái của đập

+ Cốnglấy nước : bố trí ở vai phải công trình, hình thức cống là cống ngầm không áp

+ Ngoài ra còn thiết kế hệ thống kênh tưới từ công trình đầu mối đến khu tưới

Trong phạm vi đồ án chỉ trình bày việc thiết kế các công trình đầu mối

2.1.3 Hình thức tràn xả lũ

1 Phương án tràn

Do xung quanh lòng hồ thượng lưu phía đập là các dãy núi chạy song song với hướng dòng chảy bao quanh hồ chứa vùng giáp tuyến đập nên ta không thể bố trí tràn tách rời tuyến đập Hơn nữa căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất lòng sông ta thấy hoàn toàn có thể xả lũ qua thân đập.Do vậy ta quyết định chọn vị trí tràn xả lũ cùng với tuyến đập dâng

Dựa vào điệu kiện địa hình, địa chất lòng sông thượng và hạ lưu tuyến đập ta chọn

vị trí tuyến tràn về phía bờ trái của đập Bởi vì bờ trái thoải và thuận cho việc bố trí hơn bờ phải

Từ việc bố trí tuyến tràn ta đưa ra 2 phương án thiết kế như sau:

+ Phương án 1: Tràn thực dụng mặt cắt hình cong Sau tràn là dốc nước Tiêu năng sau dốc bằng mũi hắt

+ Phương án 2: Tràn đỉnh rộng Sau tràn là dốc nước Tiêu năng sau dốc bằng bể tiêu năng

Qua so sánh 2 phương án, ta thấy phương án 2 tốt hơn cả về mặt kinh tế và kỹ thuật.Nên ta chọn phương án 2 làm phưong án thiết kế

2 Hình thức tràn

Căn cứ vào điều kiện địa hình có hai phương án hình thức tràn: Đập tràn có cửa van điều tiết và đập tràn không có cửa van điều tiết Cả 2 phương án đều có ưu nhược điểm khác nhau:

+ Đập tràn có cửa van điều tiết:

+ Do ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT nên giảm được diện tích ngập lụt thượng lưu + Điều tiết lũ tốt và mực nước lũ không vượt qua nhiều so với MNDBT, có thể kết hợp xả bớt 1 phần mực nước hồ khi cần thiết, quản lý vận hành phức tạp

+ Đập tràn không có cửa van điều tiết

+ Tăng mức độ ngập lụt thượng lưu, không thể kết hợp xả bớt một phần nước hồ khi cần thiết

Ta thấy với mặt bằng công trình đầu mối hiện nay và địa chất lớp mặt đã khảo sát việc bố trí tràn có cửa van rất khó và không hiệu quả Do những ưu điểm của đập tràn không có cửa van nên ta chọn hình thức đập tràn không có cửa van điều tiết tiện cho quản lý vận hành

2.1.4 Cống lấy nước

Có hai phương án

+ Phương án 1: Cống có áp, mặt cắt tròn bằng ống thép, có tháp van điều tiết lưu lượng

+ Phương án 2: Cống không áp, mặt cắt hình chữ nhật bằng bê tông cốt thép,

có tháp van điều tiết lưu lượng

So sánh 2 phương án ta thấy phương án 2 đơn giản, giá thành rẻ hơn Do vậy chọn phương án 2 để thiết kế

2.2 Tính toán mực nước chết và dung tích chết

2.2.1 Khái niệm về mực nước chết và dung tích chết

Dung tích chết (Vc) là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy Phần dung tích nằm ở phần dưới cùng của kho nước nên gọi là dung tích lót đáy Dung tích chết chính là giới hạn dưới của hồ chứa

Mực nước chết (MNC) là mực nước nhỏ nhất đảm bảo công trình hoạt động bình thường và là mực nước tương ứng với dung tích chết Vc Mực nước chết và dung tích chết có quan hệ với nhau qua đường đặc trưng địa hình hồ chứa Z~V

Ta có quan hệ địa hình lòng hồ theo số liệu như sau :

Bảng 2-1: Quan hệ Z ~ V, Z ~ F lòng hồ

F (km2) 0,013 0,041 0,101 0,18 0,231 0,275 0,329 0,386

Vb : Thể tích bồi lắng hàng năm của bùn cát

T: Số năm hoạt động của công trình (tuổi thọ công trình) Theo QCVN 05:2012, công trình hồ chứa cấp II có thời gian tính toán dung tích bồi lắng bị lấp đầy (tuổi thọ công trình) T = 75 năm

04-+ Hồ có nhiệm vụ tưới tự chảy nên MNC không được nhỏ hơn cao trình mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy :

MNC = Zkc + Z ≥ Zmin (2-2) trong đó:

Zmin: Cao trình mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy

2 Xác định MNC theo điều kiện lắng đọng bùn cát

Lượng bùn cát lắng đọng hàng năm tại vị trí tuyến công trình bao gồm:

- Bùn cát lơ lửng

- Bùn cát di đẩy

= 0,08(kg/s) trong đó:

ρ = 250g/m3: Lượng ngậm bùn cát

Q = 0,319m3/s: Lưu lượng bình quân năm

Tổng lượng bùn cát lơ lửng trong 1 năm:

Gl1 = R0.T = 0,08.365.24.60.60 = 2522880 kg = 2522,88 tấn

b Bùn cát di đẩy

Lượng bùn cát di đẩy được lấy bằng 20% của lượng bùn cát lơ lửng:

Gd = 20%.Gll = 20%.2522,88 = 504,58 tấn

c Tổng dung tích lắng đọng trong toàn bộ thời gian hoạt động của công trình

Bảng 2-2: Tổng dung tích lắng đọng hàng năm trong hồ chứa

TT Thành phần Khối lượng (tấn) Khối lượng riêng (tấn/m3) Dung tích (m3)

Với Vbc = 261750 m3, tra quan hệ Z ~ V xác định được cao trình bùn cát lắng đọng trong hồ chứa Zbc = 1124,43m

Công thức :

MNC = bc hd h

(2-3) trong đó:

V : Tổng thể tích bùn cát lắng đọng bình quân trong 1 năm

T: Tuổi thọ công trình, T=75 năm (cấp 2)

d

h : Chiều dày lớp nước đệm từ cao trình bùn cát đến đáy cống

Theo kinh nghiệm hd=(0, 4 0, 7)m, chọn hd=0,5m

h: Độ sâu cột nước trước cống để lấy đủ lượng nước thiết kế

sơ bộ chọn h=1,2 m

 MNC=1124,43 + 0,5 + 1,2 = 1126,13 m

3 Xác định MNC theo yêu cầu khống chế tưới tự chảy

MNC theo điều kiện khống chế tưới tự chảy phải thoả mãn điều kiện sau:

MNC=Zdk Z (2-4) trong đó:

dk

Z - Mực nước khống chế đầu kênh tưới phải thoả mãn yêu cầu khống chế tưới

tự chảy theo tài liệu tính toán thuỷ nông Zdk=1125,5 m Mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy được xác định từ cao độ mặt ruộng điển hình của khu tưới Nậm Ngam C Vị trí cao nhất của khu tưới Nậm Ngam C có cao độ

khoảng 1115m Như vậy, với khoảng cách từ hồ chứa đến khu tưới dài 1,1km thì cao độ Z = 1127 m hoàn toàn đảm bảo tưới tự chảy

ΔZ: Tổng tổn thất tính từ đầu kênh tưới đến cửa vào của cống lấy nước(bao gồm tất cả tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường) , sơ bộ chọn ΔZ=1,5 m Vậy:

Dung tích hiệu dụng (Vh) là phần dung tích được giới hạn bởi MNDBT và MNC Đây là phần dung tích cơ bản làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy

2.3.2 Ý nghĩa của việc xác định mực nước dâng bình thường

MNDBT là một thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến dung tích hồ, cột nước và lưu lượng Từ đó, MNDBT cũng quyết định chiều cao đập, kích thước các công trình xả, ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích vùng ngập lụt, tổn thất do ngập lụt ở thượng lưu và kinh phí xây dựng công trình

2.3.3 Xác định hình thức điều tiết hồ

Theo tài liệu về thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế (P = 75%) và nhu cầu dùng nước trong năm có :

+ Lượng nước đến trong năm là : Wđến = 0,251.106 (m3)

+ Nhu cầu dùng nước trong năm là: Wdùng = 0,239.106 (m3)

So sánh thấy Wđến > Wdùng và Wđến mùa kiệt < WDùng mùa kiệt do đó trong một năm lượng nước đến luôn đáp ứng đủ cho yêu cầu dùng nước Vậy ta tiến hành điều tiết năm đối với hồ chứa nước Pu Nhí

Khi tính toán điều tiết năm ta sử dụng năm thủy lợi để tính, tức là đầu năm mực nước trong hồ là MNC, đến cuối mùa lũ mực nước trong hồ là MNDBT và cuối năm trong hồ trở về MNC

2.3.4 Tính toán điều tiết kho nước theo phương pháp lập bảng

Dựa trên phương trình cân bằng nước:

(2-5)

trong đó:

, : là lưu lượng đến đầu và cuối thời đoạn

, : là lưu lượng nước dùng đâug và cuối thời đoạn

, : là dung tích hồ tại thời điểm đầu và cuối thời đoạn

3 Phương pháp tính toán

Tính toán cân bằng nước cho hồ chứa nước Pu Nhí được thực hiện với sơ đồ 1

hồ chứa 1 đập dâng Nội dung tính toán bao gồm:

+ Cân bằng lượng nước đến và lượng nước yêu cầu tại đập dâng Tạ Té B nhằm xác định lượng nước thiếu cần cung cấp tại hồ chứa

+ Cân bằng nước tại hồ chứa để xác định dung tích hữu ích và mực nước dâng bình thường

+ Vận hành nước trong hồ theo phương án trữ sớm: Mực nước đầu mùa lũ được giữ tại mực nước chết Sau đó, hồ tích nước liên tục từ tháng đầu tiên của mùa lũ tới khi đạt dung tích hiệu dụng thì xả khỏi hồ lượng nước thừa

+ Lượng nước tưới chỉ lấy đủ theo yêu cầu nước tính toán của từng vụ

+ Dựa vào diện tích tưới các vụ và lượng nước xả thừa ít nhất để đánh giá khả năng tưới của hồ

Dùng phương pháp lập bảng để tính toán cân bằng nước

4 Cân bằng nước tại đầu mối đập dâng

Bảng 2-3: Nhu cầu dùng nước tại đầu mối hồ chứa

Tháng Lượng nước yêu cầu tưới

+ Tính toán điều tiết năm cho hồ chứa nước Pu Nhí với các tài liệu sau:

- Đặc trưng địa hình kho nước: Bảng 1-11

- Lượng bốc hơi ở hồ chứa:

Lượng chênh lệch bốc hơi cả năm Z = 185,3 mm

Phân phối bốc hơi thiết kế: (Q  t)tk: Bảng 1-5

+ Yêu cầu cấp nước: Với mức đảm bảo cấp nước là 75%, lượng nước cần dùng cho hang tháng được thống kê trong bảng 1-15 Lượng nước cần dùng tính tại đầu mối nhỏ hơn lượng dòng chảy năm thiết kế nên ta phải tính toán điều tiết năm

6 Nội dung tính toán

a Xác định dung tích hiệu dụng Vh khi chưa kể tổn thất

Bảng 2-4 Tính toán dung tích hiệu dụng khi chưa kể đến tổn thất

Tháng

Số

t i  Nước đến Nước đến Nước dùng Nước

thừa

Nước thiếu

Dung tích kho

V 2

Xả thừa

(106m3) (m3/s) (106 m3) (106 m3) (106 m3) (106 m3) (106 m3)

+ Cột (1): Thứ tự các tháng xếp theo năm thủy văn, tháng đầu tiên là tháng V tương ứng với tháng mà lượng nước đến lớn hơn hoặc bằng lượng nước dùng

+ Cột (2): Số ngày của từng tháng

+ Cột (3): Lưu lượng nước đến bình quân tháng

+ Cột (4): Tổng lượng nước đến của từng tháng: WQ = Qi.ti ; Qi: lấy ở bảng 1-7 và

ti là thời gian của một tháng tính bằng (giây:s)

+ Cột (5): Lượng nước dùng hàng thánglấy ở bảng 1-15

+ Cột (6): Lượng nước thừa hàng tháng: (6) = (4) – (5)

+ Cột (7): Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước: (7) = (5) – (4) + Cột (8): Khi tích nước thì lũy tích các giá trị cột (6) nhưng không vượt quá Vh+ Cột (9): Là lượng nước xả thừa khi lượng nước tích trong hồ đã đạt Vh

Hồ chứa có hình thức điều tiết 1 lần, do đó phải tích nước để đảm bảo yêu cầu cấp nước thời kỳ thiếu nước và đó chính là dung tích hiệu dụng chưa kể tổn thất của hồ chứa

Vh = 0,82.106 (m3)

Dung tích toàn bộ (dung tích chết và dung tích hiệu dụng) là:

Vbt = 0,82.106 + 0,683.106 = 1,503.106 (m3)

7 Tính tổn thất trong kho nước W tt

Tổn thất trong kho nước của hồ chứa nước Pu Nhí được thể hiện trong bảng 2-5:

X.thừa

Wx (106 m3) (106 m2) (106 m3) (106 m2) (mm/thg) (106 m3) T.thất K (106 m3) thất

Trong bảng trên :

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

+ Cột (2) : Là cột (8) của lần tính đầu tiên chưa kể tổn thất bảng (2-4) cộng với dung tích chết Vc , như vậy Vi ở cột (2) là dung tích của hồ chứa ở cuối mỗi thời đoạn tính toán ti

+ Cột (3) : Diện tích ứng với Vi ở cột (2),tra quan hệ V~F~Z

+ Cột (4) : Vbq dung tích bình quân trong hồ chứa, xác định theo công thức (9-26)

giáo trình thủy văn công trình :

2

c d bq

V V

V   trong đó Vd và Vc lần lượt là dung tích đầu và dung tích cuối các tháng, chú ý rằng dung tích ở cuối thời đoạn trước là dung tích hồ ở đầu thời đoạn sau :

+ Cột (5) : Diện tích trung bình mặt hồ ứng với dung tích bình quân tường

+ Cột (6) : Là lượng bốc hơi phụ thêm hàng tháng, lấy trong bảng (1-3)

+ Cột (11) : Tổng lượng nước dùng có kể đến tồn thất do bốc hơi và do thấm

+ Cột (12) : Tổng lượng nước đến từng tháng lấy từ cột (4) bảng (2-4)

+ Cột (13) : Lượng nước dùng hàng tháng chưa kể tổn thất cột (5) của bảng 2-4 cộng với lượng nước tổn thất ở cột (8) của bảng (2-5)

+ Cột (14) : Lượng nước thừa hàng tháng khi Wd> Wq : cột (11) = (9) – (10)

+ Cột (15) : Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước, khi

Wd< Wq cột (12) = (10) – (9)

Dung tích hiệu dụng Vh đã kể đến tổn thất với lần tính thử đầu tiên, theo kết quả tính trên ở bảng (2-5) ta được : Vh = 0,870.106 (m3)

Dung tích tổng cộng của hồ chưa tính đến mực nước dâng bình thường (kể cả dung tích chết) là Vbt = Vc + Vhd = 0,683.106 + 0,870.106 = 1,553.106 (m3)

Tính sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng (trường hợp đã kể đến tổn thất và trường hợp chưa kể đến tổn thất) theo công thức (9-25) Giáo trình thủy văn công trình :V(%) =

Bảng 2-6 Tính tổn thất trong kho nước lần 2

X.thừa

Wx (106 m3) (106 m2) (106 m3) (106 m2) (mm/thg) (106 m3) T.thất K (106 m3) thất Wtt (106 m3) (106 m3) (106 m3) (106 m3)

Theo kết quả tínhở bảng trên ta được : Vh = 0,88.106 (m3)

Dung tích tổng cộng của hồ chưa tính đến mực nước dâng bình thường (kể cả dung tích chết) là Vbt = Vc + Vhd = 0,683.106 + 0,88.106 = 1,563.106 (m3)

Tính sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng (trường hợp đã kể đến tổn thất lần 1và trường hợp đã kể đến tổn thất lần 2) theo công thức (9-25) Giáo trình thủy văn công trình : V(%) =

V

Ta thấy V(%) = 0,23% < 5%  giá trị thỏa mãn yêu cầu

Vậy dung tích hiệu dụng của hồ chứa là : Vh = 880000 (m3)

8 Kết quả tính toán mực nước dâng bình thường

Từ kết quả điều tiết kho nước năm đối với hồ Pu Nhí trên, ta được dung tích hồ ứng với MNDBT là:

Vbt = Vc + Vh = (0,683 + 0,88).106 = 1,563.106 (m3) = 1563000 (m3)

Tra quan hệ địa hình lòng hồ ta được: MNDBT: + 1130,56 (m)

Chọn MNDBT: + 1131 (m)

+Tổng hợp các thông số của hồ chứa

Bảng 2-7: Bảng thông số của hồ chứa

MNC (m) MNDBT (m) V C (106 m3) V h (106 m3) V hồ (106 m3)

2.4 Tính toán điều tiết lũ

2.4.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ

Mục đích của tính toán điều tiết lũ là thông qua tính toán làm thỏa mãn yêu cầu phòng lũ đề ra, đồng thời tìm được phương án hợp lý nhất về dung tích phòng

lũ của kho nước (VSC), lưu lượng xả lũ lớn nhất xuống hạ lưu (qmax), cột nước siêu cao (HSC), MNLTK Từ đó xác định được quy mô kích thước công trình đầu mối, các công trình nối tiếp thích hợp và phương thức vận hành kho nước Nói chung,

thường căn cứ vào khả năng xả lũ của dòng sông ở hạ lưu và mực nước không chế ở thượng lưu để quyết định phương thức vận hành kho nước, định ra dung tích phòng

lũ của kho nước và kích thước của công trình xả lũ

Nhiệm vụ cụ thể của việc tính toán điều tiết lũ là căn cứ vào nước lũ thiết kế

và nước lũ kiểm tra để xác định quá trình lũ (q  t) sau khi đã qua kho nước điều tiết

2.4.2 Ý ngĩa tính toán điều tiết lũ

Việc tính toán điều tiết lũ là một bước quyết định đến việc xác định hình thức, kích thước công trình tràn, vì vậy nó có ảnh hưởng trực tiếp đến quy mô, kích thước của công trình đầu mối cũng như giá thành toàn bộ công trình

2.4.3 Phương pháp tính toán điều tiết lũ

Để tính toán điều tiết lũ thì hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau Trong đó có một số phương pháp thông dụng như: Phương pháp lặp trực tiếp, phương pháp giản hóa của ko-tre-rin, phương pháp đồ giải của po-ta-pốp… Phương pháp giản hóa của Ko-tre-rin thường được ứng dụng với các hồ chứa nhỏ, có diện tích lưu vực tính đến tuyến công trình không lớn và công trình xả lũ là loại đập tràn chảy tự do Hồ chứa Pu Nhí lưu vực nhỏ, tập trung nước không lớn, đường quá trình

lũ đến và quá trình xả lũ có nhánh lên và nhánh xuống rất dốc và có thể coi là những đoạn thẳng nối tiếp nhau Bởi vậy, phương pháp ko-tre-rin phù hợp với công trình Pu Nhí, đường quá trình lũ có dạng tam giác với thời gian lũ xuống bằng 1,5 lần thời gian lũ lên : TX =  T1=1,5T1

2.4.4 Tài liệu tính toán

1 Tài liệu địa hình lòng hồ

Bảng 2-9: Thời gian kéo dài trận lũ

Căn cứ vào hình thức tràn đã chọn của hồ chứa Pu Nhí là tràn đỉnh rộng chảy

tự do với các thông số sau

+ Số khoang tràn: n = 2

+ Bề rộng một khoang: b = 6m

+ Cao trình ngưỡng tràn: Ngưỡng = MNDBT = 1131 (m)

Áp dụng công thức tính lưu lượng của đập

2 / 3 0 2

q 

(2-7) trong đó:

m: Hệ số lưu lượng của tràn m = 0,35

: Hệ số co hẹp bên của đập tràn, do các mố trụ gây nên

9 , 0



B: Chiều rộng tràn B = 2x6 (m)

d= 1m : Tổng chiều rộng mố trụ

H0: Cột nước trên tràn

Cột (1): Các mực nước giả thiết (bắt đầu từ Zngưỡng)

Cột (2): Các giá trị cột nước trên ngưỡng tràn Htr = Zgt - Zngưỡng

Cột (3): Lưu lượng chảy qua tràn