Đồ Án Tốt Nghiệp Thủy Lợi Thiết Kế Hồ Chứa Nước Bắc Quang

Với những kiến thức đã được học dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo em đã thiết kế công trình hồ chứa nước Bắc Quang PA3 với 4 phần chính như sau: - Phần thứ nhất: Thu thập, phân tí

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 4

1.1 V Ị TRÍ ĐỊA LÝ 4

1.2 Đ ẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH 4

1.3 Đ ẶC ĐIỂM THỔ NHƯỠNG 4

1.4 Đ ẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT 5

1.5 Đ ẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG , THUỶ VĂN 5

1.6 V ẬT LIỆU XÂY DỰNG : 9

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH, KINH TẾ 11

2.1 T ÌNH HÌNH DÂN SINH KINH TẾ : 11

2.2 H IỆN TRẠNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 11

2.3 H IỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI TRONG VÙNG 11

2.4 H IỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA VÙNG DỰ ÁN 12

2.5 P HƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ , XÃ HỘI : 12

2.6 N HIỆM VỤ CÔNG TRÌNH 13

2.7 C ẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ 14

2.8 B Ố TRÍ CỤM CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 18

3.1 T ÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA 18

3.2 T ÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 26

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐẬP ĐẤT VÀ TRÀN XẢ LŨ 41

4.1 H ÌNH THỨC ĐẬP CHẮN CHÍNH 41

4.2 C ÁC TÀI LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ 41

4.3 X ÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 42

4.4 C ẤU TẠO CÁC CHI TIẾT ĐẬP 46

4.5 T HIẾT KẾ SƠ BỘ TRÀN XẢ LŨ VỚI CÁC PHƯƠNG ÁN B TR 49

4.6 T ÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 63

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 68

5.1 T ÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 68

5.2 T HIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 72

5.3 T ÍNH TOÁN THẤM 79

5.4 T ÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT 91

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ 104

6.1 H ÌNH THỨC VÀ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN ĐƯỜNG TRÀN 104

6.2 T ÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN XẢ LŨ 106

6.3 T ÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRÁN XẢ LŨ 123

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 129

7.1 V Ị TRÍ VÀ HÌNH THỨC CỐNG 129

7.2 T HIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG 130

7.3 T ÍNH KHẨU DIỆN CỐNG 132

7.4 K IỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG 138

7.5 M ỘT SỐ CHI TIẾT CẤU TẠO CỐNG 149

7.6 T ÍNH TOÁN NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN CỐNG NGẦM 151

CHƯƠNG 8 TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT MỐ BIÊN TRÀN XẢ LŨ 157

8.1 M ỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 157

8.2 C ÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN 157

8.3 M ẶT CẮT VÀ CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 157

8.4 T ÍNH TOÁN NỘI LỰC 158

8.5 T ÍNH TOÁN CỐT THÉP 163

8.6 Tính toán kiểm tra nứt: 168

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong suốt 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy

Công – Trường Đại Học Thuỷ Lợi, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của

phận huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn

Với những kiến thức đã được học dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo em

đã thiết kế công trình hồ chứa nước Bắc Quang (PA3) với 4 phần chính như sau:

- Phần thứ nhất: Thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu

- Phần thứ hai: Thiết kế sơ bộ và chọn phương án thiết kế

- Phần thứ ba: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn

- Phần thứ tư: Chuyên đề kỹ thuật: Tính toán cốt mố bên tràn xả lũ

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS.Lê Xuân Khâm đã tận tình giúp đỡ emtrong suốt quá trình làm đồ án Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy

cô trong trường Đại Học Thủy Lợi đã tận tình dạy dỗ em trong suốt thời gian học tậpvừa qua

Em trân thành cảm ơn tất cả các thầy cô!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Vị trí địa lý.

Hồ Bắc Quang là một công trình thuộc cụm công trình trong dự án đầu tư xâydựng công trình thuỷ lợi 6 xã của huyện Bạch Thông – tỉnh Bắc Kạn bằng nguồnvốn ADB

Toạ độ địa lý nằm trong khoảng: - Từ 22o05’ đến 22o15’ vĩ độ bắc

Từ 105o45’ đến 105o55’ kinh độ đông

1.2 Đặc điểm địa hình.

Vùng dự án có địa hình tương đối phức tạp, địa hình chủ yếu là đồi núi đượcchia cắt bởi các thung lũng, khe lạch, sông suối thành nhiều loại địa hình khác nhau,chia căt các cánh đồng màu mỡ, gây khó khăn cho việc thiết kế bố trí các công trìnhthuỷ lợi Chi tiết có thể chia địa hình toàn vùng thành 2 loại địa hình như sau:

- Địa hình bị chia cắt bởi các sông suối và thung lũng nhỏ hẹp và ruộng bậcthang được hình thành trên các sườn dốc, chênh lệch độ cao 5÷15 m, có nơi lên đến20m Đại diện cho loại địa hình này là khu vực Pò Deng, Vang Ngần thuộc xã TúTrĩ; khu vực – xã Vũ Muộn; khu vực Nà Đinh xã Quang Thuận

- Địa hình có độ chênh cao 2÷5 m Đại diện cho loại điạ hình này là khu vựcthuộc xã Quân Bình Ruộng đất trong khu vực tương đối bằng phẳng và tập chung,

độ dốc trung bình 1o÷3o Đây là loại địa hình rất thích hợp cho canh tác đất nôngnghiệp

Trong vùng có sông Cầu chảy giữa huyện và trung tâm thị xã Bắc Kạn vì vậyđịa hình khu vực này có hướng dốc về phía sông Cầu

Độ cao trung bình của khu vực lớn, trung bình là 350 m, cao nhất là 1350m vàthấp nhất là 300m

Có thể thấy địa hình khu vực dự án là phức tạp, tuy ruộng đất ở đây màu mỡ

và tập chung, song việc xây dựng công trình thuỷ lợi cấp nước sinh hoạt và phục vụsản xuất khá khó khăn

1.3 Đặc điểm thổ nhưỡng.

1.3.1 Nhóm đất phù sa.

Đất phù xa bao gồm: Đất phù xa được bồi lắng hang năm bởi hệ thống sôngsuối và đất phù xa không bồi lắng hàng năm Các loại đất này có màu vàng tươi, độphì trung bình, rất thích hợp cho việc trồng các cây lương thực như lúa, lạc… vàcây công nghiệp ngắn ngày

1.3.2 Đất feralit phủ trên nền:

Đất feralit mùn trên núi, có độ cao từ 200÷700 m Đất này có màu vàng, vàngnhạt ,vàng đỏ, đỏ nâu phủ trên phù xa cổ, sa thạch, đá granit, đá biến chất, đá vôi…

Đất này phù hợp với sự phát triển của cây lương thực, cây ăn quả và cây côngnghiệp.

Địa chất vùng tuyến đập có thể chia thành các lớp địa chất như sau:

- Lớp 1: Lớp cuội, sỏi lòng sông, có chiều dày 0.5÷1 m Lớp này có hệ số thấmnước lớn

- Lớp 2: Là lớp đá phong hoá có chiều dày khoảng 8m Hệ số thấm tươngđối lớn (K = 10-4m/s) Đây là tầng gây mất nước nhiều nhất khi xây dựngđập

- Lớp 3: Là lớp đá phong hoá ít, có chiều dày nhỏ 0.2÷0.5 m

- Lớp 4: Lớp đá gốc cứng và nứt nẻ ít, hệ số thấm của lớp này nhỏ, gần như khôngthấm nước

1.4.2 Địa chất tuyến tràn và tuyến cống:

Địa chất 2 khu vực này không có gì thay đổi nhiều so với địa chất tuyến đập,tuy nhiên tuyến tràn có điạ hình cao, và nằm hoàn toàn trên núi nên dưới lớp đáphong hóa là lớp đá bị phong hoá ít

1.5 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn.

Toàn tỉnh Bắc Kạn có 4 trạm đo đạc là : trạm Chợ Rã, trạm Ngân Sơn, trạmChợ Đồn, trạm Thị xã Bắc Kạn Tuy nhiên trạm gần nhất và đáng tin cậy nhất làtrạm đo đạc thị xã Bắc Kạn, vì vậy ta lấy số liệu đo đạc của trạm này để tính toánthiết kế sau này

1.5.1 Khí tượng.

a) Nhiệt độ:

Nhiệt độ trung bình, cao nhất và thấp nhất của thị xã Bắc Kạn như sau:

Bảng 1-1: Nhiệt độ trung bình nhiều năm của thị xã Bắc Kạn.

- Mùa nóng bắt đầu từ tháng IV đến tháng X, nhiệt độ trung bình 22oC, thángnóng nhất là tháng VI có nhiệt độ tới gần 40oC.

- Mùa lạnh bắt đầu từ tháng XI đến tháng III năm sau, nhiệt độ trung bìnhtháng lạnh nhất là -1 oC vì vậy nhiệt độ có ảnh hưởng không tốt tới trồng trọt vàchăn nuôi trong khu vực

b) Độ ẩm

Bảng 1-2: Độ ẩm không khí trung bình năm tại trạm thị xã Bắc Kạn

Độ ẩm(%) 82 82 83 84 82 84 86 86 85 83 83 82 84c) Bốc hơi

Bảng 1-3: Lượng bốc hơi bình quân tháng, năm tại trạm thị xã Bắc Kạn

∆Z

(mm)

55.8 54.4 58.1 60.5 78.4 66.5 61.3 55.8 61.1 65.7 59.8 57.9 73.53d) Nắng

Trong khu vực công trình mặt trời chiếu sáng quanh năm và phân bố khôngđồng đều Bình quân mỗi ngày có 4÷5 giờ nắng Mùa đông cũng có 2 giờ/ngày, mùa

hè có tới 6 giờ/ ngày

e) Mưa

Qua tài liêu quan trắc nhiều năm của trạm đo thị xã Bắc Kạn ta thấy khu vựcxây dựng công trình có 2 mùa mưa nắng rõ rệt Mùa mưa bắt đầu từ tháng V đếntháng IX, mùa khô bắt đầu từ tháng X đến tháng IV năm sau Lượng mưa mùa mưachiếm 70÷80 % lượng mưa cả năm

Bảng 1-4: Kết quả quan trắc lượng mưa trung bình tháng trạm thị xã Bắc Kạn

- Lượng mưa bình quân năm: Xo = 1532.0 mm

- Lượng mưa năm ứng với tần suất 85%: X85% = 1342.08 mm

f) Gió

Vận tốc gió theo hướng chủ yếu tại tuyến đập ứng với các tần suất thiết kếđược thể hiện trong bảng

Bảng 1-5: Vận tốc gió ứng với các tần suất thiết kế

1.5.2 Thuỷ văn.

a) Dòng chảy năm

- Dòng chảy bình quân năm: Qo=0.127 m3/s

- Dòng chảy năm ứng với tần suất 85%: Q85% = 0.104 m3/s

Bảng 1-6: Bảng phân phối lượng nước với tần suất 85%

0.05 2

0.08 4

0.13 3

0.88 2

0.65 5

0.51 3

0.46 8

0.28 3

0.05 8 0.044

b) Đường quá trình lũ

Đường quá trình lũ đến tuyến đập ứng với các tần suất thiết kế được thể hiệntrong bảng 1.7

Bảng 1-7: Đường quá trình lũ đến tuyến đập

TT Thời gian p = 0.2%Lưu lượng đếnp = 1%

có thể phải mua tại các mỏ vật liệu gần nhất nhằm giảm giá thành xây dựng Nhucầu vật liệu xây dựng thiên nhiên chủ yếu cho công trình bao gồm:

- Chất lượng: Đạt yêu cầu (xem phụ lục kết quả phân tích mẫu đất đắp)

- Khối lượng đất bóc bỏ thuộc lớp thổ nhưỡng (dQIV)

Yêu cầu: Đủ trữ lượng, chất lượng và gần công trình

Vị trí có hai mỏ gồm: Mỏ một ở đáy suối nhánh bờ trái tại vị trí ngã ba chảyvào suối lớn từ cao trình 548 - 560m thuộc lớp 2a1/aQII - III , bồi tích cát lòng sông

cổ thêm bậc II dày 5 - 6m, mỏ hai ở bờ phải cùng thuộc lớp cát bồi tích lòng sông

cổ thềm bậc II 2a1/aQII - III dày 2.0m Chất lượng cát hai mỏ là rất tốt chủ yếu làcát thạch anh hạt mịn đến trung, hai mỏ đều có điều kiện khai thác thuận lợi và trữlượng thì vô cùng lớn đặc biệt là mỏ một và có thể khai thác bằng máy hút cát

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH, KINH TẾ

VÀ HIỆN TRẠNG THỦY LỢI2.1 Tình hình dân sinh kinh tế:

Dân số hưởng lợi trực tiếp từ công trình hồ chứa nước Bắc Quang bao gồm:thôn Bắc Quang, thôn Nà Lạng và thôn Nà Cạp thuộc xã Vũ Muộn với tổng dân số

là 1500 người, trong đó thành phần dân tộc chủ yếu là người kinh, ngoài ra có một

số dân tộc thiểu số khác

Đời sống nhân dân trong vùng: Người dân trong vùng sống chủ yếu dựa vàotrồng trọt và chăn nuôi, gần như không có một nghề phụ nào Nguồn sống chủ yếucủa người dân trong vùng là trồng lúa nước và hoa màu như: đỗ tương, ngô, sắn,khoai và một số loại cây trồng khác

2.2 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp.

2.2.1 Tình hình sản xuất:

Khu vực dự án có tổng diện tích đất nông nghiệp là 1153.45 ha, chiếm 8.8%đất tự nhiên Hiện tại việc phát triển sản xuất lúa 2 vụ chủ yếu tập chung vào 3 xã:Quân Bình, Tân Tiến và Bình Sỹ, các xã còn lại có rất ít Nguyên nhân chủ yếu làchưa chủ động được nguồn nước tưới phục vụ sản xuất

Năng suất bình quân đạt được 37÷38.5 tạ/ha Nhìn chung năng suất cây trồngcòn thấp, chưa đáp ứng được tình hình sản xuất lương thực hiện nay

2.2.2 Hiện trạng sử dụng đất.

Tổng diện tích đất tự nhiên của xã là 2715 ha Trong đó,

+ Đất sử dụng cho nông nghiệp khoảng 200 ha

+ Đất trồng cây hàng năm khoảng 120 ha

+ Đất trồng lúa, hoa màu khoảng 100 ha

+ Đất nương dẫy khoảng 14 ha

+ Đất lâm nghiệp có rừng khoảng 2250 ha

Ngoài ra còn đất chưa sử dụng và sông suối

Bảng 2-1: Bảng phân phối nhu cầu dùng nước 85%

0.31 5

0.38 8

0.11 4

0.19 8

0.23 9

0.24 4

0.24 8

0.24 1

0.11 7 0.125

2.3 Hiện trạng công trình thuỷ lợi trong vùng.

Hiện trạng công trình thuỷ lợi của xã Bắc Quang:

Trong 2 năm qua nhà nước đã đầu tư xây dựng 4 đập dâng trên suối để lấynước tưới cho diện tích đất nông nghiệp của xã, tuy nhiên do đập dâng không cókhả năng điều tiết về mùa khô nên không đáng kể

2.4 Hiện trạng môi trường của vùng dự án.

Đặc điểm thảm phủ trong lưu vực các công trình thuộc vùng dự án:

- Thảm thực vật trong lưu vực là kiểu rừng dậm nhiệt đới, có nhiều tán,tầng Vùng thượng lưu thực vật chủ yếu là các cây thân gỗ, mọc dày trên sườn núixen lẫn song mây Vùng thấp ven theo suối là rừng tre gai và nứa Trong lưu vực cóxen một số diện tích rừng trồng

Chất lượng nước

- Theo tài liệu thí nghiệm của các mẫu nước lấy trong vùng, nhìn chung chấtlượng nước tương đối tốt rất phù với việc cung cấp nước tưới và sinh hoạt, tuynhiên để cung cấp cho sinh hoạt cần phải sử lý

Hiện trạng khoáng sản

- Theo bản đồ địa chất khoáng sản thì vùng ngập lụt của lòng hồ gần nhưkhông có khoáng sản gì Mặt khác theo điều tra khảo sát ta thấy khu vực lòng hồkhông có công trình kiến trúc và văn hóa có giá trị Vì vậy việc xây dựng công trìnhkhông ảnh hưởng đến nguồn tàì nguyên khoáng sản và công trình có giá trị

2.5 Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội:

2.5.1 Phương hướng phát triển nông, lâm nghiệp

- Phát triển mạnh cây ăn quả và cây công nghiệp theo hướng sản xuất hànghoá như: cam, mận, mơ, chè, thuốc là và một số loại cây khác

- Đưa mức thu nhập bình quân đầu người hiện tại là 400 kg/người/ năm phấnđầu lên 500 kg/người/năm vào năm 2010 và 550 kg/người/ năm vào năm 2015 b) Mục tiêu cụ thể

- Nâng cao diện tích tưới

- Thâm canh tăng vụ từ 1 vụ lên 2, 3 vụ

- Hỗ trợ tưới cho hoa màu và cây công nghiệp

- Cấp nước sinh hoạt

- Góp phần xoá đói, giảm nghèo cho gần 320 hộ tương đương 1500 ngườithuộc vùng hưởng lợi

c) Phương hướng phát triển lâm nghiệp

Tiếp tực thực hiện giao đất, giao rừng để bảo vệ rừng hiện có Trồng vàkhoanh nuôi bảo vệ rừng, phấn đấu đến năm 2010 nâng độ che phủ của rừng lên đến75% tổng diện tích 5 triệu ha rừng.

2.5.2 Phương hướng phát triển nghành kinh tế khác:

a) Công nghiệp.

Xây dựng nghành công nghiệp dựa trên tài nguyên, khoáng sản nông – lâmsản sẵn có Phát triển công nghiệp gắn và phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nôngthôn Xây dựng công nghiệp theo hình thức, quy mô vừa và nhỏ Khuyến khích pháttriển theo nhiều thành phần Đầu tư trọng điểm nghành công nghiệp sản xuất vàkhai thác vật liệu, công nghiệp chế biến lâm sản

b) Giao thông

Đầu tư nâng cấp sửa chữa đường giao thông đi lại trong xã và đường từ quốc

lộ vào trung tâm xã

Xây dựng mới 1 số cầu, cống vượt suối hoặc qua đường

c) Y tế

Tăng cường đào tạo các cán bộ y tế có chuyên môn cao để phục vụ việc chămsóc sức khỏe cho bà con nhân dân trong vùng Nâng cấp cơ sở hạ tầng, trang thiết bịcho các trạm y tế của xã

d) Giáo dục

Đào tạo đội ngũ giáo viên các cấp, đặc biệt là giáo viên cấp 1, 2 để phục vụcho giảng dạy, tránh tình trạng thiếu giáo viên Xây dựng them các phòng học chocác trường, nâng cấp các trường học đã cũ nát

2.6 Nhiệm vụ công trình

2.6.1 Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình:

Vùng dự án đất đai màu mỡ, có tiềm năng nông nghiệp thích hợp cho các câylương thực, cây công nghiệp và cây ăn quả, tuy nhiên diện tích đất được khai tháccòn hạn chế mà nguyên nhân chủ yếu là do thiếu nước cung cấp cho sản xuất nôngnghiệp

Việc nghiên cứu xây dựng công trình thuỷ lợi tạo nguồn nước tưới và cấp chocác nhu cầu khác sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vùng dự án phát triển mạnh, tăngdiện tích sản xuất nông nghiệp, tăng năng suất và sản lượng các loại cây trồng, gópphần cải tạo môi trường và thay đổi đời sống kinh tế - xã hội cho một vùng rộng lớnthuộc 6 xã thuộc huyện Bạch Thông - tỉnh Bắc Cạn

2.6.2 Giải pháp về công trình:

a) Sử dụng trạm bơm

Qua tài liệu thuỷ văn cho thấy lượng nước đến trong mùa kiệt rất nhỏ so vớinhu cầu dùng nước mùa kiệt vì vậy phương án này không khai thác triệt để nguồnđất đai màu mỡ vào trong sản xuất Phương án dùng trạm bơm không hiệu quả.b) Sử dụng nguồn nước ngầm bằng các giếng khoan

Nước ngầm trong khu vực khá nghèo nàn, có quan hệ trực tiếp đến nước sông

và nước mặt trong vùng vì vậy đào giếng khoan để lấy nước phục vụ cho sản xuất làhết sức khó khăn Hơn nữa nếu sử dụng nguồn nước này cạn kiệt nhanh chóng vàlàm ảnh hưởng đến nước mặt trong lưu vực

c) Sử dụng hồ chứa

Đây là biện pháp thuỷ lợi phổ biến, lợi dụng địa hình được bao bọc bởi cácthung lũng; kết hợp với điều kiện địa chất, vật liệu xây dựng và kinh tế cho phép,tiến hành xây dựng hồ chứa để tích nước mùa mưa, xả nước phục vụ tưới mùa khô;tích nước ở năm nhiều nước phục vụ cho năm ít nước

Thành phần công trình: Công trình bao gồm các thành phần chính sau:

 Theo nhiệm vụ của công trình:

Nhiệm vụ chính của công trình là cấp nước tưới cho 145 ha lúa và 60 ha cây

ăn quả, theo bảng 1 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT cấp công trình là cấp IV

 Theo đặc tính kĩ thuật của công trình:

Sơ bộ ta chọn chiều cao lớn nhất của đập chắn là 15÷35m, đập được đặt trênnền B, theo bảng 1 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT cấp công trình là cấp II

Dựa trên 2 điều kiện thì cấp công trình là cấp II.

2.7.2 Các chỉ tiêu thiết kế:

Theo quy chuẩn QCVN 04-05:2012/BNNPTNT với công trình cấp II ta có:

- Mức bảo đảm thiết kế của công trình (%) :Theo Bảng 3 QCVN 04-05:2012/

BNNPTNT Với công trình cấp IV phục vụ tưới thì mức bảo đảm thiết kế của côngtrình là P% = 85%

- Lưu lượng mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra: (Bảng 4 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT)

+ Tần suất thiết kế: p = 1%

+ Tần suất kiểm tra: p = 0.2%

- Tần suất gió lớn nhất khi tính toán sóng do gió gây ra ( Bảng 3 TCVN 2009)

+ Ở MNDBT : p = 4%

+ Ở MNLTK : p = 50%

- Hệ số tổ hợp tải trọng nc :Theo phụ lục B QCVN 04-05:2012/BNNPTNT.

Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất :

+ nc = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản

+ nc = 0,9 - đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt

+nc = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa.Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số nc = 1,00

- Hệ số độ tin cậy Kn :Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT công trình cấp II : + Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất : Lấy hệ số Kn = 1,15 + Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số Kn = 1,00

- Hệ số vượt tải n : Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT khi tính ổn địnhcông trình và độ bền công trình, do công trình chủ yếu chịu tác dụng của trọnglượng bản thân nên lấy : n = 1,05

- Hệ số điều kiện làm việc: Theo phụ lục B QCVN 04-05:2012/BNNPTNTCác mái dốc tự nhiên và nhân tạo => m = 1,00

- Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập đất [K] :

2.8.2 Tràn xả lũ.

- Vị trí của tràn: Dựa vào điều kiện địa hình ta thấy nơi đây rất thuận tiện cho

bố trí tràn dọc ở phía bờ phải đập dâng để thuận tiện cho việc nối tiếp với sông ở hạlưu giảm được chiều dài đoạn dốc nước

- Hình thức tràn:

+ Tràn có cửa van: ưu điểm là có thể tận dụng một phần dung tích hiệudụng để trữ nước, cao trình đỉnh tràn thấp nên giảm khối lượng công tác tăng khảnăng tháo Tuy nhiên loại này cần có hệ thống dự báo khí tượng thuỷ văn tốt

+ Tràn tự do: Ưu điểm là không cần dự báo khí tượng, thuỷ văn chính xác,công tác vận hành đơn giản

Tài liệu thuỷ văn cho thấy lưu lượng đỉnh lũ không lớn lắm, lũ không độtngột do đó ta chọn hình thức tràn là tràn đỉnh rộng, có đáy phẳng, không có cửavan

- Cao trình ngưỡng tràn: Chọn bằng mực nước dâng bình thường

- Bề rộng tràn: Nghiên cứu cho 3 phương án về bề rộng tràn là 8m, 11m và14m Bề rộng tràn được xác định thông qua tính toán kinh tế, kĩ thuật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

PHẦN THỨ HAI

THIẾT KẾ SƠ BỘ HỒ CHỨA NƯỚC BẮC QUANG

TỈNH BẮC KẠN

Hà Nội, Tháng 06 năm 2014

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU

TIẾT LŨ 3.1 Tính toán điều tiết hồ chứa

Những tài liệu cần có:

- Hàm lượng bùn cát lơ lửng

- Đặc trưng địa hình hồ chứa: quan hệ Z & F, Z &V

- Dòng chảy năm thiết kế

- Phân phối dòng chảy năm thiết kế

- Lượng bốc hơi hồ chứa

- Yêu cầu cấp nước

- Tuổi thọ của công trình

- Mực nước chết (MNC): là giới hạn trên của dung tích chết Vc

- MNC và Vc có quan hệ với nhau theo quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồZ~V

 Nguyên tắc lựa chọn:

- Chứa đựng toàn bộ bùn cát đến hồ chứa trong thời gian hoạt động của côngtrình Vc ³ Vbl (1)

- Bảo đảm đầu nước tưới tự chảy MNC = Zyc + hw (2)

- Bảo đảm cột nước tối thiểu để phát điện

- Bảo đảm mực nước tối thiểu để giao thông trong mùa kiệt

- Bảo đảm dung tích tối thiểu để nuôi trồng thuỷ sản

- Bảo đảm dung tích tối thiểu để du lịch và vệ sinh môi trường

Trong phạm vi đồ án này chỉ xét tới điều kiện (1) và (2) MNC lấy bằng giá trị lớnnhất khi tính theo 2 điều kiện

a) Xác định mực nước chết theo điều kiện lắng đọng bùn cát

- Theo nguyên tắc lắng đọng bùn cát, mực nước chết được xác định theo côngthức: Vc ³ Vbl (1)

Xác định tuổi thọ của hồ chứa: Với công trình cấp II, tra bảng 11 QCVN 05:2012/BNNPTNT, ta có tuổi thọ của công trình là T = 75năm

04-Tính toán thể tích bùn cát:

Vbl = Vll+Vdđ

Trong đó:

Vll : Dung tích bùn cát lơ lửng Được xác định dựa vào lượng bùn cát đến

tuyến đập trong thời gian tuổi thọ công trình

Lượng bùn cát lơ lửng đến tuyến đập trong thời gian tuổi thọ của công trình là:

M  Q T (3-1)Trong đó:

- ρ0: hàm lượng bùn cát lơ lửng bình quân Theo tài liệu thuỷ văn ta có:



o

 488,2 g/m3

- Q0: Lưu lượng trung bình nhiều năm đến hồ chứa Q0= 0.127 m3/ s

- T: Tuổi thọ của công trình T= 75 năm

Thay vào công thức (3-1) ta được:

1

M 488,2.10-6.0,127.75.365.3600.24 = 146645,71 ( T)Ngoài bùn cát lơ lửng còn lượng bùn cát di đẩy tới lòng hồ, lượng bùn cát dosạt lở, lượng bùn cát do cây cối mọc ven bờ Bùn cát đến hồ không giữ lại hoàn toàn

mà 1 phần qua công trình xả xuống hạ lưu Theo kinh nghiệm đối với sông miền núilượng bùn cát đọng lại trong hồ lấy 0,78 lần lượng bùn cát lơ lửng

M = M1 0,78 = 146645,71 x 0,78 = 114383,65 (T)Khối lượng riêng trung bình của bùn cát lấy bằng 1,35 T/m3

a : là chiều cao an toàn, chọn a = 0,5 (m)

Thay vào công thức (3-2) ta được MNC = 508,8 + 1 + 0,5 = 510,3( m)

b) Xác định mực nước chết theo điều kiện tưới tự chảy

Theo kết quả tính toán thuỷ nông, để đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy mực nướcđầu kênh chính là: Zyc = +510,1 (m)

Theo điều kiện tưới tự chảy, MNC được xác định như sau:

MNC = Zyc + hw

Trong đó:

+ Zyc : cao trình yêu cầu tưới tự chảy đầu kênh: Zyc = 510,1 (m)

+ hw : tổng tổn thất cột nước qua cống, sơ bộ chọn hw =0,5

- Mực nước dâng bình thường là giới hạn trên của dung tích hiệu dụng

- Dung tích khống chế phần dung tích chết và dung tích hiệu dụng là:

Vbt = Vc + Vh

- MNDBT và Vbt có quan hệ theo đường cong Z~V

 Nguyên tắc xác định:

- Căn cứ vào đường quá trình nước đến thiết kế ;

- Căn cứ vào đường quá trình nước dùng thiết kế;

- Căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất của vùng hồ chứa;

- Tính toán điều tiết cấp nước xác định các đặc trưng hồ chứa ;

- Lựa chọn các đặc trưng thiết kế của hồ chứa theo các điều kiện kinh tế và kỹthuật

 Phương pháp tính toán:

- Phương pháp lập bảng ;

- Phương pháp đồ giải;

- Phương pháp thống kê

Trong đồ án này ta chọn phương pháp lập bảng: Đây là phương pháp xuất hiện

sớm nhất và cách giải đúng theo nguyên lý cân bằng nước

- Nguyên lý cân bằng nước được phát biểu như sau: Hiệu số giữa lượng nướcđến và lượng nước ra khỏi hồ bằng sự thay đổi dung tích trong khoảng thời gian đó.Tức là:

   

Q t  q t dtdV

Trong đó:

- Q(t): Lưu lượng nước đến tại thời điểm t

- q(t): Lưu lượng nước dùng tại thời điểm t

- dV: Lượng nước trữ vào trong hồ trong thời gian diều tiết

Khi tính toán cân bằng nước trong một thời đoạn, ta có thể viết phương trìnhcân bằng nước dưới dạng sai phân như sau:

Qi  qi.ti Vi  Vi 1

Trong đó:

- Vi-1 : Là dung tích kho ở thời điểm ti-1, đây là thời đoạn tính toán nên Vi-1 làtrị số đã biết.

- Vi : Là dung tích kho ở thời điểm ti, đây là cuối thời đoạn tính toán nên Vi làtrị số cần tìm

- t = ti – ti -1: là thời đoạn tính cân bằng thứ i, thường lấy cố định là 1 tháng

- Qi: Lưu lượng nước đến trong thời đoạn

- qi : Lưu lượng nước dùng trong thời đoạn

i

th i

bh i c / y i

2

i tb i

VV

- qixt: Lưu lượng nước xả thừa trong thời đoạn

Khi tích nước, nếu với dòng chảy đến ta tích nước vượt quá dung tích hiệudụng của hồ đã tính được, thì về nguyên tắc ta chỉ được phép tích đến khi bằngdung tích hiệu dụng, lượng nước còn lại sẽ phải xả xuống hạ lưu Đó chính là lượngnước xả thừa

 Các bước tính toán:

- Thực chất việc tính toán là ta tính đúng dần Ban đầu, khi chưa biết quá trìnhtích nước của hồ chứa qua các thời đoạn, ta giả sử lưu lượng tổn thất của hồ chứa dothấm, do bốc hơi là không có nhằm đơn giản việc tính toán, tìm được đường quátrình tích nước của hồ Sau đó, dùng đường quá trình đó tính toán khi có kể đến tổnthất theo các công thức đã trình bày ở trên Cuối cùng ta tìm được dung tích hiệudụng của hồ chứa qua một số lần tính toán đúng dần, lấy đường quá trình tích nướccủa lần tính trước để tính toán cho lần tính tiếp theo

- Bước1: Tính Vh chưa kể tổn thất So sánh ΔVV+ và ΔVV

+ Nếu ΣΔVV+ ≥ Σ ΔVV- thì ta tính toán điều tiết năm

+ Nếu ΣΔVV+  Σ ΔVV- thì ta tính toán điều tiết nhiều năm.

- Bước 2: Tính tổn thất trong kho nước

- Bước 3: Tính Vh có kể tổn thất

- Bước 4: Tra đường quan hệ Z ~ V ứng với VBT ta tra được Zbt.

a) Xác định dung tích hồ khi chưa kể đến tổn thất

Bảng 3- 1: Tính dung tích hồ chứa chưa kể đến tổn thất

thừa(106 m3) (106 m3) (106 m3) (106 m3) (106 m3) (106 m3)

- Cột (1): Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn:

+ Năm thủy văn là năm có lượng nước đến lớn hơn lượng nước dùng, bắtđầu từ tháng lũ đầu tiên và kết thúc vào tháng kiệt cuối cùng

- Cột (2): Tổng lượng nước đến của từng tháng

- Cột (3): Lượng nước cần dùng

- Cột (4): Lượng nước thừa (khi WQi >Wq ) thì (4) = (2) – (3)

- Cột (5): Lượng nước thiếu (khi WQi <Wq ) thì (5) = (3) – (2)

 Tổng cộng cột (5) sẽ có dung tích nước cần trữ để điều tiết đảm bảo yêucầu cấp nước và đó chính là dung tích hiệu dụng chưa kể tổn thất

- Cột (6): Lượng nước trữ trong hồ chứa

- Cột (7): Lượng nước thừa cần xả

 Dựa vào kết quả tính toán ở bảng 3- 1 ta có V h = 1,323 x 10 6 ( m 3 )

- Cột (1): Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn

- Cột (2): Là cột (6) của bảng 3-1 cộng với dung tích Vc, vậy Vt là dung tíchcủa kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán ΔVti Khi kho bắt đầu tích nước, trongthiết kế thường giả thiết trước đó kho nước đã tháo cạn đến Hc (trong bảng là đầutháng V dung tích trong kho chính là Vc)

- Cột (3):V i là dung tích bình quân trong hồ chứa nước, xác định bằng công thức:

Fhi : đã xác định ở cột (4) trong bảng này

- Cột (6): Wti là lượng tổn thất thấm

Wti = k.V i

Trong đó: V i : đã xác định ở cột (3) bảng này

k : là tiêu chuẩn thấm trong kho nước, lấy k = 1% lượng nước bình quân.

- Theo kết quả tính toán ở bảng 3-3 ta có Vh = 1,417 x 106 (m3) So sánh với Vh

khi chưa kể tổn thất nếu sai số quá 5% thì phải tính tiếp lại lần nữa, nếu nhỏ hơn 5%thì ta lấy kết quả tính được

Cách tính toán tương tự như tính tổn thất lần 1 (bảng 3-2 và 3-3)

- Chú ý : Cột (2) (bảng 3-4) = Vc + cột (6) (bảng 3-3)

Bảng 3-4: Tính toán tổn thất kho nước (lần 2)

Theo kết quả tính toán ở bảng 3-5 ta có Vh = 1,422 x 106 (m3) So sánh với Vh

kể đến tổn thất khi tính toán ở lần 1( bảng 3-3) nếu sai số quá 5% thì phải tính tiếplại lần nữa, nếu nhỏ hơn 5% thì ta lấy kết quả tính được

3.2 Tính toán điều tiết lũ.

3.2.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ

Điều tiết lũ có nhiệm vụ cơ bản nhất là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng lũ,nhằm đáp ứng các yêu cầu phòng lũ cho cho các công trình ven sông và khu vực hạlưu.Mục đích của điều tiết lũ là thông qua tính toán tìm ra biện pháp phòng chống lũthích hợp và có hiệu quả nhất, như xác định dung tích phòng lũ cần thiết của khonước (hồ chứa), phương pháp trữ và tháo nước thích hợp, từ đó thiết kế công trình(công trình xả lũ, đường tràn hoặc cửa vào các khu chậm lũ…), phương thức vậnhành công trình thỏa mãn yêu cầu đặt ra (thoả mãn yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật)

Cụ thể, căn cứ vào nước lũ thiết kế và lũ kiểm tra để xác định đường quá trìnhlưu lượng xả (qxả &t) sau khi đã qua kho nước điều tiết, khi cần tìm ra dung tíchphòng lũ của kho nước và một số vấn đề khác

Yêu cầu tính toán điều tiết lũ để xác định:

- Lưu lượng xả lũ lớn nhất: qmax

- Cột nước xả lớn nhất: Hmax

- Mực nước lũ thiết kế

- Mực nước lũ kiểm tra

3.2.2 Nguyên tắc tính toán điều tiết lũ:

Dòng chảy lũ là dòng không ổn định tuân theo hệ phương trình cơ bản sau (hệSaint –Venant):

Q

3)

(3 Phương trình momen:

1 2

K

Q Q t

v g x

v g

v x

h x

K: Môđun lưu lượng.

Đối với dòng chảy lũ vào kho nước, chúng ta thấy có những đặc điểm sau đây:mặt cắt mở rộng đột ngột, độ dốc mặt nước thường rất nhỏ, độ sâu dòng chảythường rất lớn và tốc độ dòng chảy cũng rất nhỏ Nên ta có thể đưa phương trìnhliên tục (3-1) về dạng vi phân sau:

Q.dt – q.dt = F.dh (3-5)Trong đó: Q: là lưu lượng đến kho nước

q : là lưu lượng ra khỏi kho nước

dt: Vi phân thời gian

F: Diện tích mặt thoáng của kho nước

dh: Vi phân của cột nước trên công trình xả lũ

F.dh: sự thay đồi của phần diện tích điều tiết lũ của khonước trong khoảng thời gian dt

Từ phương trình chung đó, với đặc điểm của hồ chứa (độ dốc i =0, v =0) chonên phương trình (3 -5) được phép viết thành:

(Q - q).dt = dV (3-6)

Từ phương trình trên ta biểu thị lượng nước đến và nước xả lũ là bình quânthời đoạn t tức là sai phân hóa (3-6) ta có:

(Qq) t   V (3-7)Trong đó:

 : sự thay đổi phần dung tích cắt chứa lũ

Phương trình (3-7) có thể được viết dưới dạng khác:

q1, q2 :là lưu lượng xả tương ứng

V1, V2 :là lượng nước có trong kho ở đầu và cuối thời đoạn t

Nhận xét: Phương trình trên còn hai đại lượng chưa biết là lưu lượng xả và

dung tích hồ ở cuối thời đoạn tính toán: q2 và V2 Do đó phương trình trên chưa thểgiải được Muốn giải phương trình trên ta cần thêm phương trình thủy lực của côngtrình xả lũ với dạng tổng quát : q = f(Zt,Zh,C)

Trong đó: Zt: là mực nước thượng lưu công trình xả lũ

Zh: là mực nước hạ lưu

C: là tham số biểu thị công trình

Như vậy nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ bằng kho nước là việc hợp giảiphương trình cân bằng nước và phương trình thuỷ lực

3.2.3 Phương pháp tính toán

Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau tính toán điều tiết lũ bằng khonước Nhưng tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản trình bày trên Các phương phápkhác nhau là tùy thuộc vào cách thức giải hệ phương trình trên Một số phươngpháp tính toán điều tiết lũ hiện nay hay dùng là: phương pháp thử dần, phương phápbán đồ giải potapop, phương pháp đồ giải hoàn toàn Trong đồ án này em dùngphương pháp bán đồ giải potapop để tính toán điều tiết lũ

Các tài liệu tính toán:

Lựa chọn bước thời gian tính toán t sau đó giả thiết nhiều mực nước H đểtính lưu lượng xả qua tràn bằng công thức thủy lực:

q = m..∑B.B 2g 2

3

o

H ( 3-10)Trong đó:

- Ho là cột nước trên ngưỡng tràn, Ho = H +

g

V

.2

- Cột (2): Giả thiết các mực nước từ MNDBT trở lên

- Cột (3) : Cột nước trên ngưỡng: H = Z -ngtran

- Cột (4): Dung tích kho nước, tra quan hệ Z & V

- Cột (5): Dung tích siêu cao là phần dung tích điều tiết lũ:

V = (5) – Vngưỡng (Với Vngưỡng = Vo =1,565.106m3)

- Cột (6): Lưu lượng nước qua tràn

V



 ) Sau đó sẽ vẽ đường quan hệ qf1, qf2

3.2.4.2 Sử dụng biểu đồ phụ trợ để tính toán điều tiết

Với mỗi thời đoạn t, tính: ( )

Từ q1 đã biết, tra biểu đồ phụ trợ xác định f1

Thay f1 vào phương trình tính được : f2 = Q+f1

Từ f2, tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2 Như vậy ta đã xác định được lưu lượng

xả lũ cuối thời đoạn thứ nhất, và nó cũng là q đầu cho thời đoạn tiếp theo

Tiếp tục tính tương tự với các thời đoạn tiếp theo với cách lấy q2 của thờiđoạn trước làm q1 của thời đoạn sau Như vậy sẽ vẽ được đường quan hệ giữa lưulượng xả qua tràn với thời gian (q&t)

Để việc tính toán được đơn giản và thuận tiện ta lập bảng tính kết hợp với biểu

đồ Kết quả được thể hiện ở các bảng tính:

Cách tính bảng điều tiết lũ:

- Cột (1): Thời đoạn tính toán (t = 0,5h =1800s)

- Cột 2 : Lưu lượng lũ đến

- Cột 3: Lưư lựợng trung bình thời đoạn

- Cột 4: Lưu lượng xả tương ứng

3 / 2

m g

B m

Vkho (10 6 m 3 )

V ( * )

(10 6 m 3 )

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

Bảng 3-7 : Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất lũ kiểm tra p = 0,2%

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

V sc

(10 6 m 3 )

V hồ (10 6 m 3 )

Z sc hồ (m)

Hsc (m)

Bảng 3-8 : Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất lũ thiết kế p =1%

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

V sc

(10 6 m 3 )

V hồ (10 6 m 3 )

Z sc hồ (m)

Hsc (m)

Vkho (10 6 m 3 )

V ( * )

(10 6 m 3 )

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

Bảng 3-10 : Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất lũ kiểm tra p = 0,2%

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

V sc

(10 6 m 3 )

V hồ (10 6 m 3 )

Z sc hồ (m)

Hsc (m)

Bảng 3-11 : Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất lũ thiết kế p =1%

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

Vsc (10 6 m 3 )

V hồ (10 6 m 3 )

Z hồ (m)

Hsc (m)

2 8 2

163.61 6

154.76

526.46

Vkho (10 6 m 3 )

V ( * )

(10 6 m 3 )

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

V sc

(10 6 m 3 )

V hồ (10 6 m 3 )

Z sc hồ (m)

Hsc (m)

Bảng 3-14 : Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất lũ thiết kế p =1%

q (m 3 /s)

f1 (m 3 /s)

f2 (m 3 /s)

Vsc (10 6 m 3 )

V hồ (10 6 m 3 )

Z hồ (m)

Hsc (m)