Đồ án Quản lý công trình thủy lợi mẫu

2.1 Tính và vẽ đường quá trình yêu cầu nước ở đầu hệ thống ứng với năm P = 85%. 2.2 Tính toán và vẽ đường quá trình lưu lượng có thể lấy vào đầu hệ thống ứng với năm P = 85%. 2.3 Vẽ biểu đồ phối hợp nguồn nước và xác định tình trạng thừa thiếu nước ( vẽ trên tờ giấy kẻ ly). 2.4 Tính và điều chỉnh các kế hoạch dùng nước ứng với thời kỳ lưu lượng thiếu so với kế hoạch 5%QKH < Q 25%QKH (hiệu chỉnh 1 trường hợp đến kênh cấp III). 2.5 Phân tổ tưới luân phiên và tính thời gian tưới cho các tổ với trường hợp Q > 25%QKH¬.(tính 1 thơì kì đaị diện) 2.6 Tính toán hiệu chỉnh lại kế hoạch dùng nước ứng với thời kỳ mưa (hiệu chỉnh đến kênh cấp III) 2.7 Bố trí hệ thống trạm đo và công trình trên hệ thống kênh để quản lý và khai thác thuận lợi.  

Đồ án môn học

QUẢN LÝ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI

LẬP VÀ HIỆU CHỈNH KẾ HOẠCH DÙNG NƯỚC CHO CÔNG

TRÌNH THUỶ LỢI

===============****************===============

N1-7

G H

1 Các tài liệu cho trước:

1.1 Sơ đồ hệ thống và diện tích tưới của hệ thống:

Bảng 1.1 : Diện tích tưới của hệ thống

Đề

2-5

Bảng 1.2 : Chiều dài các đoạn kênh (km)

1.3 Đất ngấm trung bình hệ số ngấm m = 0,4

1.4 Bảng 1.4 : Hệ số tưới của năm kế hoạch dùng nước (P = 85%)

TT

Thời gian

Số liệu đầu bài

q ~ t Tư

ngày

Đến ngày

1.5 Đường quá trình nước đến sông C tại thượng lưu đập (P = 85%)

61, 5

41, 0

30, 5

21, 0

15,

0 8,0

Trung tuần

10, 4

10,

8 6,0

12, 0

11, 6

42, 5

61, 5

41, 0

35, 5

18, 0

65, 5

35, 0

26, 0

32, 0

14,

0 4,0

1.6 Loại và kích thước công trình đầu mối

a Đập :

Đập kiểu Ô-phi-xê-rốp

- Chiều dài L = 105 m - Chân đập rộng B = 4,55 m

- Chiều cao H = 5,26 m - Cao trình chân đập∇

cđ =9,09 m

- Đỉnh rộng b = 1,9 m - Hệ số lưu lượng thiết kế m =0,49

- Cột nước tràn thiết thiết kế Htk = 1,5 m

b Cống lấy nước :

5 cửa, kích thước mỗi cửa như sau:

- Phần vòm :φ

= 1,3 m - Chiều rộng cửa: bc = 1,2 m

- Cao trình đáy cống :+11,6 m - Chiều dài cống: Lc = 10 m

- Cửa cao: h = 1,65 m

1.7 Mặt cắt kênh chính sau cống lấy nước

b = 7,5 m n = 0,0225

m = 1,5 i = 0,00017

Cao trình kênh bằng cao trình đáy cống

Vào thời kỳ thứ 8 của tháng thứ 5 xảy ra một trận mưa kéo dài với tổng lượng

P = 20 mm ngoài kế hoạch dùng nước

2.3 Vẽ biểu đồ phối hợp nguồn nước và xác định tình trạng thừa thiếu nước ( vẽ

trên tờ giấy kẻ ly).

2.4 Tính và điều chỉnh các kế hoạch dùng nước ứng với thời kỳ lưu lượng thiếu

so với kế hoạch 5%Q KH < ∆

Q > 25%Q KH (tính 1 thơì kì đaị diện)

2.6 Tính toán hiệu chỉnh lại kế hoạch dùng nước ứng với thời kỳ mưa (hiệu chỉnh

đến kênh cấp III)

2.7 Bố trí hệ thống trạm đo và công trình trên hệ thống kênh để quản lý và khai

thác thuận lợi.

B TÍNH TOÁN

1 Tính và vẽ đường quá trình yêu cầu nước ở đầu hệ thống ứng với năm P =85%.

1.1 Tính lưu lượng cần lấy đầu hệ thống thiết kế :

Chọn hệ số tưới thiết kế

Dựa vào tài liệu bảng 4 ( P = 85%) Vẽ giản đồ hệ số tưới ( q ~ t)

Biểu đồ 1.1: Quan hệ q ̴ t

-Nhận Xét : Ta thấy thời gian tập trung tưới lưu lương tưới lớn là khoảng 20/1 đến25/2 và từ 12/1 đến 16/1 và 29/1 đến 25/2 ta thấy lưu lượng tưới lớn nhất trong 2khoảng này là q= 0.76 (l/s-ha), trong khoảng thời đoạn giữa từ 25/8 đến 19/12 lưulượng tưới không tập trung và lưu lượng tưới it

Từ biểu đồ hệ số tưới ta chọn hệ số thiết kế: qtk = 0,76 (l/s-ha)

q max = 0,76 (l/s-ha)

q min = 0,52 (l/s-ha)

a.Phương án tính toán lưu lượng

CIII brut

Q

đầu kênh Q A :

Coi kênh mương ở đây có 3 cấp ( I, II, III )

Ta phải tính toán trình tự từ kênh cấp III đến kênh cấp II rồi đến kênh cấp I theophương pháp và trình tự tính toán đã học, đã làm ở giáo trình TN tập I và đồ án mônhọc Thuỷ Nông ( phần tính toán thiết kế kênh mương)

b.Tính lưu lượng lấy tại đầu kênh cấp III ( Q br C3 )

- Theo

CIII i

CIII i tk C brut

q Q

Căn cứ vào quan hệ (ω ~ η) ở bảng 3 →Đồ thị → có ωi tra ra ηi

Ta vẽ biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa ω ~ η theo số liệu bảng 3 phần đề bài

Biểu đồ 1.2: Quan hệ (ω ~ η)

Từ biểu đồ ta tra ηi theo ωi

N1-7

G H

Q

,

CII net

Q

) và cấp 1 (

CI brut

Q

,

CI net

Q

)

Tính toán lưu lượng cần lấy vào đầu kênh cấp II và kênh cấp I

Áp dụng công thức: Qbr = Qnet + Qtt

Qtt = S.L

Trong đó: L – Chiều dài đoạn kênh tính toán (bảng 1.2 đề bài )

S – Tổn thất trên đơn vị chiều dài

S= 10.A

m net

Q1−(l/s.km)

A, m – hệ số kể đến ảnh hưởng của chất đất đến lượng ngấm A, m có thể xácđịnh từ thí nghiệm hoặc thực đo

Đất làm kênh là loại đất ngấm trung bình có chỉ số ngấm là m =0.4, A= 1.9

Bảng 1.2: Kết quả xác định lưu lượng

CII brut

HT net

Q Q

HT tk

Q

q ω

= 17.01

10.14330.76,

HT i yc i

q Q

η

ω

=

( Tính cho đầu kênh chính tại A )

qi : hệ số tưới ứng với các thời đoạn thứ i

ηi: hệ số sử dụng nước ứng với các thời đoạn thứ i

=

TK

i m

HT TK

m HT

i

q q

m

αα

η

αη

4 , 0 1

Số ngày

Biểu đồ 1.3: Quá trình lưu lượng yêu cầu tại đầu hệ thống (Qyc ∼ t)

Nhận xét:Từ biểu đồ quan hệ ( Qyc – t )ta thấy từ 12/1 đến 16/1; 31/1 đến 28/2 và 7/9 đến 25/9 có giá trị Qyc lớn nhất (Qyc = 17.017 m3/s), còn 25/4 đến 5/5 và 10/07 dến 17/07 có giá trị nhỏ nhất ( Qyc = 12.33 m3/s )

2.Tính toán và vẽ đường quá trình lưu lượng có thể lấy vào đầu hệ thống ứng với năm tần suất P = 85% ( ̴ t )

- Đây là việc tính toán phối hợp nguồn nước, khi nước lấy tự chảy, có đập dâng

- Ta dùng phương pháp đồ thị 4 góc để xác định (QKN ~ t)

- Để xác định QKN ~ t cần xác định quan hệ (QC ~ QS )

+Bằng cách xây dựng quan hệ : Suy ra QC ~ QS

Cụ thể: HĐập = c – H - đc

Chảy tự do (hk < hc)

Chảy ngập ( hk > hc )

2.1.Thành lập quan hệ Q C ~ S

2.1.1 Thành lập quan hệ Q K ~ h K ( Của kênh chính).

- Coi dòng chảy trong kênh là dòng đều

- Tính độ sâu nước hki ứng với các cấp lưu lượng Qi của kênh theo phương phápmặt cắt lợi nhất về thuỷ lực của Agroskin

+ Giả thiết lưu lượng trong kênh: =Qgt=2,4,7,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60 (m3/s)

+ Từ → = ikgt

0

Q

i m 4

→ tra bảng → Lập hKi = ( )

Với m0 = 2 - m

+ Đã có Mặt cắt kênh chính sau cống lấy nước

b = 7.5 m n = 0,0225 m = 1,5 i = 0,00017Cao trình đáy kênh bằng cao trình đáy cống cửa vào ( đk = đccv )

Nếu hk < hc = 2.3(m ) thì chảy tự do (Hình vẽ bài ra)

Nếu hk>hc thì chảy ngập

 Trường hợp tính toán tuỳ theo trạng thái chảy, theo qua (h k ~ h c )

Có hai trường hợp: + Khi hk≤ hc Khi đó cống ngầm chảy không áp , tính toán như đậptràn đỉnh rộng không ngưỡng

+ Khi hk > hC dòng chảy ngập loại 1

Ta lần lượt đi xét các trường hợp xảy ra như sau :

Trường hợp 1: Khi HTC < hC = 2,1(m), hk≤ hc Khi đó cống ngầm chảy không áp , tínhtoán như đập tràn đỉnh rộng không ngưỡng

Phân ra làm 2 dạng chảy

+ Tự do nếu

85 , 0 75 , 0

k

H

h H

h

HTC = hk + Z

Thì Q = m.∑bc

m tra ở bảng tra thuỷ lực

+ Chảy ngập: Nếu

85,075,

Thì Q = =

Trong đó:

• : hệ số chảy ngập tra bảng tính thủy lực theo m:

• m = 0,35 => = 0,93

Trường hợp 2: Khi HTC > hC (2,1m), hk > hC dòng chảy ngập loại 1

Tính theo dòng chảy qua cống có áp: Qc = φc.ωc (m3/s)

z = HTC - hk = Trong đó:

φc =

= ξvào + ξra = 0,15 + 2

Rc là bán kính thủy lực của toàn mặt cắt (dòng chảy có áp): Rc =

ωc là diện tích mặt cắt ngang cống (m2)

χc là chu vi mặt cắt ngang cống

ωk là diện tích mặt căt ngang kênh (m2)

C là hệ số Chezy : C = Rcy n là hệ số nhám : n = 0,0225 ;

y lấy theo công thức Manning : y = 1/6+ Z = HTC - hk

+ g = 9,81m3/s

2.1.2 Thành lập quan hệ (Q C ~Z).

Xây dựng đường quan hệ lưu lượng lấy qua cống với chênh lệch mực nước thượnglưu và hạ lưu

Kích thước cơ bản của cống :

Kích thước mỗi cửa

Phần vòm :φ

1,3 m Rộng : bc = 1,2 mChiều dài cống : L = 10 m Cửa cao : h = 1,65 m

Cao trình đáy cống :+11,6 m

 Giả sử: QC ( Như QK ở bảng trên vì ta coi QC = QK)

+ Trường hợp 1: Khi HTC < h C = 2,3m, h k ≤ h c Khi đó cống ngầm chảy không áp

+ Trường hợp 2: khi hk > h c , coi cống chảy ngập qua cống có áp

Áp dụng công thức : Qc = ϕc ωc

gL

c c

21

12

ξϕ

ωk = (b + mk.hk).hk = ( 7.5 + 1,5.hk).hk

hk thay đổi theo Q

Rc là bán kính thủy lực của toàn mặt cắt (dòng chảy có áp):

Từ bảng trên ta xác định được mối quan hệ giữa Qc và S

 Vẽ Biểu đồ Q c S

Cao trình mực nước sông thay đổi theo lưu lượng giả thiết vì S =HTC + đccv =hk + Z +11.6(m) (cao trình đáy cống = +11.6(m )

2.2.Thành lập quan hệ Q Tr ~ S

Tính lưu lượng Qtr = m.bđ H3/2

- Cao trình mực nước sông được xác định:

S= Htr + 9.09 (m) (Cao trình đỉnh đập = 14.35 m)

Khi đó ta có bảng tính toán sau

Bảng 2.2: Tính toán lưu lượng tràn và cột nước tràn

Từ các quan hệ

Ứng với mỗi giá trị của S ta tìm được 2 giá trị

Mà Qs = QTr + Qc

Kết quả tính toán như bảng sau :

Bảng 2.3: Quan hê Q c ~Q s

2.4 –Xác định lưu lượng có thể lấy vào đầu hệ thống (Qkn ~ t):

Vẽ biểu đồ phối hợp nguồn nước xác định ~ t vẽ phối hợp (Q C ~ Q S ),(Q S ~t), (Q K =Q C) trên đồ thị 4 góc để xác định Q kn ~ t’’

Căn cứ vào đó để xác định được tình trạng thừa, thiếu nước cho từng thời kỳ

Bảng 2.4: Xác định tình trạng thừa thiếu nước

STT

Thời gian

Tư ngày ngày Đến ngày Số

Nhận xét: Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng nếu lấy nước theo kế hoạch đã đề

ra thì sẽ khơng đảm bảo yêu cầu dùng nước của hệ thống: thời gian thiếu nước kéo dài

từ cuối tháng 12 của năm trước đến 30/5 của năm, sau lượng nước thiếu rất nhiều cĩlúc lên đến 75.38%Qyc, nhưng cĩ thời gian lại liên tục thừa nước từ 1/6 đến tháng 25/9

Do vậy ta cần hiệu chỉnh lại kế hoạch dùng nước của hệ thống để phù hợp với tìnhhình thực tế

3 Tính và điều chỉnh các kế hoạch dùng nước ứng với thời kỳ lưu lượng

thiếu so với kế hoạch 5%Q KH < ∆Q ≤

25%Q KH (hiệu chỉnh 1 trường hợp đến kênh cấp III)

3.1 Trường hợp hiệu chỉnh KHDN 5%Q KH < ∆Q ≤

25%Q KH

Dựa vào bảng kết quả phối hợp nguồn nước đã tính ở bảng 3 ta nhận thấy có

3 giá trị 5%<∆Q≤25%Qkh.Do đĩ ta chon 1 giá trị để tính toán các khác tính toántương tự Từ ngày 10/4 đến ngày 20/4 cĩ Q% =18.35% thỏa mãn

Bảng 3.1 : Xác định tình trạng thưa thiếu nước

4 10/4 20/4 10 0.64 14.697 12 18.35 5% - 25%

Để giả quyết vấn đề trên phương án thực hiện là:

Nguyên lí tính toán là giảm lưư lượng phân phố vào đầu kênh các cấp theo tỉ lệ giảm ởđầu nguồn Tính toán phân phối thực hiện dựa vào các công thức sau:

Lưu lượng ở đầu kênh cấp dưới sẽ được phân phối lại (giảm bớt) theo hệ thức tổngquát:

=

Trong đó:

: Lưu lượng phân phối lại ở đầu kênh cấp dưới khi lưu lượng đầu nguồn thiếuvà : Lưu lượng yêu cầu theo kế hoạch

= Là hệ số giảm lưu lượng đầu nguồn.

: Hệ số sử dụng nước đường kênh theo kế hoạch

: Hệ số sử dụng nước đường kênh cấp trên khi lưu lượng đầu nguồn thiếu, đượcxác định theo công thức gần đúng hoặc chính xác

(lấy m = 0,4)

3.2Xác định lưu lượng đầu kênh theo kế hoạch (tính cho kênh CIII, CII, kênh chính) thời kỳ thiếu nước

Tìm lưu lượng ứng với giai đoạn tính có qi = 0,65 ( l/s.ha)

Ta tính lại hệ số sử dụng nước của các kênh ứng với qi đã chọn

3.3Tính lưu lượng cần phân phối lại

Áp dụng công thức:

=

Trong đó:

-Hệ số giảm lưu lượng

= = = = 0,816 = y (dựa vào bảng 3.1)

-Hệ số sử dụng nước thay đổi khi lưu lượng thay đổi

B C

B

Q

Q y

'

' '

Q lấy ở bảng 3.2.2 ;

1-1 brut

Q,

1-3 brut

Q lấy ở bảng 3.2.1Tính tương tự cho các kênh còn lại

TÝnh víi kªnh N 2 : TÝnh kªnh N2-1, N2-2, … kªnh nh¸nh N2

"

' B B"G

Với

m B"

m yB

Q lấy ở bảng 3.2.2 ;

2-1 brut

Q,

2 2 brut

Tương tù tÝnh toán cho c¸c kªnh N2-3, N2-4,

Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau:

Bảng 3.3.1 Bảng tính phân phối nước tư đầu mối đến mặt ruộng

N2-6 0.846 0.432

4 Phân tổ tưới luân phiên và tính thời gian tưới cho các tổ với trường hợp

∆

Q > 25%Q KH (tính 1 thơì kì đaị diện)

Tính toán lại lưu lượng cho các cấp kênh ứng với thời kỳ thiếu nước Q > 25%QKH

Căn cứ vào bảng phân phối nước bảng 3.1 ở trên ta chọn thời đoạn tưới từ ngày 11/2

đến ngày 20/2 có 10 ngày, thời gian này có ∆

Q>25%Qyc Hệ số tưới trường hợp nàylà q=0.75 (l/s.ha)

Tính cho các kênh mương cấp III ứng với qtk = 0.76 l/s.ha

4.1 Nguyên tắc phân chia tổ:

- Số tổ không nên quá nhiều (số tổ nên <4)

- Diện tích các tổ nên chia gần bằng nhau

- Phải xét đến các tổ chức tưới, tổ chức lao động để phân chia tổ tưới

-Diện tích mỗi tổ tưới nên phân chia gần bằng nhau để tiện quản lí điều phối nước-Các đường kênh trong tổ phải chuyển được nhiều nhất lưu lượng của các kênh cấptrên

Dựa vào tình hình cụ thể của hệ thống, ta thấy rằng sau điểm phân chia nước Bhệ thống phân thành 2 kênh là N1 và N2 có diện tích tưới gần bằng nhau N1= 6380 ha,N2=7950 ha

Do đó ta phân thành 2 tổ:

- Tổ 1: Phụ trách kênh N1

- Tổ 2: Phụ trách kênh N2

4.2 Xác định lưu lượng lấy vào đầu kênh các cấp theo kế hoạch

Đưa về bài toán đi xác định hệ số sử dụng nước và xác định thời gian tưới luânphiên của một hệ thống có :

Qyc =18,301 (m3/s) ứng với qi = 0,75 (l/s-ha)

Qkn= 9,8 (m3/s)

4.2.1 Xác định hệ số sử dụng nước của các tổ khi tưới luân phiên

Yêu cầu: Tìm

m

m KH

LP N α

βαβη

m

m KH

LP N α

βαβη

Tìm:

Hệ số sử dụng nước theo kế hoạch:ηKH N1 = ? ηKH N2 = ?

Sử dụng công thức tính: ηα =

1 1

4 , 0

1

− +

=

− +

=

m N TK

m N

KH

αη

αη

859 0 1 1 859 , 0 1

1 1

4 , 0

2

− +

=

− +

=

m N TK

m N

KH

αη

αη

Tìm β

Đối với kênh N1

β = (Li/ L) = = = 0,543Đối với kênh N2

1 2 2

1

1 2 2

.

.

N B

N Net

N B

N

Net

N B

N net B

N

Q Q

Q t

Đối với kênh N1 : =

Đối với kênh N2 : =

Bảng 4.2.1: Tổng hợp hệ số tưới luân phiên các tổ

Số tổ LP Kênh ω (ha

)

Chiều dài (m)

Qnet (m 3 /s) η ΚΗ Qbr

4.2.2 Thời gian tưới luân phiên của mỗi tổ

Với TB = 10 (ngày) tính phối hợp nguồn nước với thời kỳ tưới luân phiên

• Tổ 1:

1 2 2

1

2 1 1

N B

N Net

N B

N

Net

N B

N net B

N

Q Q

Q t

ηη

η+

=

T =

58,410889,0042,6936,0849,4

936,04,849

=

⋅

⋅+

,0.849,4

889,0.042,6

5,42 (ngày)

Ứng với thời kỳ thiếu nước bảng trên

TB =tN1B + tN2B =10 (ngày) Với:

, , : Thời gian tưới cho tổ tưới luân phiên thứ 1 và thứ 2 (ngày)

η

N1 = 0,889 (bảng trên), η

N2 = 0,936 :HSSDN của tổ tưới luân phiên thứ 1 và thứ 2

4 .Tính toán hiệu chỉnh lại kế hoạch dùng nước ứng với thời kỳ mưa (hiệu

chỉnh đến kênh cấp II.

Vào thời kỳ thứ 8 của tháng V xảy ra một trận mưa kéo dài với tổng lượng mưa

P = 20 mm ngoài kế hoạch dùng nước làm lượng nước yêu cầu tại mặt ruộng sẽ giảm đi.Nếu vẫn cung cấp nước theo kế hoạch đã đề ra thì sẽ xảy ra tình trạng thừa nước làm ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp Do đó ta phải tiến hành hiệu chình lại lượngnước lấy vào

5.1 Tính lượng giảm hệ số tưới thiết kế (Δq)

P

4,8610

Trong đó : P: tổng lượng mưa (m3/ha)

t :thời gian mưa (ngày)

Thay số: Δq =

193,012.4,86

20

Vì vậy ta phải đi hiệu chỉnh lại kế hoạch dùng nước của hệ thống

Trong trường hợp này ta không hiệu chỉnh lại kế hoạch dùng nước, mà sẽ sử lí trong quá trình thực hiện, bằng cách:

- Thay đổi lưu lượng lấy vào đầu kênh;

- Kéo dài thêm thời gian lấy nước;

- Điều tiết tương hỗ giữa các đường kênh với nhau