Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thiết kế hồ chứa nậm ngần

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, tiếnhành xây

LỜI MỞ ĐẦU

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được

sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn thủy công cũng như toànthể các thầy cô giáo trong trường đã dạy dỗ và chỉ bảo em trong suốt những năm học

vừa qua, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Lê Xuân Khâm, em

đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

Với đề tài: ’’ Thiết kế hồ chứa Nậm Ngần– Phương án 2’

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một khoảng thời gian có ích để em có điềukiện hệ thống lại kiến thức đã được học và giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vàothực tế, làm quen với công việc của một kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi

Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thủy lợi và vận dụngtổng hợp các kiến thức đã học Dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng vì điều kiện thờigian còn hạn chế nên trong đồ án em chưa giải quyết hết các trường hợp có thể xảy ra.Mặt khác kinh nghiệm bản thân trình độ còn hạn chế nên trong đồ này không tránhkhỏi những thiếu sót

Em kính mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô giáo giúpcho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn, từ đó kiến thức chuyên môn cũng được hoànthiện và nâng cao

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô đặc biệt là thầy giáo TS Đào Tuấn Anh

đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiện

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

Hồ Sĩ Bình là một công trình thuộc cụm công trình trong dự án đầu tư xây dựngcông trình thuỷ lợi 6 xã của huyện Bạch Thông – tỉnh Bắc Kạn bằng nguồn vốn 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 Tú Trĩ;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, độdốc trung bình 1o÷3o Đây là loại địa hình rất thích hợp cho canh tác đất nông nghiệp

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 vụ sản xuất khá khó khăn

1.3 Đặc điểm thổ nhưỡng:

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… và câycông nghiệp ngắn ngày

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 công nghiệp

Đất feralit mùn:

Nằm ở trên núi ở độ cao trên 700m Loại đất này hầu như chỉ phù hợp với trồng rừng

1.4 Đặc điểm địa chất.

Địa chất vùng tuyến đập.

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 thấm nướclớn

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

- 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

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 đá phong 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, trạm

Chợ Đồn, trạm Thị xã Bắc Kạn Tuy nhiên trạm gần nhất và đáng tin cậy nhất là trạm

đo đạc thị xã Bắc Kạn, vì vậy ta lấy số liệu đo đạc của trạm này để tính toán thiết kếsau này

a Khí tượng.

Nhiệt độ:

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

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

Qua bảng thống kê nhiệt độ trên ta thấy rằng: Khí tượng khu vực xây dựngcông trình có thể chia thành 2 mùa nóng, lạnh rõ rệt:

- 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 bình thánglạnh nhất là -1 oC vì vậy nhiệt độ có ảnh hưởng không tốt tới trồng trọt và chăn nuôitrong khu vực

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 đến tháng

IX, mùa khô bắt đầu từ tháng X đến tháng IV năm sau Lượng mưa mùa mưa chiếm70÷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

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

Bảng 1.6 Phân phối lượng nước với tần suất

TT Thời gian Lưu lượng đến

Hình 1.2 Biểu đồ quan hệ: Z~F

1.6 Vật liệu xây dựng:

Vật liệu xây dựng thiên nhiên sử dụng cho công trình bao gồm: cát, đá các loại,đất đắp… vì vậy cần nghiên cứu khảo sát các loại vật liệu tại chỗ, nếu không có thểphải mua tại các mỏ vật liệu gần nhất nhằm giảm giá thành xây dựng Nhu cầu vật liệuxây 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)

120.000m2 x 0.5 m (sâu) = 60.000m3

- Khối lượng đất đắp (edQI-III)

120.000m2 x 5.0m (sâu) = 600.000m3

Đá xây dựng các loại

Cát xây dựng các loại

- 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 cổthêm bậc II dày 5 - 6m, mỏ hai ở bờ phải cùng thuộc lớp cát bồi tích lòng sông cổthềm bậc II 2a1/aQII - III dày 2.0m Chất lượng cát hai mỏ là rất tốt chủ yếu là cátthạch anh hạt mịn đến trung, hai mỏ đều có điều kiện khai thác thuận lợi và trữ lượngthì 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 LỢI 2.1.Tình hình dân sinh kinh tế:

Dân số hưởng lợi trực tiếp từ công trình hồ chứa nước Bắc Quang bao gồm: xã BắcQuang, 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 yếu củangười dân trong vùng là trồng lúa nước và hoa màu như: đỗ tương, ngô, sắn, khoai vàmột số loại cây trồng khác

2.2 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp.

- 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 trung vào 3 xã: QuânBình, Tân Tiến và Bắc Quang, các xã còn lại có rất ít Nguyên nhân chủ yếu là chưachủ 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

- 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 phân phối nhu cầu dùng nước

W q

(10 6 m3) 0.303 0.361 0.308 0.381 0.107 0.191 0.232 0.237 0.241 0.234 0.110 0.119

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 lấy nướctưới cho diện tích đất nông nghiệp của xã, tuy nhiên do đập dâng không có khả năngđiều tiết về mùa khô nên không đáng kể

2.4 Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội:

* Phương hướng phát triển nông, lâm nghiệp

- 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 người thuộcvùng hưởng lợi

* Phương hướng phát triển lâm nghiệp.

- Tiếp tực thực hiện giao đất, giao rừng để bảo vệ rừng hiện có Trồng và khoanh nuôi bảo vệ rừng, phấn đấu đến năm 2013 nâng độ che phủ của rừng lên đến 75% tổng diện tích 5 triệu ha rừng

2.5 Nhiệm vụ công trình

* 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 thác cònhạn chế mà nguyên nhân chủ yếu là do thiếu nước cung cấp cho sản xuất nông nghiệp

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, tăng diệntích sản xuất nông nghiệp, tăng năng suất và sản lượng các loại cây trồng, góp phần cảitạo môi trường và thay đổi đời sống kinh tế - xã hội cho một vùng rộng lớn thuộc 6 xãthuộc huyện Bạch Thông - tỉnh Bắc Cạn

2.6 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 nguồn đấtđai 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 và làmảnh 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, tiếnhành xây dựng hồ chứa để tích nước mùa mưa, xả nước phục vụ tưới mùa khô; tíchnước ở năm nhiều nước phục vụ cho năm ít nước

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

- Đập chắn chính

- Tràn xả lũ

- Cống lấy nước

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CÔNG TRÌNH 3.1 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

3.1.1 Cấp công trình

3.1.1.1 Theo nhiệm vụ của công trình:

Nhiệm vụ chính của công trình là cấp nước tưới cho 145 ha lúa và 60 ha cây ănquả, theo bảng 1 quy chuẩn QCVN 04-05 : 2012/BNNPTNT ta được cấp công trình làcấp IV

3.1.1.2 Theo đặc tính kĩ thuật của công trình:

Theo tính toán sơ bộ ta được chiều cao lớn nhất của đập chắn là 25m, đập đượcđặt trên nền B, theo bảng 1 QCVN 04-05 : 2012/BNNPTNT ta được cấp công trình làcấp II

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

3.1.2 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 kếcủa công trình 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)

8216-Ở MNDBT : p = 2%

Ở MNLTK : p = 25%

- 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 với 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 định công trình và độ bền công trình, do công trình chủ yếu chịu tác dụng của trọng lượng bản thân nên lấy : n = 1,05

- Hệ số an toàn cho phép về ổn định mái đập đất: 1.2

- 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] :

Theo phương án tuyến đươc giao , tuyến đập đươc thiết kế ở đây là tuyến II

3.2.3 Bố trí tuyến cống

Dựa vào bình đồ bố trí tuyến đập và mặt cắt địa chất tuyến đập ta thấy bên vaiphải đâp hướng nhìn hạ lưu lên thượng lưu địa hình bằng phẳng hơn so với bên phảiđập và khu tưới tiêu chủ yếu nằm bên vai trái đập Nên ta chọn phương án bố trí cốnglấy nước bên vai phải đập

3.3.3 Bố trí tuyến tràn

Dựa vào mặt cắt điạ chất tuyến đập ta thấy bờ trái tương đối rộng thuận lợi để

xây dựng công trình tháo lũ (nhìn từ hạ lưu lên thượng lưu) Mặt khác do điều kiệnđịa chất nền bên vai phải đập không cho phép bố trí cả công trình tháo lũ và công trìnhlấy nước cùng một bên.Nên ta sẽ bố trí công trình tháo lũ ở bên trái vai đập

3.4 Xác định các thông số hồ chứa

3.4.1.Tính toán cao trình mực nước chết (MNC hay Zc)

a Khái niệm

Dung tích chết (Vc) là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết

hồ Đó là phần dung tích nằm ngay dưới cùng của kho nước nên gọi là dung tích lótđáy

b Nguyên tắc xác định

Nguyên tắc lựa chọn:

1 Chứa đựng toàn bộ bùng cát đến hồ chứa trong thời gian hoạt động công trình :Vc> Vbc

2 Bảo đảm đầu nước tự chảy: Zc> Zcống

3 Đảm bảo cột nước tối thiểu để phát điện

4.Đảm bảo cột nước tối thiểu để giao thong trong mùa kiệt

5 Đảm bảo dung tích tối thiểu để nuôi trồng thủy sản

6 Đảm bảo dung tích tối thiểu để du lịch và môi trường

c cách xác định mưc nước chết

1.6.1 4.1.3 Xác định mực nước chết

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

Bùn cát lắng đọng trong hồ chứa gồm có bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy

(4-2)Trong đó:

Vlđ - thể tích bùn cát lắng đọng trong hồ chứa

Vll - thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng trong hồ chứa

Vdđ - thể tích bùn cát di đẩy

1 Xác định thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng trong hồ chứa

Dung tích bùn cát lơ lửng lắng đọng tính theo công thức sau:

V = Vlđ T (4-3)Trong đó:

T - tuổi thọ của công trình (theo QCVN04_05 lấy T = 75 năm)

Vlđ là lượng bùn cát lắng đọng bình quân trong một năm

Thay số ta được như sau:

Vậy MNC = Zbc + a + h = 151,212+ 0.5+1 = 151,712 (m)

*Xác định theo yêu cầu tưới tự chảy.

Để đảm bảo yêu cầu nước tự chảy thì : MNC= Zkc + ΔZZ

Theo kết quả tinh toán thủy nông ta có Zkc = 510,3 m

Vậy cao trình mực nước chết là MNC=510,3+0.5=510,8 (m)

 Kết luận : Từ kết quả của 2 phương pháp trên, ta chọn giá trị lớn nhất

Cao trình mực nước chết Zc=81.524 (m)

Với Zc =151,712 m Tra quan hệ lòng hồ Z~V ta được dung tích chết Vc= 0,0712.106

m3

3.4.2.Xác định mực nước dâng bình thường và dung tích hiệu dụng V h

3.4.2.1 Khái niệm MNDBT và dung tích hiệu dụng

- Dung tích hiệu dụng (Vh) là phần dung tích nằm trên dung tích chết (V0).Dung tích hiệu dụng làm nhiệm vụ điều tiết nước trong hồ

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là mực nước trong kho khống chế

phần dung tích chết và dung tích hiệu dụng.Đây là mực trữ nước cao nhất trong hồ ứngvới các điều kiện thủy văn và chế độ làm việc bình thường như đã thiết kế hồ

Giá trị của MNDBT được rút ra từ quan hệ Z ~ V

3.4.2.2 Cách xác định MNDBT

* Xác định hình thức điều tiết hồ chứa:

toán cân bằng nước

Nhận xét: lượng nước đến lớn hơn lượng nước yêu cầu tức là W0 > Wq→lượng nước

đến năm thiết kế còn thừa nên hồ chứa làm việc với chế độ điều tiết năm

*Nguyên lý tính toán

Dùng nguyên lý cân bằng nước viết cho hồ chứa trong từng thời đoạn tính toán.Thời đoạn tính toán thường chọn là tháng, theo thời gian năm thuỷ văn (1 năm thuỷvăn bắt đầu từ tháng đầu mùa lũ năm trước tới tháng cuối mùa kiệt năm sau)

Trên cơ sở đó dựa vào nhu cầu dùng nước từng thời đoạn để xác định được thời kỳthiếu nước và thời kỳ thừa nước, từ đó xác định được phần dung tích cần thiết để thiết

kế (dung tích hiệu dụng Vh)

Phương trình cân bằng nước như sau :

(Q – q).t = V2 – V1 = VTrong đó:

- Q: là lưu lượng trung bình đến hồ trong thời đoạn ∆t

- ∆t: thời đọan tính toán.

- q : là lưu lượng nước ra khỏi hồ chứa

q = qyc + qbh + qth + qxả

- qyc: là lưu lượng nước yêu cầu

- qbh : là lưu lượng tổn thất do bốc hơi

- qtham : là lưu lượng tổn thất do thấm

- qxả : là lưu lượng nước xả thừa

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

*Trình tự tính toán

Bước 1 : Sắp xếp lượng nước đến tháng theo trình tự năm thuỷ văn ứng với tần suất

P=85% theo trình tự năm thuỷ văn bắt đầu tháng mùa lũ là tháng VIII, kết thúc làtháng VII năm sau

Bước 2 : Tính tổng lượng nước đến và lượng nước yêu cầu hàng tháng

W=Q.∆tTrong đó :

- Q: lưu lượng nước đến hoặc lưu lượng nước yêu cầu hàng tháng

- ∆t: thời gian trong tháng tính bằng giây (s)

Bước 3 : Từ tổng lượng nước đến và tổng lượng nước yêu cầu hàng tháng tính toán

cân bằng nước xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa (chưa kể tổn thất)

- Vbq: dung tích bình quân hồ trong tháng tính toán

cthang đthang

V V

Bước 8 : Tính sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng( trường hợp đã kể tổn thất

và chưa kể tổn thất) theo công thức (9-25), trang 351 giáo trình thuỷ văn công trình:

% 100 (%)

1

n h

h n n h

V

V V V

Bước 9 : Xác định MNDBT suy ra từ quan hệ Z~V khi biết Vbt = Vh

a.Xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa chưa kể tổn thất

Cách tính thể hiện trong bảng sau:

Cột 2: Số ngày trong tháng ứng với cột 1

Cột 3: Tổng lượng nước đến từng tháng ứng với P = 85%

Cột 4: Tổng lượng nước yêu cầu từng tháng ứng với P=85 %

Cột 5: Lượng nước thừa hàng tháng W+, tính theo công thức:

W(y/

c) ΔZW+

W(tích)

W(xả)(106m3) (106m3) (106m3) (106m3)

Tháng Vhồ Vbq F Zbôc hoi Wboc hoi W thấm

Tổng tổn thất (10 6 m 3 ) (10 6 m 3 ) (10 6 m 2 ) (m) (10 6 m 3 ) K (10 6 m 3 ) (10 6 m 3 )

VI 14.498 7.2846 1.969876 0.0484 0.095342 1% 0.072846 0.0728 VII 45.234 29.866 5.039796 0.0429 0.216207 1% 0.29866 0.2987 VIII 45.234 45.234 6.413682 0.0457 0.293105 1% 0.45234 0.4523

IX 45.234 45.234 6.413682 0.034 0.218065 1% 0.45234 0.4523

X 34.263 39.7485 6.014234 0.0271 0.162986 1% 0.397485 0.3975

XI 32.654 33.4585 5.42585 0.0252 0.136731 1% 0.334585 0.3346 XII 44.418 38.536 5.924787 0.0231 0.136863 1% 0.38536 0.3854

I 45.234 44.826 6.385864 0.0256 0.163478 1% 0.44826 0.4483

II 24.625 34.9295 5.57295 0.0281 0.1566 1% 0.349295 0.3493 III 12 18.3125 3.530294 0.03 0.105909 1% 0.183125 0.1831

IV 1.256 6.628 1.852379 0.04 0.074095 1% 0.06628 0.0663

V 0.0712 0.6636 0.33088 0.0455 0.015055 1% 0.006636 0.0066

Trong đó :

- Cột 1 : Thứ tự các tháng sắp sếp theo năm thủy lợi

- Cột 2 : Dung tích hồ chứa bao gồm cả dung tích chết

- Cột 3 : Dung tích bình quân của hồ chứa

Vbq = 1

2

- Cột 4 : Diện tích hồ ứng với dung tích hồ ( tra quan hệ V-F)

- Cột 5 : Lượng bốc hơi tương ứng với các tháng ở cột 1

- Cột 6 : Tổn thất bốc hơi tương ứng với các tháng ở cột 1

*Xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổng tổn thất của hồ

Bảng 2.4 : Dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổn thất của hồ

Tháng Số ngày W(đến) W(y/c) Wq' ΔZW+ ΔZW- Vtích Vxa

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

Cột 2: Số ngày trong tháng ứng với cột 1

Cột 3: Tổng lượng nước đến từng tháng

Cột 4: Tổng lượng nước yêu cầu từng tháng chưa kể đến tổn thất

Cột 5: Tổng lượng nước yêu cầu từng tháng có kể đến tổn thất

Cột 6: Lượng nước thừa hàng tháng W+, tính theo công thức:

Bảng 2.5 :Tính lại tổn thất hồ chứa

Tháng Vhồ Vbq F Zbôc hoi Wboc hoi

K

W thấm tổn thấtTổng(10 6 m 3 ) (10 6 m 3 ) (10 6 m 2 ) (m) (10 6 m 3 ) (10 6 m 3 ) (10 6 m 3 )

0.0712

VI 14.4964 7.2838 1.969733 0.0484 0.095335 1% 0.072838 0.0728 VII 49.6535 32.07495 5.282347 0.0429 0.226613 1% 0.32075 0.3207 VIII 49.6535 49.6535 6.715011 0.0457 0.306876 1% 0.496535 0.4965

IX 49.6535 49.6535 6.715011 0.034 0.22831 1% 0.496535 0.4965

X 38.2853 43.9694 6.325611 0.0271 0.171424 1% 0.439694 0.4397

XI 36.3422 37.31375 5.811375 0.0252 0.146447 1% 0.373138 0.3731 XII 47.7203 42.03125 6.182633 0.0231 0.142819 1% 0.420313 0.4203

I 49.6535 48.6869 6.649107 0.0256 0.170217 1% 0.486869 0.4869

II 28.6146 39.13405 5.968905 0.0281 0.167726 1% 0.391341 0.3913 III 15.807 22.2108 4.106679 0.03 0.1232 1% 0.222108 0.2221

IV 1.33394 8.57047 2.179113 0.04 0.087165 1% 0.085705 0.0857

V 0.0712 0.70257 0.362056 0.0455 0.016474 1% 0.007026 0.0070

Bảng 2.6 :Tính lại dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổn thất hồ chứa

nước siêu cao (Hsc) ứng với từng phương án chiều rộng Btr trên cơ sở dung tích phòng

lũ đó ta xác định được cao trình đỉnh đập, quy mô kích thước của công trình tràn saocho phù hợp với yêu cầu phòng lũ ở hạ lưu, và lựa chọn phương thức vận hành hợp lý

- Phương pháp bán đồ giải potapop

- Phương pháp đơn giản kotrerin

- Phương pháp runge-kutta bậc ba

 Phương pháp thử dần (lập bảng)

- Ưu điểm: Dùng cho trường hợp t thay đổi, với mọi hình thức công trình xả lũcũng như các nhu cầu vận hành khác nhau

- Nhược điểm: Số lượng tính toán lớn do phải tính lặp nhiều lần.

- Phạm vi áp dụng: Dùng cho các công trình xả lũ đã xác định hình thức và quy

→ Căn cứ vào bình đồ tuyến đập, địa chất khu vực xây dựng công trình ta chọnđường tràn nằm bên vai trái của tuyến đập.

+) Nếu Btr lớn đập thấp dẫn đến khối lượng đập đất giảm, cống ngắn hơn, diệntích ngập lụt lòng hồ nhỏ,cột nước tràn nhỏ nhưng khối lượng tràn lớn

+) Nếu Btr nhỏ đập cao kinh phí tăng, cống dài thêm, diện tích ngập lụt lòng hồlớn, cột nước tràn cao tiêu năng khó

Có thể sơ bộ xác định bề rộng tràn theo ba phương án sau: 10m, 12m, 14m

4.2.3 Kết cấu ngưỡng tràn :

Bộ phận nối tiếp hạ lưu có nhiệm vụ đưa nước từ thượng lưu về hạ lưu được antoàn

Do chênh lệch địa hình lớn có thể có các hình thức nối tiếp và tiêu năng :

+ Nối tiếp bằng dốc nước, tiêu năng bằng bể tiêu năng

 Ta chọn hình thức : Nối tiếp bằng dốc nước, tiêu năng bằng bể tiêu năng

4.3.Tính toán điều tiết lũ :

4.3.1.Các thông số cần thiết :

- Đường quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế P=1%

- Đường quá trình lũ ứng với tần suất kiểm tra P=0.2%

- Đường quan hệ đặc trưng lòng hồ: Z~F, Z~V

4.3.2 Phương pháp điều tiết :

Sử dụng biện pháp lặp trực tiếp để điều tiết lũ cho hồ chứa từ các phương trình:Viết lại hệ phương trình cơ bản dưới dạng

Tại thời đoạn tính toán bất kỳ

Bước 1: Giả định giá trị q2gt ở cuối thời đoạn tính toán, tính giá trị V2 theophương trình (1)

Bước 2: Tra quan hệ Z~V xác định Z2

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

Với  là số dương tùy ý được ấn định trước, chính là sai số cho phép giữahai lần tính

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

Nếu sai số không thỏa mãn thì quay lại bước 1

a Phương pháp điều tiết (3 phương án B tràn): Với tần suất lũ thiết kế P=1%

- Chúng ta đã có tài liệu cho trước bao gồm: quan hệ Q~t, Z~V, và các thông

số của tràn Ta có bảng thông số ban đầu với Btrànnhư sau:

H(m)

Cột 2: thời gian lũ lên

Cột 3: thời đoạn tính toán ( giây)

Điều tiết lũ ứng với tần suất lũ: thiết kế P= 1% ,lũ kiểm tra P=0,2%

Cột 4: lưu lượng lũ đến trong các thời đoạn

tt

q q q

Ứng với mỗi phương án B tr lập được bảng tính toán điều tiết như sau:

Bảng 3.1 : Điều tiết lũ thiết kế với Btr =10 m

q xảtínhtoán

sai số

0

11 660 3600 6.44 13.753 1646.8 526.081 0.731 13.753 0

b Phương pháp điều tiết (3 phương án B tràn): Với tần suất lũ kiểm tra P=0.2%

- Các bước tính toán tương tự như điều tiết lũ với tần suất thiết kế như đã nêu trên

Ứng với mỗi phương án B tr lập được bảng tính toán điều tiết như sau:

Bảng 3.4 : Điều tiết lũ kiểm tra ứng với B tr =9 m

q xảtínhtoán

Bảng 3.5 : Điều tiết lũ kiểm tra ứng với B tr =12 m

q xảtínhtoán

Bảng 3.6 : Điều tiết lũ kiểm tra ứng với Btr=15 m

q xảtínhtoán

Cột nước tràn(m)

Cao trìnhMNLTK (m)

CHƯƠNG 5 :THIẾT KẾ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

5.1 Đặt vấn đề :

Cụm công trình đầu mối trong hệ thống thủy lợi ngoài nhiệm vụ đảm bảo yêucầu dùng nước, còn có chức năng bảo đảm sự làm việc an toàn cho cả hệ thống Dovậy, trong giai đoạn thiết kế sơ bộ phải đưa ra các phương án khác nhau về hình thức,kết cấu, kích thước, cao trình, tuyến xây dựng công trình đầu mối (đập dâng, côngtrình tháo lũ, công trình lấy nước), để chọn ra được phương án tối ưu nhất về mặt kinh

tế - kỹ thuật

Trong phạm vi đồ án, ta chỉ dựa trên cơ sở tính toán về kích thước côngtrình Ta chỉ thiết kế sơ bộ đập dâng và tràn xả lũ để tính toán chọn phương án, còncống lấy nước và những công trình khác ,do sự sai khác về khối lượng giữa cácphương án là không đáng kể, nên ta không đề cập đến

Ta đưa ra 3 phương án về kích thước bề rộng cửa tràn để thiết kế, chọnphương án hợp lý nhất ,đó là : Btràn =10 m, 12 m, 14 m

Khi xây dựng đập, ta phải bóc bỏ lớp đất bị phong hóa đi Ở lòng sông, ta bóc

bỏ khoảng 0.5m  1.5m lớp đất bị phong hóa Chọn cao trình đáy đập đáy = 145 m

Z     sl  (2) Z3 = MNLTK + a” (3)

Trong đó:

MNDBT: Mực nước dâng bình thường

a : Độ vượt cao an toàn tương ứng với MNDBT, MNLTK, MNLKT

- Khi hồ chứa làm việc ở MNDBT: a = 0,7 m

- Khi hồ chứa làm việc ở MNLTK: a' = 0.5 m

- Khi hồ chứa làm việc ở MNLKT : a’’=0.2 m

Bảng 4.2 : Ứng với tần suất 4%

Mực Nước Đà gió

(m)

Vận tốc (m/s)

Góc hướng gió với trục hồ a (˚)

Góc hướng gió với trục hồ a (˚)

cosα g.H

.D V 2.10

Trong đó :

- V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất lấy với tần suất p = 4%

Theo tài liệu thủy văn khu vực ta có VP = 4% = 24,8 (m/s)

- D = 780 m: Chiều dài đà sóng ứng với MNDBT (m)

- g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)

- H : Chiều sâu nước trước đập (m)

H = MNDBT – Zđáy =171,82– 145 = 26,82 m

- s : Góc kẹp giữa trục dọc của đập và hướng gió Lấy s = 00

Thay số vào ta được:

 Xác định chiều cao sóng leo hsl:

Theo TCVN 8421-2010, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định hsl1% = K1.K2.K3.K4.Kα.hs1%

Trong đó : - hs1% : Chiều cao song ứng với mức bảo đảm 1%

- K1,K2,K3,K4, Kα : Các hệ số + hs1% được xác định như sau (theo TCVN 8421-2012):

- Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu: H  0,5 λ

- Tính các đại lượng không thứ nguyên: gtV, V 2

gh0,006V

Với K1% = 2,01( Hệ số ứng với mức bảo đảm 1%, tra ở đồ thị hình TCVN

8421-2010 ứng với đại lượng V 2

gD

= 12,441 )

+ Hệ số K1, K2 theo TCVN 8421-2010 phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và

độ nhám tương đối trên mái chọn /h1%=0,03 mm => K1 = 1 và K2 = 0,9.+ Hệ số K3 theo TCVN8421 phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m Ở đây tínhvới vận tốc gió lớn nhất ứng với tần suất p = 4% có V4% = 24,8 (m/s) 20(m/s) và sơ bộ chọn hệ số mái thượng lưu của đập m = 3,5 => K3 = 1,5

+ Hệ số K4 tra TCVN 8421 phụ thuộc vào hệ số mái m = 3.5 và trị số

Các bước tính toán tương tự như xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT

Ta có bảng tổng hợp kết quả tính như sau :

Bảng 4.4 :Xác định cao trình đỉnh đâp theo MNLTK