Thiết kế hồ chứa Nậm Ngần

Dựa trên tài liệu thực đo 44 năm trạm Bắc Quang xác địnhđược tốc độ gió mạnh nhất 8 hướng ứng với tần suất thiết kế trong bảng 1.3Bảng 1.3 Tốc độ gió mạnh nhất 8 hướng ứng với tần suất t

PHẦN I TÀI LIỆU CƠ BẢN

1.1 Vị trí địa lý , điều kiện địa hình khu vực xây dựng công trình :

1.1.1 Vị trí địa lý:

Công trình hồ chứa nước Nậm Ngần thuộc loại công trình đuờng dẫn, có đầu mối hồchứa nằm trên suối Nậm Ngần (nhánh cấp1của Sông Lô) thuộc địa bàn xã Việt Lâm Khuvực công trình hồ chứa Nậm Ngần được giới hạn bởi vùng toạ độ địa lý sau:

+ 22036’30’’ đến 22037’00’’ vĩ độ Bắc

+ 104054’30’’ đến 104055’20’’ kinh độ Đông

1.1.2 Điều kiện địa hình, địa mạo khu vực xây dựng công trình:

a, Đặc điểm địa hình

Suối Nậm Ngần là nhánh cấp 1 của Sông Lô, bắt nguồn từ các dãy núi Am phía bờphải cao 1971 m và núi Nam An phía bờ trái có độ cao 725,6 m Trên đoạn dài khoảng 10

km kể từ ngã ba trên bản An Ngần về dưới hạ lưu là bản Nậm Ngần, thung lũng của suốiNậm Ngần nằm giữa 2 dải núi cao, địa hình sườn dốc bào mòn và phân cắt mạnh Suốichảy theo hướng chủ yếu là Tây bắc - Đông nam Từ tuyến đập xuống bản Nậm Ngầnlòng suối có một số bước thụt địa hình, tạo ra nhiều ghềnh thác nhỏ, có đoạn độ dốc thayđổi bất thường độ cao chênh lệch khoảng 60 m Ngược lại từ tuyến đập lên ngã ba AnNgần độ dốc lòng suối tương đối trung bình 0,4% Độ cao lòng suối tại khu vực tuyến đập

so với thung lũng Nậm Quăng có độ chênh lệch tới cao hơn 80 m

b, Đặc điểm địa mạo:

Trong đoạn suối mà hồ chứa chiếm thì bờ phải có 3 nhánh suối nhỏ đổ vào suốiNậm Ngần Về mặt hình thái của thung lũng trên đoạn này có sự thay đổi khá mạnh: cóđoạn dạng chữ V, có đoạn dạng ca - nhông và cũng có đoạn thung lũng mở rộng dạng ngănkéo Lòng suối có chiều rộng trung bình khoảng từ 30 - 40 m Hai bờ không hình thành

thềm sông, phần nhiều lộ đá gốc Lòng suối có nơi tích tụ bồi tích, có nơi lộ đá gốc tuỳthuộc vào độ dốc của suối

Sườn dốc 2 bên của thung lũng suối cói dạng tương đối cân xứng, góc dốc thay đổi trongkhoảng từ 25 - 400 Độ cao từ lòng suối tới đỉnh chia nước thường có độ chênh lệch khoảng

300 m Đây là sườn bào mòn, đôi chỗ còn để lại vết trượt, sạt cổ, tầng phủ và đới phonghoá bị trượt để lại những đá lăn, đá tảng khối nhỏ trên sườn và một số khe cạn

Hiện trạng rừng thứ sinh phát triển, sườn dốc tự nhiên tương đối ổn định.

- Địa hình tại khu vực tuyến đập có đặc điểm là suối hẹp, sườn dốc cao Lòng suốirộng khoảng 30m Hai thềm đều lộ đá gốc, không có thềm tích tụ và bãi bồi

Sườn dốc bờ phải có góc dốc 40-45o Về phía hạ lưu sườn dốc nghiêng đều, các đườngđồng mức chạy song song theo phương suối

Sườn dốc bờ trái có góc dốc 51-55o Bề mặt sườn dốc tương đối phẳng, nhiều điểm lộ đágốc, tầng phủ mỏng

1 2 Điều kiện về địa chất :

1.2.1 Tổng quan toàn vùng:

Khu vực xây dựng công trình nằm hoàn toàn trên nền đá gốc có nguồn gốc Magmaxâm nhập Đây là khối batolit xâm nhập sâu, kích thước rộng lớn, thuộc phức hệ SôngChảy, tiếp giáp ở phía đông (gần khu nhà máy) là hệ tầng Thác Bà Hệ đệ tứ phân bố thànhdải hẹp theo các thung lũng sông, suối

Cấu tạo địa tầng địa chất sau:

- Hệ tầng Thác Bà (PR3 – ê1 tb) phân bố ở phía đông khu vực nghiên cứu( khu vực

công trình chính không nằm trên hệ tầng này)

- Hệ đệ tứ không phân chia (aQ): phân bố dọc theo lòng suối, thành phần cát, cát

pha lẫn cuội tảng có bề dày <3m Phức hệ Sông Chảy: thành tạo magma trong vùng

nghiên cứu thuộc pha 1 phức hệ Sông Chảy (γ aD1 sc 1), chiếm toàn bộ diện tích khu vựcnghiên cứu

1.2.2 Điều kiện địa chất vùng hồ

a, Địa tầng địa chất của vùng hồ.

Toàn bộ vùng hồ nằm trên khối granit xâm nhập thuộc pha 1 phức hệ sông Chảy (γ aD1

sc 1) Bề mặt của phức hệ này hầu hết bị phong hoá hoàn toàn, tuy nhiên phong hoá không phát triển sâu

b, Đứt gãy kiến tạo vùng hồ

Trong các đứt gãy thì đáng lưu ý nhất là đứt gãy bậc III chạy dọc theo suối NậmNgần Càng gần về tuyến đập đứt gãy càng có xu hướng tắt dần và tắt hẳn khi cách tuyếnđập khoảng 0,5-1km Đứt gãy này tuy không gây mất nước nhưng có thể hình thành một sốđiểm gây sạt lở nhỏ ở bờ hồ khi hồ được tích nước Một vài đứt gãy khác không gây nguyhiểm đến ổn định bờ hồ

1.2.3 Địa chất tuyến đập:

- Đặc điểm địa chất:

+Khu vực xây dựng đập nằm hoàn toàn trên nền đá granit Địa tầng từ trên xuống dưới nhưsau:

+ Bồi tích lòng suối mỏng, chiều dày  3m Sườn dốc 2 bờ đều có đới phong hoá mãnh liệtIA1 khá mỏng, thường < 2m Đới phong hoá nhẹ IB của đá granit phân bố chủ yếu và rộngkhắp Chiều dày biểu kiến thay đổi từ 10-33m, chiều dày thực trung bình khoảng 15m Đớinày ở sườn dốc bờ phải thường lớn hơn so với ở sườn dốc bờ trái Đới IIA của đá granit cóchiều dày biểu kiến thay đổi khoảng 4-11m, chiều dày thực trung bình khoảng 5m Dướichiều dày thực khoảng 20m trở xuống là đới tương đối nguyên khối IIB Riêng vai phải cóchỗ lớn hơn 33m mới có thể gặp đới IIB

- Đặc điểm kiến tạo: Hầu hết các đứt gãy bậc III đều ở xa công trình Tại đây có 1 đứt gãybậc IV và 1 khe nứt lớn bậc V cần được chú ý:

+ Đứt gãy IV- 1 Cắt ngang ở phần đáy của tuyến đập

+ Khe nứt lớn V- 1 Cắt chéo qua vai cánh phải của vòm

+ Ngoài ra còn một số đứt gãy khác ở phía thượng lưu, nhưng không ảnh hưởng tới tuyếnđập

1.2.4 Địa chất tuyến tràn

Đới phong hoá trung bình đến nhẹ (IB) phát triển đến độ sâu > 20m Đá có độ bền thuộc loại trung bình Khối đá nứt nẻ ít, chất lượng trên trung bình Nền đá IB đáp ứng trênmức yêu cầu của công trình

1.2.5 Địa chất tuyến cống

Điều kiện địa chất ở đây tương đối đơn giản, đá gốc chỉ có 1 loại là đá granit Trongphạm vi tuyến đập và tuyến cống phong hóa phát triển không sâu và tương đối đồng đều vềchiều dày Cống lấy nước chủ yếu đi trong đới IIB, trên tuyến 2 đứt gãy kiến tạo bậc IV,góc cắm dốc đứng cắt ngang tuyến cống

1 3 Điều kiện thủy văn, khí tượng :

1.3.1 Đặc trưng hình thái

Một số dặc trưng hình thái lưu vực và dòng sông Nậm Ngần được trình bày trong bảngsau:

Bảng 1.2 Đặc trưng lưu vực suối Nậm Ngần

Tuyến F (km 2 ) Ls (km) Blv (km) Htb (m) D (km/km 2 )

Trong đó: F- Diện tích lưu vực; Ls- chiều dài sông chính; Htb - Độ cao bình quân lưu vực;

D – Mật độ lưới sông, Blv- chiều rộng lớn nhất lưu vực

1.3.2 Tài liệu nghiên cứu khí tượng trong và lân cận lưu vực Nậm Ngần

Tài liệu khí tượng thủy văn sử dụng trong nghiên cứu tính toán bao gồm:

- Về tài liệu khí tượng, trạm đo mưa: Trạm đo mưa Việt Lâm cách tâm lưu vực 9km

về phía Đông, các trạm khí tượng(đo hết các thông số nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, mưa, gió)gồm: trạm Bắc Quang nằm cách tâm lưu vực 14km về phía Nam, trạm Hoàng Su Phì cáchtâm lưu vực 29km về phía Tây Bắc và trạm Hà Giang cách tâm lưu vực 24 km về phíaBắc

- Về trạm thủy văn: trạm Ngòi Sảo cách tâm lưu vực 25 km về phía Đông Nam

1.3.3 Điều kiện khí hậu

- Do suối Nậm Ngần nằm gần trạm khí tượng Bắc Quang nên khi xem xét tổngquan có thể lấy các đặc trưng khí tượng Bắc Quang làm điển hình

- Gió tại Bắc Quang có hướng thịnh hành là Bắc và Đông Bắc về mùa đông, vàNam-Tây Nam về mùa hè Tốc độ gió trung bình năm đạt 2,5 m/s Tốc độ gió lớn nhất đo

được đạt 30 m/s (năm 1973) Dựa trên tài liệu thực đo 44 năm trạm Bắc Quang xác địnhđược tốc độ gió mạnh nhất 8 hướng ứng với tần suất thiết kế trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Tốc độ gió mạnh nhất 8 hướng ứng với tần suất tại trạm Bắc Quang

Bảng 1.4: Lượng mưa ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế trạm Bắc Quang

Tham số thống kê Xmaxp (mm)

- Bốc hơi: Lượng bốc hơi Piche trung bình năm tại trạm khí tượng Bắc Quang đạt 631 mm.Lượng bốc hơi lưu vực tuyến đập Thủy điện Nậm Ngần xác định theo phương trình cânbằng nước là 1914 mm/năm, tổn thất bốc hơi từ mặt hồ sau khi xây dựng hồ chứa là:196mm/ năm

- Nhiệt độ: Nhiệt độ không khí trung bình năm tại Bắc Quang là 22,9 oC, cao nhất là 40,4oC(ngày 03/V/1994) và thấp nhất là 0,3oC (ngày 03/I/1974)

- Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng tại Bắc Quang cao quanh năm, daođộng từ 83-87%, trung bình năm là 85%.

Bảng 1.5: Trị số trung bình tháng và năm của các yếu tố khí tượng cơ bản trạm Bắc Quang Tháng Lượng mưa

(mm)

Bốc hơi (mm)

Độ ẩm (%)

Nhiệt độ ( o C)

Lượng nước trong mùa lũ của suối Nậm Ngần chiếm khoảng 80-83% lượng nước cảnăm, trong đó tháng VII và tháng VIII là 2 tháng có lượng nước lớn nhất Tại lưu vực NậmNgần không có trạm quan trắc dòng chảy nên việc tính toán dòng chảy năm dựa trên haiphương pháp mô hình TanK và lưu vực tương tự

Kết quả tính toán theo hai phương pháp nêu trên được trình bày trong các bảng 1.4dưới đây:

Bảng 1.6 Phân phối trung bình theo tháng của dòng chảy năm tuyến Nậm

Ngần phương pháp lưu vực tương tự và mô hình TanK Phương

Từ bảng trên ta nhận thấy dòng chảy năm xác định bằng phương pháp lưu vực tương

tự và phương pháp mô hình TanK có kết quả gần giống nhau, sai số nằm nhỏ Tuy nhiên,phương pháp mô hình TanK có cơ sở lý thuyết chặt chẽ hơn nên để đảm bảo an toàn vàthuận lợi cho việc tính toán sau này

Bảng 1.7 Lưu lượng trung bình tháng và năm thủy văn tuyến đập Nậm Ngần

theo phương pháp mô hình Tank

Q (m3/s) 13,72 19,70 19,50 13,55 9,72 8,91 4,30 2,30 2,06 2,08 2,15 4,07 8,50

1.3.5 Dòng chảy lũ

a, Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

Công trình thủy điện Nậm Ngần là công trình cấp III được thiết kế với lưu lượngđỉnh lũ lớn nhất năm tần suất P = 1% và tần suất kiểm tra P = 0.2% theo Quy chuẩn XâyDựng Việt Nam QCVN: 04-05:2012

Theo Qui phạm thủy lợi QPTL C6 – 77 đối với những lưu vực có diện tích trên100km2 có thể dùng công thức thể tích XôLôKôpXKi hoặc công thức triết giảm để xácđịnh lũ thiết kế

Kết quả tính toán được thể hiện trong các Bảng 1.8 như sau:

Bảng 1.8 Kết quả tính Q maxP theo Xôkôlôpxk và công thức triết giảm

b, Tổng lượng lũ thiết kế

Tổng lượng lũ thiết kế tại tuyến công trình được xác định bằng các công thức quan

hệ đỉnh lượng và lưu lượng trạm thủy văn Ngòi Sảo Kết quả tính tổng lượng lũ thiết kếtuyến Nậm Ngần được ghi trong Bảng 1.9 sau đây:

Bảng 1.9 Tổng lượng lũ thiết kế tuyến đập Nậm Ngần

Tần suất P(%) Q p% (m 3 /s)

Tổng lượng lũ thời đoạn Wp% (10 6 m 3 )

Đường quá trình lũ thiết kế được thu phóng theo phương pháp cùng tần suất theo

mô hình lũ thực đo tại trạm Ngòi Sảo năm 1968

Bảng 1.10 Quá trình lũ thiết kế tuyến đập Nậm Ngần theo mô hình lũ tại trạm Ngòi Sảo năm 1968

Để phục vụ cho thi công, cần xác định lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất 5% và10% trong thời kỳ kiệt Trong thời gian này thường xảy ra những trận lũ vào cuối kỳ hoặcđầu kỳ của mùa mưa gọi là lũ tiểu mãn.

Lưu vực tính toán không có tài liệu thực đo, do vậy để tính dòng chảy lớn nhất củacác tháng mùa kiệt phục vụ thi công công trình, đã sử dụng tài liệu của trạm Ngòi Sảo đểtính toán Kết quả tính toán kê ở bảng dưới đây:

Bảng 1.11 Lưu lượng lớn nhất mùa dẫn dòng thi công công trình thủy điện Nậm Ngần

1.3.7 Quan hệ mực nước và lưu lượng Q = f(H)

Dựa trên bản đồ 1:500, các mặt cắt ngang thực đo, trắc dọc tuyến công trình xâydựng được quan hệ Q ~ f(H) từng tuyến công trình Kết quả tính toán trình bày trong bảngdưới đây:

a, Mỏ đá vôi thôn Lùng Sinh

Mỏ đá nằm trong địa phận thôn Lùng Sinh, xã Việt Lâm, huyện Vị Xuyên, tỉnh HàGiang, cách nhà máy khoảng 5km và cách tuyến đập khoảng 11km Đây là một dải núi đávôi thấp, nằm gần đường liên thôn Núi có chiều cao khoảng 80m và diện lộ khoảng 100m.Chất lượng đá vôi đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cho bê tông xây dựng đập Tuy nhiên cầnchú ý tuyển chọn vì đá vôi thuộc loại giòn, nhiều góc cạnh mảnh, tránh loại viên dài và dẹt

b, Mỏ đá vôi thôn Lèn:

Mỏ nằm tại xã Việt Lâm, huyện Vị Xuyên – Hà Giang, cách nhà máy khoảng 7km

và cách tuyến đập khoảng 13km Qua mỏ có đường ô tô liên xã Mỏ đá hiện đã được khaithác Diện khai thác nằm dưới chân núi đá vôi, chiều dài mỏ khoảng trên 50m, chiều caokhai thác khoảng trên 30m Chất lượng đá vôi tương đối đồng nhất, thuộc loại phân lớpdày, cấu tạo dạng khối Thế nằm có góc dốc 20o, khai thác theo đường phương

b, Mỏ cát Sông Lô:

Mỏ nằm trong bãi bồi của sông lô tại km17-QL2 (cách TX Hà Giang 19km) Cáchnhà máy khoảng 14km và cách tuyến đập khoảng 20km Thành phần chủ yếu là cát thạchanh hạt trung Đây là mỏ cát được cư dân địa phương khai thác sử dụng, chất lượng ítnhiều hạn chế Có thể coi đây là mỏ dự phòng, nếu sử dụng cần phải phân tích đánh giáthêm về chất lượng

1.4.3 Vật liệu đất

Vật liệu đất phục vụ đắp đê quây dẫn dòng Từ vị trí cách tuyến đập khoảng 1km ra

phía ngoài bản Lùng Lý xác định được các vị trí mỏ với trữ lượng lớn Tầng đất thường

dày trên 3m Đất thuộc loại sét pha lẫn dăm sạn, trạng thái cứng - nửa cứng, phần trên (từ

0-1m) đất thường lẫn mùn hữu cơ và rễ cây, có thể sử dụng cho việc đắp đê quây dẫn dòng

thi công Quá trình khai thác cần thí nghiệm đầm nện để xác định hệ số độ chặt Kc

1 5 Nhiệm vụ công trình và sử dụng nguồn nước :

Xây dựng hồ chứa nước Nậm Ngần nhằm khai thác tối đa nguồn nước của lưu vực

để tưới cho vùng tưới với diện tích tưới là = 3485 ha

Ngoài ra công trình còn làm thay đổi cảnh quan môi trường khu vực Kết hợp với

các công trình kiến trúc đô thị văn hoá khác tạo nên một địa điểm vui chơi thu hút khách

du lịch vào tham quan, nghỉ ngơi, giải trí

Bảng 2.1: Nhu cầu dùng nước

2.1 Giải pháp công trình và thành phần công trình

Công trình là hồ chứa nước, gồm có đập đất , đập tràn và cống lấy nước

2.2 Sơ bộ chọn Cấp bậc công trình

Việc xác định cấp công trình có vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế kĩ thuật vìcấp công trình có ảnh hưởng trực tiếp về kinh tế và kĩ thuật vì nó là cơ sở để xác định cácchỉ tiêu thiết kế

2.2.1 Xác định cấp công trình dựa vào điều kiện sau: (theo qui định của QCXDVN 05:2012 )

04-Căn cứ vào nhiệm vụ của công trình hồ chứa Nậm Ngần là cung cấp nước tưới cho

3485 ha đất canh tác, tra bảng 1/ trang 10 của QCXDVN 04-05:2012 Như vậy ta có cấpcông trình là cấp III

_Khái niệm: Mực nước chết là cao trình mực nước ứng với dung tích chết

_Ta xác định được cao trình mực nước chết như sau:

ZMNC = Zbc + h +a (m) ( 1-1 )

Trong đó:

Vbc = Vll + Vdd (1 – 2)

Trong đó :

Vll : thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng lại trong hồ (m3)

Vdd : thể tích bùn cát di đẩy lắng đọng lại trong hồ (m3)

- T : tuổi thọ công trình, xác định dựa vào cấp công trình, đối với công trình cấp IIIthì T = 50 năm

- γ: khối lượng riêng của bùn cát, γ = 1,2m3

- δ: đặc trưng cho hàm lượng bùn cát bị tháo ra khỏi hồ lúc lũ về, lấy δ = 0.5

- Ro: hàm lượng bùn cát trung bình nhiều năm được tính theo công thức

356,21000

5,9.2481000

Với: - ρo : lượng ngậm cát lấy băng 248 g/m3

- Qo : lưu lượng dòng chảy bình quân nhiều năm, theo tài liệu về dòng chảy Q0=9,50 m3/s

Vll: thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng lại trong hồ (m3)

Vdd: thể tích bùn cát di đẩy lắng đọng lại trong hồ (m3)

Tra quan hệ Z∞ W ta đươc Zbc=201 m

- Chọn phương thức điều tiết:

Theo tài liệu thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và nhu cầu dùng nước trong năm ta có: Wđến =269,55.106m3 ;Wdùng = 254,8.106 m3

Ta thấy Wđến>Wdùng , do đó trong một năm lượng nước đến luôn đáp ứng đủ lượng nước dùng.

Vậy ta tiến hành điều tiết năm Khi tính toán điều tiết năm thường 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 nước trong hồ trở về MNC

đến

Nướcdùng

Nướcthừa

Nướcthiếu

Trong đó:Cột 1: Ghi thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thủy văn

Cột 2: Ghi số ngày của từng tháng

Cột3: Ghi tổng lượng nước đến của tháng tương ứng với cột 2.: WQ=Q.Δti

Cột4: Ghi tổng lượng nước dùng

Cột 5: Ghi tổng lượng nước thừa.=(3) - (4);khi WQ >Wq

Cột 6: Ghi tổng lượng nước thiếu.=(4) - (3);khi WQ < Wq

Tổng cột 6 chính là lượng nước còn thiếu và chính là dung tích hiệu dụng của hồ chứa

Cột 7: Ghi lượng nước tích trong hồ chứa kể cả dung tích chết

Cột 8: Ghi tổng lượng nước xả thừa

+) Xác định Vh hồ chứa có kể đến tổn thất hồ chứa:Tính tổn thất hồ chứa thể hiện trong bảng sau:

Tổng 0,277 1,074 1,351

Trong đó: Cột 1: Ghi thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thủy văn

Cột 2: Ghi dung tích hồ chứa kể cả dung tích chết khi chưa tính tổn thất (bằng cột 7 ởbảng 2.1+Vc) (106 m3)

Cột 3: Ghi dung tích bình quân của hồ chứa (106 m3).: 1

Cột 5: Là lượng tổn thất ∆Zphân phối trong năm

Cột 6: Là tổn thất bốc hơi tương ứng với các thángở cột 1 : W bh = ∆Z F i mh Chỉ tiêu tổn thất thấm, ta lấy k=1%Vtb

Cột 1: Ghi thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thủy lợi.

Cột 2 : Số ngày trong tháng

Cột 3: Tổng lượng nước đến trong từng tháng

Cột 4: Tổng lượng nước dùng trong từng tháng chưa kể đến tổn thất

Cột 5: Lượng nước còn thừa trong kho trong từng tháng khi WQ>Wq’

Cột 6: Lượng nước còn thiếu trong kho trong từng tháng khi WQ<Wq’

Cột 7: Dung tích kho chứa V t =V t−1± ∆V Dấu (+) khi tháng thừa nước

Dấu (-) khi tháng thiếu nước V t ≤V h

Cột 8: Lượng nước xả thừa

So sánh Vhd của hồ khi có tổn thất & không có tổn thất thông qua sai số

Bảng 2-5.Bảng tính lại dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổn thất hồ chứa.

2.4 Xác định cấp công trình đầu mối

Căn cứ vào quy phạm thiết kế công trình thuỷ lợi QCVN 04-05:2012 BNNPTNT , cấp công trình của hồ chứa được xác định theo ba điều kiện sau:

- Theo năng lực phục vụ

- Theo dung tích hồ chứa ứng với MNDBT

- Theo điều kiện đặc tính kỹ thuật

1 Theo năng lực phục vụ

Hồ Nậm Ngần cấp nước tưới cho 3485 ha

.Theo QCVN 04-05:2012 BNNPTNT thì cấp công trình được xác định là cấp III

2 Theo dung tích hồ chứa ứng với MNDBT

(∇đáy : cao trình đáy đập đó bóc bỏ 1m đất yếu phong hóa)

Đập trên nền đất nhóm B, theo QCVN 04-05:2012 BNNPTNT xác định được cấp công trình

- Bảng 11 Thời gian tính toán dung tích bồi lắng của hồ chứa bị lấp đầy T=75 năm

- Bảng 4.2 Lưu lượng , mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra công trình thuỷ:

+ Tần suất thiết kế : 1,0

+ Tần suất kiểm tra : 0,2 %

+ Tần suất tính lũ thiết kế dẫn dòng thi công và P = 10%

- Theo mục B.2 Hệ số tin cậy Kn = 1,15

- Hệ số lệch tải:

+ Với trọng lượng bản thân công trình: n = 1,05

+ Với trọng lượng bản thân công trình trong trường hợp bất lợi: n = 0,95

+ Với áp lực nước, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi: n = 1

- Hệ số an toàn cho phép:

+ Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản :[Kc ]= 1,25

+ Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt :[Kc ]= 1,25 0,9= 1,13

Tra 14TCN-157-2005

- Bảng 4.2 Tần suất gió lớn nhất Tính toán sóng do gió gây ra trong hồ chứa P = 4%

(MNDBT) và P = 50% (MNLTK)

- Bảng 4.6.Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập :[Kcp]

+ Tổ hợp tải trọng và lực tác dụng chủ yếu (cơ bản) : [Kcb] = 1,3

+ Tổ hợp tải trọng và lực tác dụng đặc biệt :[Kđb ] = 1,1

-Bảng 4.1 Về độ vượt cao an toàn của đỉnh đập:

+ MNDBT : a = 0,7 (m) ; MNLTK :a’= 0,5 (m) ; MNLKT : a’’ = 0,2 (m)

PHẦN III : THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÁC CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

2.5 Phương án được giao

Với Btr =12m và là tràn đỉnh rộng không cửa van

2.5.1 Thiết kế Các công trình đầu mối theo phương án được giao

* Tài liệu tính toán

- Dạng đường lũ đến ứng với tần suất 1%

- Dạng đường lũ đến ứng với tần suất 0,2%

- Tổng lượng lũ:

- Lưu lượng lũ max

- Quạn hệ đặc trưng hồ chứa: Z ~ F ~ V

b- Nguyên tắc tính toán điều tiết lũ

Phương trình vi phân:

Qdt – qdt = Fdh

Trong đó: Q – lưu lượng đến kho nước

q – lưu lượng ra khỏi kho nước

F – diện tích mặt thoáng của kho nước

dt – khoảng thời gian cùng nhỏ

dh – vi phân của cột nước trên công trình xả lũ

Nếu ta thay F.dh = dv

Và nếu thay dt bằng khoảng thời gian đủ lớn ∆t = t2 – t1, ở đây t1 là thời điểm đầu và

t2 là thời điểm cuối của khoảng thời gian bắt đầu tính toán thì chúng ta có phương tình cânbằng dạng sai phân sau:

2

q q t Q Q

ở đây Q1, Q2 là lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính toán

q1 q2 là lưu lượng xả tương ứng

V1, V2 là lượng nước trong kho ở đầu và cuối thời đoạn #t

Với mục đích là tìm quá trình xả lũ q ~ t thì phương trình (1) chưa thể giải trực tiếpđược vì có 2 số hạng chưa biết là q2 và V2 Vậy chúng ta cần có một phương trình nữa làphương trình thuỷ lực của công trình xả lũ dưới dạng tổng quát

q = f (Zt, Zh, C) (2)

Trong đó Zt - mực nước thượng lưu công trình xả lũ

Zh - mực nước hạ lưu

C - tham số biểu thị công trình

Như vậy nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là việc hợp giải phương trình cân bằngnước dưới dạng phương trình (1) và phương trình (2)

Hiện nay có rất nhiều phương án khác nhau tính toán điều tiết lũ bằng kho nước Tất

cả các phương pháp này đều dự trên cùng một nguyên lý chung Tuy nhiên sự khác nhaucủa các phương pháp thể hiện ở các giải hệ phương trình cân bằng nước và thủy lực côngtrình xả Một số phương pháp tính toán điều tiết lũ hiện nay hay dùng là: phương pháp thửdần, phương pháp bán đồ giải pôtapôp, phương pháp đồ giải hoàn toàn Trong đổ án nàydùng phương pháp bán đồ giải pôtapôp để tính toán điều tiết lũ

Để giải hệ phương trình (1), (2) Pôtapốp đã biến đổi phương trình (2) như sau:

t

V V q q Q Q

2 2 1

t

V q

)()(2

2 2 2 2

1 1 1 1

b q

f

q t V

a q

f

q t

V

Q q f q

Kết quả ghi trong phụ lục 5 - 1 Các cột trong bảng tính toán như sau:

+ Cột (1): Các giá trị mực nước từ giả thiết từ MNDBT, ZTL= 220,20m

+ Cột (2): Cột nước trên tràn, h = Zt - ZTL

+ Cột (3): Lưu lượng xả qua tràn, q tính theo công thức thuỷ lực

Tra bảng 6 QP C8 - 76 ta được m = 0,36

+ Cột (4): Dung tích hồ ứng với Zt ( cột 1), tra quan hệ Z ~ V

+ Cột (5): Dung tích chứa lượng lũ không xả kịp, V = Vkho - VMNDBT

+ Cột (6), (7): Giá trị hàm phụ trợ,

2

1 1 1

q t

q t

V

∆

=BẢNG 5-1: BẢNG TÍNH TOÁN BIỂU ĐỒ PHỤ TRỢ

(m3/s)

Vkho(10^6m3)

V(10^6m3)

2 Tính toán điều tiết lũ

a Tính toán điều tiết lũ

* Nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ bằng kho nước

Dòng chảy lũ là dòng chảy không ổn định, tuân theo định luật Saint – Venant

Q: lưu lượng dòng chảy trong sông (m3/s) ;

x: tọa độ dài đoạn sông (m);

A: diện tích mặt cắt ướt của dòng chảy (m2);

t: thời gian (h);

Zo: cao trình đáy sông;

h: độ sâu dòng chảy trên sông

K : Mô đun lưu lượng

1 2

Q1, Q2 : lưu lượng lũ chảy vào kho nước ở đầu và cuối thời đoạn ∆t

q1, q2 : lưu lượng xả ra khỏi kho nước ở đầu và cuối thời đoạn ∆t

V1, V2 : dung tích hồ ở đầu và cuối thời đoạn ∆t

Có hai ẩn số cần tìm là q2 và V2 nên phương trình chưa giải được

Để giải phương trình này cần thêm một phương trình mới

Phương trình đưa vào là phương trình lưu lượng xả qua đập tràn

q = f(Zt , Zh , C) (5-3)Trong đó:

C- tham số biểu thị công trình mô tả loại và quy mô công trình xả lũ;

q: là giá trị hoàn toàn xác định khi biết qui mô, hình thức đập tràn

Vậy nguyên lí cơ bản của điều tiết lũ bằng kho nước là việc hợp giải phương trình 2), (6-3)

Đạo hàm hai vế:

3 / 1 1 3 / 2

3 / 1

.)

.(

.3

=

B M

q dq

dh

Với K1= ( )M B 2/3là hằng số

Thay vào phương trình (6-4)

3 / 1 1

)(

q F K

q Q dt

dq = −

(5-5)Đây là phương trình cơ sở để phân tích dạng đường xả lũ cho trường hợp cụ thể

- Quá trình xả lũ (điều tiết lũ) là quá trình biến đổi đường quá trình lũ đến có đỉnh lũ lớn vàthời gian lũ ngắn thành đường quá trình lưu lượng xả xuống hạ lưu có lưu lượng nhỏ trongthời gian dài nhằm đáp ứng yêu cầu phòng lũ cho hạ lưu

- Đặc điểm của quá trình xả lũ :

Với đập tràn không có cửa van, ở thời điểm ban đầu mực nước trong hồ là MNDBT,khi có lũ về với cường độ và lưu lượng lớn công trình xả lũ bắt đầu làm việc Trong thờigian đầu khi lưu lượng lũ đến rất lớn ( đường quá trình lũ tăng nhanh ) Q > q một phầnlượng nước lũ được trữ lại trong hồ chứa Đến thời điểm t1 khi lũ đến giảm (đường quá

trình lũ đi xuống) Q = q khi đó lượng nước được trữ lại trong hồ trước đó bắt đầu được xảxuống hạ lưu cùng với lưu lượng lũ đến Sau thời gian lũ mực nước trong hồ lại trở vềMNDBT.

Phương pháp tính toán điều tiết lũ

Tuy có nhiều phương pháp tính toán điều tiết lũ nhưng trong đồ án này chọn phương phápbán đồ giải của Potapop Vì phương pháp Potapop tính toán đơn giản, lại cho kết quả chínhxác, có thể tính bằng tay hoặc lập trình trên máy

1 Cơ sở của phương pháp

Trên cơ sở 2 phương trình (5-2) và (5-3), đưa phương trình (5-2) về dạng sau:

Q q

Hai quan hệ này gọi là quan hệ phụ trợ để tính toán điều tiết lũ Thay chúng vào (3-4)

2 Nội dung tính toán điều tiết lũ:

Áp dụng phương pháp Pôtapop vào bài toán:

1 Tài liệu tính toán:

- Quá trình Đối với công trình này là công trình cấp III nên có P = 1% trình lũ thiết

kế Q ~ t, P là tần suất thiết kế phụ thuộc vào cấp công

- Đường quan hệ địa hình, kho nước: (Z ~ V ~ F)

- Xác định mực nước lớn nhất trong kho (MNLTK)

Để thuận tiện cho việc tính toán ta lập bảng tính sau:

- Cột 2: Thời đoạn tính toán ∆t, với ∆t = 1h

- Cột 3: Lưu lượng lũ đến ( tài liệu dòng chảy lũ ứng với tần suất thiết kế P)

- Cột 4: Lưu lượng trung bình

2

c đ tb

Q Q

- Cột 5: được nội suy khi biết qxả dựa vào quan hệ V∼ Z

- Cột 6: Chiều cao mực nước so với Tràn

- Cột 7: Lưu lượng xả qua Tràn

Bảng tính điều tiết lũ kiểm tra ứng với Btràn = 12 (m) và P = 0,2%

0 4 8 12 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 741

∆h, ∆h’ : Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.

hsl, h’sl : Chiều cao sóng leo (với mức đảm bảo 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất

'.'2

H g

D V

.cosα s (m)Trong đú: V’- vận tốc gío tính toán lớn nhất ứng với P = 2%

* Xác định h sl :

Theo mục 2-14 (trang 13) QPTL.C-1-78 chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được xác định như sau:

hsl1% = K1 K2.K3.K4 Kα hs1% (4-5)Trong đó : + hs1% : chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%

+ K1, K2, K3, K4, Kα.: là các hệ số

*Xác định h s1% :

Theo QPTL.C-1-78 hs1% được xác định như sau:

- Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu: H > 0,5.λ

- Tính các đại lượng không thứ nguyên

V

gt

và 2V

gD.Với t: thời gian gió thổi liên tục (s)

Vì hồ chứa không có tài liệu quan trắc ta lấy t = 6 h =21600 (s)

Thay số vào ta có:

7063, 230

0,19530

g t V

g D V

và V

V

- Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu:

H > 0,5.λ = 1,099 vậy giả thiết sóng nước sâu ở trên là đúng

- Tính hs1% theo công thức: hs1% = K1% hs

K1% : hệ số tra đồ thị hình 36 (trang 47), QPTL.C-1-78,

ứng với gD2 5,11

V = được K1% = 2,04 ⇒ hs1% = 2,04.0,147= 0,3 (m)

- Hệ số K1, K2 tra theo QPTL C1-78 (bảng P2-3 DAMHTC), phụ thuộc đặc trưnglớp gia cố mái, với lớp gia cố mái là bê tông lắp ghép → K1 = 1 ; K2 = 0,9

- Hệ số K3 tra theo QPTL C1-78 (bảng P2-4 DAMHTC), phụ thuộc vào vận tốc gió