Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý của đáy cống xả trạm bơm tiêu nước ra sông Đuống

LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân học viên Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Chữ ký Trịnh Thị Hương i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu với giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Quy hoạch quản lý tài nguyên nước với đề tài “Nghiên cứu xác định cao trình hợp lý đáy cống xả trạm bơm tiêu nước sơng Đuống: Nghiên cứu điển hình cho trạm bơm Phù Đổng – Hà Nội” hoàn thành Để hoàn thành luận văn tác giả nhận nhiều động viên, giúp đỡ bạn bè, thầy cô quan nơi cơng tác Trước hết, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh hướng dẫn tận tình tác giả thực nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy cô giáo, người đem lại cho tác giả kiến trúc bổ trợ vơ có ích năm học vừa qua Trong trình thực luận văn, tác giả cố gắng nỗ lực để hoàn thành luận văn cách tốt hạn chế kiến thức, thời gian, kinh nghiệm tài liệu tham khảo nên luận văn cịn nhiều thiếu sót Tác gỉa mong nhận góp ý, bảo thầy cô đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng 04 năm 2017 Tác giả luận văn Trịnh Thị Hương ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phương pháp xác định cao trình đáy cống xả mực nước bể tháo nhỏ .3 1.1.1 Nhiệm vụ cống xả 1.1.2 Phân loại cống xả 1.1.3 Các điều kiện kỹ thuật thiết kế cống xả 1.1.4 Phương pháp xác định cao trình đáy cống xả 1.1.5 Xác định thông số thiết kế bể tháo 1.1.6 Xác định mực nước bể tháo nhỏ 1.2 Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào tốn thiết kế cơng trình thủy lợi 10 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN CAO TRÌNH ĐÁY CỐNG XẢ HỢP LÝ 12 2.1 Lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng nghiên cứu hệ thống tưới tiêu động lực 12 2.1.1 Mở đầu 12 2.1.2 Hệ thống đặc trưng hệ thống 13 a b c d e Định nghĩa 13 Các đặc trưng hệ thống 13 Phân loại hệ thống 14 Các toán hệ thống hệ thống tiêu đánh giá 16 Hệ thống phương pháp luận phân tích hệ thống 17 2.2 Lý thuyết tối ưu hoá ứng dụng nghiên cứu hệ thống tưới tiêu động lực 20 2.2.1 Phân loại tổng quát mơ hình tối ưu 20 a b c 2.2.2 a b c Bài tốn quy hoạch tuyến tính 20 Bài toán quy hoạch phi tuyến 21 Bài toán cực trị phiếm hàm 21 Thiết lập mơ hình tính tốn phân tích hệ thống cơng trình thuỷ lợi 21 Mơ hình hố hệ thống 21 Hàm số mục tiêu 22 Điều kiện ràng buộc 22 2.3 Xây dựng mơ hình tính tốn .23 2.4 Phương pháp giải toán 23 iii 2.5 Hàm mục tiêu điều kiện ràng buộc 24 2.5.1 Các tiêu tối ưu 24 a b c Chỉ tiêu tối ưu giá trị thu nhập dòng quy thời điểm NPV max : 24 Chỉ tiêu tối ưu hệ số nội hoàn kinh tế: IRRmax 24 Chỉ tiêu tối ưu tổng chi phí vốn đầu tư quy năm đầu C 25 2.5.2 Lựa chọn tiêu tối ưu - hàm mục tiêu 25 2.5.3 Điều kiện ràng buộc 26 2.6 Xác định thành phần hàm mục tiêu 26 2.6.1 Xác định chi phí xây dựng C XD 26 2.6.2 Xác định chi phí quản lý hàng năm bình qn 26 a b c d Xác định chi phí điện năm 27 Xác định chi phí lương 28 Xác định chi phí sửa chữa thường xuyên: C SC 28 Xác định chi phí khác C khác 29 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐÁY CỐNG XẢ QUA ĐÊ CHO TRẠM BƠM PHÙ ĐỔNG – GIA LÂM – HÀ NỘI 30 3.1 Mô tả hệ thống tiêu trạm bơm tiêu 30 3.1.1 Điều kiện tự nhiên hệ thống 30 a b c d e f g h i Vị trí địa lý, diện tích 30 Đặc điểm địa hình 30 Đất đai thổ nhưỡng 30 Điều kiện khí tượng 30 Điều kiện thủy văn, sơng ngịi 31 Địa chất, địa chất thủy văn 32 Nguồn lượng 35 Nguồn vật liệu xây dựng 35 Tình hình giao thơng 36 3.1.2 Tình hình dân sinh, kinh tế 36 a b c Xã Phù Đổng 36 Xã Trung Mầu 37 Xã Ninh Hiệp 38 3.1.3 Hiện trạng thủy lợi khu vực 38 a b c d Nhà quản lý 39 Các hạ tầng khác 40 Cống xả qua đê 40 Hệ thống kênh cơng trình kênh 40 Biện pháp thủy lợi 41 3.2 Xác định thông số thiết kế trạm bơm Phù Đổng 42 3.2.1 3.2.2 Xác định mực nước bể tháo thiết kế kiểm tra 42 max Xác định mực nước đặc trưng bể hút Z TK bh , Z bh , Z bh 46 3.2.3 Xác định cột nước trạm bơm 47 iv 3.2.4 Chọn máy bơm .47 3.2.5 Kích thước trạm bơm 48 3.3 Thiết kế bể tháo cống xả qua đê 49 3.3.1 Xác định kích thước bể tháo 49 3.3.2 Thiết kế cống xả 49 a b c Xác định kích thước cống 49 Tính tốn thủy lực cống 50 Xác định phương án cao trình đáy cống 51 3.4 Xác định chi phí xây dựng cơng trình 53 3.4.1 Chi phí xây dựng nhà trạm, kênh dẫn, kênh tháo 53 3.4.2 Chi phí xây dựng bể tháo cống xả 53 3.5 Xác định chi phí quản lý hàng năm bình qn 55 3.5.1 Xác định chi phí điện trạm bơm 55 a b Xác định nhu cầu tiêu nước 55 Xác định chi phí điện 57 3.5.2 Xác định chi phí lương 67 3.5.3 Xác định chi phí sửa chữa thường xuyên, chi phí khác .67 3.5.4 Chi phí quản lý bình quân hàng năm 67 3.6 Kết tính phương án .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1- Sơ đồ cống xả qua đê xây liền bể tháo Hình 1.2 - Sơ đồ cống xả qua đê cách xa bể tháo Hình 1.4 Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê cao Hình 1.5 Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê thấp 10 Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý tiếp cận hệ thống 19 Hình 2.2 Sơ đồ trạm bơm tiêu 23 Hình 2.3.Sơ đồ lựa chọn phương pháp tối ưu 24 Hình 3.1 Đường tần suất mực nước sông Đuống ngày max trạm Thượng Cát 44 Hình 3.2 Đường tần suất mực nước sông Đuống ngày max trạm Thượng Cát 45 Hình 3.3 Đường đặc tính máy bơm AFLX 1203 50 Hz 48 Hình 3.4: Kích thước bể tháo 49 Hình 3.5.Sơ đồ chọn phương án Zmin tối ưu 68 bt Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ chi phí quản lý cao trình đáy cống 69 Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ chi phí xây dựng cao trình đáy cống 69 Hình 3.8 Biểu đồ quan hệ tổng chi phí cao trình đáy cống 69 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.Xác định chiều cao dự trữ a Bảng 1.2 Xác định hệ số K Bảng 3.1 Số liệu mực nước sông Đuống, trạm Thượng Cát Bảng 3.2 Giá trị trung bình tiêu lý lớp 32 Bảng 3.3 Giá trị trung bình tiêu lý lớp 33 Bảng 3.4 Giá trị trung bình tiêu lý lớp 34 Bảng 3.5 Giá trị trung bình tiêu lý lớp 35 Bảng 3.6 Bảng thống kê mực nước Z1 ngày max, Zbq ngày max, Z1 ngày 42 Bảng 3.7 Tính mực nước bể hút thiết kế 46 Bảng 3.8 Kích thước cống xả 51 Bảng 3.9: Tính tốn thủy lực cống xả 51 Bảng 3.10 Các phương án Z đc Z bt , Zđáy bt 52 Bảng 3.11: Chi phí xây dựng cống xả bể xả 54 Bảng 3.12 Kết tính tốn chi phí xây dựng 54 Bảng 3.13.Diện tích vùng đặc trưng trạm bơm quản lý 55 Bảng 3.14a: Điện tiêu thụ PA1÷PA5 59 Bảng 3.14b: Điện tiêu thụ PA6÷PA10 60 Bảng 3.14c: Điện tiêu thụ PA11÷PA15 61 Bảng 3.14d: Điện tiêu thụ PA16÷PA20 62 Bảng 3.15a Chi phí điện PA1÷PA5 63 Bảng 3.15b Chi phí điện PA6÷PA10 64 Bảng 3.15c Chi phí điện PA11÷PA15 65 Bảng 3.15d Chi phí điện PA16÷PA20 66 Bảng 3.16 Bảng tổng hợp kết chi phí tổng 20 phương án 67 vii DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục Chi phí xây dựng cống xả bể xả PA 75 Phụ lục 2: Chi phí quản lý bình quân phương án 116 viii PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trạm bơm Phù Đổng nằm địa phận xã Phù Đổng thuộc huyện Gia Lâm, phụ trách tiêu úng cho xã: Trung Màu, Ninh Hiệp Phù Đổng Tổng diện tích tiêu cho tồn lưu vực 690ha (bao gồm đất nông nghiệp dân cư) Trạm bơm Phù Đổng cơng trình nối tiếp xây dựng năm 1974 Hiện nay, trạm bơm Phù Đổng cơng trình nối tiếp xuống cấp toàn thành phố Hà Nội cho đầu tư xây dựng trạm bơm gồm máy loại AFLX 1203 50Hz, số cơng trình nối tiếp nâng cấp cống xả qua đê, để đảm bảo tiêu nước cho khu vực Trước đây, trạm bơm Phù Đổng trạm bơm tiêu tiêu nước sơng mà bố trí bể tháo liền với cống xả qua đê việc xác định Z đc cịn theo ý kiến chủ quan người thiết kế Vì đến chưa có quy chuẩn, tiêu chuẩn, hay hướng dẫn cụ thể nói vấn đề Nếu chọn cao trình đáy cống xả qua đê cao bơm nước lên bể tháo cao, qua cống xả chảy xuống qua dốc tiêu để nối tiếp với dòng chảy kênh tháo đê (khi mực nước sơng thấp), điều cho thấy lãng phí lượng bơm Nếu chọn cao trình đáy cống xả thấp dẫn đến cao trình đáy bể tháo thấp tức chiều cao bể tháo lớn, cống xả phải đặt sâu, làm tăng chi phí xây dựng Vì vậy, vấn đề đặt cần xác định cao trình hợp lý đáy cống xả qua đê để đảm bảo hiệu kinh tế Vì cần thiết có nghiên cứu để xác định cao trình hợp lý đáy cống xả qua đê trạm bơm tiêu nước sông Đuống – phạm vi Hà Nội Đã có số nghiên cứu xác định mực nước bể tháo cao trình đáy cống xả qua đê như: - Đề tài nghiên cứu TS Bùi Văn Hức “Xác định mực nước sông thiết kế hợp lý để xây dựng trạm bơm tưới tiêu nước” – vùng sông Hồng - Luận văn thạc sĩ Đỗ Minh Thu “Nghiên cứu xác định cao trình đáy cống xả trạm bơm tiêu” – áp dụng cho trạm bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng) - Đề tài “Đánh bước đầu phương pháp xác định mực nước thiết kế bể xả trạm bơm tiêu” Tạp chí số 43 – (12/2013) Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh, Lã Đức Dũng Mục đích đề tài Nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết phân tích hệ thống tối ưu hóa để xác định cao trình hợp lý đáy cống xả qua đê trạm bơm Phù Đổng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trong luận văn học viên tập trung nghiên cứu trạm bơm tiêu nước mưa có bể tháo liền cống xả qua đê đoạn kênh tháo đê ngắn Mực nước sông (nơi nhận nước tiêu) dao động lớn Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích hệ thống; - Phương pháp tối ưu hóa; - Phương pháp mơ hình tốn; - Ứng dụng lý thuyết thủy lực, máy bơm trạm bơm, thủy văn cơng trình, kinh tế xây dựng… Bố cục luận văn Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở khoa học phương pháp nghiên cứu Chương 3: Ứng dụng mơ hình tính tốn xác định cao trình đáy cống xả qua đê cho trạm bơm Phù Đổng – Hà Nội Phần kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phần phụ lục ... đề đặt cần xác định cao trình hợp lý đáy cống xả qua đê để đảm bảo hiệu kinh tế Vì cần thiết có nghiên cứu để xác định cao trình hợp lý đáy cống xả qua đê trạm bơm tiêu nước sơng Đuống – phạm... nghiên cứu xác định mực nước bể tháo cao trình đáy cống xả qua đê như: - Đề tài nghiên cứu TS Bùi Văn Hức ? ?Xác định mực nước sông thiết kế hợp lý để xây dựng trạm bơm tưới tiêu nước? ?? – vùng sông. .. Thu ? ?Nghiên cứu xác định cao trình đáy cống xả trạm bơm tiêu? ?? – áp dụng cho trạm bơm Đông Mỹ (vùng sông Hồng) - Đề tài “Đánh bước đầu phương pháp xác định mực nước thiết kế bể xả trạm bơm tiêu? ??