CÔNG TRÌNH THỦY LỢI HỒ CHỨA NƯỚC - TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC THIẾT KẾ

TCVN TCVN : 2013 TIÊU CHUẨN QUỐC GIA DỰ THẢO - 2013 TCVN : 2013 Xuất lần CƠNG TRÌNH THỦY LỢI HỒ CHỨA NƯỚC - TÍNH TỐN MỰC NƯỚC THIẾT KẾ Hydraulic structures - Reservoirs Calculation for design water levels HÀ NỘI - 2013 TCVN : 2013 TCVN : 2013 Mục lục Trang Lời nói đầu Phạm vi áp dụng Tài liệu viện dẫn Thuật ngữ định nghĩa Phân cấp phân loại hồ chứa nước 11 Yêu cầu tài liệu 14 Quy định chung 15 Tính tốn mực nước chết 18 Tính tốn mực nước dâng bình thường cho hồ chứa điều tiết cấp nước 21 Tính tốn mực nước dâng bình thường cho hồ chứa phát điện 32 10 Tính tốn mực nước lớn thiết kế, mực nước lớn kiểm tra mực nước đón lũ 35 Phụ lục A (Quy định): Tính tốn bùn cát bồi lắng hồ chứa nước 39 Phụ lục B (Tham khảo): Ví dụ tính tốn dung tích hữu ích hồ chứa cấp nước điều tiết năm theo phương pháp lập bảng 51 Phụ lục C (Tham khảo): Ví dụ tính tốn dung tích hữu ích hồ chứa cấp nước điều tiết năm theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi 58 Phụ lục D (Tham khảo): Tính tốn cơng suất bảo đảm nhà máy thủy điện 62 Phụ lục D (Tham khảo): Ví dụ tính tốn điều tiết lũ cho hồ chứa 67 TCVN : 2013 Lời nói đầu TCVN : 2013 Cơng trình thủy lợi - Hồ chứa nước - Tính tốn mực nước thiết kế, xây dựng sở kết thực đề tài khoa học cấp bộ, theo quy định khoản điều 13 Luật Tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật điểm a, khoản điều Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 01 tháng năm 2007 Chính phủ quy định chi tiết thi hành số điều Luật Tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật TCVN : 2013 Trung tâm Khoa học Triển khai kỹ thuật thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học Công nghệ công bố TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN : 2013 TCVN : 2013 Cơng trình thủy lợi - Hồ chứa nước Tính toán mực nước thiết kế Hydraulic structures - Reservoirs Calculation for design water levels Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn dùng để tính tốn xác định loại mực nước thiết kế hồ chứa nước mực nước chết, mực nước dâng bình thường, mực nước lớn thiết kế, mực nước lớn kiểm tra, mực nước đón lũ Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm cơng bố áp dụng phiên nêu Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm cơng bố áp dụng phiên nhất, bao gồm sửa đổi, bổ sung (nếu có): TCVN 8477 : 2010 Cơng trình thủy lợi - Yêu cầu thành phần, khối lượng khảo sát địa chất giai đoạn lập dự án thiết kế; TCVN 8478 : 2010 Cơng trình thủy lợi - Yêu cầu thành phần, khối lượng khảo sát địa hình giai đoạn lập dự án thiết kế; TCVN 9147 : 2012 Cơng trình thủy lợi - Quy trình tính tốn thủy lực đập tràn Thuật ngữ định nghĩa Trong tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 Mực nước chết (Death water level) Mực nước khai thác thấp hồ chứa nước mà mực nước công trình đảm bảo khai thác vận hành bình thường 3.2 Mực nước dâng bình thường (Retention water level) Mực nước hồ cần phải đạt cuối thời kỳ tích nước để đảm bảo cung cấp đủ nước theo mức đảm bảo thiết kế TCVN : 2013 3.3 Mực nước lớn thiết kế (Maximum design water level) Mực nước cao xuất hồ chứa nước lưu vực xảy lũ thiết kế 3.4 Mực nước lớn kiểm tra (Maximum checked water level) Mực nước cao xuất hồ chứa nước lưu vực xảy lũ kiểm tra 3.5 Mực nước đón lũ (Flood prevention water level) Cịn gọi mực nước phòng lũ, mực nước cao phép trì trước có lũ để hồ chứa nước thực nhiệm vụ chống lũ cho hạ lưu Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể công trình, mực nước đón lũ thấp mực nước dâng bình thường, chí mực nước chết 3.6 Dung tích chết (Death storage) Phần dung tích hồ chứa nước nằm cao trình mực nước chết, ký hiệu Vc 3.7 Dung tích hữu ích (Active storage) Còn gọi dung tích làm việc, phần dung tích hồ chứa nước nằm phạm vi từ mực nước dâng bình thường đến mực nước chết, ký hiệu Vh 3.8 Dung tích phịng lũ (Flood control storage) Phần dung tích hồ chứa nước nằm phạm vi từ mực nước đón lũ đến mực nước lớn kiểm tra làm nhiệm vụ điều tiết lũ, ký hiệu V pl Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể cơng trình hồ chứa nước, dung tích phịng lũ bố trí phần nằm mực nước dâng bình thường nằm tồn mực nước dâng bình thường 3.9 Dung tích hồ chứa (Storage capacity) Dung tích tính từ đáy hồ đến mực nước dâng bình thường, ký hiệu Vhc, đơn vị m3: Vhc = Vc + Vh đó: Vc dung tích chết hồ, m3; Vh dung tích hữu ích hồ, m3 (1) TCVN : 2013 3.10 Đường đặc tính hồ chứa nước (Reservoir characteristic curve) Các đường cong biểu diễn quan hệ cao trình mực nước hồ với diện tích mặt hồ (gọi đường đặc tính diện tích mặt nước hồ) quan hệ mực nước hồ với dung tích hồ (gọi đường đặc tính dung tích hồ) 3.11 Lịng hồ (Reservoir foundation) Vùng tích nước hồ chứa nước kể từ mực nước lớn kiểm tra trở xuống 3.12 Đập chắn nước (Dam) Công trình chắn ngang dịng chảy sơng suối ngăn vùng thấp để giữ nước nâng cao mực nước trước đập hình thành hồ chứa nước 3.13 Cơng trình xả lũ (Flood discharge work) Cơng trình xả lượng nước thừa, điều chỉnh lưu lượng xả hạ lưu để đảm bảo an toàn cho hồ chứa nước giảm lũ cho hạ lưu Cơng trình xả lũ có loại: a) Cơng trình xả mặt: cơng trình xả lũ có ngưỡng tràn đặt cao đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, xi phông tháo lũ, giếng tháo lũ v.v , có cửa van khơng có cửa van, dịng chảy thuộc chế độ khơng áp; b) Cơng trình xả sâu: cơng trình xả lũ có cửa vào ngập nước độ sâu cần thiết để khơng phát sinh phiễu khí xả nước; đặt đáy đập (cống ngầm), qua thân đập bê tơng (đường ống), đặt ngồi tuyến áp lực (đường hầm); kết hợp xả lũ với nhiệm vụ xả cát, tháo cạn hồ Dòng chảy thuộc chế độ có áp khơng áp Loại cơng trình bắt buộc phải có cửa van để điều tiết nước 3.14 Cơng trình tháo nước (Drainage work) Cơng trình dùng để chủ động tháo nước theo quy trình quản lý khai thác hồ: tháo cạn hồn tồn phần nước cần sửa chữa cơng trình, vệ sinh lịng hồ, dọn bùn cát bồi lấp rút nước đề phòng cố tham gia xả lũ 3.15 Cơng trình lấy nước (Water intake) Cơng trình lấy nước chủ động từ nguồn nước vào hệ thống đường dẫn để cấp cho hộ dùng nước theo yêu cầu khai thác TCVN : 2013 3.16 Tuyến chịu áp (Pressure line) Tuyến bố trí cơng trình ngăn dịng chảy để tạo thành hồ chứa tổ hợp cơng trình chịu áp lực nước trực tiếp từ hồ chứa nước 3.17 Chiều cao đập (Dam body height) Khoảng cách thẳng đứng tính từ phần thấp móng đập đến phần cao thân đập Cách xác định sau: - Với đập vật liệu đất, đất - đá: khoảng cách tính từ mặt thấp sau dọn móng (khơng kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập; - Với đập bê tơng loại: khoảng cách tính từ đáy chân khay thấp đến đỉnh đập 3.18 Dòng chảy sông (River runoff) Lượng nước di chuyển qua mặt cắt ngang sơng vị trí xác định Dịng chảy sông thay đổi liên tục theo không gian thời gian Xét năm, dịng chảy sơng chia dòng chảy mùa lũ (dòng chảy lớn nhất) dòng chảy mùa cạn (dòng chảy nhỏ nhất) 3.19 Chuẩn dòng chảy năm (Reference annual runoff) Trị số dòng chảy năm trung bình thời kỳ nhiều năm sông đoạn sông tương ứng với lưu vực xác định Chuẩn dịng chảy năm biểu thị hình thức sau đây: - Lưu lượng dịng chảy năm trung bình nhiều năm, ký hiệu Q0, đơn vị m3/s; - Tổng lượng dịng chảy năm trung bình nhiều năm, ký hiệu W0, đơn vị m3 km3; - Moduyn dòng chảy năm trung bình nhiều năm, ký hiệu M0, đơn vị l/(s.km2) m3/(s.km2); - Lớp dòng chảy năm trung bình nhiều năm, ký hiệu Y0, đơn vị mm 3.20 Chuẩn mưa năm (Reference annual rainfall) Lượng mưa trung bình nhiều năm bề mặt lưu vực tính tốn, ký hiệu X0, đơn vị mm 3.21 Chuẩn bốc năm (Reference annual evaporation) Lượng bốc trung bình nhiều năm bề mặt lưu vực tính tốn, ký hiệu Z0, đơn vị mm 3.22 TCVN : 2013 Năm thủy văn (Hydrological year) Năm có 12 tháng tính từ đầu mùa lũ năm trước đến hết mùa kiệt năm sau 3.23 Phân phối dòng chảy năm (Annual runoff distrubution) Dòng chảy sông phân phối theo thời gian năm Sự thay đổi dịng chảy năm mang tính chất chu kỳ: có thời kỳ nước lớn, thời kỳ nước nhỏ xen kẽ phụ thuộc vào tính chất tuần hồn yếu tố khí hậu Có thể biểu diễn đường q trình phân phối dịng chảy sơng năm đường q trình lưu lượng trung bình tháng, trung bình năm đường q trình tổng lượng dịng chảy tháng tổng lượng dòng chảy năm 3.24 Điều tiết dòng chảy (Runoff regulation) Dùng biện pháp cơng trình xây dựng hồ chứa nước để phân phối lại dòng chảy theo thời gian khơng gian cho thích ứng với nhu cầu dùng nước cách cao Điều tiết dòng chảy phân thành loại sau: a) Điều tiết ngày: điều tiết phân phối lại dòng chảy sông cho phù hợp với yêu cầu dùng nước phạm vi ngày Hồ điều tiết ngày có dung tích hữu ích khơng lớn lượng nước ngày nước tương ứng với tần suất thiết kế; b) Điều tiết năm (còn gọi điều tiết mùa): điều tiết phân phối lại dịng chảy sơng phạm vi năm cách tích trữ phần lượng dòng chảy mùa lũ để cung cấp thêm nước mùa cạn Hồ điều tiết năm có chu kỳ giao động mực nước hồ từ mực nước dâng bình thường đến mực nước chết năm; c) Điều tiết nhiều năm: điều tiết trữ phần lượng dòng chảy năm nhiều nước để cấp thêm nước năm nước Chu kỳ điều tiết hồ điều tiết nhiều năm kéo dài liên tục số năm; d) Điều tiết khơng có chu kỳ: hồ khơng có chế độ làm việc ổn định Việc tích nước cấp nước hồ phụ thuộc vào khả dịng chảy CHÚ THÍCH: Ngồi cách phân thành bốn loại điều tiết dòng chảy nêu trên, số trường hợp phân thêm loại điều tiết tuần điều tiết tháng Giải thích thuật ngữ điều tiết tuần điều tiết tháng tương tự giải thích thuật ngữ điều tiết ngày (xem khoản a điều này) Các loại điều tiết ngày, điều tiết tuần điều tiết tháng gọi chung điều tiết thời đoạn ngắn 3.25 Lũ thiết kế (Design flood) Trận lũ theo tính tốn xuất tuyến xây dựng cơng trình tương ứng với tần suất thiết kế 3.26 TCVN : 2013 Lũ kiểm tra (Check flood) Trận lũ theo tính tốn xuất tuyến xây dựng cơng trình tương ứng với tần suất kiểm tra 3.27 Mơ hình trận lũ (Flood pattern) Dạng đường q trình phân phối lưu lượng lũ theo thời gian trận lũ Mơ hình trận lũ bao gồm thành phần sau: - Tổng lượng trận lũ (lượng dòng chảy trận lũ), ký hiệu W, đơn vị m3; - Lưu lượng đỉnh lũ, ký hiệu Qđ, đơn vị m3/s Tuỳ thuộc vào đặc điểm hình thành trận lũ lưu vực mà trận lũ có đỉnh lũ có nhiều đỉnh lũ; - Thời gian kéo dài trận lũ, ký hiệu T, đơn vị h 3.28 Hồ chứa nước dạng sơng (River-type reservoir) Lịng hồ có chiều ngang hẹp so với chiều dài 3.29 Thủy (Water power) Năng lượng dòng nước sinh khoảng thời gian gọi thủy Năng lượng dòng nước sinh đơn vị thời gian gọi công suất Công suất phát điện ký hiệu N, đơn vị kW, xác định theo công thức sau: N = 9,81 x η x Q x H (2) đó: Q lưu lượng nước điều tiết qua máy phát, m3/s; H chênh lệch cột nước thượng lưu hạ lưu, m: H = Zt - Zh - ∆H (3) Zt độ cao mực nước thượng lưu, m; Zh độ cao mực nước hạ lưu tương ứng với lưu lượng nước điều tiết Q, m; ∆H tổn thất cột nước, m; η hiệu suất nhà máy thủy điện, xác định theo công thức sau: η = ηmp x ηtb x ηtd (4) ηmp hiệu suất máy phát điện Thông thường ηmp từ 0,95 đến 0,98; ηtd hiệu suất truyền động Nếu tuốc bin máy phát nối trực tiếp ηtd = 1,0; 10 TCVN : 2013 B.2.2 Cách ghi chép tính tốn bảng B.3 sau: a) Cột (1) ghi tháng chu kỳ năm thủy văn: từ tháng đầu mùa lũ năm trước đến tháng cuối mùa cạn năm sau; b) Cột (2) cột (3) lượng nước thừa, thiếu tháng chưa kể đến tổn thất (lấy số liệu cột (4) cột (5) bảng B.2); c) Cột (4) dung tích hồ chứa chưa kể đến tổn thất theo phương án chứa nước sớm (lấy số liệu cột (6) bảng B.2 cộng với dung tích chết V c = 44,32 x 106 m3) Ví dụ dung tích hồ chứa chưa kể đến tổn thất tháng V9 : V9 = (44,32 + 47,17) x 106 m3 V9 = 91,49 x 106 m3 V9 dung tích hồ vào thời điểm cuối tháng Dung tích hồ thời điểm đầu tháng dung tích chết lúc cuối mùa thiếu nước (mùa kiệt) hồ chứa cạn đến mực nước chết; d) Cột (5) ghi diện tích mặt nước hồ (ký hiệu F) tương ứng với số liệu ghi cột (4) Các số liệu diện tích mặt nước suy từ đường đặc tính hồ chứa (đường đặc tính diện tích mặt nước hồ đường đặc tính dung tích hồ); e) Cột (6) cột (7) dung tích hồ chứa trung bình diện tích mặt nước hồ trung bình tháng (giá trị trung bình đầu tháng cuối tháng); f) Cột (8) ghi lớp nước tổn thất bốc tháng (lấy từ kết tính tốn đặc trưng khí tượng - thủy văn); g) Cột (9) ghi lượng nước tổn thất hồ bốc tháng, kết phép nhân số liệu ghi cột (7) với số liệu ghi cột (8) tương ứng; h) Cột (10) ghi định mức (tiêu chuẩn) lượng nước tổn thất thấm rị rỉ qua cơng trình Do điều kiện địa chất lòng hồ thuộc loại tốt nên tổn thất nước thấm lấy 1,0 % lượng nước chứa hồ; i) Cột (11) ghi lượng nước tổn thất thấm rò rỉ qua lòng hồ tháng, lấy 1,0 % giá trị ghi cột (6) tương ứng; k) Cột (12) ghi tổng lượng nước tổn thất hồ chứa tháng Số liệu cột (12) tổng số liệu ghi cột (9) số liệu ghi cột (11) tương ứng; l) Cột (13) cột (14) lượng nước thừa, lượng nước thiếu tháng kể đến tổn thất Số liệu cột (13) số liệu cột (2) trừ số liệu cột (12) tương ứng Số liệu cột (14) bằng số liệu cột (3) cộng với số liệu cột (12) tương ứng; m) Dựa vào số liệu cột (13) (14), tính tốn lượng nước thừa, lượng nước thiếu thời kỳ thừa nước thời kỳ thiếu nước liên tục cho kết sau: V1+ = 156,41 x 106 m3; V1- = 115,43 x 1106 m3; 56 TCVN : 2013 V2+ = 28,61 x 106 m3; V2- = 63,20 x 106 m3 n) Theo công thức (21) xác định dung tích hiệu kho nước sau: Vh = V1- + V2- - V2+ Vh = (115,43 + 63,20 – 28,61) x 106 m3 Vh = 150,02 x 106 m3 Như so với trường hợp chưa kể tổn thất, dung tích hiệu hồ chứa nước sau kể đến tổn thất tăng khoảng 1,0 x 107 m3; o) Dung tích hồ chứa tương ứng với mực nước dâng bình thường xác định theo công thức (1): Vhc = Vc + Vh Vhc = (44,32 + 150,02) x 106 m3 Vhc = 194,34 x 106 m3 p) Dựa vào cột (13) cột (14) tính phương án vận hành hồ chứa nước sớm tương tự trường hợp chưa kể tổn thất Cột (15) ghi đường trình dung tích hồ chứa theo phương án chứa nước sớm Trình tự phương pháp tính tốn sau: - Hàng cột thứ (15), đầu tháng 9, dung tích chết (44,32 x 10 m3) Cộng dung tích chết với trị số ∆V+ tháng cột (13) dung tích hồ chứa cuối tháng V9: V9 = (44,32 + 46,42) x 106 m3 V9 = 90,74 x 106 m3 ; - Số liệu vừa tính ghi vào hàng thứ hai cột (15); - Các tháng khác tính tương tự Tới tháng 11 hồ chứa đầy nước có lượng nước xả tính Wxả = 4,86 x 106 m3 Cuối tháng 12 đầu tháng hồ đầy nước Lượng nước phải xả tháng 12 1,53 x 106 m3; - Tháng bắt đầu thiếu nước (nước đến nước dùng) Đến cuối tháng hồ phải cấp 32,31 x 10 m3 nên dung tích hồ cịn 162,03 x 106 m3 nước Số liệu ghi vào cột (15) tương ứng với tháng 1; - Tính tốn tương tự cuối tháng hồ cạn phần dung tích hữu ích, lượng nước trữ hồ đến thời điểm lượng nước chết, kết thúc chu kỳ tính tốn xác định dung tích hiệu hồ chứa nước B.2.3 Kết tính tốn nêu B.2.3 kết gần Để xác định xác dung tích hiệu hồ chứa điều tiết cấp nước tính tốn lại lần thứ hai cách lấy số liệu kết cột (13), cột (14) cột (15) bảng B.3 ghi vào cột (2), cột (3) cột (4) bảng tính tốn sau tính tốn lại theo trình tự phương pháp nêu B.2.2 Thơng thường cần tính tốn lại lần thứ hai đạt yêu cầu 57 TCVN : 2013 Phụ lục C (Tham khảo) Ví dụ tính tốn dung tích hữu ích hồ chứa cấp nước điều tiết năm theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi C.1 Tài liệu cho trước C.1.1 Một hồ chứa nước có tài liệu sau đây: a) Các đường đặc tính hồ chứa (đường quan hệ cao trình mực nước hồ với diện tích mặt hồ đường quan hệ mực nước hồ với dung tích hồ); b) Tài liệu thủy văn từ năm 1969 đến năm 2011 (tài liệu trình lưu lượng nước đến trình tổng lượng nước đến trung bình tháng năm); c) Tài liệu đường trình yêu cầu nước cần cấp cho đối tượng sử dụng nước hồ năm điển hình bất lợi; d) Kết tính tốn mực nước chết xác định dung tích chết V c = 785.000 m3 mực nước chết Zc = 267,5 m; e) Lượng nước tổn thất thấm lấy 3,0 % dung tích trung bình tháng; f) Lượng bốc gia tăng trung bình tháng năm ghi bảng C.1: Bảng C.1 - Lượng bốc gia tăng trung bình tháng năm Tháng ∆Z, mm 16,9 10 11 12 Năm 16,2 19,2 22,1 28,6 27,4 27,3 21,4 20,1 20,5 18,7 18,6 257,0 C.1.2 u cầu tính tốn xác định dung tích hữu ích hồ chứa nước điều tiết năm với mức đảm bảo thiết kế 85 % C.2 Trình tự phương pháp tính tốn C.2.1 Lập bảng tính tốn điều tiết C.2 Các tài liệu đầu vào ghi vào bảng sau: - Cột (1) ghi năm thủy văn theo liệt tài liệu có (từ năm 1969 – 1970 đến năm 2010 – 2011); - Cột (2) ghi tháng năm, mùa mưa năm 1969 (tháng V) đến cuối mùa khô năm 2011 (tháng IV); - Đường trình lưu lượng nước đến tổng lượng nước đến tháng, năm ghi cột (3) cột (5); - Đường trình yêu cầu cấp nước tưới dân sinh ghi cột (4); - Hàng đầu cột (9) ghi dung tích chết hàng đầu cột (10) ghi mực nước chết (đã biết) 58 TCVN : 2013 Bảng C.2 – Tính tốn điều tiết năm theo phương pháp tồn chuỗi Năm Tháng Qv m3/s Wyc 103 m3 Wv 103 m3 ∆V 103 Wtt m (8) Z m Wxả 103 m3 (9) 785,0 (10) 267,50 (11) - (1) (2) (3) (4) (5) 1969 -1970 0,850 281,0 273,80 59,99 932,81 - 717,8 276,70 0,710 796,0 849,39 101,87 951,52 - 500,0 279,28 169,33 0,871 372,0 333,53 114,20 847,33 - 500,0 279,28 847,33 0,674 199,0 804,42 112,21 493,21 - 500,0 279,28 493,21 1,067 239,0 766,61 111,77 415,83 - 500,0 279,28 415,83 10 0,510 186,0 365,13 111,91 067,22 - 500,0 279,28 067,22 11 0,330 207,0 855,40 111,30 537,10 - 500,0 279,28 537,10 12 0,148 242,0 395,11 111,27 41,84 - 500,0 279,28 41,84 0,098 206,0 263,78 96,09 - 038,31 461,7 275,86 - 0,081 684,0 195,33 70,75 - 559,42 902,3 273,62 - 0,073 698,0 194,41 53,72 - 557,32 344,9 271,04 - 0,102 745,0 263,92 37,07 - 518,15 826,8 267,81 - 0,349 281,0 935,79 38,49 - 401,3 271,30 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2010 -2011 0,062 281,0 167,03 27,55 - 141,53 785,0 267,5 Thiếu nước 0,228 796,0 591,88 27,39 - 231,50 785,0 267,5 Thiếu nước - - - - - 1970 -1971 (6) + (7) V 103 m3 - - 616,30 - - - C.2.2 Trình tự tính tốn phương pháp ghi số liệu tính tốn vào bảng sau: a) Giả thiết dung tích hữu ích hồ V h = 2,715 x 106 m3, tổng dung tích Vhc = 2,500 x 106 m3, mực nước dâng bình thường tương ứng Hbt = 279,28 m.; b) Bắt đầu tính tốn cho năm thứ (năm 1969 – 1970) Từ công thức (11), (12) (13) có: Vi = Vi-1 + Qvi x ∆ti - Qri x ∆ti Qri = qyi + qbi + qti + qxi; c) Đầu tháng năm 1969 mực nước hồ hạ xuống tới mực nước chết tương ứng với dung tích chết V4 = 785 x 103 m3 Dung tích hồ thời điểm cuối tháng tính sau: - Bước chưa tính đến tổn thất: V5 = V4 + Qv5 x ∆t5 - qy5 x ∆t5 59 TCVN : 2013 V5 = (785,0 + 273,8 – 281,0) x 103 m3 V5 = 777,8 x 103 m3; Dung tích bình quân hồ tháng là: Vtb5 = 0,5 x (785,0 + 777,8) x 103 m3 Vtb5 = 781,4 x 103 m3; Từ đường đặc tính hồ chứa suy diện tích mặt hồ trung bình tháng Ftb5: Ftb5 = 22,9 ha; - Bước kể đến tổn thất: 1) Tổn thất bốc hơi: Wbh5 = 10 x Ftb5 x ∆Z5 Wbh5 = 10 x 22,9 x 28,6 Wbh5 = 6,55 x 103 m3 ; 10 hệ số quy đổi đơn vị; 2) Tổn thất thấm nước lấy 3,0 % dung tích trung bình hồ tháng 5: Wt5 = 0,03 x 781,4 x 103 m3 Wt5 = 53,44 x 103 m3 ; 3) Tổng tổn thất tháng Wtt5: Wtt5 = Wbh5 + Wt5 Wtt5 = (6,55 + 53,44) x 103 m3 Wtt5 = 59,99 x 103 m3 ; Ghi Wtt5 tính vào cột (6); 4) Dung tích hồ thời điểm cuối tháng kể đến tổn thất là: V5 = V4 + Qv5 x ∆t5 - qy5 x ∆t5 – Wtt5 V5 = (2 777,8 – 59,99) x 103 m3 V5 = 717,8 x 103 m3 ; Ghi trị số V5 vừa tìm vào cột (9); d) Từ đường đặc tính hồ chứa suy diện tích cao trình mặt hồ trung bình tháng 276,7 m Ghi số liệu vào cột (10); e) Tiếp tục tính tốn tháng năm hết liệt tài liệu Trong q trình tính tốn xảy trường hợp sau cần xử lý cách xử lý sau: 60 TCVN : 2013 - Nếu dung tích cuối tháng lớn dung tích tổng lấy dung tích tổng, tổn thất phải tính tương đương với dung tích tính lượng nước xả thừa ghi vào cột (11); - Nếu dung tích cuối tháng nhỏ dung tích chết lấy dung tích chết, tổn thất phải lấy tương đương với dung tích ghi vào cột (11): thiếu nước; f) Khi tính tốn điều tiết năm theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi nên cuối mùa cấp nước năm trước bắt đầu mùa trữ nước năm sau, mực nước hồ phải vị trí mực nước chết Ví dụ dung tích cuối tháng năm 1970 (cuối tháng năm thủy văn thứ hai) V5: V5 = Vc + Qv5 x ∆t5 - qy5 x ∆t5 – Wtt5 V5 = (785,0 + 935,8 – 281,0 – 38,5) x 103 m3 V5 = 401,3 x 103 m3 C.2.3 Tính tốn số năm đảm bảo cấp nước theo công thức (23) Nếu kết tính tốn có số năm đảm bảo cấp nước thoả mãn công thức (23) đạt yêu cầu Nếu không đạt u cầu phải giả thiết lại dung tích Vh cho phù hợp tính tốn lại theo trình tự phương pháp nêu C.2.2 Có thể tính toán vài trị số Vh với số năm đảm bảo m, sau nội suy CHÚ THÍCH: Trong ví dụ phụ lục này, tần suất đảm bảo cấp nước theo quy định 85 % (P CN = 85), số năm tính tốn 42 Do số năm đảm bảo cấp nước m tính theo cơng thức (23) sau: m= 42 + x 85 100 m = 36,55 năm m lấy tròn 37 năm Số năm bị phá hoại không lớn năm (42 năm – 37 năm = năm) Kết tính tốn điều tiết tồn chuỗi 42 năm tài liệu cho thấy có 33 năm đảm bảo cấp nước có tới năm thiếu nước, mức đảm bảo đạt 76,7 %, lần tính thử phải tăng thêm dung tích đáp ứng yêu cầu đảm bảo cấp nước Phụ lục D (Tham khảo) 61 TCVN : 2013 Tính tốn cơng suất bảo đảm nhà máy thủy điện D.1 Nhà máy thủy điện điều tiết năm D.1.1 Công suất bảo đảm nhà máy thủy điện điều tiết năm, ký hiệu N bđ, cơng suất bình qn mùa cấp nước (mùa kiệt) ứng với tần suất thiết kế Khi mực nước dâng bình thường mực nước chết xác định cơng suất bảo đảm nhà máy thủy điện điều tiết năm xác định theo hai phương pháp trình bày D.1.2 D.1.3 Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể hồ mà lựa chọn phương pháp tính tốn phù hợp D.1.2 Xác định công suất bảo đảm nhà máy thủy điện theo phương pháp năm đại biểu Nội dung phương pháp sau: a) Sử dụng tài liệu lưu lượng nước bình quân tháng năm kiệt thiết kế, tính tốn điều tiết theo phương pháp lưu lượng khơng đổi tìm lưu lượng bình qn mùa cấp nước, tính cơng suất tháng mùa cấp nước cơng suất bình qn mùa cấp nước công suất đảm bảo Lưu lượng điều tiết bình qn mùa cấp nước tính theo công thức sau: Qđt = (Wk + Vh – Wtt – Wth)/T (D.1) đó: Qđt lưu lượng điều tiết bình quân mùa cấp nước năm kiệt thiết kế, m3/s; Wk tổng lượng nước đến mùa kiệt, m3; Vh dung tích hữu ích hồ, m3; Wtt lượng nước tổn thất, m3; Wtl lượng nước sử dụng thượng lưu, m3; T thời gian kéo dài mùa kiệt, s; Nếu không xét đến tổn thất lấy nước thượng lưu, lưu lượng điều tiết bình qn mùa cấp nước tính theo cơng thức đơn giản sau: Qđt = (Wk + Vh)/T (D.2) b) Để hiểu thêm cách tính điều tiết theo phương pháp lưu lượng khơng đổi, xem thêm ví dụ minh hoạ sau đây: Một nhà máy thủy điện điều tiết năm có tần suất thiết kế 85 %, dung tích hữu ích V h 31 520 000 m3, dung tích chết Vc 10 500 000 m3, khơng lấy nước thượng lưu hồ Lưu lượng bình quân tháng năm nước kiệt thiết kế ghi cột bảng D.1 Công suất đảm bảo nhà máy thủy điện nói xác định theo trình tự sau: - Giả thiết mùa cấp nước tháng đến tháng 5, lượng nước đến tháng mùa kiệt Wk: Wk = (2,00 x 31 + 2,05 x 29 + 0,85 x 31 + 1,50 x 30 + 2,80 x 31) x 86 400, m3 Wk = 24 1570 440 m3 62 TCVN : 2013 Sử dụng cơng thức (D.2) để tính tốn lưu lượng điều tiết bình quân mùa cấp nước Qđt: Qđt = (24 157 440 + 31 520 000)/[(31 + 28 + 31 + 30 + 31) x 86 400], m3/s Qđt = 4,24 m3/s So với lưu lượng nước đến thấy tháng 12 có lưu lượng nhỏ Q đt, tháng 12 nằm thời kỳ cấp nước (6 tháng) Tính lại cho kết W k 33 264 000 m3 Qđt 4,10 m3/s so với lưu lượng nước đến hợp lý Ghi kết tính tốn vào cột bảng D.1 từ tháng 12 năm trước đến tháng năm sau; - Lưu lượng điều tiết mùa trữ nước tính theo công thức sau: Qđt = (WL – Vh)/TL (D.3) đó: WL tổng lượng nước đến mùa lũ, m3; TL thời gian kéo dài mùa lũ, s; Thay trị số bảng D.1, cột (2) từ tháng đến tháng 11 tháng mùa lũ với tổng thời gian 183 ngày vào công thức (D.3) cho kết sau: WL = (8,0 x 30 + 7,5 x 31 +6,5 x 31 + 13,5 x 30 + 7,5 x 31 + 7,3 x 30) x 86 400, m3 WL = 132 235 200 m3 Qđt = (132 235 200 – 31 520 000)/(183 x 86 400), m3/s Qđt = 6,37 m3/s So với lưu lượng nước đến, Q đt mùa lũ tính tốn hợp lý Ghi kết tính tốn vào cột bảng D.1 từ tháng đến tháng 11; - Kết tính tốn lượng nước thừa, nước thiếu tháng, trình trữ nước (quá trình dung tích hồ) cuối tháng, dung tích hồ trung bình tháng ghi vào cột từ cột (4) đến cột (9) bảng D.1 Căn vào dung tích hồ trung bình tháng (cột 9) đường quan hệ Z ∼ V, xác định cao trình mực nước trung bình hồ theo tháng (Zth) ghi vào cột (10) Mực nước hạ lưu trung bình tháng (Zhạ) ghi vào cột (11) Kết tính tốn cột nước phát điện trung bình tháng H = Z th - Zhạ ghi vào cột (12) bảng D.1; - Công suất đảm bảo (Nđb) tính theo cơng suất bình qn tháng mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng năm sau) sau: Nbđ = (956 + 936 + 895 + 821 +746 + 677)/6 Nđb = 838,5 kW 63 TCVN : 2013 Bảng D.1 – Tính tốn cơng suất năm nước kiệt thiết kế theo phương pháp lưu lượng không đổi Nước thừa Tháng (1) Nước thiếu Qđ Qđt m3/s m3/s m3/s m3 m3/s m3 (2) (3) (4) (5) (6) (7) Lượng trữ Lượng trữ (dung tích hồ) (dung tích hồ) bình qn cuối tháng tháng m3 103 m3 (8) (9) 10 500 000 - Zth Zhạ H N m m m kW (10) (11) (12) (13) 25,00 - - - 8,00 6,37 1,63 225 000 - - 14 725 000 12 613 000 25,20 1,60 23,60 054 7,50 6,37 1,13 027 000 - - 17 752 000 16 239 000 27,00 1,60 25,40 134 6,50 6,37 0,13 349 000 - - 18 101 000 17 927 000 27,50 1,60 25,90 157 13,50 6,37 7,13 18 481 000 - - 36 582 000 27 341 000 30,50 1,60 28,90 291 10 7,50 6,37 1,13 027 000 - - 39 609 000 38 096 000 34,20 1,60 32,60 458 11 7,30 6,37 0,93 411 000 - - 42 020 000 40 815 000 34,60 1,60 33,00 476 12 3,40 4,10 - - 0,70 868 000 40 152 000 41 086 000 34,70 1,40 33,30 956 2,00 4,10 - - 2,10 617 000 34 535 000 37 343 000 34,00 1,40 32,60 936 2,05 4,10 - - 2,05 130 000 29 405 000 31 970 000 32,60 1,40 31,20 895 0,85 4,10 - - 3,25 698 000 20 707 000 25 056 000 30,00 1,40 28,60 821 1,50 4,10 - - 2,60 732 000 13 975 000 17 341 000 27,40 1,40 26,00 746 2,80 4,10 - - 1,30 475 000 10 500,000 12 237 000 25,00 1,40 23,60 677 31 520 000 64 TCVN : 2013 CHÚ THÍCH: Sau tìm lưu lượng nước điều tiết dung cơng thức (39) để tìm cơng suất bảo đảm: - Dung tích bình qn: V = Vc + 0,5 x Vh V = (10 050 000 + 0,5 x 31 520 000) m3 V = 26 626 000 m3; - Tra đường quan hệ Z ∼ V tìm mực nước thượng lưu trung bình Zth 30,90 m, mực nước hạ lưu theo tài liệu Zhạ 1,40 m, cột nước phát điện H 29,5 m; - Cơng suất bảo đảm tính theo công thức (39) với η = 0,71, Qđt = 4,10 m3/s: Nbđ = 9,81 x 0,71 x 4,10 x 29,5, kW Nbđ = 842,4 kW Hai phương pháp tính tốn cho kết chênh lệch khơng nhiều D.1.3 Xác định công suất bảo đảm nhà máy thủy điện theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi Theo phương pháp phải sử dụng toàn chuỗi số liệu thủy văn có, qua tính tốn điều tiết tính cơng suất bình qn mùa cấp nước (mùa kiệt) năm, sau tính tần suất chuỗi cơng suất Từ tần suất thiết kế p = 85 % tra công suất bảo đảm (xem thêm phương pháp điều tiết toàn chuỗi nêu phụ lục C) D.2 Nhà máy thủy điện điều tiết ngày không điều tiết D.2.1 Phương pháp năm đại biểu D.2.1.1 Chọn số năm đại biểu cho năm nhiều nước, năm nước năm nước trung bình theo tần suất để tính tốn Trong giai đoạn tính tốn thiết kế sơ chọn năm đại biểu theo phương pháp sau: gọi P tần suất thiết kế nhà máy thủy điện, năm nước chọn năm có lượng nước đến tương đuơng với tần suất P, năm nhiều nước chọn tương đương với tần suất - P năm nước trung bình chọn tương đương với tần suất 50 % D.2.1.2 Tính tốn xác định cơng suất đảm bảo nhà máy thủy điện điều tiết ngày theo phương pháp lập bảng Bảng D.2 giới thiệu ví dụ kết tính tốn thủy điều tiết ngày cho tháng kiệt năm đại biểu, đó: Qnet lưu lượng nước đến khấu trừ tổn thất, m3/s; Qx lưu lượng nước xả thừa Qnet > Qtb max, m3/s; Qtbmax lưu lượng lớn công suất đạt công suất lắp máy, m3/s; QPĐ lưu lượng phát điện, m3/s: QPĐ = Qnet – Qx Nn công suất ngày, kW, tính theo cơng thức (2); Zt độ cao mực nước thượng lưu, m Nếu khơng có điều tiết Z t lấy mực nước dâng bình thường hồ chứa bể áp lực Nếu có điều tiết ngày Z t lấy mực nước trung bình mùa kiệt lấy mực nước dâng bình thường mùa lũ lưu lượng nước đến lớn lưu lượng phát điện (Qnet > Qpd); 65 TCVN : 2013 Zh độ cao mực nước hạ lưu, m, tra theo quan hệ H ∼ Q hạ lưu tương ứng với lưu lượng xả xuống hạ lưu; En điện lượng phát ngày, kWh: En = 24 x Nn Bảng D.2 - Kết tính tốn thủy điều tiết ngày Tháng năm đại biểu nhiều nước Qsông Qnet QPĐ Qx Zt Zh Nn En m3/s m3/s m3/s m3/s m m kW kWh 2,60 2,59 2,59 0,00 435,50 262,00 409 81 816 2,60 2,59 2,59 0,00 435,50 262,00 409 81 816 2,60 2,59 2,59 0,00 435,50 262,00 409 81 816 5,07 5,05 5,05 0,00 435,50 262,00 660 159 840 7,46 7,44 5,69 1,75 435,50 262,00 500 180 000 7,71 7,69 5,69 2,00 435,50 262,00 500 180 000 Ngày D.2.2 Phương pháp điều tiết tồn chuỗi Nếu vị trí xây dựng cơng trình có tài liệu thủy văn dài tính đại biểu cao, dùng phương pháp điều tiết tồn chuỗi Phương pháp tính tốn cơng suất ngày cho toàn chuỗi số liệu vẽ đường tần suất cơng suất ngày, xem hình D.1, sau từ tần suất thiết kế tìm cơng suất bảo đảm Cách tính tốn cơng suất ngày xem D.2.1.2 áp dụng cho tồn chuỗi số liệu Hình D.1 - Đường tần suất công suất nhà máy thủy điện điều tiết ngày Phụ lục E (Tham khảo) 66 TCVN : 2013 Ví dụ tính tốn điều tiết lũ cho hồ chứa E.1 Tài liệu cho trước Tính tốn điều tiết lũ cho hồ chứa nước có tài liệu sau đây: a) Cơng trình tháo nước đập tràn đỉnh rộng có hệ số lưu lượng m = 0,36, hệ số có hẹp bên ε = 0,95, chiều rộng tràn B = 30,0 m, chảy không ngập (σn = 1,0) Cao trình ngưỡng tràn 35,7 m ngang với mực nước dâng bình thường; b) Đường đặc tính dung tích hồ chứa nước Số liệu để vẽ đường cong đặc tính dung tích ghi bảng E.1; c) Đường trình lũ ghi cột bảng E.3 Bảng E.1 - Quan hệ mực nước hồ (Z) dung tích hồ (V) Z, m 17 18 20 23 25 30 V, 103 m3 12 184 040 152 408 E.2 35 40 45 50 55 15 552 25 864 38 324 52 777 67 230 Trình tự phương pháp tính tốn a) Xây dựng đường cong bổ trợ theo cơng thức (47) cách lập bảng E.2 Cách điền số tính tốn thiết lập quan hệ khả xả lũ cơng trình tháo nước đập tràn với dung tích hồ thời gian ∆t theo bảng E.2 sau: 1) Giả thiết mực nước hồ từ cao trình mực nước dâng bình thường 35,7 m trở lên ghi vào cột (2) bảng; 2) Từ đường đặc tính dung tích xác định dung tích hồ tương ứng với mực nước giả thiết ghi vào cột (3) bảng; 3) Lưu lượng nước xả qua đập tràn xác định theo công thức: Qr = 4,43 x σn x ε x m x B x H03/2 (E.1) Thay trị số B, σn, ε , m biết H0 xác định theo TCVN 9147 : 2012 Kết tính tốn Q r tương ứng với mực nước hồ ghi vào cột (4) bảng; 4) Có số liệu cột (3), cột (4) ∆t = 600 s, tính giá trị V + 0,5 x Qr x ∆t ghi vào cột (5); 5) Nếu hồ chứa có kết hợp phát điện lưu lượng xả Q r cịn phải bao gồm lưu lượng nước chảy qua tuốc bin Bảng E.2 – Tính tốn thiết lập đường cong bổ trợ theo phương trình (47) TT Z V Qr V + 0,5 x Qr x ∆t 67 TCVN : 2013 m 103 m3 m3/s 103 m3 35,70 16 996 - 16 996 35,80 17 202 1,40 17 205 35,90 17 408 4,10 17 415 36,00 17 614 7,50 17 628 36,10 17 821 11,50 17 841 36,20 18 027 16,10 18 056 36,30 18 233 21,10 18 271 36,40 18 439 26,60 18 487 36,50 18 646 32,50 18 704 10 36,60 18 852 38,80 18 922 11 36,80 19 264 52,40 19 359 12 37,00 19 677 67,30 19 798 13 37,20 20 089 83,40 20 239 26 39,80 25 452 377,10 26 130 27 40,00 25 864 405,00 26 593 28 40,20 26 362 433,60 27 143 29 40,40 26 861 462,80 27 694 30 40,60 27 359 492,70 28 246 b) Tính tốn điều tiết lũ theo phương trình (46) cách lập bảng E.3 Phương pháp tính tốn, trình tự tính tốn ghi kết tính tốn vào bảng sau: 1) Từ đường trình lũ thiết kế ghi cột (2) điều kiện ban đầu, tính vế trái phương trình (46) Cụ thể sau: thay trị số V1 = 16 996 x 103 m3, Q v = 6,45 m3/s ∆t = 600 s vào vế trái phương trình (46) V + 0,5 x Q v x ∆t cho kết 17 008 x 10 m3 Trị số ghi vào dòng thứ cột (3) Như vế phải phương trình (46) biết; Bảng E.3 - Kết tính tốn điều tiết lũ Thời đoạn t V1+0,5x Q vx∆t V2 103 m3 103 m3 Lưu lượng xả trung bình Q r 0,0 (3) 16 996 (4) 16 996 m3/s (5) 0,00 12,9 17 008 17 019 17,1 17 073 22,5 17 142 h (1) 68 Lưu lượng nước đến Qv m3/s (2) Lưu lượng xả Q2 m3/s Mực nước hồ Z m (6) 0,00 (7) 35,70 0,16 0,32 35,71 17 071 0,53 0,74 35,74 17 138 1,01 1,28 35,77 TCVN : 2013 527,9 18 129 18 065 17,79 34,30 36,22 800,0 20 455 20 125 91,85 149,40 37,22 659,1 22 751 22 056 193,00 236,60 38,15 649,4 24 412 23 407 278,90 321,20 38,81 747,6 25 922 24 609 364,80 408,40 39,39 426,8 26 723 25 240 411,80 415,20 39,70 10 275,1 26 503 25 065 399,60 384,00 39,61 11 212,9 25 943 24 626 366,00 348,00 39,40 12 181,8 25 336 24 146 330,60 313,20 39,17 13 153,6 24 750 23 679 297,50 281,80 38,94 14 135,1 24 198 23 236 267,30 252,80 38,73 15 118,6 23 693 22 827 240,50 228,20 38,53 16 108,9 23 236 22 455 217,10 206,00 38,35 17 183,7 22 982 22 246 204,30 202,60 38,25 18 115,7 22 785 22 085 194,60 186,60 38,17 19 94,4 22 463 21 818 179,00 171,40 38,04 20 81,6 22 135 21 546 163,60 155,80 37,91 21 70,9 21 820 21 284 149,20 142,60 37,78 22 63,1 21 524 21 035 136,00 129,40 37,66 23 59,3 21 255 20 808 124,40 119,40 37,55 24 56,9 21 016 20 605 114,40 109,40 37,45 25 53,3 20 803 20 423 105,60 101,80 37,36 26 48,6 20 606 20 255 97,70 93,60 37,28 27 45,4 20 423 20 098 90,60 87,60 37,20 28 42,3 20 255 19 953 84,00 80,40 37,13 29 40,2 20 101 19 820 78,40 76,40 37,07 30 2) Từ giá trị biểu thức nằm vế phải phương trình (46): V + 0,5 x Q r x ∆t = 17 008 x 103 m3 tra đường quan hệ phương trình (47) thiết lập bảng E.2 cho kết Q r = 0,16 m3/s Trị số tìm ghi vào dịng thứ cột (5); 3) Từ phương trình cân nước ( Q v - Q r) x ∆t = V2 - V1, xác định dung tích hồ chứa cuối thời đoạn theo công thức V2 = V1 + ( Q v - Q r) x ∆t Kết tính tốn ghi vào dịng thứ cột (4) Biết Qr đầu thời đoạn lưu lượng xả trung bình Q r thời đoạn, tính lưu lượng xả cuối thời đoạn Q2 ghi vào cột (6) Biết V2, tra đường đặc tính dung tích (hoặc dựa vào số liệu bảng E.1 để tính tốn theo phương pháp nội suy tuyến tính) xác định mực nước hồ chứa tương ứng cuối thời đoạn ghi vào cột (7); 69 TCVN : 2013 4) Tiếp tục lấy dung tích hồ cuối thời khoảng tính tốn trước làm dung tích hồ đầu thời khoảng tính tốn sau lặp lại bước tính tốn nêu xác định giá trị Q r, V2 Z thời khoảng tính tốn sau tìm tồn q trình xả q trình đường mực nước hồ; 5) Từ kết tính tốn ghi bảng E.3 xác định thông số thiết kế sau: - Mực nước lớn (mực nước siêu cao): Zsc - Dung tích điều tiết lớn (dung tích siêu cao): Vsc Vsc - Lưu lượng xả lớn nhất: = 39,70 m = (25 240 – 16 996) x 103 m3 = 244 x 103 m3 Qxả max = 415,2 m3/s  70