Bài giảng môn học quản lý hệ thống thuỷ lợi (đại học thủy lợi)

CHƯƠNG ĐO NƯỚC TRONG HỆ THỐNG THUỶ NÔNG CHƯƠNG ĐO NƯỚC TRONG HỆ THỐNG THUỶ NÔNG 4.1 Khái niệm chung 4.2 Phương pháp đo mực nước 4.3 Các phương pháp đo lưu lượng thơng qua tốc độ dịng chảy 4.4 Dùng cơng trình để đo nước 4.5 Dùng phương pháp hoá học để đo nước CHƯƠNG ĐO NƯỚC TRONG HỆ THỐNG THUỶ NÔNG 4.1 Khái niệm chung 4.2 Phương pháp đo mực nước 4.3 Các phương pháp đo lưu lượng thơng qua tốc độ dịng chảy 4.4 Dùng cơng trình để đo nước 4.5 Dùng phương pháp hoá học để đo nước 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Mục đích ý nghĩa cơng tác đo nước HTTN Đo nước HTTN đo đạc đặc trưng dịng chảy sơng kênh: h, v, Q, hàm lượng phù sa mặt cắt cần thiết hệ thống nhằm nắm vững tình hình diễn biến dịng chảy hệ thống Mục đích: Phục vụ cho cơng tác phân phối nước dẫn nước cách xác kịp thời - Yêu cầu nước điều kiện nguồn nước dự báo - Đối chiếu với KH dùng nước, nhằm đánh giá việc thực kế hoạch điều phối nước thực tế đạt yêu cầu đặt chưa 4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Mục đích ý nghĩa công tác đo nước HTTN Làm để thu thuỷ lợi phí hạch tốn kinh tế hệ thống thuỷ nông - Yêu cầu nước hệ thống luôn thay đổi - Mức độ thoả mãn cách đầy đủ hệ thống cho hộ dùng nước thay đổi qua thời kỳ theo khu vực hệ thống Đo nước để thu thập tài liệu - Dùng để kiểm tra, đánh giá lực hệ thống - Nâng cấp hệ thống - Nghiên cứu khoa học 4.1.2 Khái quát mạng lưới trạm đo nước nội dung công tác đo nước hệ thống Các loại trạm đo nước - Trạm đo nguồn nước, - Trạm đo nước đầu kênh chính, - Trạm đo nước điểm chia nước, - Trạm đo nước điểm phân phối nước (đầu cấp kênh cấp nhỏ) Với yêu cầu đặc biệt khác: - Trạm đo để tính cân nước, - Trạm đo phù sa, - Trạm đo lưu lượng tiêu nước ngầm, - Đo lượng tổn thất kênh để phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học Cách bố trí nội dung đo đạc trạm đo nước a) Trạm đo nguồn nước Đánh giá khả nguồn nước để tính tốn khả tưới, tiêu cơng trình đầu mối Vị Trí: Cách cơng trình đầu mối khoảng (20÷100)m phía thượng lưu (cơng trình tưới), phía hạ lưu (cơng trình tiêu) Đối với hồ chứa nước, trạm đo nguồn nước bố trí đoạn sơng thượng lưu hồ b) Trạm đo nước đầu kênh Đánh giá khả thực tế lượng nước lấy vào đầu HT (CT tưới) khả tiêu nước (CT tiêu) Vị trí: Cách cống (50 ÷ 200) m tuỳ thuộc vào khoảng cách điểm phân nước thuận lợi việc bố trí trạm tới SƠNG 6 5 4 5 3 4 6 5 4 6 6 1: Trạm đo nguồn nước; 2: Trạm đo nước đầu kênh Cách bố trí nội dung đo đạc trạm đo nước c) Trạm đo nước đầu kênh chia nước - Đầu kênh nhánh Vị trí: Cách cống chia nước phía hạ lưu (20 ÷ 50)m Cách cửa tiêu (20 ÷ 50)m phía thượng lưu (CT tiêu) d) Trạm đo nước đầu kênh phân phối nước Kiểm tra lượng nước phân phối cánh đồng so với yêu cầu nước chúng Vị trí: Đầu mương mương (kênh cấp kênh cấp 4) cách cống phân phối (10 ÷ 30)m hạ lưu e) Trạm đo nước chuyên môn Phục vụ: tính tốn cân nước, tổn thất nước kênh, hệ số SDN hệ thống, bùn cát, khảo sát phân bố lưu tốc dòng chảy, bồi lắng, sói lở Vị trí: Tuỳ theo u cầu thực tế công tác nghiên cứu khảo sát SÔNG 6 5 4 5 3 4 6 5 4 6 6 3, Trạm đo nước đầu kênh phân phối nước Yêu cầu chung cho bố trí hoạt động đập tràn đo nước - Tràn phải đặt vị trí kênh thẳng, ổn định có đủ độ rộng độ sâu để bảo đảm dòng chảy trơn phẳng Chiều dài đỉnh tràn phải nhỏ đáy kênh Tốc độ tới gần không vượt 15cm/s Trước đoạn kênh tới gần nên đặt vách ngăn để cân dòng chảy - Đập tràn phải đặt thẳng đứng vuông góc với hướng dịng chảy -Đỉnh tràn phải nằm ngang để cột nước tràn không thay đổi dọc theo chiều dài đỉnh tràn -Đỉnh tràn phải cao đáy kênh thượng lưu khoảng hai lần lớp nước đỉnh tràn Ngoài đỉnh tràn đủ cao để có trạng thái chảy tự phía hạ lưu - Chiều cao lớp nước tràn tràn chữ nhật không nên nhỏ 5cm không nên lớn 2/3 chiều rộng đỉnh tràn - Khoảng cách từ hai đầu ngưỡng tràn (đỉnh tràn) tới bờ kênh phải lớn lần lớp nước đỉnh tràn -Thước đo mực nước đặt phía thượng lưu khoảng lần lớp nước tràn Mức chuẩn "0" thước đo mực nước có độ cao với đỉnh tràn 4.4.3 Dùng máng chuyên dụng để đo nước Máng đo nước chuyên dụng cơng trình có hình thức, cấu tạo đặc biệt đặt lòng kênh chuyên dùng để đo nước Máng đo nước Parshall a) Cấu tạo Cấu tạo phức tạp F = 60cm; N = 23cm; G = 90cm; K = 8cm; X = cm; Y = 8cm A D C F G E N K Tham khảo bảng lập sẵn kích thước tiêu chuẩn máng đo nước Parshall ứng với chiều rộng cổ máng W khác Xây dựng gỗ, gạch đá xây, bê tông, bê tông cốt thép sắt Máng gỗ: dễ thi công, giá thành rẻ không chắn, dễ bị biến dạng Chỉ áp dụng làm máng nhỏ Máng làm gạch đá xây: khó thi cơng xác Máng làm bê tông cốt thép, bê tông làm sắt: giá thành cao kích thước xác, chắn, bền, không bị biến dạng Thành máng đáy máng phải làm nhẵn trơn Thước đo mực nước thượng hạ lưu để giếng Khởi điểm ''0" thước phải có cao trình với đáy máng b) Tính tốn lưu lượng Lưu lượng qua máng Parshall phụ thuộc vào mực nước thượng lưu hạ lưu - Trường hợp chảy tự (Hb/Ha < 0,7): Lưu lượng chảy qua máng tính theo cơng thức: 1, 569 W , 026  Ha  Q = 0,372.W.  (m3/s)  0,305  Q: Lưu lượng chảy tự qua máng (m3/s) W: Chiều rộng cổ máng (m) Ha: Chiều sâu mực nước thượng lưu (m) Hb: Chiều sâu mực nước hạ lưu (m) -Khi chảy ngập (0,7< Hb/Ha< 0,95): Lưu lượng chảy qua máng xác định công thức: Q' = Q – C (m3/s) Q': Lưu lượng chảy qua máng chảy ngập (m3/s) Q: Lưu lượng chảy qua máng chảy tự (m3/s) C: Lượng hiệu chỉnh , 57 − 3,14 K             Ha .W 0,815 C =  0,07  , 007 +     1,8  1,8       − 2,45.0,35       K       Trong đó: K = Hb/Ha Trong thực tế coi W 0,026 = 1, cơng thức tính lưu lượng chảy qua máng Parashall tính: Q = 2,4.W.Ha1,57 (m3/s) c) Thiết kế máng Parshall Chủ yếu tính chiều rộng cổ máng chiều cao đáy máng so với đáy kênh để bảo đảm trạng thái chảy tự qua máng Chiều rộng cổ máng thường (1/2 ÷ 1/3) chiều rộng mặt nước kênh hạ lưu trường hợp thiết kế Để bảo đảm chảy tự (do chẩy ngập tính tốn phức tạp): Ha/Hb < 0,7 ⇒ Hb < 0,7Ha H = - Hb = - 0,7Ha H + Ha < + f Trong f độ dâng cao cho phép nước kênh Từ điều kiện tìm trị số H thích hợp Máng nước nhảy đo nước a) Đặc điểm cấu tạo Kết cấu đơn giản máng Parshall Nguyên lý tạo thu hẹp chiều rộng đáy kênh nâng cao cao trình đáy kênh vị trí cơng trình làm cho dịng chảy máng xuất lưu tốc tới hạn Từ thành lập cơng thức tính lưu lượng chảy qua cơng trình thông qua mực nước Làm gỗ, bê tông gạch đá xây Trục máng phải trùng với trục đường kênh Thước đo nước lắp tường vách máng giếng nước tĩnh Khởi điểm "0" thước phải có cao độ với đáy máng b) Cơng thức tính lưu lượng Lưu lượng qua máng nước nhảy tính cơng thức: Q = 1,71.m.B.H3/2 Q - lưu lượng chảy qua máng (m3/s) B - chiều rộng cổ máng (m) H - chiều sâu mực nước máng (m) m - hệ số có quan hệ đến chiều rộng cổ máng, xác định tài liệu thực đo lấy: (B = 1,5m; m = 0,96), (B = 2,0 m; m = 0,98), (B = 4,0m; m = 0,99) Ưu điểm: đo đạc tính tốn đơn giản, khả đo nước lớn, khơng bị lắng đọng phù sa, kết hợp với vị trí xây dựng cầu giao thơng bậc nước Máng Replogle (ở Patterson ID, Calif) o đạc lưu lượng Máng Replogle dự án Rio Yaqui, Mexico 4.5 Dùng phương pháp hoá học để đo nước Là phương pháp mới, khơng thơng qua tốc độ dịng chảy mặt cắt lịng dẫn, khơng cần đặt cơng trình thuỷ lực kênh Có thể sử dụng đo nước vị trí hệ thống Một dung dịch chứa chất dễ hoà tan sử dụng để hồ vào dịng chảy gọi chất thị thông qua việc đo đạc nồng độ nước trước sau điểm cho chất thị từ tính tốn lưu lượng dịng chảy 4.5.1 Phương pháp pha lỗng Dùng chất hố học chất màu dễ hồ tan được, dung dịch hịa tới nồng độ biết C1 C1 =Khối lượng chất hoá học/ Khối lượng nước Dung dịch cho vào dòng chảy với lưu lượng khơng đổi q1 q1 =Thể tích dung dịch thị/ Thời gian cho dung dịch 100% dung dịch phân tán Phương pháp đo nước dung dịch thị pha loãng Co nồng độ nước kênh trước cho chất thị Q lưu lượng dịng chảy kênh Ta có phương trình sau: Q.C0 + q1.C1 = (Q + q).C2 Q.Co + q1.C1 = Q.C2 + q1.C2 Sắp xếp lại ta có: q (C − C ) Q= Q.Co - Q.C2 = q1.C2 - q1.C1 C0 −C2 4.5.2 Phương pháp đồng vị phóng xạ Chất đồng vị phóng xạ sử dụng chất thị Mức độ hồ tan xác định thơng qua mức độ tia gamma phát từ dung dịch chất đồng vị (tại hạ lưu kênh) đo máy đếm Ghai-ghe Một số lượng biết chất đồng vị phóng xạ cho vào dịng chảy Tại vị trí mà chất đồng vị phóng xạ xác định thơng qua phát sáng tia gamma đo máy Ghai-ghe Chúng ta tính lưu lượng dịng chảy qua Q: Lưu lượng dòng chảy F: Số đếm đơn vị chất đồng vị phóng xạ đơn vị lưu lượng dòng chảy A: Tổng đơn vị chất đồng vị phóng xạ dùng cho đo lưu lượng N: Tổng số đếm tia gamma Q = ( F.A ) / N ... để thu thuỷ lợi phí hạch tốn kinh tế hệ thống thuỷ nông - Yêu cầu nước hệ thống luôn thay đổi - Mức độ thoả mãn cách đầy đủ hệ thống cho hộ dùng nước thay đổi qua thời kỳ theo khu vực hệ thống. .. Kết hợp chặt chẽ nhiệm vụ, yêu cầu công tác quản lý nước QH kênh mương, cơng trình hệ thống thuỷ nông - Cần triệt để lợi dụng cơng trình sẵn có hệ thống để đo nước, làm cho mạng lưới cơng trình... liệu - Dùng để kiểm tra, đánh giá lực hệ thống - Nâng cấp hệ thống - Nghiên cứu khoa học 4.1.2 Khái quát mạng lưới trạm đo nước nội dung công tác đo nước hệ thống Các loại trạm đo nước - Trạm đo