Thiết kế công trình đập đất hồ chứa nước bản long bình xuyên vĩnh phúc

LờI NóI ĐầU Theo chương trình đào tạo kỹ sư công nghiệp khoá học 49 giai đoạn 2004-2008 Được trí ban chủ nhiệm Khoa Công nghiệp phát triển nông thôn, Bộ môn Kỹ thuật công trình Trường ĐHLN Tôi tiến hành làm khoa luận tốt nghiệp: Thiết kế công trình đập đất hồ chứa nước Bản Long Bình Xuyên - Vĩnh Phúc Khoá luận đà hoàn thành với giúp đỡ nhiệt tình, hiệu nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp này, xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo ThS Nguyễn Thị Bích Hạnh, người đà tận tình giúp đỡ suốt trình làm khoá luận Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ban giám hiệu trường ĐHLN, Khoa Công nghiệp phát triển nông thôn, Bộ môn Kỹ thuật công trình Công ty tư vấn đầu tư xây dựng nông nghiệp phát triển nông thôn Vĩnh Phúc đà tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trình hoàn thành khoá luận Do thời gian có hạn khả nhiều hạn chế nên khoá luận tránh khỏi thiếu sót Tôi mong đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn bè đồng nghiệp để khoá luận hoàn chỉnh Tôi xin trân trọng cảm ơn! Xuân Mai, ngày 12 tháng 05 năm 2008 Sinh viên thực Kiều Văn Thanh đặt vấn ®Ị Tõ xa x­a ng­êi ®· biÕt ®¾p ®Ëp giữ nước, chủ yếu dùng cho nông nghiệp sinh hoạt Nhưng đến nửa sau kỷ XX, xây đập trở thành trào lưu mạnh mẽ nhu cầu phát triển nông nghiệp, công nghiệp, thuỷ điện, phòng chống lũ lụt Trong năm đầu kỷ XXI, đà chứng kiến bước tiến dài quan trọng kinh tế nước nhà gắn liền với trình phát triển nông nghiệp Với xu xây dựng công trình thuỷ lợi diễn mạnh mẽ, nông nghiệp quốc gia trở thành mét bé phËn quan träng nỊn kinh tÕ, nªn việc phát triển thuỷ lợi cần thiết Đó sách chiến lược để phát triển kinh tế nông thôn, cho đất nước, đóng góp phần không nhỏ vào công công nghiệp hoá đại hoá đất nước Tỉnh Vĩnh Phúc nói chung, sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp ( chiếm khoảng 70%) họ chủ yếu trồng lúa hoa màu Người dân Bình Xuyên khoảng 95% làm nông nghiệp Vì hàng năm thường xuyên có lũ lụt hạn hán cục nên suất trồng thấp, dẫn đến kinh tế pháp triển, sống bấp bênh, đói nghèo đeo bám lấy người dân Mặt khác để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày tăng người dân, phục vụ cho phát triển nông nghiệp Từ thực tiễn thực khoá luận: Thiết kế công trình đập đất Hồ chứa nước Bản Long - Bình Xuyên - Vĩnh Phúc * Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu công đoạn thiết kế đập đất hoàn chỉnh Công trình đập đất phải đem lại hiệu mặt kinh tế xác mặt kỹ thuật, đồng thời xây dựng sở liệu cho việc thiết kế đập đất Đây dịp để học hỏi kiến thức chuyên môn sống công tác sau * Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu đà có: Các tài liệu công trình đập đất đà có khu vực nghiên cứu, đề tài có liên quan đến đập đất; Thu thập xử lý số liệu; Phương pháp chuyên gia * Nội dung khoá luận: Khoá luận gồm có nội dung sau: Đặt vấn đề Chương 1: Tổng quan công trình Chương 2: Xác định kích thước đập đất thiết kế Chương 3: Tính toán thấm qua đập Chương 4: Tính ổn định mái đập Chương 5: Cấu tạo chi tiết đập Chương 6: Sơ tính toán giá thành Kết luận kiến nghị Chương Tổng Quan Về Công Trình 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Công trình hồ chứa nước Bản Long nằm huyện Bình Xuyên tỉnh Vĩnh Phúc, công trình đầu mối hồ chứa nước tạo đập chắn ngang suối Bản Long, thôn Bản Long xà Minh Quang - Khu hưởng lợi thuộc địa phận xà Minh Quang, phần xà Trung Mỹ huyện Bình Xuyên - Phía Bắc giáp xà Hồ Sơn; - Phía Tây giáp xà Gia Khánh; - Phía Đông gi¸p x· Trung Mü; - PhÝa Nam gi¸p x· ThiƯn Kế Tọa độ địa lý : + Từ 1050 37" đến1050 42" kinh độ Đông; + Từ 210 21" đến210 23" vĩ độ Bắc Cách thị xà Vĩnh Yên 14 km theo hướng Đông Bắc 1.1.2 Địa hình Đây vùng thuộc khu vực chân dÃy núi Tam Đảo, nhiều khe lạch sông suối chia cắt đất đai thành vùng tưới khác Công trình hồ chứa nước Bản Long dự kiến xây dựng suối Bản Long thôn Bản Long xà Minh Quang Và xây dựng nơi hẹp suối để giảm khối lượng đào đắp 1.1.3 Điều kiện thuỷ văn khí tượng 1.1.3.1 Đặc điểm khí hậu Với khí hậu nhiệt ®íi giã mïa: mïa xu©n hay m­a phïn, mïa hÌ nóng bức, nhìn chung nóng ẩm, mùa thu mùa đông khí hậu khô hanh 1.1.3.2 Tình hình lưới trạm thuỷ văn khí tượng Đây vùng mà công tác thuỷ lợi quan tâm từ sớm Chính việc thu thập tài liệu khí tượng thuỷ văn thu thập từ nhiều trạm thuỷ văn Bảng 1.1 Lưới trạm thuỷ văn khí tượng FLV Thời (km2) quan trắc trắc Mắc áo 23 1963 - 1966 H, Q, X Lµng Hµ Lµng Hµ 10,5 1978 - 1982 H, Q Ngäc Thanh Thanh Léc 19,8 1967 - 1981 H, Q, X Đồng Câu Nhánh Bá Hanh 30,9 1962  1963 H, Q, X Qu¶ng C­ Sông Phó Đáy 1.190 1961 2000 H, Q, X, Vị trí Tên suối Xạ Hương kỳ Yếu tố quan Những tài liệu cần thiết cho việc nghiên cứu, phân tích tính toán, lựa chọn đặc trưng thuỷ văn công trình hồ chứa nước Bản Long suối Bản Long Các đặc trưng thuỷ văn công trình hồ chứa nước Bản Long lấy theo trạm Xạ Hương 1.1.3.3 Các tài liệu khí tượng * Nhiệt độ không khí: (0C) Những đặc trưng nhiệt độ không khÝ ë VÜnh Yªn thêi gian 1960 - 2001 sau: Nhiệt độ trung bình năm 2307 Nhiệt độ cao 40,20c xảy ngày 19/6/1983 Nhiệt độ thấp 307C xảy ngày 18/1/1961 * Độ ẩm tương đối không khí (U%) Những đặc trưng độ ẩm tương đối không khí Vĩnh Yên từ 1961 - 2001 nh­ sau: §é Èm lín nhÊt: 100% Độ ẩm nhỏ nhất: 14% xảy ngày 18/1/1961 Độ ẩm trung bình năm :81,17% Biến trình độ ẩm tương đối, mùa hè độ ẩm lớn vào tháng mưa nhiều tháng 8,9 Mùa đông đầu mùa khô hanh, vào tháng 11,12; cuối mùa đông trời ẩm ướt mưa phùn vào tháng 3,4 Biến trình độ ẩm ghi bảng sau: Bảng 1.2 Độ ẩm tương đối Vĩnh Yên Tháng 10 11 12 Trung b×nh 80,7 82,3 83,1 83,9 80,8 79,7 80.0 82,7 82.0 81.1 80.0 77,8 Nhá nhÊt 14 25 25 34 22.0 34.0 28.0 40 25.0 27 19 21.0 * Giã vµ vËn tốc gió mạnh (V m/s) Gió mạnh vùng thường xuất đợt mưa bÃo lớn, gây lũ lụt nặng nề, tốc độ gió lớn đo 28m/s (năm 1964) Vận tốc gió lớn (không kể hướng) Vĩnh Yên có Vmax = 18,4 m/s Bảng 1.3 Vận tốc gió theo tần suất thiết kế vùng Đạo Trù P% 1,5 30 50 VP (m/s) 30,23 29,5 27,7 20,8 18,1 Bảng 1.4 Tốc độ giã lín nhÊt cđa tõng th¸ng Th¸ng Vmax m/s 28 Hướng Vmax (m/s) hướng ĐB Vị 10 11 12 20 >40 26 24 34 33 >40 28 24 24 24 TN TB ND TN §B NH § § B B 24 24 26 28 20 17 20 20 §B B §B NH ĐB Đ Đ V.Yê B B n Đ B §B § B 16 18 16 24 §B § §B B BT B trí T.Đả o Bảng 1.5 Vận tốc gió trung bình tháng năm Vĩnh Yên Th¸ng 10 11 12 Năm V (m/s) 1,6 1,9 2,0 2,3 2,2 1,9 1,9 1,5 1,3 1,3 1,3 1,4 1,7 Ghi chú: Ký hiệu (Nh) nhiều hướng * Lượng bốc tổn thất bốc Phân tích tài liệu bốc trạm vùng, thấy cần có hiệu chỉnh thích hợp, phân tích đến ảnh hưởng vùng núi Tam Đảo, đến đặc thù bốc lưu vực suối Bản Long xem xét kết bốc số công trình vùng Căn vào dạng phân phối lượng nước tháng bình quân nhiều năm lưu vực Thanh Lanh xác định phân phối lượng tổn thất bốc tháng sau Bảng 1.6 Lượng tổn thất bốc th¸ng Th¸ng 10 11 12 Năm 26,2 23,6 25,9 29,0 41,8 39,0 38,7 29,2 29,0 30,8 28,9 29,5 371,6 Znc (mm) *M­a l­u vùc L­u vùc si B¶n Long n»m kỊ lưu vực Thanh Lanh, có trạm đo mưa Thanh Lanh đo từ 1961 1985 Sau phân tích so sánh với số vị trí đo m­a vïng thÊy r»ng m­a ë Thanh Lanh phï hợp với xu mưa vùng, phản ánh mưa lưu vực tài liệu đo đạc chất lượng tốt Lân cận với trạm Thanh Lanh có trạm đo mưa quan trọng khác Tam Đảo, Xạ Hương, Đại Lải Trong trạm Tam Đảo với chuỗi tài liệu liên tục từ 1961 2001 So sánh thời kỳ đo mưa sè vÞ trÝ thÊy r»ng: - Thêi kú 1961  1963 XTL = 1645,8 mm Thanh Lanh X§L = 1493,6 mm Đại Lải XTĐ/NT = 1421,8 mm Tam Đảo/Nông trường XXH = 1587,8 mm Hạ Hương XTĐ/KH = 2.901,1 mm Tam Đảo/khí hậu So sánh lượng mưa trạm Thanh Lanh Tam Đảo - Thời kỳ 1961  1985 XT§/KH = 2.601,7 mm XTL = 1693,1 mm - Thêi kú 1961  2001 XT§/KH = 2.508,4 mm Hai thời kỳ trạm Tam Đảo (KH) sai khoảng 4% Qua số liệu cho thấy từ Tam Đảo trở xuống lượng mưa giảm dần vị trí Đại Lải (theo hướng tây nam) sườn phía nam Tam Đảo lượng mưa giảm dần từ Xạ Hương - Thanh Lanh - Ngọc Thanh Lượng mưa vùng vào khoảng 1600 1700 mm/năm Qua chọn tài liệu Thanh Lanh việc xác định mưa lưu vực khu hưởng lợi công trình Bản Long So sánh chuyển lượng mưa Thanh Lanh thời kỳ dài 1961 1998 theo tài liệu trạm Tam Đảo kÕt qu¶ nh­ sau: X N (TL) 2508,4 X N (TL) X N (TD )    X n (TD ) X n (TL) 2601,7 1693,4 lượng mưa nhiều năm lưu vực Thanh Lanh Bản Long lµ: XTL = XBL = 1632,4 mm N - Thêi kỳ dài (1961 1998) n - Thời kỳ ngắn (1961 1985) 1.1.3.4 Các tài liệu thuỷ văn a) Đặc trưng lưu vực Lưu vực suối Bản Long thuộc sườn Tây Nam dÃy Tam Đảo, chiều dài suối Bản Long tính đến vị trí tuyến đập dài 6,7km Diện tích lưu vực 9,1km2; độ dốc lòng suối 52,4%o; độ dốc sườn lưu vực350%o, bao quanh đỉnh cao >+100, cao đỉnh Dao Cay +1.264m Phần lớn lưu vực thuộc rừng Quốc gia Tam Đảo, tầng phủ thực vật phong phú, nhiều chỗ giữ rừng nguyên sinh nên suối Long có nước quanh năm Do độ dốc lưu vực lòng suối lớn nên lũ nhanh rút nhanh b) Dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế Dựa vào tài liệu thực đo trạm Ngọc Thanh sông Thanh Lộc, phân tích lựa chọn mô hình phân phối dòng chảy năm cho hồ Bản Long Trong số năm nước Ngọc Thanh chọn năm có Qtháng min, tổng lượng tháng tổng lượng tháng mùa cạn làm năm điển hình Chúng chọn năm 1972 có Q0 = 0,362 m3/s thoả mÃn điều kiện làm năm điển hình Bảng 1.7 phân phối dòng chảy năm suối Bản Long tuyến đập Tháng Qđh (m3/s) Q75% (m3/s) 10 11 12 Năm 0.01 0.01 0.01 0.01 0.40 0.142 0.074 2.24 0.785 0.524 0.065 0.034 0.362 2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.19 0.054 0.035 1.092 0.375 0.252 0.031 0.016 0.173 5 c) Dòng chảy lũ,dòng chảy bùn cát * Dòng chảy lũ Bảng 1.8 Dòng chảy lũ theo tần suất Xác suÊt xuÊt hiÖn 1% 1,5% 2,0% X (mm) 471,6 433 412 d 8,867 9,09 9,273 Jd (phót) 71,5 74,0 76,0 s 33,96 34,71 35,15 Ap 0,06328 0,062 0,0611 Qmax m3/s 203,68 183,2 171,8 Wp 106m3 3,218 2,955 2,812 P% * Dòng chảy bùn cát Phía Tây Nam dÃy Tam Đảo đà có trạm quan trắc dòng chảy Xạ Hương, Làng Hà, LÃng Công, Ngọc Thanh hay Đại Lải Nhưng chưa có trạm quan trắc yếu tố bùn cát sông Mở rộng phạm vi nghiên cứu phía tây Tam Đảo sông Phó Đáy có trạm thuỷ văn Quảng Cư đo yếu tố mực nước, lưu lượng, mưa phù xa Trong thời kỳ đo đạc phù sa Quảng Cư, luợng phù xa trung bình nhiều năm 156g/m3 Trong giai đoạn này, tạm dùng kết để tính toán xác định đặc trưng dòng chảy bùn cát cho lưu vực suối Bản Long * Xác định lượng bùn cát lơ lửng (Go) theo biểu thức Go = T(106s) x Qo (m3/s) J (g/m3) (tÊn) = 31,56 x 106 x 0,258 x 156 = 1.270 tÊn * Xác định thể tích bùn cát lơ lửng Wo W0 G0 chọn = 0,8T/m3 (là trọng lượng riêng bùn cát lơ lửng) Thay vào biểu thức trªn ta cã: Wo = 1270 : 0,8 = 1588 m3 * Lượng bùn cát di đẩy Theo kinh nghiệm lấy 20% lượng bùn cát lơ lửng Gd = 0,2 Go = 0,2 x 1270 = 254 tÊn * Thể tích bùn cát di đẩy Wd = Gd / 2 ; chän 2 = 1,5 T/m3 ( träng l­ỵng riêng bùn cát di đẩy) Wd = 254/1,5 = 169m3 * Tổng khối lượng bùn cát hồ suối Lạnh là: WT = (Wd + Wo) = 1588 + 169 = 1757 m3/năm 1.1.4 Điều kiện địa chất công trình Địa tầng khu vực tuyến đập mô tả từ xuống sau: Và r 1,5 H r=41,25 (m) Kết hợp hai phương pháp ta tìm phạm vi có khả chúa tâm trượt nguy hiểm đoạn A1B1 thuộc đoạn MM1 vµ n»m diƯn tÝch abcd d c B a A1 R b M 59 500 MNDBT 55 m=3.5 Hd 43 r m=3 43 300 31.5 m=3 37 m=4 m= 2.0 34,5 T 4,5Hđ M1 Hình 4.1 Xác định vùng tâm trượt nguy hiểm mái đập + Trên đoạn A1B1 giả định tâm O1, O2, O3 vạch cung trượt qua điểm Q1 chân đập, tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K1, K2, K3 cho cung trượt tương ứng, vẽ biểu đồ quan hệ Ki vị trí tâm Oi, từ xác định trị số Kmin ứng với vị trí tâm Oi Từ vị trí tâm O ứng với Kmin đó, kẻ đường NN1 vuông góc với đường A1B1 Trên đường NN1 ta lại lấy tâm O khác vạch cung qua Q1, tính K ứng với cung này, vẽ biểu đồ trị số K theo tâm O xác định giá trị Kmin ứng với điểm Q1 chân đập Với điểm Q1, Q2, Q3 mặt hạ lưu đập, cách tương tự ta tìm hệ số an toàn nhỏ Kminmin cho mái đập hạ lưu 31 + Trong khoá luận tiến hành tính toán tìm Kminmincho điểm Q1 chân đống đá thoát nước 32 4.4.2 Xác định hệ số an toàn K Theo Ghécxêvanốp ta chia khối trượt thành dải có chiều rộng dải b víi b  R m (4.1) Trong ®ã: R - Là bán kính vòng cung trượt; m - Là số nguyên ( chọn m từ 10 đến 20) + Ta có công thức tính toán hệ số an toàn K cho mét cung tr­ỵt bÊt kú nh­ sau: K  N n  Wn tg n   C n Ln (4.2) T n Trong đó: n Cn: Là góc ma sát lực dính đơn vị đáy dải thứ n; ln: Là chiều dài đáy d¶i thø n ln  b cos  n (4.3) Wn: Là áp lực thuỷ tĩnh tác dụng theo hướng tâm cung trượt dải xét: Wn=n.hn.Ln hn: Là chiều cao cột nước từ đường bÃo hoà đến đáy dải; Nn, Tn: Là thành phần pháp tuyến tiếp tuyến trọng lượng dải Gn n: Là dung trọng cđa n­íc víi n=1(T/m3); Nn=Gn.cosn (4.4) Tn= Gn.sinn (4.5) Víi Gn=b(i.zi)=(1.z1+2.z2+3.z3) (4.6) + Khi chia dải tính toán đường thẳng 0-0 qua tâm cung trượt chia chiều rộng dải thành phần nhau, đánh số dải hai phía, phía trái lấy dấu cộng, phÝa ph¶i lÊy dÊu trõ Ta cã: n: sè thø tự dải; 33 b: bề rộng dải 4.5 Đánh giá tính hợp lý mái đập So sánh Kminmin vừa tìm với [K] K kinh tế Mái đập đảm bảo an toàn kinh tế khi: [K]