Bài tập lớn thủy văn công trình

Bi Thy cụng trỡnh Bài tập Thuỷ văn công trình Bài tập 1: ( Đề 1c2 ) Tính toán hồ chứa nớc điều tiết năm phơng pháp lập bảng : A) Tài liệu cho trớc: 1) Dòng chảy hàng năm đến tuyến công trình : Q0=36,8 m3/s Cv=0,2 Cs=2Cv=0,4 2) Phân phối dòng chảy năm thiết kế lu vực tơng tự: Thán g 17, Ki(%) 10 39, 11 12, 12 10, 3, 5 2,8 3,2 2,3 1,5 3,6 1,2 1,7 Cả năm 100 3) Dòng chảy bùn cát lơ lửng đến công trình cã : =190 g/m3, =1,5 tÊn/ m3, tû sè bïn cát có khả bồi lắng xuống lòng hồ chứa 0,7 4) Tài liệu bốc hơi: Lợng bốc mặt nớc lu vực: Zn=1352 mm Zlv= 982 mm Phân phối bốc năm điển hình: Tháng Zi(m m) 10 84, 77 81, 5 12 12 10 10 11 12 89 99 96 98 99 Cả năm 1172 5) Đặc trng địa hình cđa hå chøa níc: Z (m) F (106m2) V(106m2 ) 95 98 100 102 104 106 108 110 112 114 0,6 3,2 12 18,5 0,6 4,4 14,6 33,6 64,1 32 164, 38 234, 44 25 107, 316,8 6) Điều kiện địa chất lòng hồ chứa nớc tơng đối tốt 7) Tài liệu yêu cầu ding nớc thiết kế công trình: - Lợng nớc yêu cầu tới: Tháng q(m3/s 33, 33, 22, 17, 17, 18 17, 16, 18, 10 23, 11 21, 12 23,4 Bài tập Thủy văn cơng trình ) - Tần suất bảo đảm cấp nớc: P=85% Tuổi thọ công trình T=100 năm Tổn thất cột nớc dọc kênh mơng qua công trình lấy nớc 3,5m Độ cao an toàn lấy nớc cống qua đập 0,5m Cao trình khống chế tới tự chảy thiết kế +97 Phơng án tích nớc vào hồ chứa lập bảng để xác định dung tích hiệu dụng Vh:phơng án trữ nớc muộn Bài làm: A) Tính toán thuỷ văn : I) Tính toán dòng chảy năm thiết kế : 1) Xác định dòng chảy năm thiết kế -Tra bảng trị số theo đờng PIII với Cs=0,4 ; Cv=0,2, tần suất P=85% ta đợc =-1,03.Khi đó, lu lợng dòng chảy năm thiết kế QP đợc tính theo công thức: QP=( Cv+1)Q0=(-1,03.0,2+1).36,8=29,22 (m3/s) Vậy ,tổng lợng dòng chảy năm thiết kế là: WP=31,5.106 xQP =31,5.106 x29,22 = 920,43 106 (m3) 2) Xác định phân phối dòng chảy năm thiế kế: -Công thức xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế: Wi=Ki x WP -Ta có bảng phân phối dòng chảy năm sau Thán g 10 11 12 C¶ năm 100 Ki(%) 17.4 39.8 12.1 10.9 3.5 2.8 3.2 2.3 1.5 3.6 1.2 1.7 Wi 160,1 366,3 111,3 100,3 32,2 25,7 29,4 21,1 13,8 33,1 11,0 15,6 920,4 (106 7 5 m3) II) Tính lợng bốc hồ chứa : 1) Tính phần bốc phụ thêm Z: - Ta cã: Bài tập Thủy văn công trỡnh Z=Zn Zlv Trong đó: +Zn:lợng bốc mặt nớc, Zn=1352 mm +Zlv:lợng bốc lu vực, Zlv=982 mm Z=1352-982=370 mm 2) Tính phân phối lợng bốc ( Zi~t)TK - Xác định chênh lệch bốc hàng tháng năm theo công thức: Zi=Ki x Z Trong Ki hệ số phân phối bốc theo tháng thứ i lấy theo mô hình bốc mặt nớc: Ki= Zi lợng bốc th¸ng thø i Th¸ng Zi(mm ) I II III IV V 107 84.5 77 81.5 120 0.07 0.06 0.05 0.06 0,08 Ki 9 ∆Zi(m 29,2 23,1 21,0 22,3 32,8 m) Ta có bảng phân phối lợng bốc sau: VI VII VIII IX X XI XII 120 0.08 32,8 101 0.07 27,6 89 0,06 24,3 99 0,07 27,0 96 0,07 26,2 98 0,07 26,8 99 117 0,07 0,86 27,0 320,7 B) Tính toán điều tiết hồ chứa nớc : I) Vẽ đờng quan hệ (Z~V),(Z~F): Đặc trng địa hình hồ chứa nớc: Z (m) F (106m2) V(106m3 ) 95 98 100 102 104 106 108 110 112 114 0,6 3,2 12 18,5 0,6 4,4 14,6 33,6 64,1 32 164, 38 234, 44 25 107, Đờng quan hệ (Z~V) (Z~F) Cả năm 316,8 Bi Thy cụng trỡnh II) Xác định dung tích chết Vc 1) Theo yêu cầu chứa bùn cát - Dung tích chết phải đảm bảo chứa đợc bùn cát suốt thời gian hoạt động công trình :Vc Vbc Trong Vbc dung tích bùn cát đợc tính theo công thức: Vbc=Vll+Vdd (+)Vll: dung tích bùn cát lơ lửng Vll=Kbl Bài tập Thủy văn cơng trình +Kbl: HƯ sè ph¶n ánh khả bồi lắng lợng bùn cát lơ lửng;Kbl=0,7 + : dung trọng riêng bùn cát; =1,5tấn/m3 +T: tuổi thọ công trình ; T=100 năm +Rll 0: lu lợng bùn cát lơ lửng bình quân nhiều năm; Rll0= = 36,8 * 190 = 6,992 kg/s 1000 *Q0:lu lợng bình quân năm ,Q0=36,8 m3/s * : mật độ bùn cát , 0=190g/m3 6,992.100 =>Vll=0,7 1500 31,5.1000=10278,24 (m3) - (+)Vdd: dung tích bùn cát di đẩy, Vdd=0 Vậy: VcVbc=Vll+Vdd= 10278,24 m3 (1) 2) Theo yêu cầu tới tự chảy - §èi víi hå chøa cã nhiƯm vơ tíi tù ch¶y,mùc nớc chết không đợc nhỏ cao trình mực nớc tối thiểu để đảm bảo tới tự chảy HcZcống=Zruộng+Z+a Trong đó: +Zcống: cao trình ngỡng cống đầu mối +Zruộng: cao trình thiết kế mặt ruộng khu tới cao trình khống chế tới tự ch¶y thiÕt kÕ ; Zrng=+97 +∆Z: tỉn thÊt cét níc dọc kênh mơng qua công trình lấy nớc: Z=3,5m +Độ cao an toàn lấy nớc cống qua đập 0,5m Vậy: HcZcống=97+3,5+0,5=101m - Tra đờng quan hệ (Z~V) (Z~F) ứng với Z=101m ta ®ỵc V=10.106 m3 => Vc≥ 10.10 m3 (2) Tõ (1) vµ (2) =>Vc≥ 10.10 m3 - KÕt luËn: dung tÝch chÕt cđa hå chøa ph¶i tho¶ m·n Vc=10.10 m3 mực nớc chết Hc=101m III) Xác định Vh 1) Lập bảng tính Vh cha kể đến tỉn thÊt B¶ng 3:TÝnh Vh cha kĨ tíi tỉn thÊt Th¸n g Số ngày thán g Lượng nước đến(m3/s ) WQ Wq (106m ) PA tr÷ muén ∆V V+ V- TÝch Th¸o Bài tập Thủy văn cơng trình (1) (2) (3) IX 30 18.7 X 31 23.2 XI 30 21.6 XII 31 23.4 I 31 33.1 32.22 88.66 56.44 218.94 II 28 33.1 25.77 80.07 54.3 164.64 III 31 22.3 29.45 59.73 30.28 134.36 IV 30 17.1 21.17 44.32 23.15 111.21 V 31 17.5 13.81 46.87 33.06 78.15 VI 30 18 33.14 46.66 13.52 64.63 VII 31 17.9 11.05 47.94 36.89 27.74 VIII 31 16.2 15.65 43.39 27.74 920.4 686.8 Tæng (4) 160.1 366.3 111.3 100.3 (5) 48.47 62.13 (6) (7) 119.9 304.4 (8) 119.98 182.33 55.98 55.39 237.72 62.67 37.66 275.38 517.4 (9) 245.3 242.07 242.0 - Chú thích bảng tính: (1): Thứ tự tháng xếp theo năm thuỷ lợi (2): Số ngày tháng (3): Lợng nớc đến tháng (4): Tổng lơng nớc đến tháng (5): Lợng nớc dùng hàng tháng (6): Lợng nớc thừa hàng tháng ( WQ>Wq) : (4)=(2)-(3) (7): Lợng nớc thiếu hàng tháng thêi k× thiÕu níc( WQWq) : (4)=(2)-(3) (5): Lợng nớc thiếu hàng tháng thời kì thiếu nớc( WQB= =82,47 m Bài tập 4:Đề B1c Tính toán điều tiết lũ theo phơng pháp Pôtapốp: I) Tài liệu cho trớc : 13 Bài tập Thủy văn cơng trình 1) Hå chøa B - Bảng 1: Quan hệ đặc tính địa hình lßng hå Z(m) 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 1.2 3.36 6.41 10.8 16.5 23.5 31.7 41.1 51.8 V(106m 3) - Bảng 2: Quá trình dòng chảy lũ thiết hồ chứa (ứng với P=2%) Thêi gian t(giê) 12 16 20 24 15 48 232 602 873 675 292 28 32 36 40 44 48 52 Q(m3/s) 131 72 49 35 25 - Bảng 3: Các thông số hå chøa 20 17 Q(m3/s) Thêi gian t(giê) Hå chøa B - Hbt Phơng án (m) 112 B Phơng án c (m) 40 Công trình xả lũ hồ chứa đập tràn tự ,dòng chảy qua đập tràn đợc tính theo công thức (1) (trong hệ số lu lợng mtr=0,45 cao trình đỉnh tràn Ztr=Hbt): 3/2 (1) II) Yêu cầu tính toán : Xác định lu lợng xả lũ lớn qxảmax qua công trình xả lũ ,dung tích điều tiết lũ Vsc mực níc lín nhÊt Hsc øng víi lị thiÕt kÕ cđa hồ chứa Bài làm: 1) Xây dựng biểu đồ phụ trợ theo Pôtapốp -Chọn thời đoạn tính toán t=4h giả thiết nhiều trị số mực nớc hồ Zhồ (từ Hbt trở lên) tính lu lợng xả tơng øng theo c«ng thøc: 14 Bài tập Thủy văn cơng trình 3/2 Trong ®ã : (+) mtr=0,45 (+)g=9,81 m/s2 (+)B: chiều rộng đập tràn ; B=40 m (+) Ztr: cao trình đỉnh tràn ; Ztr=Hbt=112 m Bảng 4:Bảng tính giá trị đặc trng biểu đồ phụ trợ q TT Z(m) Vhå Vtr÷ (m3/s) (106m3) (106m3 ) -4 7.131 20.17 37.055 57.05 79.73 104.80 132.07 161.36 192.54 225.51 260.16 296.44 334.25 373.55 414.28 -5 23.5 24.32 25.14 25.96 26.78 27.6 h(m) -1 -2 112 112.2 112.4 112.6 112.8 113 -3 0.2 0.4 0.6 0.8 113.2 1.2 113.4 1.4 113.6 1.6 10 113.8 1.8 11 114 12 114.2 2.2 13 114.4 2.4 14 114.6 2.6 15 114.8 2.8 16 115 f1 f2 -6 0.82 1.64 2.46 3.28 4.1 -7 53.379 103.864 152.306 199.253 244.857 -8 60.510 123.974 189.361 256.303 324.587 28.42 4.92 289.263 394.070 29.24 5.74 332.575 464.648 30.06 6.56 374.875 536.237 30.88 7.38 416.228 608.772 31.7 8.2 456.689 682.199 32.64 9.14 504.638 764.807 33.58 10.08 551.780 848.221 34.52 11.02 598.149 932.407 35.46 11.96 643.776 1017.335 36.4 12.9 688.689 1102.978 15 Bài tập Thủy văn cơng trình Gi¶i thÝch b¶ng tÝnh: + Cét (1): Số thứ tự + Cột (2): Các mực nớc giả thiÕt cđa hå chøa + Cét (3): Cét níc trªn ngỡng tràn h=Z- Ztran + Cột (4): Lu lợng xả qua tràn tính theo công thức 3/2 +Cột (5) : Dung tÝch hå chøa Vhå tra tõ quan hÖ đặc tính địa hình lòng hồ (dung tích kho nớc øng víi ngìng trµn) +Cét (6) : Dung tÝch hå chứa ngỡng tràn +Cột (7) : f1 tính theo c«ng thøc f1 = +Cét (8) : f2 tÝnh theo c«ng thøc f2 = V ∆t V ∆t - 0,5.q + 0,5.q Dùng cột (7),(8),(4) vẽ đờng quan hệ (f1~q) (f2~q) 2) Tiến hành đồ giải để xác định (q~t)xả - Với thời đoạn t tính Q = 0,5*(Q1 + Q2) - Tõ q1 ®· biÕt tra biểu đồ quan hệ f1~q ta đợc giá trị f1 từ - ta lại tính tiếp ®ỵc f2 = Q + f1 Tõ f2 tra biĨu đồ tra ngợc lại ta đợc q2 Đó lu lợng xả lũ cuối thời đoạn - Lặp lại bớc cho thời đoạn tính toán kết thúc - Từ trình lũ đến xả ta xác định đợc dung tích cắt lũ Vsc Dung tích siêu cao(Vsc): Là phận dung tích hå chøa, nã cã nhiƯm vơ t¹m thêi trữ lị lũ đến công trình, làm giảm nhỏ kích thớc công trình xả lũ đảm bảo yêu cầu phòng chống lũ thợng hạ lu công trình Bảng 5:Tính toán điều tiết lũ 16 Bi Thy cơng trình TT -1 t((h) -2 Q(m3/ s) -3 15 48 Qtb -4 31.5 f1(m3/ s) -5 133.5 f2(m3/ s) -6 165 232 140 344.02 484.02 12 602 691.29 1108.3 16 873 417 737 20 675 1034.7 1808.7 24 292 28 131 10 11 12 13 14 ∑ 32 36 40 44 48 52 72 49 35 25 20 17 774 483 211 101 60.5 42 30 22.5 18.5 999.5 1737 755.13 1238.6 439.49 650.99 283.41 206.19 163.92 132.07 110.55 59.845 384.91 266.69 205.92 162.07 133.05 78.345 qx¶(m3/ s) -7 30.764 140.00 417.00 737.49 773.99 483.50 211.50 101.50 60.500 42.000 30.007 22.513 10.795 qx¶tb(m3/ s) -8 15.382 ∆W(106 m3 ) -9 0.232 85.382 0.786 278.5 1.994 577.25 2.308 755.75 0.263 628.75 -2.092 347.5 -1.958 156.5 81 51.25 36.004 26.26 16.654 -0.792 -0.295 -0.133 -0.086 -0.054 0.027 0.199 - Chó thÝch b¶ng tÝnh: +Cét(1): Thø tù +Cét(2): Sè giê ,víi ∆t=4giê +Cét(3): Lu lợng lũ đến thời đoạn +Cột(4): Lu lợng lũ đến bình quân thời đoạn Qtb=0.5*(Q1+Q2) +Cột(5): Giá trị f1 đợc tra từ quan hệ q~f1 +Cột(6): Giá trị f2 đợc tính theo công thức f2=Qtb+f1 +Cột(7): Lu lợng xả thời đoạn +Cột(9): Tổng lợng nớc thời đoạn W=(Qtb-qtb).t +Cột(8): Lu lợng xả trung bình - Dựa bảng tính toán ,ta xây dựng đợc đờng trình lũ: 3) Xác định qxảmax ,Vsc vµ Hsc : 17 Bài tập Thủy văn cơng trỡnh - Từ trình lũ xả lũ ta xác định đợc lu lợng xả lũ lớn qxảmax=773.999 m3/s - Tính Vsc : Vsc đợc tính theo công thức Vsc= =>Vsc=Wi (Wi>0) , dựa bảng tính toán điều tiết lũ ta có Vsc=0.199 (106 m3) - 4) KÕt - Dung tÝch hå chøa øng víi mùc níc lín nhÊt lị thiÕt kÕ vỊ công trình: Vhồ=Vsc+Vbt=0.199+23.5=23.669 (106m3) Dựa vào quan hệ (Z~V),tơng ứng với Vhồ= 23.669 (106m3) có Hsc=112.04 luận: Lu lợng xả lũ lớn qxảmax=773.999 m3/s Dung tích điều tiết lũ Vsc=0.199 (106m3/s) Mùc níc lín nhÊt Hsc øng víi lị thiÕt kÕ cña hå chøa Hsc=112.04m 18 .. .Bài tập Thủy văn cơng trình ) - TÇn suÊt bảo đảm cấp nớc: P=85% Tuổi thọ công trình T=100 năm Tổn thất cột nớc dọc kênh mơng qua công trình lấy nớc 3,5m Độ cao an... Xác định qxảmax ,Vsc Hsc : 17 Bài tập Thủy văn cơng trình - Từ trình lũ xả lũ ta xác định đợc lu lợng xả lũ lớn qxảmax=773.999 m3/s - Tính Vsc : Vsc đợc tính theo công thức Vsc= =>Vsc=Wi (Wi>0)... thớc công trình xả lũ đảm bảo yêu cầu phòng chống lũ thợng hạ lu công trình Bảng 5:Tính toán ®iỊu tiÕt lị 16 Bài tập Thủy văn cơng trình TT -1 t((h) -2 Q(m3/ s) -3 15 48 Qtb -4 31.5 f1(m3/ s) -5