Các loại lưu lượng của hệ thống kênh tưới.
- Lưu lượng thiết kế (Qtk) là lưu lượng mà kênh mương phải chuyển một cách thường xuyên, lưu lượng này dùng để tính toán thiết kế những kích thước cơ bản của mặt cắt kênh và các công trình trên kênh.
Nguyên tắc tính toán là tính dồn từ mặt ruộng lên đầu mối công trình với công thức cơ bản: . .1000 tk q Q ω η =
Trong đó: Q – lưu lượng lấy vào đầu kênh (m3/s) qtk - hệ số tưới thiết kế (l/s.ha)
ω - diện tích tưới phụ trách (ha)
η - hệ số lợi dụng kênh mương; η = 0,8
Bảng 4.16: Lưu lượng lấy vào đầu các kênh chân rết
TT Vị trí Tên kênh Diện tích
tưới (ha) Q(m 3/s) 1 K0+70 VD2 36.6 0.06 2 K0+150 VD4 23.9 0.04 3 K0+300 D1 226.8 0.37 4 K0+500 VD6 27.0 0.04 5 K0+510 VD1 11.7 0.02 6 K0+900 D3 82.8 0.13 7 K0+900.5 VD3 39.9 0.06 8 K1+440 Ông Giao 17.0 0.03 9 K1+700 D5 78.4 0.13 10 K2+300 VD4-1 20.4 0.03 11 K2+640 D4 81.1 0.13 12 K2+960 VD5 104.4 0.17 13 K2+980 D7 71.5 0.12 14 K3+140 D6 79.0 0.13 15 K3+205 D8 97.3 0.16 16 K3+580 VD7 106.6 0.17 17 K3+620 VD9 14.5 0.02 18 K4+60 VD8 12.8 0.02 19 K4+65 D10 48.4 0.08 20 K4+440 Trung úy (VD10) 35.6 0.06 21 K4+605 D9 66.6 0.11 22 K5+320 VD11 41.4 0.07 23 K5+520 VD12-3 16.2 0.03 24 K5+900 D11 81.1 0.13 25 K5+940 VD12-2 28.3 0.05 26 K6+440 D12 83.6 0.14 27 K6+500 D13 89.7 0.15 28 K6+940 VD12-4 58.3 0.09 29 K6+941 VD13 37.5 0.06 30 K7+518 D14 102.2 0.17 31 K7+860 D15 64.7 0.11 32 K8+305 VD14 110.7 0.18 33 K8+400 VD15 61.3 0.10 34 K9+150 D16 120.3 0.20 35 K9+151 VD16 34.1 0.06 36 K9+302 VD15-1 51.1 0.08 37 K9+700 VD15-2 59.6 0.10 38 K9+701 VD16-1 47.7 0.08
39 K9+980 D18 93.7 0.15 40 K10+480 D17 92.0 0.15 41 K10+500 VD18 44.3 0.07 42 K11+260 VD18-1 47.7 0.08 43 K11+360 D19 130.9 0.21 44 K11+478 VD18-2 44.1 0.07 45 K11+640 VD19 84.3 0.14 46 K12+0 VD18-3 66.0 0.11 47 K12+400 VD19-1 40.4 0.07 48 K12+650 VD19-2 212.9 0.35 49 K13+ cuối kênh D21 216.5 0.35 Tổng cộng 3442.9 5.59
Từ đó ta xác định được lưu lượng yêu cầu tại đầu mối là: Qđm = ΣQcr = 5,59 m3/s.
Công trình đầu mối là trạm bơm với 5 máy, công suất mỗi máy là 8000m3/h (2,2 m3/s). Vậy để cấp đủ nước cho kênh Đông thì cần có 3 máy hoạt động với công suất là 6,6 m3/s. Đây chính là lưu lượng thiết kế. Vậy Qtk = 6,6 m3/s.
- Lưu lượng nhỏ nhất (Qmin) là lưu lượng nhỏ nhất chảy trong kênh, lưu lượng này thường dùng để kiểm tra sự bồi lắng trên kênh và khả năng tự chảy trên kênh. Theo TCVN 4118-1985, lưu lượng nhỏ nhất của một đoạn kênh, một cấp kênh, một hệ thống kênh không được nhỏ hơn 40% lưu lượng thiết kế. Vậy lấy Qmin = 0,4.Qtk
- Lưu lượng lớn nhất (Qmax) là lưu lượng lớn nhất mà kênh mương phải chuyển đột xuất trong thời gian ngắn, lưu lượng này dùng để kiểm tra xói lở kênh mương và xác định cao trình đỉnh bờ kênh.
Theo kinh nghiệm, lưu lượng lớn nhất tính bằng công thức: Qmax = K.Qtk
K : hệ số phụ thuộc vào Qtk, được lấy theo TCVN 4118-85.
Với các giá trị lưu lượng thiết kế tính ở trên, ta thấy lưu lượng tại các mặt cắt trên kênh đều nhỏ hơn 1 nên ta lấy hệ số K = 1,2.
4.4. Xác định các chỉ tiêu thiết kế
4.4.1. Xác định các chỉ tiêu thiết kế
Mục đích của việc thiết kế mặt cắt dọc ngang kênh tưới xác định các kích thước cơ bản của kênh bao gồm: chiều rộng đáy kênh b, mái dốc bờ kênh m, độ dốc đáy kênh i, cao trình đáy kênh, cao trình bờ kênh, chiều rộng mặt bờ kênh nhắm đảm bảokênh đủ khả năng dẫn nước tưới về mặt ruộng, kênh làm việc tốt và lâu dài. Từ đó cũng tính được khối lượng xây dựng hệ thống kênh.
Đồng thời qua việc thiết kế kênh xác định được các vị trí và hình thức công trình, các tài liệu cơ bản để thiết kế công trình trên hệ thống.
Thiết kế mặt cắt kênh là bước quan trọng. Nó có tính chất quyết định khả năng phục vụ của hệ thống, đến điều kiện thi công và quản lý hệ thống, có tính chất quyết định đến hiệu ích của hệ thống tưới.
Để hệ thống kênh đạt được những yêu cầu đề ra, khi thiết kế mặt cắt kênh cần phải thỏa mãn những điều kiện cơ bản nhất định sau:
- Điều kiện khống chế tưới tự chảy vào các cánh đồng trong khu tưới. Mực nước trên kênh tưới phải đạt được cao trình nhất gọi là mực nước yêu cầu khống chế tưới tự chảy trên kênh. Cao trình yêu cầu khống chế tưới tự chảy phụ thuộc vào cao trình mặt ruộng được tưới và tổn thất đầu nước trên kênh.
0
yc A h li i
∇ = + + ∑ + ∑ Ψ
Trong đó: A0 – cao trình mặt ruộng yêu cầu khống chế tưới tự chảy.
Trong một khu tưới việc chọn trí số A0 đại diện để tính cao trình khống chế tưới tự chảy cho một cấp kênh hoặc cho toàn hệ thống là một việc hết sức khó khăn và phức tạp. Nếu chọn A0 lớn và tại vị trí cách xa đầu kênh thì cho cao trình yêu cầu khống chế tưới tự chảy∇yc lớn, khối lượng đào đắp thường sẽ lớn, không kinh tế.
Nếu chọn A0 nhỏ diện tích tưới tự chảy nhỏ công trình không phát huy hết khả năng. Vì vậy khi chọn A0 đại diện để tính toán phải so sánh điều kiện kinh tế và kĩ thuật để xác định quy mô kích thước công trình là hợp lý nhất.
Thường chọn A0 cao nhất và xa nhất đối với địa hình bằng phẳng hoặc gần nhất đối với địa hình dốc. Địa hình khu vực là bằng phẳng nên chọn A0 cao nhất và xa đầu mối nhất.
h: độ sâu lớp nước mặt ruộng, ta lấy theo công thức tưới tăng sản, h = 100 mm.
li
∑ - tổn thất cột nước dọc đường (l-chiều dài kênh, i-độ dốc kênh)
Độ dốc đáy kênh i là một chỉ tiêu khá quan trọng. Độ dốc hợp lý là độ dốc bảo đảm tưới tự chảy lớn nhất, bảo đảm điều kiện ổn định của lòng kênh, không gây bồi lắng, xói lở và với độ dốc ấy, khối lượng đào đắp của kênh mương sẽ nhỏ nhất.
Nếu chọn độ dốc lớn thì khả năng chuyển nước lớn, mặt cắt nhỏ nhưng diện tích được khống chế tưới tự chảy nói chung sẽ bị giảm và có nhiều khả năng kênh bị xói lở. Nếu ta chọn độ dốc đáy kênh nhỏ thì ngược lại. Đối với vùng bằng phẳng nên chọn độ dốc đáy kênh lớn, khối lượng kênh mương sẽ rất
lớn. Vì vậy, độ dốc có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật rất lớn. Khi xác định cần căn cứ vào địa hình khu tưới, hàm lượng phù sa trong nước tưới, tính chất đất nơi tuyến kênh đi qua, lưu lượng chảy trên kênh. Ngoài ra, khi xác định dộ dốc của kênh cấp trên cần xét đến việc đảm bảo cao trình yêu cầu tưới tự chảy của kênh cấp dưới.
i
∑ Ψ - tổn thất cục bộ, gồm có: tổn thất đầu nước qua cống lấy nước và tổn thất đầu nước qua các công trình trên kênh.
- Điều kiện không bồi lắng xói lở
Để kênh làm việc bình thường không bị bồi lắng và xói lở thì tốc độ trong kênh phải thỏa mãn:
• Không lớn quá một trị số giới hạn nào đó gọi là tốc độ không xói
• Không được nhỏ quá một trị số giới hạn nào đó gọi là tốc độ không lắng • Ngoài ra tốc độ trong kênh phải bảo đảm không cho mọc cỏ trong kênh Vì vậy, phải thiết kế kích thước mặt cắt kênh sao cho tốc độ nước chảy trong kênh chỉ được thay đổi trong một phạm vi nhất định được giới hạn bởi [v]kl và [v]kx:
[v]kl ≤ v ≤ [v]kx
Trong đó: [v]kl – tốc độ không lắng tới hạn; [v]kx – tốc độ không xói tới hạn; - Điều kiện khả năng dẫn nước lớn nhất
Kênh có khả năng chuyển nước lớn nhất khi có mặt cắt thủy lực lớn nhất hay nói cách khác là Rmax, hay 2( 1 m2 m) h b k k = + − = β - Điều kiện tổn thất ít nhất Kênh tổn thất ít nhất khi β =2(γ 1+m2 −m) - Kênh phải ổn định không bị đổi dòng
Để kênh ổn định không bị đổi dòng, ta có thể tính tỷ số β theo công thức kinh nghiệm: m Q h b − = = 3 0,25 β
Kênh tưới thường kết hợp làm một số nhiệm vụ khác như giao thông thủy, dẫn nước phát điện cho sinh hoạt, cho các ngành kinh tế khác. Vì vậy, khi thiết kế mặt cắt dọc ngang kênh cũng phải đáp ứng được những yêu cầu kết hợp đó.
Ngoài ra cũng cần chú ý đến hình thức mặt cắt kênh thiết kế. Tùy vào vật liệu làm kênh và điều kiện xây dựng, mặt cắt ngang của kênh có thể được thiết kế theo nhiều hình dạng khác nhau:
- Mặt cắt hình bán nguyệt - Mặt cắt hình parabol - Mặt cắt hình thang - Mặt cắt hình chữ nhật
Đối với hình thức mặt cắt hình bán nguyệt và mặt cắt parabol: đây là loại mặt cắt có khả năng chuyển nước lớn, biểu đồ phân bố lưu tốc ở mặt cắt ngang biến đổi đều và cân đối. Vì thế, nếu kênh có hình dạng mặt cắt này thì tương đối ổn định, ít bị sạt lở. tuy nhiên, các dạng mặt cắt này thi công tương đối khó khăn, nhất là đối với kênh đào, kênh đắp. Kênh có hình thức mặt cắt dạng này thường là kênh bê tông, bê tông cốt thép, xi măng lưới thép … chuyển tải lưu lượng tương đói nhỏ.
Đối với mặt cắt hình chữ nhật: kênh có mặt cắt hình chữ nhật sẽ có khối lương đào đắp nhỏ, song mặt cắt không ổn định, dễ bị sạt mái, nhất là đối với kênh đất. Vì vậy, hình thức này chỉ được áp dụng cho kênh đi qua nền đá, hoặc kênh được xây bằng gạch, đá, bê tông.
Đối với mặt cắt hình thang: đây là mặt cắt được áp dụng nhiều trong thực tế vì thi công dễ dàng, khả năng chuyển nước cũng tốt. Mặt khác, hình thức mặt cắt hình thang cũng tương đối ổn định, thích hợp với mọi loại vật liệu làm kênh, đặc biệt đối với kênh đất. Các loại kênh đào, kênh đắp đều có thể sử dụng hình thức mặt cắt này. Tùy vào tính chất của vật liệu làm kênh mà chúng ta chọn độ dốc mái kênh m và có biện pháp xử lý bờ kênh, lòng kênh tốt để đảm bảo sự ổn định và chống thấm cho kênh.
Đồ án lựa chọn hình thức mặt cắt kênh hình chữ nhật.
Trên đây là những điều kiện phải xét đến khi thiết kế kênh tưới.