6. Các đặc trưng về hồ chứa
4.1.1. Tắnh toán mực nước chết (MNC) và dung tắch chết (Vc)
4.1.1.1 Khái niệm
MNC là cao trình giới hạn trên của dung tắch chết. Dung tắch chết là bộ phận dung tắch nằm dưới cùng của kho nước, không tham vào quá trình điều tiết của công trình, nó có các nhiệm vụ sau:
Ớ Trữ toàn bộ lượng bùn cát lắng đọng trong suốt thời gian hoạt động của công trình: Vc > Vbc .T
Trong đó : Vbc : Thể tắch bùn cát bồi lắng hàng năm T : Thời gian hoạt động của công trình
Ớ Đối với kho nước có nhiệm vụ tưới tự chảy, MNC không được nhỏ hơn cao trình mực nước tối thiểu để có thể đảm bảo được tưới tự chảy.
MNC > Zmin
Trong đó Zmin: Cao trình khống chế đầu kênh tưới
4.1.1.2 Tắnh toán MNC theo yêu cầu bùn cát
Với phương án cống lấy nước là cống bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặt trong thân đập , chảy không áp. Khi có mực nước chết tắnh theo điều kiện bồi lắng của bùn cát được xác định theo công thức :
bc
MNC Z
Z = + hđ + h ( 4-1 )
Trong đó :
Zbc: Cao trình bùn cát lắng đọng trong suốt thời gian hoạt động của công trình, được xác định theo Vbc .
hđ : Độ cao an toàn từ cao trình bùn cát đến đáy cống để tránh bùn cát bị cuốn vào cống, chọn hđ = 0,5 m
h : Độ sâu cần thiết trước cống để lấy đủ lưu lượng thiết kế, sơ bộ chọn h = 1 m
h h Zbc MNC
Xác định Zbc:
∗Xác định tổng lượng bùn cát lơ lửng trong một năm:
Wll = 31,5.106 . ρ . Q0 . 10-6= 31,5.106. 173.0,653.10-6=3558,52 (T) ∗Xác định tổng lượng bùn cát di đẩy trong một năm:
Wdđ= 20% Wll=0,2.3558,52=711,71 (T)
∗Xác định tổng lượng bùn cát trong một năm: Wbc= Wll + Wdđ =3558,52+711,71=4270,23 (T)
∗Xác định tổng thể tắch bùn cát trong suốt thời gian hoạt động của công trình: Vbc=( Wbc /γbc ).T=(4270,23 / 0,9).75=355852,5 (m3) =355,8525 (103m3)
Với:
+γbc: Dung trọng riêng của bùn cát; γbc=0,9 (T/m3)
+ t :Thời gian tắnh theo giây trong một năm t= 24.3600.365=31,5.106 s
+T: Tuổi thọ công trình: T = 75 năm.(Theo TCVN 8216-2009, công trình cấp II) Tra quan hệ (Z~W) ta được: Zbc = 185,1(m)
Thay tất cả vào (4-1) ta được: ZMNC = 185,1+ 0,5 + 1 = 186,6(m).
4.1.1.3 .Tắnh toán MNC theo yêu cầu tưới tự chảy
Cao trình MNC phải thỏa mãn điều kiện về yêu cầu tưới tự chảy, tức là cao trình MNC phải lớn hơn cao trình cần tưới. Để đảm bảo điều kiện cấp nước cho hạ lưu một cách tốt nhất.
Theo yêu cầu tưới tự chảy ta có: ZMNC ≥ Zyc = Zđk + ΔZ (4-2)
Trong đó :
+Zđk : Cao trình khống chế tưới tự chảy đầu kênh (theo kết quả tắnh toán thủy nông ta có : Zđk = +187m ) +ΔZ : Tổng tổn thất qua cống sơ bộ chọn ΔZ = 0,5 m Thay số ta được : ZMNC ≥ Zyc = 187 + 0,5 = 187,5(m) MNC Zbc MNC Z
Ta tra quan hệ (Z ~ W) được Vc =627,37.103( m3)
4.1.2.Tắnh toán MNDBT và VMNDBT
4.1.2.1. Khái niệm.
MNDBT là thông số chủ chốt của công trình. Đây là mực nước trữ cao nhất trong hồ ứng với các điều kiện thủy văn và chế độ làm việc bình thường.
Dung tắch hiệu dụng (Vh) là phần dung tắch được giới hạn bởi MNDBT và MNC. Đây là phần dung tắch cơ bản làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
4.1.2.2. Xác định hình thức điều tiết hồ.
Theo tài liệu thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và nhu cầu dùng nước trong năm ta có:
Wđến = ∑Qi.∆ti =15236,03.103 m3 > Wdùng =9967,32 .103 m3
Do đó trong một năm lượng nước đến luôn đáp ứng đủ lượng nước dùng. Vậy đối với hồ chứa suối Trọng ta tiến hành điều tiết năm.
4.1.2.3. Tắnh toán điều tiết theo phương pháp lập bảng.
Việc xác định MNDBT thực chất là việc xác định dung tắch hiệu dụng của kho nước. Ở đây xác định dung tắch hiệu dụng một cách đúng dần thông qua 2 bước tắnh là chưa kể tổn thất và có kể đến tổn thất kho nước.
a/.Xác định dung tắch hiệu dụng của hồ chứa khi chưa kể đến tổn thất
Bảng 4-1: Tắnh điều tiết hồ khi chưa kể đến tổn thất MNC=187,5m Vc =627,37. 103( m3)
Tháng Số ngày
Lượng nước ∆V=(Q-q).∆t Phương án trữ
Nước
đến Nước đến
Nước
dùng Nước thừa Nước thiếu
Dung tắch kho Xả thừa Q (m3/s) WQ (103 m3) Wq (103 m3) V+ (103 m3) V- (103 m3) VK (103 m3) Wx (103 m3) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 627,370 VI 30 0,399 1034,130 889,57 144,560 771,930 VII 31 0,814 2180,218 1103,74 1076,478 1848,408 VIII 31 1,095 2931,509 405,02 2526,489 4374,897 IX 30 1,504 3897,590 507,98 3389,610 5763,467 2001,040 X 31 1,039 2781,545 507,43 2274,115 5763,467 2274,115 XI 30 0,357 924,644 226,82 697,824 5763,467 697,824 XII 31 0,157 419,250 278,3 140,950 5763,467 I 31 0,105 280,187 442,53 162,343 5601,125 II 28 0,087 211,027 2569,16 2358,133 3242,991 III 31 0,082 220,673 1318,35 1097,677 2145,315 IV 30 0,137 355,260 1718,42 1363,160 782,154 V 31 0,152 406,876 561,66 154,784 627,370 Tổng 365 5,926 15236,033 9967,320 10250,026 Vh=5136,097 4972,97 9 Trong đó:
Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn. Cột 2: Số ngày trong các tháng tắnh theo thủy văn. Cột 3: Lưu lượng nước đến ứng với tần suất P= 85%
Cột 4: Tổng lượng nước đến trong từng tháng của năm thiết kế WQ (103m3). WQ=Q.t.10-6; với t=n.24.3600 (s) ; n : Số ngày/tháng
Cột 5 : Lượng nước dùng của từng tháng Wq (103m3).
Cột 6và7 : Chênh lệch lượng nước đến và lượng nước dùng: ∆W = WQ −Wq(103m3). Nếu lượng nước thừa ghi vào cột (6), nếu thiếu ghi vào cột (7).
Cột 8: Khi tắch nước thì luỹ tắch cột (6), chú ý không để vượt quá trị số Vhi, phần xả thừa này ghi vào cột (9). Khi cấp nước thì lấy lượng nước có ở trong kho trừ đi lượng nước cần cấp ở cột (7).
=>Dung tắch hiệu dụng: Vh = 5136,097.103 m3
Tra quan hệ (Z~W) lòng hồ ta được : ZMNDBT = +202,14 m
b/.Xác định dung tắch hiệu dụng của hồ chứa khi kể đến tổn thất
Giải thắch bảng tắnh (bảng 4-2):
Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn.
Cột 2: Tổng lượng nước đến trong từng tháng của năm thiết kế WQ(103m3); ứng với tần suất P= 85%
Côt 3: Tổng lượng nước dùng trong từng tháng của năm thiết kế Wq(103m3)
Cột 4: Dung tắch kho(Vk), lấy theo cột (8) (Bảng 4-1) đã cộng với dung tắch chết Vc. Cột 5: Dung tắch bình quân trong kho chứa nước: Vtb =
2 1 + + Ki Ki V V (103m3).
Cột 6: Diện tắch mặt hồ chứa Fh(105m3) tương ứng với Vtb (Tra quan hệ lòng hồ). Cột 7: Chênh lệch bốc hơi của từng tháng∆Z(m).
Cột 8: Lượng tổn thất do bốc hơi: Wbh = ∆Z.Fh (103m3) Cột 10: Lượng tổn thất do thấm: Wth = k.Vtb (103m3)
Trong đó : k là tiêu chuẩn thấm trong kho nước, theo chỉ tiêu thiết kế lấy k = 1% Cột 11: Lượng tổn thất tổng cộng: Wtt = Wbh + Wth (103m3)
Cột 12: Lượng nước yêu câu có kể đến tổn thất
Cột 13 và14 : Chênh lệch lượng nước đến và lượng nước dùng: ∆W = WQ −Wq
(103m3).
Nếu lượng nước thừa ghi vào cột (13), nếu thiếu ghi vào cột (14).
Cột 15: Khi tắch nước thì luỹ tắch cột (13), chú ý không để vượt quá trị số Vhi, phần xả thừa này ghi vào cột (16). Khi cấp nước thì lấy lượng nước có ở trong kho trừ đi lượng nước cần cấp ở cột (14).
-Từ kết quả tắnh toán ở bảng 4-2, ta có:
=>Dung tắch hiệu dụng: Vh = 5292,109.103 m3
=>VMNDBT=Vh+Vc= (5292,109+627,73) .103 m3 =5919,479.103 m3
Tra quan hệ (Z~W) lòng hồ ta được : ZMNDBT = +202,4 m
-Tắnh sai số giữa 2 lần tắnh dung tắch ứng với MNDBT (trường hợp đã kể đến tổn thất và trường hợp chưa kể tổn thất) 5919, 479 5763, 467 .100% 2,64% 5919, 479 V − ∆ = =
Lấy chọn sai số cho phép là 5% thì kết quả tắnh toán đạt yêu cầu.
Vậy: + VMNDBT = 5919,479(103 m3 ) + ZMNDBT = +202,4 m
Bảng 4-2: Tắnh điều tiết hồ khi có kể đến tổn thất MNC=187,5m Vc =627,37. 103( m3)
Tháng
Lượng nước Chưa kể tổn thất Bốc hơi Thấm Tổng
Wq+Wtt ∆V = (Q-q).∆t Có kể đến tổn thất WQ Wq Vk Vtb D.tắch Fh ∆Z Wb.hơi Chỉ tiêu Wthấm lượng tổn V+ V- VK2 Xả thừa Wx (103m3) (103m3) (103m3) (103m3) (103m2) (mm/thg) 103m3) T.thấtK 103m3 thất Wtt (103m3) (103m3) (103m3) (103m3) (103 m3) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 627,370 627,370 VI 1034,130 889,570 771,930 699,650 50,866 13,000 0,661 1% 6,997 7,658 897,228 136,902 764,272 VII 2180,218 1103,740 1848,408 1310,169 79,594 12,900 1,027 1% 13,102 14,128 1117,868 1062,349 1826,622 VIII 2931,509 405,020 4374,897 3111,652 150,352 10,000 1,504 1% 31,117 32,620 437,640 2493,869 4320,490 IX 3897,590 507,980 5763,467 5069,182 233,257 9,300 2,169 1% 50,692 52,861 560,841 3336,749 5919,479 1737,760 X 2781,545 507,430 5763,467 5763,467 257,409 10,000 2,574 1% 57,635 60,209 567,639 2213,906 5919,479 2213,906 XI 924,644 226,820 5763,467 5763,467 257,409 9,700 2,497 1% 57,635 60,132 286,952 637,693 5919,479 637,693 XII 419,250 278,300 5763,467 5763,467 257,409 10,300 2,651 1% 57,635 60,286 338,586 80,664 5919,479 80,664 I 280,187 442,530 5601,125 5682,296 255,335 7,800 1,992 1% 56,823 58,815 501,345 221,157 5698,322 II 211,027 2569,160 3242,991 4422,058 209,647 7,300 1,530 1% 44,221 45,751 2614,911 2403,884 3294,438 III 220,673 1318,350 2145,315 2694,153 137,073 8,700 1,193 1% 26,942 28,134 1346,484 1125,811 2168,627 IV 355,260 1718,420 782,154 1463,734 85,016 10,600 0,901 1% 14,637 15,539 1733,959 1378,699 789,928 V 406,876 561,660 627,370 704,762 51,162 14,200 0,726 1% 7,048 7,774 569,434 162,558 627,370 Tổng 15642,90 9 10528,980 424,481 443,90 6 10972,8 6 9962,13 3 5292,10 9 4670,023 => VMNBT = 5919,47 9 x10 3(m3) => MNBT =202,4 (m)
4.2.Tắnh toán điều tiết lũ
4.2.1.Mục đắnh và nguyên tắc tắnh toán
4.2.1.1Mục đắch:
- Thông qua tắnh toán điều tiết lũ xác định được dung tắch siêu cao và mực nước siều cao của hồ chứa, xác định được phương pháp trữ và tháo nước thắch hợp. Từ đó thiết kế công trình thỏa mãn các yêu cầu đặt ra.
4.2.1.2.Nguyên lý tắnh toán điều tiết lũ
Dòng chảy lũ thuộc dòng chảy không ổn định tuân theo hệ phương trình cơ bản sau: Q A q x t ∂ +∂ = ∂ ∂ Trong đó: Q lưu lượng dòng chảy trong sông (m3/s)
Z mực nước tại mặt cắt tắnh toán (m) ν lưu tốc trung bình mặt cắt (m/s) K mô đun lưu lượng.
q: lưu lượng gia nhập trên 1m chiều dài đoạn sông (m3/s) x : toạ độ dài đoạn sông (m)
t : thời gian (h)
A Diện tắch mặt cắt ướt (m2). g: Gia tốc trọng trường.
α : Hệ số sửa chữa động năng.
0
α : Hệ số sửa chữa động năng.
Trong tắnh toán thiết kế người ta coi mặt nước hồ nằm ngang, khi đó có thể không cần giải hệ phương trình trên mà có thể sử dụng phương pháp giản bằng cách coi hồ chứa là một đoạn sông và mặt nước trong hồ nằm ngang. Khi đó hệ phương trình trên
0 2 Q Q Z v v x g t g t K α αν ∂ + ∂ − ∂ =− ∂ ∂ ∂
Qdt-qdt=Fdh ( phương trình cân bằng nước )
q=f(Zt,Zh,C) ( phương trình động lực cho các công trình xả lũ) Trong đó:
Q quá trình lũ đến kho nước. q lưu lượng xả khỏi kho nước. F diện tắch mặt thoáng của kho nước t thời gian.
Zt, Zh là mực nước thượng lưu. Hạ lưu công trình. C là tham số đặc trưng cho công trình.
Như vậy nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là việc hợp giải phương trình cân bằng nước, và phương trình thủy lực công trình xả.
4.2.1.3.Các phương pháp tắnh toán:
Hiện nay có rất nhiều phương án khác nhau tắnh toán điều tiết lũ bằng kho nước. Tất cả các phương pháp này đều dựa trên cùng một nguyên lý chung. Tuy nhiên sự khác nhau của các phương pháp thể hiện ở cách giải hệ phương trình cân bằng nước và thủy lực công trình xả. Một số phương pháp tắnh toán điều tiết lũ hiện nay thường dùng là: phương pháp thử dần, phương pháp bán đồ giải pôtapôp, phương pháp đồ giải hoàn toàn. Trong đổ án này dùng phương pháp bán đồ giải Pôtapôp để tắnh toán điều tiết lũ.
4.2.2.Nhiệm vụ tắnh toán
Xây dựng được đường quá trình xả lũ và đường quá trình lũ đến để thuận lợi cho công tác vận hành và thiết kế.
*Phương pháp Pôtapôp : 4.2.2.1.Cơ sở phương pháp
Chia 2 vế của phương trình cân bằng nước cho ∆t, sau đó chuyển vế đưa phương trình về dạng: 1 1 2 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) 2 2 2 V q V q Q Q t t + + − = + ∆ ∆
Nhận xét: Trong phương trình trên các đại lượng trong dấu ngoặc đơn đều là hàm của q và vế trái phương trình trên luôn biết còn vế phải chứa các đại lượng chưa biết. Do đó nếu lập quan hệ giữa q với ( 1 1)
2 V q t − ∆ và 2 2 ( ) 2 V q t +
∆ thì khi biết vế trái ta hoàn toàn
suy ra được q2.
4.2.2.2.Nội dung tắnh toán theo phương pháp potapop - Bước 1: Xây dựng các biểu đồ phụ trợ:
Lựa chọn thời đoạn tắnh toán ∆t=const, sau đó giả thiết nhiều mực nước trong kho để tắnh lưu lượng xả lũ tương ứng
Dựa vào đường quan hệ Z-V của kho nước để xác định V với các Z đã giả thiết. Tắnh các giá trị f1=( ) 2 V q t− ∆ , và f2=( ) 2 V q t +
∆ sau đó vẽ đường quan hệ q~f1, q~f2
- Bước 2: Sử dụng biểu đồ phụ trợ để tắnh điều tiết: Với mỗi thời đoạn ∆t tắnh 1 2
1
( )
2
Q= Q Q+
Từ q1 đã biết tra biểu đồ phụ trợ xác định f1. Thay f1, q1 vào phương trình cân bằng nước để tìm f2
Từ f2 tra biểu đồ phụ trợ ngược lại tìm được q2. Như vậy ta đã xác định được qxả cuối thời đoạn thứ nhất, và nó cũng là q đầu cho thời đoạn tiếp theo.
- Bước 3: Lập lại bước (2) cho đến khi kết thúc
- Bước 4: Từ quá trình lũ đến, quá trình xả xác định được cột nước siêu cao, dung tắch siêu cao trong kho