Dòng chảy sau khi qua dốc nước mang một năng lượng lớn gây ảnh hưởng đến kênh xả hạ lưu, vì thế chúng ta phải tìm cách làm giảm tới mức tối đa năng lượng của dòng nước để giảm bớt tác hại của nó tới hạ lưu. Với điều kiện địa chất của khu vực là nền đất thì biện pháp tiêu năng hợp lý nhất là đào bể tiêu năng.
3.4.2.4. Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng
Để xác định được lưu lượng tính toán tiêu năng ta giả thiết nhiều giá trị lưu lượng khác nhau từ 0 tới qxảmax. Ứng với mỗi cấp lưu lượng ta tính ra được (hc’’-hh).
Giá trị lưu lượng để tính toán tiêu năng chính là giá trị ứng với (hc’’- hh)max.
Tuy nhiên trong giai đoạn thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án tối ưu ta chỉ tính toán tiêu năng cho một cấp lưu lượng là qxảmax.
3.4.2.5. Tính toán kênh xả
Kênh xả sau dốc nước có nhiệm vụ dẫn nước từ bể tiêu năng ra suối hạ lưu. Dòng chảy sau khi ra khỏi bể phần lớn năng lượng bị tiêu tán gần trở về trạng thái ổn định. Kênh đẫn hạ lưu được thiết kế để dẫn nước từ bể ra hạ lưu sao cho kênh đẫn không bị xói lở và chuyển được lưu lượng lớn nhất từ tràn xả lũ xuống.
*) Các thông số thiết kế Bảng 3-20: Các thông số thiết kế Bt Qxả max Bd Bk (m) (m3/s) (m) (m) 12 452.08 14 18 14 499.77 16 20 16 535.54 18 22
- Hệ số nhám: n = 0,025.
- Độ dốc đáy kênh: i = 0,0004.
*) Phương pháp tính toán
Độ sâu dòng chảy đều trong kênh được xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực.
Khi các mặt cắt kênh có các thông số như ω, n, i như nhau, mặt cắt kênh nào dẫn được lưu lượng lớn nhất thì mặt cắt đó được gọi là mặt cắt kênh lợi nhất về thuỷ lực.
Dựa vào mặt cắt kênh lợi nhất về thuỷ lực để tìm được các mặt cắt kênh bất kỳ.
Bảng 3-21: Tính toán độ sâu dòng đều trong kênh
Bk Qxả max f(Rln) Rln Bk/Rln ho/Rln ho ωk Vo
(m) (m3/s) (m) (m) (m2) (m/s)
18 452.08 0.000373 4.842 3.717 1.46 7.08 202.67 2.13 20 499.77 0.000337 5.027 3.979 1.42 7.15 219.61 2.28 22 535.54 0.000315 5.159 4.264 1.38 7.12 232.66 2.30
*) Kiểm tra điều kiện không xói của kênh
Điều kiện không xói của kênh là: V < [ ]Vkx
(3-22) Vì địa chất tuyến tràn chủ yếu là đá phong hoá nhẹ , theo TCVN 4118-85 ta có:
[ ]Vkx = 3,5(m/s) Bảng 3-22: Bảng kiểm tra điều kiện không xói
Bk Vo [ ]Vkx Kết quả
(m) (m/s) (m/s)
18 2.13 3,5 Thoả mãn điều kiện không xói 20 2.28 3,5 Thoả mãn điêu kiện không xói
22 2.30 3,5 Thoả mãn điều kiện không xói
*) Xác định quan hệ Q ~ Zhl
Lưu lượng qua kênh hạ lưu được xác định theo công thức:
Q = ω.C R.i (3-23) Trong đó: Ω = (Bk + m.hi)hi ; χi = Bk + 2h 1+m2 Ri = ωi/χi ; Ci = n 1 Ri1/6 ; Zhl = Zđáy kênh + hh
Dựa vào địa chất tuyến tràn và cao trình cuối dốc nước ta chọn cao trình đáy kênh là: Zđáy kênh = +22m.
Với mỗi giá trị hh tương ứng với nó sẽ có một giá trị Qh. Ta tính toán, thiết lập quan hệ Q ~ Zh cho 3 phương án Bt và kết quả ở các bảng sau:
Bảng 3-23: Tính toán quan hệ Q ~ Zhl với phương án Bt = 2x6m
hh ωk χk R C Qh Zh m m2 m m m3/s m 1 19.5 21.6056 0.903 39.322 16.29 23.0 2 42 25.2111 1.666 43.551 52.79 24.0 3 67.5 28.8167 2.342 46.097 106.49 25.0 4 96 32.4222 2.961 47.933 177.05 26.0 5 127.5 36.0278 3.539 49.379 264.83 27.0 6 162 39.6333 4.087 50.579 370.42 28.0 7 199.5 43.2389 4.614 51.611 494.54 29.0 8 240 46.8444 5.123 52.519 637.96 30.0 9 283.5 50.4500 5.619 53.335 801.48 31.0 10 330 54.0555 6.105 54.076 985.92 32.0 Bảng 3-24: Tính toán quan hệ Q ~ Zhl với phương án Bt = 2x7m
hh ωk χk R C Qh Zh
m m2 m m m3/s m
1 21.5 23.6056 0.911 39.382 18.069 23.0
2 46 27.2111 1.690 43.658 58.386 24.0
4 104 34.4222 3.021 48.094 194.405 26.0 5 137.5 38.0278 3.616 49.556 289.723 27.0 6 174 41.6333 4.179 50.767 403.800 28.0 7 213.5 45.2389 4.719 51.805 537.280 29.0 8 256 48.8444 5.241 52.719 690.879 30.0 9 301.5 52.4500 5.748 53.537 865.354 31.0 10 350 56.0555 6.244 54.279 1061.483 32.0
Bảng 3-25: Tính toán quan hệ Q ~ Zhl với phương án Bt = 2x8m
hh ωk χk R C Qh Zh m m2 m m m3/s m 1 23.5 25.6056 0.918 39.432 19.85 23.0 2 50 29.2111 1.712 43.749 63.99 24.0 3 79.5 32.8167 2.423 46.356 128.26 25.0 4 112 36.4222 3.075 48.236 211.83 26.0 5 147.5 40.0278 3.685 49.712 314.74 27.0 6 186 43.6333 4.263 50.934 437.38 28.0 7 227.5 47.2389 4.816 51.980 580.29 29.0 8 272 50.8444 5.350 52.899 744.16 30.0 9 319.5 54.4500 5.868 53.720 929.68 31.0 10 370 58.0555 6.373 54.465 1137.59 32.0
*) Xác định kích thước bể tiêu năng
Ta biết rằng nối tiếp ở hạ lưu tràn dưới hình thức chảy đáy có nước nhảy xa là nguy hiểm nhất, vì đoạn dòng chảy trước nước nhảy là lớn và rất dài. Do đó ta phải tìm biện pháp làm mất trạng thái chảy đó, chuyển thành dạng nối tiếp bằng nước nhảy ngập.
Để tiêu tán phần năng lượng thừa của dòng chảy trước khi vào kênh cần tạo nước nhảy ngập ngay sau dốc. Vì vậy ta cần tăng độ sâu nước ở hạ lưu công trình.
Do ở hạ lưu tràn địa chất chủ yếu là nền đất nên biện pháp thích hợp nhất là làm bể tiêu năng.
*) Chiều sâu đào bể
Chiều sâu đào bể được xác định theo công thức:
d = σhc’’ – hh – ΔZ (3-24)
Trong đó:
σ: hệ số chảy ngập, lấy khoảng 1,05 đến 1,10. Chọn σ = 1,10. hh: độ sâu nước hạ lưu khi chưa đào bể.
hc’’: độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp hc khi đã đào bể.
ΔZ: chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể, xác định theo công thức: ΔZ = 2 2 2 . . 2g b hh q ϕ - '' 2 2 ) . ( 2 . c h g q σ α (3-25) Trong đó:
φb: là hệ số lưu tốc cửa ra của bể, φb = 0,95 ÷ 1,0; chọn φb =
0,95.
Ta tiến hành tìm chiều sâu đào bể d theo phương pháp thử đúng dần như sau:
B1: Sơ bộ lấy giá trị dgt = (hc’’-hh)max B2: Tính Eo’ = Eo + dgt
Trong đó Eo là cột nước tại cuối dốc khi chưa đào bể Eo = P2 + hcd + g Vcd 2 . 2 α
P2: chênh lệch giửa cao trình cuối dốc và đáy kênh hạ lưu
∇đáy dốc = ∇đầu dốc – i.Ldốc = 30,45-0,1.65 = 23,95 m. ; ∇đáy kênh = 22 m.
⇒ P2 = 23,95 – 22 = 1,95 (m)
hcd: chiều sâu dòng chảy cuối dốc.
Vcd: lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc. B3: Tính F(τc), ''
c
τ , từ đó suy ra hc’’ và ΔZ
B4: Tính lại d theo (3-24) với giá trị hh đã được xác định ở bảng
*) Chiều dài bể
Chiều dài bể được xác định theo công thức:
Lbể = βln + l1 (3-26) Trong đó:
ln: chiều dài nước nhảy hoàn chỉnh
ln xác định theo công thức của Saphơranet ln = 4,5hc’’. β: hệ số kinh nghiệm, lấy bằng 0,7 ÷ 0,8. Chọn β = 0,8 l1: chiều dài nước rơi, l1 = 0 ( đoạn nước rơi sẽ tính riêng).
*) Chiều dài sân sau
Sau khi nước nhảy trong bể và chảy ra kênh hạ lưu, năng lượng của nó vẫn còn nên ta phải bố trí sân để gia cố phía sau bể Chiều dài sân sau được xác định theo công thức kinh nghiệm
Ls = 2,5.Lb (3-27)
*) Chiều dày đáy bể tiêu năng
Chiều dày đáy bể tiêu năng được xác định theo công thức: t = 0,15. q P3
(3-28) Trong đó:
q: là lưu lượng đơn vị tiêu năng,(m2/s).
P3: chênh lệch cao trình cuối dốc và đáy bể tiêu năng.
Các kêt quả tính toán được thể hiện ở các bảng dưới:
Bảng 3-26: Tính toán chiều sâu bể với các phương án
(m) (m2/s.) (m) (m) (m/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 18 25.116 1.95 2.240 14.416 14.782 1.82 16.600.3908 0.5063 8.41 0.33 1.83 20 24.989 1.95 2.174 14.368 14.646 1.71 16.360.3977 0.5103 8.35 0.31 1.72 22 24.343 1.95 2.083 14.283 14.431 1.6 16.030.3992 0.5109 8.19 0.29 1.60
Bảng 3-27: Bảng tính toán chiều dài và chiều dày đáy bể
Bb q P3 Ln Lb Ls t Chọn Lb Chọn Ls (m) (m2/s) M (m) (m) (m) (m) (m) (m)
18 452.08 3.695 37.83 30.26 75.65 1.042 32 77 20 499.77 3.805 37.56 30.05 75.12 1.047 31 76 22 535.54 3.925 36.86 29.48 73.71 1.042 30 74
3.5. Tính toán khối lượng, chọn phương án.
3.5.1 Mục đích của việc tính khối lượng các hạng mục công trình
Khi thiết kế xây dựng công trình để đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế, ta phải tiến hành tính toán khối lượng của các hạng mục công trình trong hệ thống công trình đầu mới với các phương án Bt khác nhau, để từ đó tiến hành phân tích và lựa chọn được phương án tối ưu nhất.
Trong phần tính toán sơ bộ ta đã xác định được kích thước cơ bản của các hạng mục công trình cho từng phương án. Trên cơ sở đó, ta tính toán khối lượng các hạng mục công trình chủ yếu, tìm ra tổng vốn đầu tư cho từng phương án, qua đó xác định được phương án tối ưu là phương án có giá thành hạ và đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật.
Để đơn giản trong tính toán nhưng vẫn đảm bảo được mức độ tin cậy, ta có thể bỏ qua những hạng mục công trình có khối
lượng thay đổi không nhiều và đơn giá thấp như: cống ngầm lấy nước, cầu công tác, cầu giao thông, vật thoát nước. Vì giá thành của các hạng mục này không chênh lệch nhiều giữa các phương án và do đó nó không làm ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương án theo điều kiện kinh tế.