0 t 2 0 ( / )
Q =εmB g H m s
H0 = MNDBT – Zngưỡng
Và Qmax là lưu lượng xả lớn nhất, ứng với con lũ đó cho. Xột hệ số co hẹp bờn ε : Hệ số co hẹp được tớnh theo cụng thức : = ε 1- 0,2. n n mt mb ξ ξ +( −1). . b Ho Trong đú: n = 2: số khoang tràn. mb ξ = 0,70: hệ số co hẹp mố bờn. mt ξ = 0,45: hệ số co hẹp mố trụ.
b : chiều rộng mỗi khoang.
Ho: cột nước toàn phần trờn đỉnh tràn. H: cột nước tràn. Ho = H + g Vo . 2 . 2 α = 6 + 0 = 6 (m)
Để đảm bảo hồ khụng bị mất nước, ta tiến hành điều tiết hồ chứa như sau:
- Trong khoảng thời gian từ 0 ữ t1 , khi lưu lượng lũ đến nhở hơn lưu lượng xả ứng với trường hợp mở cửa van hoàn toàn, ta điều khiển cửa van sao cho lưu lượng lũ xả bằng lưu lượng lũ đến hồ chứa.
- Trong khoảng thời gian từ t1 ữ t2 : Van mở hoàn toàn, lưu lượng lũ đến lớn hơn lưu lượng lũ xả, hồ tự điều tiết ( mực nước hồ dõng cao cho đến khi đạt trị số lớn nhất ) - Trong khoảng thời gian từ t2 ữ t3 : lưu lượng lũ đến nhỏ hơn lưu lượng lũ xả, van mở
an toàn, hồ tự điều tiết (mực nước hồ hạ thấp cho đến khi đạt mực nước dõng bỡnh thường)
- Từ thời điểm t3 trở đi, lưu lượng lũ đến nhỏ hơn lưu lượng lũ xả ứng với trường hợp mở cửa van hoàn toàn, để đảm bảo hồ khụng bị mất nước, ta điều khiển cửa van sao cho lưu lượng lũ xả bằng lưu lượng lũ đến hồ chứa. Quỏ trỡnh điều tiết được thể hiện như sau:
Hỡnh 3-2: Dạng đường quỏ trỡnh xả lũ q~t Xõy dựng biểu đồ phụ trợ
Lập bảng tớnh biều đồ phụ trợ của kho nước như bảng dưới đõy:
TT (m)Z (10Vk6m3) (m)h (mq3/s) ( mV3/s) (10f1(q)3m3/s) (10f2(q)3m3/s)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7 (8)
- Cột (1): Thứ tự.
- Cột (2): Giả thiết nhiều trị số mực nước trong kho Z
- Cột (3): Dung tớch kho tương ứng với mực nước trong kho, dựa vào quan hệ Z~V để xỏc định.
- Cột (4): Chiều cao mực nước trờn ngưỡng tràn: h= Z – Zngưỡng tràn với Zngưỡng tràn = 72,88 – 6 = 66,88m
- Cột (5):Lưu lượng xả lũ tớnh theo cụng thức q=εmBt 2gh3/ 2(m s3/ ) - Cột (6) : Dung tớch kho nước tớnh toỏn V= Vk - VZng
- Cột (7) và cột (8) : Tớnh toỏn f1 và f2 theo cụng thức: 1 2 ( ) 2 ( ) 2 V q f q t V q f q t = − ∆ = + ∆
Với bước thời gian tớnh toỏn ∆t= 1 giờ = 3600 s - Từ đú ta vẽ được biểu đồ phụ trợ của kho nước.
t ∆ Q1 (m3/s) Qtb (m3/s) q1 (m3/s) f1(q) (103m3/s) f2(q) (103m3/s) q2 (m3/s) qtb (m3/s) 6 W.10 ∆ (m3/s) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7 (8) (9)
- Cột (1): Thời đoạn tớnh toỏn ∆t=1h - Cột (2): Lưu lượng lũ đến
- Cột (3): Lưu lượng trung bỡnh mỗi thời đoạn tớnh theo cụng thức: 1 2
2
Q Q
Q= +
- Cột (4): Lưu lượng xả lũ đầu thời đoạn. - Cột (5) và cột (6) Giỏ trị f1(q) và f2(q).
- Cột (7): Lưu lượng xả lũ cuối thời đoạn, từ f2(q) dựa vào biểu đồ phụ trợ tra được q2 tương ứng.
- Cột (8): Lưu lượng xả lũ trung bỡnh mỗi thời đoạn tớnh theo cụng thức sau: 1 2
2
q q q= +
- Cột (10): Tổng lượng nước xả từng thời đoạn tớnh theo cụng thức sau:
( )
W Qtb qtb . t
∆ = − ∆
Cỏc bảng số liệu tớnh toỏn và biểu đồ được trỡnh bày trong Phụ Lục 1.
Kết quả tớnh toỏn:
Bảng 3-1: Kết quả tớnh toỏn điều tiết lũ với tấn suất thiết kế P=1%
Phương ỏn qmax (m3/s) Hmax (m) Zmax Vsc (106m3)
Btràn = 2x6 430,4 7,22 74,10 28,70
Btràn = 2x7 470,7 6,97 73,85 27,58
Bảng 3-2: Kết quả tớnh toỏn điều tiết lũ với tấn suất P=0,2%
Phương ỏn qmax (m3/s) Hmax (m) Zmax Vsc (106m3)
Btràn = 2x6 546,3 7,22 75,32 34,66
Btràn = 2x7 582,85 6,97 75,2 34,05
Btràn = 2x8 646,3 6.71 75,11 33,63
3.3 Thiết kế sơ bộ đập dõng:
Ta tớnh với 3 phương ỏn Btr gồm cú cỏc cụng việc: - Xỏc định kớch thước cơ bản của đập.
- Chọn thiết bị chống thấm, thoỏt nước, xử lý nền.
3.3.1 Tài liệu thiết kế:
- Cao trỡnh MNDBT = 72,88 m. - Cao trỡnh MNC = 63,88 m. - Cao trỡnh MNLTK : + ứng với Btr =2x6m : MNLTK = 74,10 m. + ứng với Btr =2x7m : MNLTK = 73,85 m. + ứng với Btr =2x8m : MNLTK = 73,59 m. 3.3.2 Cao trỡnh đỉnh đập:
Cao trỡnh đỉnh đập được xỏc định từ 2 mực nước:Là MNDBT và MNLTK (ứng với lũ thiết kế) và phải lớn hơn MNLKT (ứng với lũ kiểm tra)
+) Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a
+) Z2 = MNLTK + ∆h’ + hsl’ + a’ +) Z3 = MNLKT + a’’
Trong đú:
∆h, ∆h’ - Độ dềnh do giú ứng với vận tốc giú tớnh toỏn lớn nhất và giú bỡnh quõn lớn nhất. hsl, hsl’ - Chiều cao súng leo ứng với giú tớnh toỏn lớn nhất (P=4%) và giú bỡnh quõn lớn nhất (P=50%).
a, a, a’’ - Độ vượt cao an toàn,với cụng trỡnh cấp III ta được a=0,7 m và a’=0,5 m; a’’=0,2m.
Vận tốc giú tớnh toỏn lớn nhất V4%=24,5 m/s. Vận tốc giú bỡnh quõn lớn nhất V50%=16 m/s.
Chiều dài truyền súng ứng với MNDBT: D = 2000 m; Chiều dài truyền súng ứng với MNLTK: D`= 2300 m.
Cao trỡnh đỉnh đập được lựa chọn là cao trỡnh cú trị số lớn nhất trong 3 kết quả trờn.
3.3.2.1. Xỏc định cao trỡnh đỉnh đập ứng với mực MNDBT và MNLTK (Z1,Z2). - Xỏc định ∆h , ∆h’ ∆h = 2.10-6 g.H .D V2 cosαB Trong đú: + V : vận tốc giú tớnh toỏn lớn nhất (m/s), + D : Đà súng ứng với MNDBT, D = 2000 m + g : Gia tốc trọng trường : g = 9,81 m/s2
+ H : là chiều sõu nước trước đập H = MNDBT – Zđỏy = 72,88 – 53,21 = 19,67 m +αs : là gúc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng giú: αs = 00
- Xỏc định hsl , hsl’:
Theo QPTL C1-78, chiều cao song leo cú mức đảm bảo 1% được xỏc định theo cụng thức:
Hsl1% = K1.K2.K3.K4.Kα.hs1%
+ hs1%: Chiều cao súng với mức bảo đảm 1%.
+ Kα: hệ số phụ thuộc gúc αs giữa hướng giú và phỏp tuyến với trục đập. + K1, K2, K3, K4: Là cỏc hệ số.
K4: hệ số phụ thuộc vào tỉ số λ/h và hệ số mỏi nghiờng của cụng trỡnh.
K1,K2: cỏc hệ số phụ thuộc vào độ nhỏm tương đối Δ/h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mặt đập.
K3: hệ số phụ thuộc tốc độ giú và hệ số mỏi nghiờng m. K1, K2, K3, K4, Kα tra theo quy phạm QPTL C1-78.
- Xỏc định hs1%
+ Giả thiết rằng trường hợp đang xột là súng nước sõu (H > 0,5 λ_ ).
+ Tớnh cỏc đại lượng khụng thứ nguyờn
V gt
, 2
V gD
, trong đú t là thời gian giú thổi liờn tục: t = 6 (h).
+ Tra đồ thị hỡnh 35_QPTL C1-78 xỏc định được cỏc đại lượng khụng thứ nguyờn
2 gh gτ
;
v v (Cú 2 cặp giỏ trị ứng với giỏ trị cỏc đại lượng khụng thứ nguyờn đó tớnh được ở
trờn). Chọn cặp giỏ trị nhỏ hơn để tớnh τ, h, λ.
Bước súng bỡnh quõn λ− được tớnh theo cụng thức: λ 2τπ
2
g
=
Kiểm tra lại điều kiện súng nước sõu : H > 0,5λ
Thoả món súng nước sõu thỡ chiều cao súng 1% được xỏc định theo cụng thức: hs1% = K1%.h
Trong đú: Tra đồ thị hỡnh 36_ QPTL C1–78 ứng với 2
V gD
ta cú K1%.
+ K1, K2. Hệ số phụ thuộc đặc trưng lớp gia cố mỏi và độ nhỏm ∆ h1%chọn là 0,05 và tra theo bảng 6_QPTL C1-78
+ K3 : Hệ số phụ thuộc hệ số mỏi thượng lưu, sơ bộ chọn hệ số mỏi của mỏi thượng lưu là m = 3ữ5. Tra bảng 7_QPTL C1-78 ta cú K3 + K4 : Hệ số phụ thuộc vào % 1 s h λ và độ dốc m. Ta cú : % 1 s h λ .Tra đồ thị hỡnh 10_QPTL C1-78, ta cú: K4.
+ Kα Hệ số phụ thuộc vào αs, theo QPTL C1 – 78 lấy αs =00 ta cú Kα= 1,0. Ta cú bảng tổng hợp xỏc định cao trỡnh đỉnh đập Z1, Z2:
STT Thụng số Đơn vị MNDBT
MNLTK
PA1 PA2 PA3
1 Mực nước trong hồ m 72,88 74,1 73,85 73,59 2 Cao trỡnh đỏy đập m 53,21 53,21 53,21 53,21 3 Độ sõu H m 19,67 20,89 20,64 20,38 4 Đà giú D m 2000 2300 2300 2300 5 V giú m/s2 24.5 16 16 16 6 ∆ h m 0.0125 0.0057 0,0058 0,0059 7 gt/v 8648.82 13243.50 13243.50 13243.50 8 (gh/V2) 0.037 0.065 0.065 0.065 9 (gτ /v) 2.5 3.5 3.5 3.5 10 gD/V2) 32.69 88.14 88.14 88.14 11 (gh/V2) 0.0105 0.0175 0.0175 0.0175 12 (gτ /v) 1.15 1.5 1.5 1.5 13 (gh/V2)min 0.0105 0.0175 0.0175 0.0175 14 (gτ /V)min 1.15 1.5 1.5 1.5 15 h− 0.64 0.46 0.46 0.46 16 τ− 2.87 2.45 2.45 2.45 17 λ− 12.89 9.35 9.35 9.35 18 K1% 2.1 2.1 2.1 2.1 19 hs1% m 1.35 0.96 0.96 0.96 20 K1 1 1 1 1 21 K2 0,9 0,9 0,9 0,9 22 K3 1.5 1.34 1.34 1.34 23 K4 1.3 1.3 1.3 1.3 24 Kα 1 1 1 1 25 hsl1% m 2,36 1,51 1,51 1,51 26 Cao trỡnh đỉnh đập m 75,95 76,11 75,86 75,6 27 Chiều cao đập m 22,74 22,9 22,65 22,39
3.3.2.2 Xỏc định cao trỡnh đỉnh đập theo cụng thức tớnh với MNLKT (Z3).
Z3 = MNLKT + a’’ Với MNLKT ta cú cao trỡnh đỉnh đập với cỏc phương ỏn như sau:
PA1: Z3 = 74,1 + 0,2 = 74,3 (m); PA2: Z3 = 73,85+ 0,2 = 74,05 (m); PA3: Z3 = 73,59 + 0,2 = 73,79(m);
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp xỏc định cao trỡnh đỉnh đập Z1, Z2,Z3.
MNDBT MNLTK MNLKT
Btr 2x6 2x7 2x8 2x6 2x7 2x8
Zđđ 75,95 76,11 75,86 75,6 74,3 74,05 73,79
Từ bảng kết quả trờn ta chọn được cao trỡnh đỉnh đập tương ứng với cỏc phương ỏn tràn như
sau: Bảng 3.5
Phương ỏn 1 2 3
Zđỉnh đập (m) 76,11 75,95 75,95
Chiều cao đập H(m) 22,9 22,74 22,74
3.3.3 Mặt đập, mỏi đập, cơ đập và bề rộng đỏy: 3.3.3.1 Mặt đập:
Tuyến đập khụng nằm trờn đường giao thụng nờn ta chọn bề rộng đỉnh đập là 6m, bề mặt đỉnh đập băgnf BTCT dốc nghiờng về 2 phớa với độ dốc 3%.
3.3.3.2 Mỏi đập:
Mỏi đập xỏc định sơ bộ theo cụng thức kinh nghiệm: +Mỏi thượng lưu: m1 = 0,05H + 2
+ Mỏi hạ lưu : m2 = 0,05H + 1,5 Trong đú H là chiều cao đập.
Ứng với cỏc trường hợp Btr khỏc nhau ta cú hệ số mỏi trong bảng sau:
Bảng 3.6
Phương ỏn 1 2 3
mỏi thượng lưu 3,15 3,14 3,14
mỏi hạ lưu 2,65 2,64 2,64
Từ bảng trờn, ta chọn chung cho cả 3 phương ỏn: + Mỏi thượng lưu: m1 = 3
+ Mỏi hạ lưu: m2 = 2,5
3.3.3.3 Cơ đập:
Đập cao trờn 10m nờn cần bố trớ cơ để đảm bảo ổn định cho mỏi đập. + Mỏi thượng lưu : bố trớ cơ đập ở cao trỡnh +66m, bề rộng cơ Bcơ = 3m. + Mỏi hạ lưu: bố trớ 1 cơ ở cao trỡnh +66m, bề rộng cơ Bcơ = 3m.
3.3.3.4 Bề rộng đỏy đập:
Từ hệ số mỏi, bề rộng đỉnh đập, cơ đập ta tớnh được chiều rộng đỏy đập tại mặt cắt
giữa lũng sụng: Bảng 3.7
Phương ỏn 1 2 3
bề rộng đỏy đập (m) 144,72 137,07 137,07
3.3.3.5 Bảo vệ mỏi thượng lưu:
Để đảm bảo ổn định cho đập, trỏnh sự va đập của súng, mỏi thượng lưu được bảo vệ bằng đỏ xếp, dưới lớp đỏ lỏt cú tần đệm theo hỡnh thức lọc ngược. Phạm vi bảo vệ từ cao trỡnh đỉnh đập đến cao trỡnh thấp hơn mực nước chết một đoạn Z =2,5m.
3.3.3.6 Bảo vệ mỏi hạ lưu:
-Mặt mỏi trồng cỏ trờn lớp đất hữu cơ dày 20 cm.
-Làm rónh thoỏt nước dọc cơ và chõn mỏi hạ lưu (Phần phớa trờn lăng trụ thoỏt nước);kết cấu rónh bằng đỏ xõy.
3.4 Thiết kế sơ bộ đường tràn:
3.4.1 Vị trớ và hỡnh thức tràn:
- Tuyến tràn nằm bờn vai phải của đập chớnh và thẳng gúc với tuyến đập.
- Đường tràn nằm tỏch hẳn khỏi đập dõng để trỏnh sự nối tiếp giữa cụng trỡnh bờ tụng của đường tràn với vật liệu đất của đập dõng và giảm được khối lượng tường chắn đất.
- Tràn ngưỡng thực dụng, cửa vào cú van điều tiết (Ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT).
3.4.2 Bố trớ cỏc bộ phận: 3.4.2.1 cửa vào:
Là kờnh cú độ dốc i =0 và sõn trước bằng bờ tụng cốt thộp M200.Chiều dài kờnh dẫn L= 52m, mỏi kờnh m = 1.
3.4.2.2 Ngưỡng tràn:
- Hỡnh thức tràn: ngưỡng tràn thực dụng, mặt cắt dạng đường cong Cơrijơ - ễphixờrụp khụng chõn khụng.
- Cao trỡnh ngưỡng tràn: Zng = MNDBT – 6= 72,88 – 6 = 66,88.
- Chiều rộng tràn nước: Tớnh toỏn với 3 phương ỏn Bt = 12m; 13m; 14m. - Chiều dày mố trụ (Chung cho 3 phương ỏn): d = 2 m.
- Chiều dày mố bờn (Chung cho 3 phương ỏn): d’ = 1m. - Tổng chiều rộng tràn cho cỏc phương ỏn: B = Bt + d.
- Bề mặt ngưỡng tràn được bọc bằng lớp BTCT M200 dày 1m. - Lớp lút bờ tụng M100 dày 0,1m.
Bảng 3.8 Tổng chiều rộng tràn cỏc phương ỏn
Phương ỏn 1 2 3
B (m) 14 16 18
3.4.2.3 Dốc nước sau ngưỡng tràn:
Nối tiếp sau tràn là dốc nước cú nhiệm vụ dẫn nước sau khi qua tràn xuống hạ lưu đập đảm bảo cho cụng trỡnh an toàn.
Nhằm đảm bảo điều kiện ổn định của dốc nước (do lỳn khụng đều) ta chia dốc nước (đoạn cú bề rộng khụng đổi) thành 4 mảng cú chiều dài từ 15ữ20m, cỏch nhau bởi cỏc khe lỳn, trong khe lỳn bố trớ thiết bị chống thấm.
Tuyến dốc nước thẳng
- Mặt cắt dốc nước là mặt cắt hỡnh chữ nhật. - Chiều rộng dốc nước bd = B
- Độ dốc của đỏy dốc nước: id = 0,04 - Hệ số nhỏm của dốc nước: n = 0,014
- Cao trỡnh đỉnh dốc nước chọn bằng Z = 62,88 m. - Cao trỡnh cuối dốc là: 62,88 – 72 x 0,04 = 60 m. - Chiều dài dốc nước: Ld = 72 m.
- Bản đỏy dốc nước được làm bằng bờ tụng cốt thộp M200 dày 0,8 (m). - Lớp lút bản đỏy là bờ tụng M100 dày 0,1m.
3.4.2.4 Tiờu năng:
Dựa vào điều kiện địa hỡnh địa chất khu vực xõy dựng ta chọn hỡnh thức tiờu năng kiểu mũi phun là hợp lý.
Quỏ trỡnh tớnh toỏn chi tiết sẽ được trỡnh bày trong thiết kế lựa chọn phương ỏn.
3.4.3 Tớnh toỏn thủy lực:
Tớnh toỏn thủy lực đường tràn nhằm mục đớch xỏc định đường mặt nước trờn dốc nước từ đú xỏc định chiều cao thành bờn của dốc đảm bảo thỏo lũ an toàn, kiểm tra khả năng xõm thực của dũng chảy đối với cỏc vật liệu để cú biện phỏp tiờu năng thớch hợp.
3.4.3.1 Trường hợp tớnh toỏn:
Nhằm đảm bảo thỏo lũ an toàn trong quỏ trỡnh làm việc ta chọn tớnh toỏn với trường hợp lưu lượng qua tràn là qmax với từng phương ỏn.
3.4.3.2 Phương phỏp tớnh:
Cú nhiều phương phỏp tớnh toỏn để xỏc định dạng đường mặt nước và vận tốc dũng chảy trờn dốc nước. Trong đồ ỏn này chọn phương phỏp tớnh toỏn theo phương phỏp cộng trực tiếp.
3.4.3.3 Nội dung tớnh toỏn:
3.4.3.3.1 Định tớnh đường mặt nước trờn dốc:
Để định tớnh đường mặt nước trờn dốc nước ta tớnh và so sỏnh cỏc đại lượng ho, hk, ik và i. *Chiều sõu dũng chảy đều ho tớnh theo phương phỏp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực 0 ln 4m . i f (R ) Q = với (m0 = 2. m2 + −1 m) Trong đú:
+ Q: Lưu lượng chảy qua dốc nước bằng lưu lượng xả lớn nhất qua tràn ứng với cỏc giỏ trị Btr.
+ i: Độ dốc của dốc nước, i = 0,04
+ m: Hệ số mỏi của dốc nước,do dốc nước cú mặt cắt hỡnh chữ nhật nờn m=0 ⇒ mo = 2
- Tra phụ lục (8-1) Cỏc bảng tớnh thuỷ lực, với hệ số nhỏm của dốc nước (bằng bờ tụng) n = 0,014, ta được Rln.
- Lập tỷ số d ln
b
R , tra phụ (lục 8-3) cỏc bảng tớnh thủy lực với m=0, ta được
ln h R .Từ đú tớnh được h0=( ln h R ).Rln.
Ta được độ sõu dũng đều trong dốc nước này như sau:
Bảng 3.9. Độ sõu dũng đều h0
bd(m) Q(m3/s) F(Rln) Rln (m) bd/Rln h/Rln h0 (m)
PA I 14 430,4 0,00455 1,54 9,1 1,021 1,572
PA II 16 470,7 0,00416 1,6 10,0 0,942 1,507
* Độ sõu phõn giới hk của dốc nước mặt cắt hỡnh chữ nhật tớnh theo cụng thức: