IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ VÀ CÁC MODUL
3.2.1. Trình tự tính toán
3.2.1.1 Modul tính toán độ mở cống:
B1. Thu thập số liệu đầu vào bao gồm: Số liệu cống:
- Mực nước thượng lưu (m) - Mực nước hạ lưu (m)
- Tổng bề rộng các cửa cống (m) - Tổng bề rộng các trụ pin (m) - Cao độ đáy cống (m)
- Cao độ đáy tường ngực (m) - Chiều dài cống (m)
- Chiều dài sân tiêu năng (m) - Hệ số lưu tốc φ
- Lưu tốc đến gần (m/s)
Số liệu kênh hạ lưu công trình
- Số liệu mặt cắt ngang địa hình tại vị trí gây xói, vẽ hình mặt cắt tự nhiên (sử dụng Autocad), xác định quan hệ mực nước hạ lưu với diện tích mặt cắt làm dữ liệu đầu vào của chương trình tính. (chương trình sẽ nội suy từ mực nước để tính toán diện tích mặt cắt ướt).
- Số liệu địa chất công trình xác định vận tốc khởi động xói.
B2. Trình tự tính toán
- Xác định dạng công trình (cống ngầm hay cống lộ thiên);
Hưng Hải có thể giả định từ mức ban đầu 20cm và tăng dần cho các lần sau, mức tăng 1cm/lần);
- Xác định chế độ chảy qua cống (chảy ngập/ chảy không ngập), trường hợp xảy ra nước nhảy giả định lại độ mở a và lặp lại;
- Xác định lưu lượng qua cống với công thức tính lưu lượng tương đương với các chế độ chảy;
- Tính toán vẫn tốc trung bình mặt cắt tại vị trí theo dõi, Tính toán lưu tốc tại mặt cắt; tính toán này dựa trên số liệu thực đo tại mặt cắt được đo đạc hàng năm tại 3 cống (cống Kênh Cầu, Cống Tranh, Lực Điền). Từ số liệu thực đo xây dựng quan hệ lưu tốc điểm lớn nhất với lưu tốc trung bình từ đó làm cơ sở nội suy cho các trường hợp tương tự.
- So sánh với vận tốc khởi động xói nếu không phù hợp sẽ giả định lại độ mở cống a, nếu phù hợp lưu kết quả và tiếp tục tính toán với các mực nước hạ lưu tăng dần.
B3. Kết quả tính toán
Kết quả sẽ liệt kê các mức mực nước hạ lưu và độ mở cống an toàn hạ lưu tương đương, người công nhân vận hành chỉ cần tính 1 lần và sau đó là theo dõi mực nước hạ lưu cống khi dâng lên các mức tiếp theo thì mở cửa cống lên theo các nấc được liệt kê.
3.2.1.2 Modul tính toán mưc độ xói lở hoặc bồi lắng kênh hạ lưu cống
B1. Thu thập số liệu đầu vào bao gồm:
Đo đạc số liệu các mặt cắt tự nhiên của kênh, tùy theo mức độ yêu cầu chọn khoảng cách giữa các mặt cắt cho phù hợp. Với hệ thống Bắc Hưng Hải ngay sau công trình thường đo khoảng cách từ 5 -10m/mặt cắt cho 10 mặt cắt đầu và sau đó là 50m/mặt cắt. Khoảng cách giữa các điểm đo tùy yêu cầu theo dõi tại công ty Bắc Hưng Hải áp dụng từ 1-2m đo 1 điểm độ sâu.
B2. Trình tự tính toán xác định khối lượng xói lở hoặc bồi nắng kênh.
- Vẽ các mặt cắt địa hình cắt ngang kênh - Áp mặt cắt thiết kế kênh lên mặt cắt địa hình
- Điều chỉnh tim tuyến mặt cắt thiết kế đúng vị trí trên mặt cắt ngang tự nhiên
- Xác định các điểm giao của mặt cắt tự nhiên với mặt cắt thiết kế. - Tính toán khối lượng đào (bồi lắng) hoặc khối lượng đắp (xói lở)
trên cơ sở các phần giao nhau của mặt cắt tự nhiên với mặt cắt thiết kế.
B3. Kết quả tính toán:
- Bảng tổng hợp khối lượng bồi đắp đắp, xói lở kênh dẫn;
- Các bản vẽ mặt cắt dọc, cắt ngang kênh thể hiện cả địa hình và mặt cắt thiết kế. Các bản vẽ này có thể phục vụ cho đơn vị quản lý xem xét, đánh giá mức độ bồi lắng và có thể sử dụng như bản vẽ thiết kế phục vụ công tác thi công nạo vét kênh.
3.2.2 Sơ đồ khối
3.2.2.1 Phần tính toán độ mở cống:
Số liệu nhập:
- Qui mô công trình
- Mực nước TL,HL …
Giả thiết độ mở a
Tính toán xác định vận tốc không xói hạ lưu
Kiểm tra nước nhảy
Tính toán thuỷ lực cống, xác định lưu lượng qua cống, lưu tốc mặt cắt
Kiểm tra ĐK không xói In kết quả tính toán
STOP
3.3.2.2 Phần tính toán khối lượng bối lắng, xói lở kênh
Số liệu nhập:
- Số liệu khảo sát địa hình - Chỉ tiêu thiết kế mặt cắt kênh
Áp mắt cắt thiết kế lên mặt cắt địa hình
Kiểm tra số mặt cắt i<n
In kết quả tính toán
- Bản vẽ trên Autocad - Bảng khối lượng trên excel
STOP
START
Áp mắt cắt thiết kế lên mặt cắt địa hình
Tính toán khối lượng bối xói lòng kênh so với thiết kế
i= i+1 ( cho mặt cắt tiếp theo) i =1 ( tính cho mặt cắt đầu)
3.3 CÁC MODUL CHƯƠNG TRÌNH.
- Chương trình chính: Thể hiện chung các công trình cần tính toán, bao gồm các tính năng: Chọn công trình, nhập liệu, tính toán và in ấn.
- Modul nhập liệu: Được tổ chức theo từng cống, người sử dụng chọn công trình tính toán và nhập số liệu tương ứng.
- Modul tính toán độ mở cống: Đây là modul chính của chương trình , modul này sẽ làm nhiệm vụ lấy dữ liệu, phân tích kiểm tra các chế độ thủy lực và tính toán ra độ mở cống hợp lý, không gây xói lở hạ lưu công trình.
- Modul tính toán chỉ tiêu thiết kế cống. Tính toán chỉ tiêu chính cho thiết kế cống bao gồm khẩu độ cống và tiêu năng.
- Modul tính toán xói lở bồi lắng kênh. Tính toán khối lượng bồi lắng kênh từ số liệu khảo sát mặt cắt tự nhiên , áp mặt cắt thiết kế tính toán phần khối lượng bồi xói so với mặt cắt thiết kế.
- Modul thể hiện kết quả: Thể hiện kết quả và xuất kết quả ra các tệp, sang các ứng dụng Excel, Autocad hoặc in kết quả trực tiếp.
3.4. KẾT QUẢ CHẠY THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH PHẦN MỀM 3.4.1 Phần tính toán độ mở cho các cống 3.4.1 Phần tính toán độ mở cho các cống
(1). Cống Báo Đáp:
HA LUU BAO DAP
(2). Cống Kênh Cầu 3.00 3.00 4 0.90 0 -0.50 1 -0.60 2 -1.00 2 -1.80 2 -1.90 2 -1.90 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.90 2 -2.00 2 -2.10 2 -2.10 2 -1.90 2 -1.90 2 -2.00 2 -2.00 2 -1.90 2 -1.90 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.80 2 -1.70 2 -1.70 2 -1.60 2 -1.50 2 0.50 2 0.90 2 2.30 2 2.80 16
(3). Cống Lực Điền 3. 50 1.10 3 0. 70 -0. 60 2 -1. 50 2 -1. 90 2 -2. 20 2 -2. 30 2 -2. 20 2 -1. 80 2 -1. 60 2 -1. 10 2 1. 10 2 3. 40 4 M? c só sánh -6.00
(4). Cống Tranh: 1.22 0.32 10 0.12 2 -0.08 2 -0.48 2 -0.68 2 -0.98 2 -1.28 2 -1.38 2 -2.08 2 -3.48 2 -4.28 2 -5.28 2 -5.58 2 -5.58 2 -5.48 2 -5.18 2 -4.78 2 -3.88 2 -3.28 2 -2.28 2 -1.88 2 -1.68 2 -1.28 2 -0.38 2 1.22 2
(5). Bá Thủy 2 .60 2 .60 3 .50 3 .50 2.5 2 .70 2 .50 5.9 2 .50 0 5 1 .05 2.4 0 .65 0 .15 0 .05 -0. 35 -1. 25 -1. 65 -2. 35 -2. 55 -2. 75 -2. 95 -3. 25 -3. 55 -3. 75 -3. 95 -3. 95 -4. 05 -4. 05 -3. 75 -3. 15 -3. 05 -2. 55 -2. 45 -2. 65 -3. 15 -3. 35 -3. 85 -3. 95 -3. 95 -3. 95 -3. 85 -3. 65 -3. 65 -3. 55 -3. 55 -3. 45 -3. 45 -3. 35 -2. 35 -0. 25 1 .05 2 .50 3 2 .50 M?c só sánh -6.00
(6). Cống Neo - 1 .40 - 1 90 - 2 .00 - 2 .10 - 2 .20 - 2 .10 - 2 .30 - 2 .40 - 2 .60 - 2 .70 - 2 .70 - 2 .70 - 2 .80 - 2 .90 - 2 .80 - 2 .80 - 2 .90 - 2 .80 - 2 .70 - 2 .60 - 2 .50 - 2 .60 - 2 .60 - 2 .50 - 2 .40 - 2 .30 - 2 .30 - 2 .10 - 2 .20 - 2 .10 - 2 .10 - 2 .00 - 1 .60 0 .10 - 1 .10 - 0 .60 0 .90 0 .90 1 .50 3 .00 1.40 2 .10 2 .90 M?c só sánh -6.00
(7). Cầu Xe 1 .90 0.00 5 -1. 30 5 -2. 10 5 -4. 40 5 -5. 80 5 -6. 70 5 -7. 30 5 -7. 40 5 -6. 40 5 -5. 40 5 -5. 40 5 -5. 40 5 -5. 10 5 -6. 10 5 -6. 60 5 -7. 60 5 -7. 80 5 -8. 40 5 -8. 80 5 -8. 60 5 -7. 80 5 -6. 00 5 -2. 50 5 -1. 20 5 1 .00 5 1 .80 5 M?c só sánh -6.00 1. 90 1.00 5 0. 35 5 -0. 85 5 -1. 55 5 -2. 85 5 -3. 95 5 -4. 15 5 -4. 35 5 -4. 35 5 -5. 05 5 -4. 85 5 -4. 85 5 -5. 05 5 -4. 75 5 -5. 15 5 -5. 35 5 -4. 95 5 -4. 65 5 -4. 35 5 -3. 75 5 0. 45 5 1. 20 5 2. 00 5 M? c só sánh -6.00
(8). An Thổ. 1 .58 25 0 .68 3 0 .18 5 -0. 52 5 -0. 82 5 -2. 42 5 -3. 22 5 -3. 22 5 -3. 22 5 -2. 92 5 -2. 82 5 -2. 72 5 -1. 92 5 -0. 92 5 1 .98 0 1 .98 3 1 .98 1 .98 1 .68 1 .58 2 .00 1 .10 2 0 .90 5 0 .30 5 -0. 20 5 -2. 50 5 -3. 60 5 -3. 50 5 -3. 50 5 -3. 20 5 -3. 00 5 -2. 90 5 -2. 80 5 -1. 40 5 -1. 00 5 -0. 20 5 0 .10 5 0 .20 5 0 .90 5 1 .20 5 2 .00 2
3.4.2 Phần tính toán bồi, xói kênh.
VD: tính toán bồi lắng kênh cửa ngoài cống Xuân Quan.
Kênh cửa ngoài cống Xuân Quan là kênh dẫn nước tưới từ sông Hồng vào cống đầu mối Xuân Quan, kênh có chiều dài 1232m. Kênh nằm ngoài đê sông Hồng, hàng năm kênh thường bị bồi lấp lớn sau mùa lũ, Công ty Bắc Hưng Hải phải thực hiện nạo vét sau mùa lũ.
(1). Cửa số nhập số liệu tuyến:
(4) Mặt cắt dọc kênh
(6). In kết quả qua Autocad và Excel
* Bản vẽ trên Autocad
3.5. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐƠN VỊ SỬ DỤNG SỬ DỤNG
3.5.1 Phần mềm tính toán độ mở cống.
- Phần mềm tính toán độ mở cống hợp lý, được xây dựng và chạy trên môi trường window theo dạng “copy & run” , có giao diễn người dùng dễ sử dụng.
Trường hợp tính toán độ mở:
Các chỉ tiêu cơ bản của công trình được nhập và chạy thử kiểm định, lưu trữ sẵn trên máy tính cho từng công trình, hoặc do người sử dụng tự cập nhật, đây là các số liệu có sẵn đối với mỗi cống (đối với các cống trong hệ thống Bắc Hưng Hải đã được cập nhật và lưu trữ đầy đủ theo chương trình). Các số liệu bao gồm:
+ Bề rộng 1 cửa cống (m) + Tổng bề rộng trụ pin (m) + Cao độ đáy cống (m)
+ Cao độ đáy tường ngực (m) + Chiều dài cống (m)
+ Chiều dài sân tiêu năng (m) + Hệ số lưu tốc φ
+ Lưu tốc đến gần Vo (m/s)
(Lưu ý khi người sử dụng tự nhập số liệu đầu vào, khi đã nhập chuẩn, sử dụng chức năng [LƯU SỐ LIỆU] để sử dụng các thông tin cho lần chạy tiếp theo)
Tại thời điểm tính toán, người vận hành công trình chỉ cần nhập cặp mực hiện tại thượng lưu và hạ lưu, bấm vào nút [TÍNH TOÁN…] kết quả tính
toán các độ mở theo từng cấp mực nước hạ lưu sẽ hiện trong lưới bên. Người sử dụng có thể ghi chép kết quả vào sổ theo dõi hoặc có thể sử dụng chức năng [IN KẾT QUẢ] để in kết quả tính toán qua máy in phục vụ vận hành công trình theo kết quả tính toán. Vận hành cống theo kết quả này sẽ đảm bảo cho công trình hoạt động an toàn không gây xói lở hạ lưu.
Trường hợp tính toán khẩu độ cống và tiêu năng cho cống hở:
- Nhập các thông số tính toán:
+ Cột nước thiết kế thượng lưu (m) + Cột nước thiết kế hạ lưu (m) + Lưu lượng thiết kế cống (m) + Hệ số lưu tốc φ
+ Lưu tốc tới gần Vo
Bấm nút [TÍNH TOÁN] chương trình sẽ tính toán chọn ra khẩu độ cống và kết luận về tiêu năng.
3.5.2 Ứng dụng tính toán bồi xói kênh mương.
Ứng dụng tính toán bồi xói kênh (TKKENH) cũng được xây dựng trên môi trường windows, giao diện dễ sử dụng, các bước thực hiện giống như công việc được thực hiện hàng ngày bằng thủ công.
Về tài liệu hướng dẫn: có đầy đủ tài liệu hướng dẫn kèm theo. (xem phần phụ lục)
3.5.3 Các yêu cầu đối với đơn vị sử dụng:
Phần mềm gọn nhẹ yêu cầu nhỏ về cấu hình máy tính cũng như trình độ sử dụng máy tính, cụ thể:
- Máy tính cài đặt hệ điều hành Windows XP trở lên
cách khởi động máy tính và khởi động chương trình tính toán.
- Với ứng dụng tính toán khối lượng bồi lấp: cần cài đặt thêm Autocad và bộ ứng dụng văn phòng microsoft offce.
3.6. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG. 3.6.1. Ứng dụng tính toán độ mở cống hợp lý: 3.6.1. Ứng dụng tính toán độ mở cống hợp lý:
- Nghiên cứu đo đạc thực tế xác định lưu tốc điểm gây xói với các cấp lưu lượng qua cống khác nhau, từ đó lập bảng tra quan hệ lưu lượng qua từng cống và lưu tốc lớn nhất tại mặt cắt hạ du tướng ứng. Quan hệ này sẽ chính xác hơn việc tính toán lưu tốc điểm theo công các công thức kinh nghiệm.
- Mở rộng một số tính năng, xây dựng lại dao diện để có thể áp dụng việc tính toán độ mở hợp lý cho một cống bất kỳ.
- Nghiên cứu phát triển ứng dụng tính toán độ mở cống chạy trên WEB SERVER, việc này sẽ giúp cho việc tính toán độ mở cống có thể thực hiện mọi lúc mọi nơi, ngay cả khi sử dụng điện thoại di động có kết nối internet.
- Phần tính toán các thông số thiết kế cống: Có thể mở rộng ngoài việc tính toán khẩu độ cống, tiêu năng đã được đề cập mở rộng thêm tính toán các chi tiết, các kích thước khác của công trình cống và in ra các bản vẽ cơ bản trên Autocad, và các khối lượng xây đúc cơ bản. Trong thực tế các cống đầu kênh có qui mô nhỏ trong các dự thiết các hệ thống kênh mương là rất nhiều và tốn rất nhiều thời gian để thực hiện bằng tay. Nếu xây dựng được ứng dụng này sẽ rất hữu hiệu và thiết thực ứng dụng trong lĩnh vực thủy lợi.