6.1.1. Khái niệm
- Dung tích chết: là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết, là phần dung tích thấp nhất trong hồ.
- Mục đích bố trí: dung tích chết là để chứa phần bùn cát lắng đọng trong suốt thời kỳ hoạt động của công trình, tạo đầu nước phục vụ cho tưới tự chảy, phát điện với công suất tối thiểu thiết kế, phục vụ giao thông vận tải……
6.1.2. Các điều kiện xác định dung tích chết (Vc )– MNC
Vc được xác định dựa vào các điều kiện sau: •Theo yêu cầu chứa bùn cát
Dung tích chết phải chứa hết phần bùn cát lắng đọng trong suốt thời gian công tác của hồ chứa ,theo công thức (8-1)trang 323 giáo trình thủy văn công trình, ta có:
Vc> Vbc.T (6-1) '' c Z = Zbc + h + a. (6-2) Trong đó: Vc: Dung tích chết
Vbc: Dung tích bùn cát lắng đọng lấy từ tài liệu thủy văn Vbc=0,798. 103 m3/năm. T: Tuổi thọ của công trình. Xác định từ chỉ tiêu thiết kế T = 75 năm (theo Bảng 11 điều 8.1.1.2 trang 25 QCVN – 04 – 05: 2012)
Zbc: Cao trình bùn cát lắng đọng được xác định từ Vbc.
a: Khoảng cách an toàn tính từ cao trình bùn cát đến đáy cống để tránh không cho bùn cát cuốn vào cống trong quá trình làm việc, sơ bộ chọn a = 0,2 m.
h: khoảng cách theo phương đứng tính từ đáy cống đến mực nước chết nhằm đảm bảo được yêu cầu làm việc của cống, sơ bộ chọn h = 1.d = 1.0,8 = 0,8 m
⇒ Vc > Vbc.T = 0,798.103 .75 = 59,85.103 (m3 ) Từ Vc = 59,85.103 (m3) tra quan hệ lòng hồ Z~V ta được '
c
Z = 37,5 m
⇒ ''
c
Z = Zbc + h + a = 37,5 + 0,2 + 0,8 = 38,5 m •Đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy
Zđk theo công thức (8-2) trang 324 giáo trình thủy văn công tình, ta có : Zđk = Zruong + a + ∆Z (6-3)
Trong đó:
Zruộng: Cao trình thiết kế của mặt ruộng tại khu tưới a: Gia số an toàn
∆Z : Tổng tổn thất đầu nước dọc kênh
Theo tài liệu thủy nông cao trình khống chế đầu kênh chính là Zđk = 32 m Như vậy: Từ ba điều kiện trên chọn cao trình mực nước chết là giá trị lớn nhất:
MNC = Max ( Zc, '
c
Z , "
c
Z ) = 38,5 m
Từ Zc = 38,5 m tra quan hệ lòng hồ Z ~ V ta được dung tích chết của hồ chứa:Vc = 0,14.106 (m3)
•Các yêu cầu khác
Phần dung tích chết thiết kế không chỉ đảm bảo 3 yêu cầu trên mà còn đáp ứng các yêu cầu khác như: Giao thông đường thủy, phát điện, du lịch, thủy sản v.v…
Ở đây, do hồ chứa Láng Nhớt có nhiệm vụ chủ yếu là cấp nước tưới và sinh hoạt cho dân cư trong khu vực dự án nên để đơn giản chỉ xác định dung tích chết theo yêu cầu đảm bảo được tuổi thọ của công trình sau đó kiểm tra lại yêu cầu tưới tự chảy.
6.2. Tính toán cao trình mực nước dâng bình thường (MNDBT)6.2.1. Khái niệm 6.2.1. Khái niệm
Mực nước dâng bình thường (MNDBT): là mực nước cao nhất trong kho mà có thể giữ được trong một thời gian lâu dài. Đây là mực nước trữ cao nhất trong hồ ứng với điều kiện thủy văn và chế độ làm việc bình thường như đã tính toán.
Dung tích hiệu dụng (Vh): Là phần dung tích được giới hạn bởi mực nước chết và mực nước dâng bình thường.
6.2.2. Tài liệu tính toán
Đặc trưng lòng hồ: quan hệ Z ∼ V ∼ F Tài liệu về bốc hơi.
Tài liệu về phân phối dòng chảy năm thiết kế ứng với tần suất 85%. Tài liệu về nhu cầu dùng nước tính tại đầu mối.
Tiêu chuẩn thấm qua hồ: chọn k = 1,5%.
6.2.3. Nội dung – Phương pháp tính toán
Bước 1: Sắp xếp lượng nước đến và lưu lượng nước dùng hàng tháng ứng với P = 85% theo trình tự năm thuỷ văn bắt đầu là tháng đầu mùa lũ (tháng 9), kết thúc tháng cuối mùa kiệt (tháng 8).
Bước 2: Tính tổng lượng nước đến và lượng nước dùng hàng tháng:
W = Q.∆t (6-4)
Trong đó:
Q - Lưu lượng nước. ∆t-Thời gian trong tháng.
Bước 3: Từ tổng lượng nước đến và tổng lượng nước dùng hàng tháng, tiến hành tính toán cân bằng nước xác định dung tích hiệu dụng của hồ khi chưa kể tổn thất.
Bước 4: Tính toán tổn thất: Wtt = Wth + Wbh Wth: Tổn thất do thấm Wth = K.Vbq
K : Hệ số thấm của hồ phụ thuộc điều kiện địa chất lòng hồ, lấy K = 1.0%. bq
V : Dung tích bình quân hồ trong tháng. Wbh: Tổn thất do bốc hơi: Wbh = ΔZ. Fbq
ΔZ: Lượng bốc hơi hàng tháng. bq
F : Diện tích mặt hồ bình quân trong tháng.
Bước 5: Tính tổng lượng nước đi trong tháng: Wđi = Wyc + Wtt
Bước 6: Tính cân bằng nước hồ chứa khi đã kể tổn thất: Wđến – Wđi = ± ∆V.
Bước 7: Từ tổng lượng nước đến, tổng lượng nước dùng và tổng lượng nước tổn thất hàng tháng, tiến hành tính toán cân bằng nước xác định dung tích hiệu dụng của hồ khi có kể tổn thất. Bước 8: Xác định MNDBT, biết h MNDBT K Vc V V = + tra quan hệ (Z~V) ⇒MNDBT. Trình tự tính toán: • Tính Vh khi chưa kể đến tổn thất .
Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng tính (6-1)
Bảng (6-1). Tính điều tiết hồ khi chưa kể đến tổn thất
Tháng Số Q85% W85% Wyc DW+ DW- Vhi xả thừa ngày (m3/s) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 9 30 0,053 0,137 0,034 0,103 0,103 10 31 0,704 1,886 0 1,886 1,989 11 30 0,872 2,260 0 2,260 3,581 0,668 12 31 0,35 0,937 0,646 0,291 3,581 0,291 1 31 0,141 0,378 0,55 0,172 3,409 2 28 0,086 0,208 0,667 0,459 2,950 3 31 0,063 0,169 0,7 0,531 2,418 4 30 0,053 0,137 0,22 0,083 2,336 5 31 0,072 0,193 0,921 0,728 1,608
Tháng ngày (m3/s) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) 7 31 0,054 0,145 0,727 0,582 0,666 8 31 0,044 0,118 0,784 0,666 0,000 Tổng 6,830 5,87 4,541 3,581 0,959 Trong đó:
Cột 1: Các tháng xếp theo thứ tự năm thủy lợi. Cột 2: số ngày có trong tháng.
Cột 3: lưu lượng dòng chảy đến bình quân tháng (tài liệu dòng chảy năm thiết kế) Cột 4: Tổng lượng nước đến bình quân tháng, WQ = Qi . ∆ti
Cột 5: Tổng lượng nước yêu cầu bình quân tháng (tài liệu về yêu cầu dùng nước) Côt 6: lượng nước thừa trong tháng, ∆ Wi = W85% - Wyc > 0
Cột 7: lượng nước thiếu trong tháng ∆ Wi = W85% - Wyc < 0(tổng cột 7 là Vh ) Cột 8 : dung tích kho tích trữ từng tháng
Cột 9: lượng nước xả trong tháng.
• Tính toán lượng nước tổn thất do thấm và bốc hơi.(Bảng tính 6-2)
Bảng(6-2). Tính tổn thất do bốc hơi, thấm lần 1 Tháng Vi ΔZ Wb Wt Wtt Wd Wq ∆W+ ∆W- Vhi xả thừa 106m3 106m3/s km2 mm 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) 0,140 0,14 9 0,243 0,192 0,121 59,9 0,007 0,002 0,009 0,137 0,043 0,094 0,234 10 2,129 1,186 0,328 50,0 0,016 0,012 0,028 1,886 0,028 1,857 2,092 11 3,721 2,925 0,49 0 63,5 0,031 0,029 0,060 2,260 0,060 2,200 4,125 0,167 12 3,721 3,721 0,508 76,5 0,039 0,037 0,076 0,937 0,722 0,215 4,125 0,215 1 3,549 3,635 0,501 75,2 0,038 0,036 0,074 0,378 0,624 0,246 3,879 2 3,090 3,319 0,49 4 66,1 0,033 0,033 0,066 0,208 0,733 0,525 3,354 3 2,558 2,824 0,490 67,3 0,033 0,028 0,061 0,169 0,761 0,592 2,761 4 2,476 2,517 0,482 64,4 0,031 0,025 0,056 0,137 0,276 0,139 2,623 5 1,748 2,112 0,452 70,1 0,032 0,021 0,053 0,193 0,974 0,781 1,842 6 1,388 1,568 0,372 67,8 0,025 0,016 0,041 0,262 0,662 0,400 1,441 7 0,806 1,097 0,317 71,2 0,023 0,011 0,034 0,145 0,761 0,616 0,825 8 0,140 0,473 0,200 70,8 0,014 0,005 0,019 0,118 0,803 0,685 0,140 Tổng 6,447 4,367 3,985 0,382
Trong đó:
Cột 1: Các tháng xếp theo thứ tự năm thủy lợi. Cột 2: dung tích kho, Vkho = Vc+ Vhi
Với:
Vhi : dung tích hồ ứng với từng tháng ghi ở cột 8 bước 1. Vc : dung tích kho ứng với mực nước chết, Vc = 0,14 . 106 m3. Cột 3:dung tích kho bình quân,
2 1 i i i V V V + = −
Cột 4: diện tích mặt hồ tương ứng với dung tích kho, xác đinh dựa vào quan hệ (V∼Z), (F∼Z) khi biết Vk
Cột 5: lượng bốc hơi mặt hồ ứng với từng tháng ( tài liệu về bốc hơi ) Cột 6: lượng nước tổn thất do bốc hơi, Wbh = F.∆Zi,
Với :
∆Zi : lượng bốc hơi từng tháng (tài liệu)
Cột 7: lượng nước tổn thất do thấm, Wt = K. Vki , Với:
K=1% : tiêu chuẩn thấm trong kho nước, phụ thuộc vào điều kiện địa chất lòng hồ. Cột 8: Tổng lượng nước tổn thất, Wtt = Wt + Wbh
Cột 9: Tổng lượng nước đến từng tháng (tài liệu).
Cột 10: Tổng lượng nước sử dụng bình quân tháng ( có kể đến tổn thất ). Cột 10 = Cột 5 (của bảng 5-1) + Cột 8 (của bảng 5-2)
Cột 11: lượng nước thừa trong tháng, ∆ Wi = W85% - ΣWyc > 0 Cột 12: lượng nước thiếu trong tháng, ∆ Wi = W85% - ΣWyc < 0 Cột 13: dung tích kho tích trữ từng tháng.
Cột 14: lượng nước xả trong tháng.
Kết quả tính toán điều tiết hồ lần 1: Sau khi lập bảng tính toán điều tiết, ta xác định được dung tích cần thiết để điều tiết dòng chảy hay chính là dung tích hiệu dụng Vh trong 2 trường hợp không kể đến tổn thất và có tổn thất
- Dung tích hiệu dụng chưa kể đến lượng tổn thất: Vh = 3,581.106m3 - Dung tích hiệu dụng có kể đến tổn thất: Vh’ = 3,985.106m3.
- Dung tích toàn bộ hồ: Vh=VMNC + Vh’= 0,14 .106 + 3,985.106 = 4,125.106m3 Với V= 4,125.106 tra đường quan hệ (Z ∼ V), suy ra : ZMNDBT = 49,95 m Kiểm tra sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng:
điều tiết có xét đến tổn thất lại lần 2.
Bảng(6-3). Tính tổn thất do bốc hơi, thấm lần 2 Tháng Vi ΔZ Wb Wt Wtt Wd Wq ∆W+ ∆W− Vhi xả thừa 106m3 106m3/s km2 mm 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 106m3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) 0,140 0,14 9 0,234 0,187 0,119 59,9 0,007 0,002 0,009 0,137 0,043 0,094 0,234 10 2,092 1,163 0,325 50 0,016 0,012 0,028 1,886 0,028 1,858 2,092 11 4,125 3,108 0,490 63,5 0,031 0,031 0,062 2,260 0,062 2,198 4,143 0,147 12 4,125 4,125 0,538 76,5 0,041 0,041 0,082 0,937 0,728 0,209 4,143 0,209 1 3,879 4,002 0,529 75,2 0,040 0,040 0,080 0,378 0,630 0,252 3,891 2 3,354 3,616 0,500 66,1 0,033 0,036 0,069 0,208 0,736 0,528 3,363 3 2,761 3,058 0,490 67,3 0,033 0,031 0,064 0,169 0,764 0,595 2,768 4 2,623 2,692 0,49 0 64, 4 0,032 0,027 0,058 0,137 0,278 0,141 2,627 5 1,842 2,232 0,465 70,1 0,033 0,022 0,055 0,193 0,976 0,783 1,844 6 1,441 1,641 0,380 67,8 0,026 0,016 0,042 0,262 0,663 0,401 1,442 7 0,825 1,133 0,322 71,2 0,023 0,011 0,034 0,145 0,761 0,617 0,826 8 0,140 0,483 0,202 70,8 0,014 0,005 0,019 0,118 0,803 0,685 0,140 Tổng 6,473 4,359 4,003 0,356 Trong đó:
Cột 2: Được lấy từ cột 13 của bảng 6-2.
Các cột khác được giải thích tương tự như bảng 6-2 của lần lặp trước. Kiểm tra sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng:
( ) .100% 0,45% 10 . 003 , 4 10 . 985 , 3 003 , 4 6 6 1 = − = ∆V
Sai số cho phép 0,45% < 1%→ sai số nằm trong giới hạn cho phép. Kết quả tính toán điều tiết hồ lần :
- Dung tích hiệu dụng có kể đến tổn thất: Vh’ = 4,003.106m3.
- Dung tích toàn bộ hồ :Vh=VMNC + Vh’= 0,14 .106 + 4,003.106 = 4,143.106m3
Dựa vào dung tích toàn bộ hồ, tra đường quan hệ Z ∼ V xác định được mực nước ứng với dung tích trong hồ hay chính là MNDBT.
Với V= 4,143.106 tra đường quan hệ (Z ∼ V), suy ra : ZMNDBT = 49,98m. Kết luận:
Kiểm tra lại cấp công trình theo ZMNDBT : Ta có: H = 49,98 – 36 + 2 = 15,98 m.
Với: H = 15,98 m, tra bảng 1/ trang 10 - QCVN-04-05: 2002/BNNPTNT ứng với loại đất nền là loại B ta được cấp của công trình là cấp II.
Chương 7
HÌNH THỨC CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
7.1. Đập ngăn sông
Do điều kiện địa chất của vùng tuyến chủ yếu là nền đất và vật liệu xây dựng xung quanh vùng có sẵn và có thể khai thác để đắp đập nên chọn phương án đập ngăn nước là đập đất, đống đá tiêu nước.
7.2. Công trình tháo lũ
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng tại công trình đầu mối ta chọn hình thức công trình tháo lũ là :
- Hình thức là tràn dọc, không có cửa van, ngưỡng tràn thực dụng. Cao trình ngưỡng bằng MNDBT.
- Nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước. - Độ dốc dốc nước: i = 8%
- Hình thức tiêu năng sau dốc nước: tiêu năng đáy. - Kết cấu tràn: bê tông và bê tông cốt thép.
7.3. Cống lấy nước
Tuyến cống nằm bên vai phải tuyến đập
Cao trình đáy cống lấy nước chọn từ cao trình bùn cát, cao trình mực nước chết và cao trình khống chế tưới tự chảy. Cao trình đáy cửa vào cống +37,00
Chương 8
THIẾT KẾ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH THEO CÁC PHƯƠNG ÁN
8.1. Tính toán điều tiết lũ cho các phương án Btr8.1.1. Mục đích, ý nghĩa, tính toán điều tiết lũ 8.1.1. Mục đích, ý nghĩa, tính toán điều tiết lũ 8.1.1.1. Mục đích
Mục đích của công việc tính toán điều tiết lũ để ta xác định được đường quá trình xả lũ ( q~t ), dung tích phòng lũ ( Vpl ) hợp lý, lưu lượng xả lũ lớn nhất (qmax), cột nước siêu cao (Hsc) ứng với từng phương án chiều rộng Btr trên cơ sở dung tích phòng lũ đó ta xác định được cao trình đỉnh đập, quy mô kích thước của công trình tràn sao cho phù hợp với yêu cầu phòng lũ ở hạ lưu.
8.1.1.2. Ý nghĩa
Việc tính toán điều tiết lũ gắn liền với quy mô kích thước công trình tràn, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cao trình đỉnh đập và hàng loạt các vấn đề khác … nhưng vấn đề đơn giản nhất là phòng lũ ở hạ lưu. Từ đó ta thấy nó sẽ quyết định đến giá thành công trình, yêu cầu về thi công vì thế ta phải tính toán điều tiết lũ cho nhiều phương án khác nhau để tìm ra một phương án tối ưu nhất cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.
8.1.1.3. Tài liệu tính toán
Để tính toán điều tiết lũ ta cần những tài liệu sau: - Quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ F – Z – V - Cao trình MNDBT = 49,98 m
- Cao trình ngưỡng tràn Zng tran= 48,98
- Bề rộng tràn: Trong trường hợp này ta tính cho 3 phương án Btr. - Đường quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế P = 1%
- Đường quá trình lũ ứng với tần suất kiểm tra P = 0,2%
8.1.2. Phương pháp và các bước tính toán8.1.2.1. Phương pháp tính toán 8.1.2.1. Phương pháp tính toán
Các phương pháp tính điều tiết lũ là : - Phương pháp lặp trực tiếp.
- Phương pháp đồ giải của Po-ta-pop. - Phương pháp đơn giản hóa của Kô-trê-rin.
Phương pháp điều tiết lũ lặp trực tiếp tương đối đơn giản và cho kết quả khá chính xác nên trong đồ án em chọn phương pháp điều tiết lũ lặp trực tiếp.
8.1.2.2. Nguyên lý tính toán
Dựa vào phương trình cân bằng nước: Giữa lượng nước đến và lượng nước xả lũ của kho nước: Lượng nước đến – Lượng nước xả = Lượng nước trữ
Phương trình cân băng nước trong tính toán điều tiết lũ cho kho nước : Q.dt – qdt = F.dh
Nếu xét trong thời đoạn ∆t , lấy phần dung tích kho ∆V thay cho F.dh ta có phương trình cân bằng nước mới dạng sai phân sau đây:
V t q t Q.∆ − .∆ =∆ Trong đó :
Q và q là lưu lượng lũ đến và lưu lượng xả bình quân thời đoạn.Công thức trên có thể viết thành : ( 1 2) ( 1 2) 2 1 2 1 2 1 V V t q q t Q Q + ∆ − + ∆ = − (8-1) Hoặc: V2 =V1 − (Q1 +Q2)∆t− (q1 +q2)∆t 2 1 2 1 (8-2) Q1, Q2: lưu lượng chảy vào kho đầu và cuối thời đoạn ∆t.
q1, q2: lưu lượng xả đầu và cuối thời đoạn ∆t. V1, V2 : Dung tích kho đầu và cuối thời đoạn ∆t. q: Lưu lượng xả bình quân thời đoạn.
Phương trình thủy lực qua công trình xả lũ :q = m.B. (8-3)
m: Hệ số lưu lượng. Với đập tràn thực dụng sơ bộ chọn m = 0,42 B: Bề rộng tràn (m)
H: Cột nước tràn.
Đường quan hệ mực nước dung tích: Z~V
Đường quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu: H~Q
Trong hệ phương trình (8-2) và (8-3) có 2 giá trị cần phải xác định, đó là q2 và