đún lũ
10.1 Quy định chung
10.1.1 Mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra và mực nước đún lũ của hồ chứa nước được xỏc định thụng qua tớnh toỏn điều tiết lũ 3. Cơ sở để tớnh toỏn điều tiết lũ là giải hệ phương trỡnh cơ bản sau:
a) Phương trỡnh cõn bằng nước:
Qv(t) – Qr(t) x t = V(t) (43)
b) Phương trỡnh động lực mụ tả quỏ trỡnh chuyển nước qua cỏc cửa vào hoặc cửa ra của hồ chứa: Q(t) = fC, Zt(t), Zh(t) (44)
trong đú:
t là khoảng thời gian tớnh toỏn, s;
Qv(t) là lưu lượng nước lũ chảy vào hồ chứa trong khoảng thời gian tớnh toỏn t, m3/s;
Qr(t) là lưu lượng nước thỏo ra khỏi hồ chứa qua cỏc cụng trỡnh xả trong khoảng thời gian tớnh toỏn t, m3/s;
V(t) là chờnh lệch dung tớch hồ chứa trong khoảng thời gian tớnh toỏn t, m3;
C là đặc trưng cho thụng số cụng tỏc của cửa đưa nước ra khỏi hồ (hoặc đưa nước vào hồ); Zt(t) là quỏ trỡnh mực nước trong hồ (mực nước thượng lưu) theo thời gian t, m;
Zh(t) là quỏ trỡnh mực nước ở hạ lưu tuyến ra (mực nước hạ lưu) theo thời gian t, m;
Q(t) là hàm số biểu thị quan hệ giữa lưu lượng nước chảy vào hồ (hoặc chảy ra khỏi hồ) với cỏc đại lượng C, Zt(t) và Zh(t), m3/s.
VÍ DỤ: Đối với loại cửa ra là đập tràn đỉnh rộng, khụng cú cửa van điều tiết, chế độ chảy tự do, phương trỡnh (44) được viết như sau::
Q = 4,43 x n x x m x B x H03/2 (45) trong đú:
B = b;
B là tổng chiều rộng nước tràn, m; b là chiều rộng của từng khoang tràn, m;
3Kết quả tớnh toỏn điều tiết lũ xỏc định được dung tớch cắt lũ. Biết được dung tớch hồ trước khi đún lũ về và dung tớch cắt lũ sẽ xỏc định mực nước lớn nhất của hồ chứa thụng qua đường đặc tớnh dung tớch.
n là hệ số ngập (trường hợp khụng ngập thỡ n = 1,0);
là hệ số co hẹp bờn; m là hệ số lưu lượng;
H0 là cột nước trờn đỉnh đập tràn cú kể tới lưu tốc đến gần, m; Cỏc hệ số n, , m và H0 xỏc định theo TCVN 9147 : 2012.
10.1.2 Cú nhiều phương phỏp giải hệ phương trỡnh (43) và (44). Ngoài phương phỏp giải hệ phương trỡnh quy định trong tiờu chuẩn này, cho phộp ỏp dụng cỏc phần mềm chuyờn dụng đó được kiểm nghiệm ở trong nước và phương phỏp tớnh toỏn thụng dụng khỏc đang được giảng dạy trong cỏc trường đại học kỹ thuật liờn quan đến tớnh toỏn điều tiết lũ của hồ chứa.
10.1.3 Cần cú cỏc tài liệu cơ bản và điều kiện biờn sau đõy phục vụ tớnh toỏn điều tiết lũ:
a) Mụ hỡnh trận lũ thiết kế và trận lũ kiểm tra, bao gồm lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng trận lũ và đường quỏ trỡnh phõn phối tổng lượng lũ theo thời gian. Phương phỏp xỏc định mụ hỡnh trận lũ thiết kế và trận lũ kiểm tra thực hiện theo quy định hiện hành về tớnh toỏn cỏc đặc trưng thủy văn thiết kế;
b) Thụng số thiết kế của cỏc cụng trỡnh tham gia thỏo lũ như cụng trỡnh xả mặt (cao trỡnh ngưỡng tràn, chiều rộng đường tràn, hỡnh thức tràn...), kớch thước và cao trỡnh của cỏc cụng trỡnh xả sõu. Dựa vào cỏc thụng số này để tớnh toỏn thiết lập đường cong biểu diễn quan hệ giữa khả năng xả lũ (lưu lượng xả lũ) của cỏc cụng trỡnh thỏo lũ cú mặt trong cụng trỡnh hồ chứa với mực nước hồ chứa. Với nhà mỏy thủy điện khi lũ đến vẫn hoạt động thỡ phải tớnh thờm lưu lượng qua tuốc bin như một thành phần của lưu lượng xả lũ. Trong thành phần của lưu lượng xả lũ khụng xột đến lượng nước qua õu thuyền và lượng nước dựng cho tưới ruộng và cỏc mục đớch khỏc;
c) Lựa chọn phương thức xả lũ phự hợp với điều kiện của đối tượng cần bảo vệ ở hạ du; d) Đường đặc tớnh dung tớch hồ chứa (đường quan hệ Z V);
e) Căn cứ vào yờu cầu phũng lũ cho cỏc khu vực xung quanh bờ hồ và thượng lưu hồ để xỏc định mực nước lớn nhất cho phộp xuất hiện trong lũng hồ, đề xuất biện phỏp phự hợp nhằm hạn chế ảnh hưởng bất lợi của ngập lụt do hồ vận hành xả lũ gõy ra;
f) Khả năng thỏo lũ cho phộp của đoạn sụng hạ lưu. Căn cứ vào yờu cầu cụ thể của cỏc đối tượng phũng lũ ở hạ du và mực nước lũ lớn nhất đó từng xảy ra trong lịch sử để xỏc định mực nước an toàn và lưu lượng xả an toàn của đoạn sụng phớa hạ du;
g) Dự bỏo về mực nước lớn nhất và thời gian xuất hiện đỉnh lũ tại cỏc khu vực cần bảo vệ ở phớa sụng khi hồ chứa xả lũ thiết kế và xả lũ kiểm tra.
10.2 Tớnh toỏn điều tiết lũ khi đó biết kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ
10.2.1 Mục đớch chớnh của tớnh toỏn điều tiết khi xuất hiện trận lũ thiết kế (hoặc trận lũ kiểm tra) trong trường hợp đó biết loại cụng trỡnh thỏo lũ và kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ là xỏc định được đường quỏ trỡnh lưu lượng xả xuống hạ lưu, đường quỏ trỡnh dung tớch cắt lũ và đường quỏ trỡnh mực nước thượng lưu hồ (mực nước hồ).
10.2.2 Phương phỏp tớnh toỏn điều tiết như sau:
a) Lưu lượng nước lũ xả qua cụng trỡnh thỏo lũ để xuống hạ lưu được tớnh theo cỏc cụng thức nờu trong TCVN 9147 : 2012;
b) Giả thiết trong khoảng thời gian t lưu lượng vào hồ là Qv, lưu lượng ra khỏi hồ là Qr và dung tớch hồ thay đổi theo quan hệ tuyến tớnh (đường thẳng). Từ phương trỡnh (43) biến đổi và viết lại thành phương trỡnh (46). Từ phương trỡnh (44) lập thờm phương trỡnh đường cong bổ trợ (47) biểu thị quan hệ giữa khả năng xả lũ của cụng trỡnh với dung tớch hồ trong thời gian t:
V1 + 0,5 x Qv x t = V + 0,5 x Qr x t (46)
Qr = f(V + 0,5 x Qr x t ) (47) trong đú:
V là dung tớch hồ trung bỡnh trong khoảng thời gian t, m3; V1 là dung tớch hồ ở đầu thời đoạn tớnh toỏn, m3;
c) Giải phương trỡnh (46) và (47) xỏc định được đường quỏ trỡnh mực nước hồ chứa, đường quỏ trỡnh lưu lượng xả qua cụng trỡnh thỏo lũ xuống hạ lưu và đường quỏ trỡnh dung tớch hồ. Mỗi loại đường quỏ trỡnh núi trờn, lựa chọn một giỏ trị lớn nhất làm thụng số thiết kế.
10.2.3 Cú thể tham khảo phương phỏp giải hệ phương trỡnh (46), (47) và lựa chọn mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra thụng qua vớ dụ nờu ở phụ lục E.
10.3 Tớnh toỏn điều tiết lũ khi cho trước dung tớch dành để cắt lũ
10.3.1 Mục đớch chớnh của tớnh toỏn điều tiết lũ trong trường hợp đó biết dung tớch cắt lũ và yờu cầu mực nước lớn nhất của hồ khi vận hành xả lũ (lũ thiết kế hoặc lũ kiểm tra) khụng vượt quỏ cao trỡnh cho phộp là phải xỏc định mực nước đún lũ, loại cụng trỡnh xả lũ và kớch thước cụng trỡnh xả hợp lý.
10.3.2 Lựa chọn mực nước đún lũ khi vận hành xả lũ là phải đảm bảo chứa được dung tớch cắt lũ theo yờu cầu và mực nước lớn nhất của hồ khụng vượt quỏ cao trỡnh cho phộp. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng cụng trỡnh mà lựa chọn mực nước đún lũ phự hợp. Mực nước đún lũ được chọn cú thể bằng hoặc thấp hơn mực nước dõng bỡnh thường nhưng khụng được thấp hơn mực nước chết.
10.3.3 Chọn loại cụng trỡnh thỏo lũ và xỏc định kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ phự hợp với dung tớch cắt
lũ theo trỡnh tự sau:
a) Đề xuất một số phương ỏn về loại cụng trỡnh thỏo lũ. Mỗi phương ỏn loại cụng trỡnh thỏo lũ lại giả thiết nhiều phương ỏn kớch thước khỏc nhau;
b) Áp dụng phương phỏp tớnh toỏn điều tiết lũ đó nờu tại 10.2 để xỏc định mực nước lớn nhất, dung tớch cắt lũ lớn nhất và lưu lượng xả lớn nhất cho từng phương ỏn;
c) Tương ứng với mỗi phương ỏn loại cụng trỡnh thỏo lũ, vẽ đường quan hệ giữa dung tớch cắt lũ với kớch thước cụng trỡnh xả. Từ đường quan hệ này tỡm được kớch thước cụng trỡnh xả phự hợp với dung tớch cắt lũ cho phộp. Từ kớch thước cụng trỡnh xả đó biết, xỏc định được mực nước lớn nhất của hồ; d) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của cụng trỡnh và kết quả tớnh toỏn xỏc định mực nước lớn nhất thiết kế (hoặc mực nước lớn nhất kiểm tra) cho từng phương ỏn loại cụng trỡnh thỏo lũ, tiến hành phõn tớch, lựa chọn loại cụng trỡnh thỏo lũ, kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ và mực nước lớn nhất thiết kế phự hợp.
10.4 Xỏc định cỏc thụng số hợp lý của dung tớch cắt lũ và của cỏc cụng trỡnh thỏo lũ
Nội dung của phương phỏp như sau:
a) Giả thiết một số phương ỏn về dung tớch cắt lũ, mực nước đún lũ, loại cụng trỡnh thỏo lũ, kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ và tổ hợp cỏc phương ỏn với nhau.
b) Tớnh toỏn điều tiết cho từng phương ỏn đề xuất theo cỏc phương phỏp đó nờu tại 10.2 và 10.3. c) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng cụng trỡnh, yờu cầu về phũng chống lũ ở hạ lưu để luận chứng về mặt kinh tế và kỹ thuật lựa chọn phương ỏn điều tiết lũ và xỏc định cỏc thụng số hợp lý về dung tớch cắt lũ, mực nước đún lũ, mực nước lớn nhất của hồ (tương ứng với tần suất thiết kế và tần suất kiểm tra) loại cụng trỡnh thỏo lũ và kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ phự hợp.
10.5 Tớnh toỏn điều tiết khi cho trước lưu lượng xả an toàn cho phộp ở tuyến phũng lũ hạ du 10.5.1 Trường hợp khụng quy định dung tớch dành để cắt lũ, ỏp dụng phương phỏp tớnh toỏn và trỡnh tự cỏc bước tớnh toỏn đó nờu tại 10.4 nhưng phải lấy thờm điều kiện biờn là lưu lượng cho phộp xả xuống hạ lưu. Tương ứng với mỗi tổ hợp phương ỏn loại cụng trỡnh thỏo lũ và kớch thước cụng trỡnh xả vẽ cỏc đường quan hệ sau:
a) Đường quan hệ giữa dung tớch cắt lũ với lưu lượng xả, từ đú xỏc định được dung tớch cắt lũ tương ứng với lưu lượng xả cho phộp;
b) Đường quan hệ giữa dung tớch cắt lũ với kớch thước cụng trỡnh xả. Từ đường quan hệ này tỡm được kớch thước cụng trỡnh xả phự hợp với dung tớch cắt lũ đó tớnh được. Từ kớch thước cụng trỡnh xả và lưu lượng xả đó biết, xỏc định được mực nước lớn nhất của hồ;
c) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của cụng trỡnh và kết quả tớnh toỏn điều tiết cho từng phương ỏn loại cụng trỡnh thỏo lũ, tiến hành phõn tớch, lựa chọn loại cụng trỡnh thỏo lũ, kớch thước cụng trỡnh thỏo lũ, dung tớch phũng lũ và mực nước lớn nhất phự hợp với lưu lượng thỏo lũ cho phộp xả xuống hạ lưu.
10.5.2 Trường hợp quy định dung tớch dành để cắt lũ, ỏp dụng phương phỏp tớnh toỏn đó nờu tại 10.4 nhưng phải lấy thờm điều kiện biờn là lưu lượng cho phộp xả xuống hạ lưu.
Phụ lục A
(Quy định)
Tớnh toỏn bựn cỏt bồi lắng trong hồ chứa nước
A.1 Quy định chung
A.1.1 Dung tớch bựn cỏt bồi lắng trong hồ chứa nước sau một thời gian vận hành T năm, ký hiệu là Vbc, đơn vị là m3, được xỏc định theo cụng thức tổng quỏt sau:
Vbc = V1 + V2 + V3 + V4 (A.1) trong đú:
V1 là dung tớch bựn cỏt lơ lửng lắng đọng trong hồ, m3;
V2 là dung tớch bựn cỏt di đẩy theo dũng nước chảy vào hồ, m3;
V3 là dung tớch bồi lấp do thảo mộc cú trong lũng hồ và do sạt lở, tỏi tạo bờ hồ khi hồ tớch nước, m3;
V4 là dung tớch bồi lắng do lũ quột mang theo bựn đất sạt lở trờn lưu vực chảy vào hồ, m3.
A.1.2 Cỏc phương phỏp tớnh toỏn xỏc định dung tớch bồi lắng cũng như xỏc định cỏc thành phần bựn cỏt bồi lắng trong cụng thức (A.1) được giới thiệu trong cỏc điều tiếp theo. Tuỳ thuộc vào trường hợp cụ thể của từng hồ như vị trớ địa lý khu vực dự ỏn, quy mụ hồ dự kiến xõy dựng, cỏc đặc điểm về khớ hậu (chủ yếu là đặc điểm mưa và bốc hơi), dũng chảy đến, địa hỡnh, địa mạo, địa chất, thổ nhưỡng, chất lượng thảm phủ trờn lưu vực v.v...., cơ quan tư vấn cần phõn tớch, lựa chọn phương phỏp tớnh toỏn và cỏc chỉ tiờu tớnh toỏn cho phự hợp.
A.1.3 Đối với cỏc hồ chứa nước loại vừa và nhỏ cú thể ỏp dụng sơ đồ c của hỡnh 1 (hồ bồi lắng dạng nờm) và cỏc giả thiết sau đõy để tớnh toỏn bựn cỏt bồi lắng:
a) Toàn bộ lượng bựn cỏt do cỏc sụng suối trờn lưu vực chuyển đến bị lắng đọng đều tập trung vào khu vực sõu nhất của hồ;
b) Bề mặt của lớp bựn cỏt bồi lắng nằm ngang; c) Tốc độ bồi lắng ổn định theo thời gian.
Dung tớch bựn cỏt bồi lắng của hồ Vbc sau thời gian vận hành T năm được xỏc định theo cụng thức sau:
Vbc = V0 x T (A.2)
trong đú V0 là tổng khối lượng bựn cỏt bồi lắng bỡnh quõn trong một năm. V0 cũng bao gồm cỏc thành phần bựn cỏt bồi lắng như trong cụng thức (A.1). Cú Vbc, tra quan hệ Z ~ V (đường đặc tớnh dung tớch hồ) xỏc định được cao trỡnh bựn cỏt bồi lắng Zbc của hồ sau thời gian T năm vận hành.
A.1.4 Đối với cỏc hồ chứa nước loại lớn, tuỳ thuộc vào hỡnh dạng lũng hồ và đặc điểm dũng chảy bựn cỏt đến hồ, cú thể ỏp dụng sơ đồ a hoặc sơ đồ b của hỡnh 1 và sử dụng phương phỏp mụ hỡnh toỏn
thớch hợp (mụ hỡnh toỏn một chiều, hai chiều hoặc ba chiều) để tớnh toỏn lượng bựn cỏt bồi lắng. Đối với hồ chứa nước dạng sụng cú thể sử dụng mụ hỡnh toỏn một chiều để tớnh toỏn.
A.2 Tớnh toỏn theo phương phỏp cõn bằng lượng bựn cỏt qua hồ A.2.1 Cụng thức tổng quỏt
A.2.1.1 Dung tớch bựn cỏt bồi lắng trong hồ chứa nước sau thời gian vận hành T năm được xỏc định
theo cụng thức tổng quỏt sau:
Vbc = Vv + V3 + V4 - Vr (A.3) trong đú:
Vbc là dung tớch bựn cỏt bồi lắng trong hồ, m3: Vbc > 0: lũng hồ bị bồi;
Vbc < 0:lũng hồ bị xúi;
Vv là dung tớch bựn cỏt cú trong nước chảy vào hồ, m3, gồm hai thành phần chớnh là bựn cỏt lơ lửng và bựn cỏt di đẩy;
Vr là dung tớch bựn cỏt ra khỏi hồ, m3; V3 và V4 đó giải thớch trong cụng thức (A.1).
A.2.1.2Phương phỏp xỏc định cỏc thành phần bựn cỏt trong cụng thức (A.3) quy định tại cỏc điều từ
A.2.2 đến A.2.4.
A.2.2 Tớnh toỏn dung tớch bựn cỏt chảy vào hồ
A.2.2.1 Thành phần dung tớch bựn cỏt cú trong dũng nước chảy vào hồ trung bỡnh trong một năm (ký
hiệu là Vv) được xỏc định theo cụng thức sau:
Vv = Vll + Vdđ (A.4)
trong đú:
Vll là dung tớch bựn cỏt lơ lửng chảy đến hồ:
Vll = 31 536 x x Qo/bc (A.5)
là hàm lượng bựn cỏt lơ lửng (phự sa) cú trong nước chảy vào hồ, được xỏc định từ tài liệu thực đo hoặc từ bản đồ phõn vựng mụ duyn dũng chảy bựn cỏt, kg/m3;
Qo là chuẩn dũng chảy năm, m3/s;
bc là khối lượng riờng của bựn cỏt lơ lửng, t/m3, phụ thuộc vào đặc tớnh dũng chảy bựn cỏt, được xỏc định theo thực nghiệm; bc thường dao động từ 0,80 t/m3 đến 1,25 t/m3;
Vdđ là dung tớch bựn cỏt di đẩy (bựn cỏt đỏy) chảy vào hồ, lấy theo tỷ lệ phần trăm lượng bựn cỏt lơ lửng:
Vdđ = K2 x Vll (A.6)
K2 là hệ số bựn cỏt đi đẩy, phụ thuộc vào đặc tớnh của dũng chảy bựn cỏt và đặc tớnh xúi mũn đất trờn lưu vực. Trong tớnh toỏn thiết kế, K2 lấy từ 20 % đến 40 %.
A.2.2.2 Thành phần dung tớch bựn cỏt do thảo mộc cú trong lũng hồ trước khi hồ tớch nước và do sạt
lở, tỏi tạo bờ hồ khi hồ tớch nước (ký hiệu là V3) phụ thuộc vào đặc điểm địa hỡnh, cấu tạo địa chất khu vực bờ hồ và sụng suối phớa thượng lưu, độ sõu tớch nước và diện tớch mặt thoỏng của hồ, đặc điểm làm việc và cỏch thức vận hành, lấy theo tỷ lệ phần trăm tổng lượng bựn cỏt lơ lửng và lượng bựn cỏt di đẩy:
V3 = K3 x (Vll + Vdđ) (A.7)
trong đú K3 là hệ số bồi lắng tương ứng với thành phần bựn cỏt bồi lắng V3: K3 10 %.
A.2.2.3 Thành phần dung tớch bựn cỏt do lũ quột mang theo bựn đất sạt lở trờn lưu vực chảy vào hồ (ký
hiệu là V4) phụ thuộc vào vị trớ địa lý khu vực xõy dựng, dung tớch trữ nước cũng như cỏc đặc điểm về địa hỡnh, địa chất, chất lượng thảm phủ, đặc điểm sản xuất và khai thỏc tài nguyờn, khoỏng sản... trờn