Xác định dung tích hữu ích

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN TÁC ĐỘNG CỦA BĐKH VÀ PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI ĐẾN KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC HỆ THỐNG HỒ CHỨA TÀ KEO

3.1. TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC THEO CÁC KỊCH BẢN BĐKH VÀ KỊCH BẢN PHÁT TRIỂN KINH TẾ CỦA VÙNG

3.2.7. Xác định dung tích hữu ích

3.2.7.1. Khái niệm, nguyên lý và phương pháp tính toán a. Khái niệm

- Mực nước dâng bình thường Zbt là mực nước cao nhất cho phép tồn tại trong hồ một thời gian dài mà không ảnh hưởng đến độ an toàn của công trình thuỷ công.

- Dung tích hiệu dụng Vhd là dung tích khống chế giữa Zbt và ZC, đây là thành phần dung tích cơ bản của hồ, làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy.

Căn cứ vào yêu cầu dùng nước, bằng phương pháp điều tiết ta xác định được dung tích hiệu dụng.

b. Nguyên lý tính toán

Căn cứ vào tài liệu về lượng nước đến thiết kế (Qp ~ t) và lượng nước yêu cầu (qyc~t), ta thấy trong năm thuỷ lợi có một thời kì thừa nước và một thời kỳ thiếu nước liên tục, mặt khác QP> qyc nên ta có thể tính toán điều tiết năm với hình thức điều tiết một lần, áp dụng phương án trữ nước sớm.

Hình 3- 3: Sơ đồ nguyên lý điều tiết năm một lần, phương án trữ sớm Ghi chú:

+ Từ t0 ÷ t1 là thời kỳ thừa nước; từ t1 ÷ t2 là thời kỳ thiếu nước.

+ Năm thuỷ lợi bắt đầu từ thời kỳ thừa nước năm nay và kết thúc vào đầu thời kỳ thừa nước năm sau. Năm thuỷ lợi có thể không trùng với năm thuỷ văn.

- Nguyên lý tính toán điều tiết năm là nhằm hợp giải hệ phương trình cân bằng nước trong hồ chứa và quan hệ phụ trợ. Cụ thể hợp giải hệ phương trình sau:























).

( );

(

. ).

( 2 1

V Z F Z

V V

V t q Q r

t0

Tích sớm

Cấpnư ớc Vh = V-

HC

t1 t2

Hbt

Q (m3/s )

V+

Xả

V-

t0 t1 t2 t

Năm thuỷ lợi qr

Vbt

VC

V(t)

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước đến hồ trung bình trong thời gian ∆t = 1 (tháng).

q : Lưu lượng nước ra khỏi hồ trung bình trong thời gian ∆t = 1 (tháng). r

Với: qqycqbqt qx

qyc,q ,b q ,t q : Lần lượt là lưu lượng yêu cầu cấp cho nông nghiệp; lưu lượng x bốc hơi phu thêm khi xây hồ; lưu lượng thấm qua lòng hồ, công trình; lưu lượng xả thừa khi không dùng hết.

± ∆V: Chênh lệch dung tích hồ trong từng tháng.

V1, V2 : Dung tích hồ ở đầu và cuối tháng.

Z, F, và V : Lần lượt là mực nước, diện tích và dung tích hồ chứa (đặc trưng địa hình hồ chứa).

- Giải hệ hai phương trình trên tìm được dung tích hiệu dụng của hồ chứa Vhd. c. Phương pháp tính toán:

Việc giải hệ hai phương trình thường sử dụng hai phương pháp sau đây:

Phương pháp lập bảng để tính (giải tích):

- Nội dung phương pháp: gồm 4 bước chủ yếu sau đây:

+ Bước 1: Lập bảng tính Vhd khi chưa kể tổn thất (tính Vhd sơ bộ).

+ Bước 2: Lập bảng tính tổn thất theo dung tích Vhd sơ bộ.

+ Bước 3: Lập bảng tính Vhd khi có kể tổn thất.

+ Bước 4: Tính toán sai số dung tích hiệu dụng và lựa chọn Vhd.

- Ưu điểm: Tính toán đơn giản, sử dụng phần mềm Excel để tính toán. Hiện nay thường dùng phần mềm lập sẵn để tính toán cho hệ thống phức tạp.

- Nhược điểm: Chỉ thuận lợi đối với các hồ chứa độc lập và số phương án tính toán không nhiều. Với hồ lợi dụng tổng hợp thì phương pháp này mất nhiều thời gian.

Phương pháp đồ giải (dùng đường luỹ tích):

- Nội dung phương pháp: gồm 3 bước chủ yếu sau:

+ Vẽ đường luỹ tích WQ, Wq từ (Q ~ t), (q ~ t) (dùng thước tỷ lệ chùm).

+ Xác định điểm đầu và cuối thời kỳ thiếu nước.

+ Xác định lượng nước thiếu trong ∆t. Từ đó tìm được Vhd. - Ưu điểm: Phương pháp đồ giải đơn giản, trực quan hơn.

- Nhược điểm: Độ chính xác phụ thuộc vào người vẽ, tốn nhiều thời gian vẽ.

Chọn phương pháp:

Trong 2 phương pháp vừa nêu trên ta thấy phương pháp giải tích đơn giản hơn do có sự hỗ trợ của phần mềm Excel, ta sử dụng phương pháp giải tích để tính Vhd.

3.2.7.2. Tính toán điều tiết năm thiết kế theo phương pháp lập bảng Các tài liệu cần thiết phục vụ tính toán:

- Đường quá trình nước đến thiết kế theo tháng (Qp ~ t), (bảng 2-22).

- Đường quá trình bốc hơi phụ thêm khi có hồ chứa (Z ~ t)TK, (bảng 2-20).

- Đường quá trình lưu lượng yêu cầu của hệ thống theo tháng (qyc~t) (bảng 3-16) Bảng 3- 16: Quá trình lưu lượng yêu cầu của hệ thống theo tháng

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Số ngày 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 Wq (106m3) 2.33 2.13 1.73 1.48 2.14 1.37 1.45 0.529 1.045 0.289 0.77 1.09

- Đường đặc trưng địa hình hồ chứa:

Hình 3- 4: Biểu đồ đường quan hệ W~ Z ~ F

Tính toán xác định dung tích hiệu dụng Vhd:

Dựa vào nguyên lý trên và tài liệu đã có, ta lập bảng để giải phương trình cân bằng nước nhằm tìm ra dung tích hiệu dụng trên cơ sở tính cân bằng giữa quá trình nước đến và yêu cầu dùng nước, trình tự tính toán theo các bước sau:

a. Tính Vhd khi chưa kể tổn thất - Lập bảng tính toán, kết quả như sau:

Bảng 3- 17: Xác định dung tích hiệu dụng Vhd khi chưa tính tổn thất

Tháng (Năm thuỷ

lợi)

Số ngày

Lượng nước đến WQ

(106m3)

Lượng nước yêu cầu Wq

(106m3)

Chênh lệch tổng lượng (

V)

Vhồ

(106m3)

Vxả

(106m3)

 V+  V-

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Vc = 0.23

VI 30 5.29 1.37 3.92 0 4.15

VII 31 12.48 1.45 11.03 0 9.56 5.62

VIII 31 16.12 0.519 15.601 0 9.56 15.601

IX 30 15.00 0.275 14.725 0 9.56 14.725

X 31 4.55 0.329 4.221 0 9.56 4.221

XI 30 1.11 0.76 0.35 0 9.56 0.35

XII 31 0.45 1.02 0 0.57 8.99

I 31 0.31 2.9 0 2.59 6.4

II 28 0.21 2.13 0 1.92 4.48

III 31 0.13 1.73 0 1.6 2.88

IV 30 0.43 1.48 0 1.05 1.83

V 31 0.54 2.14 0 1.6 0.23

Tổng 56.62 16.11 49.85 9.33 40.52

Trong đó:

Cột (1): Thứ tự các tháng được sắp xếp theo năm thủy lợi.

Cột (2): Số ngày trong từng tháng.

Cột (3): Tổng lượng nước đến trong tháng (106m3).

Cột (4): Tổng lượng nước dùng trong tháng (106m3) (5) = (3)- (4) >0 (thừa nước)

(6) = (4)- (3) <0 (thiếu nước)

Cột (7): Quá trình dung tích hồ (V hồ) trong năm (106m3) Vc ≤ Vho ≤ Vbt = Vhd + Vc

Trong đó:

Vbt: dung tích hồ ứng với mực nước dâng bình thường,

Vhd: dung tích hiệu dụng của hồ chứa, ta thấy VV, do đó ta chọn

ax

hd m

V V  V=9.33 x 106m3, suy ra: Vbt= 9.56 x 106m3

Cột (8): Lượng nước xả thừa (V xả) khi Vhô Vbt VcVhd(106m3) Kết luận: Từ kết quả tính toán ở bảng 3.17 ta có:

- Thời kỳ thừa nước từ tháng 6 đến tháng 11, tổng lượng thừa:

V+= 49.85x 106m3

- Thời kỳ thiếu nước từ tháng 12 đến tháng 5, tổng lượng thiếu:

V-= 9.33x 106m3.

- Tổng lượng nước tháo đi: ΣVxả= 40.52 x 106m3.

- Dung tích hiệu dụng của hồ khi chưa kể đến tổn thất là: Vhd = 9.33 x 106m3. b. Tính tổn thất theo Vhd đã sơ bộ xác định ở trên

Khi xây hồ chứa thì xảy ra hiện tượng tổn thất lưu lượng do thấm và bốc hơi, sở dĩ có hiện tượng này là do khi xây hồ sẽ làm tăng diện tích bị ngập, tăng diện tích mặt nước do đó làm tăng lượng thấm và bốc hơi. Do đó cần thiết phải tính tổn thất này để đảm bảo công trình hoạt động có hiệu quả cao.

- Lập bảng tính toán lượng tổn thất theo Vhd xác định ở trên, kết quả tính toán ở bảng 3.18

Bảng 3- 18: Xác định tổn thất do thấm và bốc hơi

Tháng Số Vhồ Vtb Ftb

∆Z (m) Wbh

D Wth Wtt

ngày (106m3) (106m3) (106m2) (106m3) (106m3) (106m3)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

Vc = 0.23

VI 30 4.15 2.19 0.5 0.041 0.021 0.01 0.022 0.042 VII 31 9.56 6.86 1.5 0.041 0.062 0.01 0.069 0.130 VIII 31 9.56 9.56 2.25 0.036 0.081 0.01 0.096 0.177 IX 30 9.56 9.56 2.25 0.039 0.088 0.01 0.096 0.183 X 31 9.56 9.56 2.25 0.046 0.104 0.01 0.096 0.199 XI 30 9.56 9.56 2.25 0.047 0.106 0.01 0.096 0.201 XII 31 8.99 9.28 2.24 0.045 0.101 0.01 0.093 0.194 I 31 6.4 7.70 1.9 0.04 0.076 0.01 0.077 0.153 II 28 4.48 5.44 1.35 0.034 0.046 0.01 0.054 0.100 III 31 2.88 3.68 1.05 0.038 0.04 0.01 0.037 0.077 IV 30 1.83 2.36 0.65 0.042 0.027 0.01 0.024 0.051 V 31 0.23 1.03 0.38 0.049 0.019 0.01 0.010 0.029

Tổng 0.769 0.768 1.536

Trong đó:

Cột (1): Thứ tự các tháng được sắp xếp theo năm thủy lợi, lấy từ cột (1)- bảng 3.17 Cột (2): Số ngày trong từng tháng, lấy từ cột (2)- bảng 3.17

Cột (3): Quá trình dung tích hồ (V hồ) trong năm lấy từ cột (7) bảng 3.17 Cột (4): Dung tích bình quân trong hồ chứa, xác định theo công thức sau:

2

d c

tb

V V V  

Trong đó: V Vd, c- lần lượt là dung tích đầu và cuối các tháng ghi ở cột (1) và chú ý rằng dung tích ở cuối thời đoạn trước là dung tích hồ đầu thời đoạn sau.

Cột (5): Diện tích mặt hồ bình quân trong tháng, tra quan hệ Z ~ F ~ V tương ứng với Vtb ở cột (4)

Cột (6): Lượng bốc hơi phụ thêm trong từng tháng khi có hồ chứa Cột (7): Lượng tổn thất do bốc hơi, xác định như sau: (7)= (5). (6)

Cột (8): Tiêu chuẩn tính toán thấm, trường hợp lòng hồ có điều kiện địa chất bình thường ta lấy D= 1% dung tích bình quân trong tháng,

Cột (9): Lượng tổn thất do thấm, xác định như sau: (9) = (4) x (8)

Cột (10): Tổng lượng tổn thất từng tháng, xác định như sau: (10)=(7)+(9) Kết luận:Từ kết quả tính toán ở bảng 3.18, ta có:

- Tổng lượng tổn thất do thấm là: Wth= 0.768x 106m3. - Tổng lượng tổn thất do bốc hơi là: Wbh = 0.769 x 106m3.

- Tổng lượng tổn thất do thấm và bốc hơi là: Wtt = 1.536x 106m3. c. Tính Vhd khi đã kể đến tổn thất

Sau khi đã tính toán lượng tổn thất do thấm và bốc hơi ở bảng 3.18, ta lập bảng tính toán dung tích hiệu dụng khi có kể đến tổn thất, kết quả tính toán như sau bảng 3.19:

Bảng 3- 19: Xác định dung tích hiệu dụng Vhd khi tính đến tổn thất

Tháng Số ngày

WQ (106m3)

Wq (106m3)

W’q (106m3)

(∆V)

(106m3) Vhồ (106m3)

Vxả (106m3)

∆V+ ∆V-

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Vc = 0.23

VI 30 5.29 1.37 1.41 3.88 0 4.11

VII 31 12.48 1.45 1.58 10.90 0 10.16 4.85

VIII 31 16.12 0.519 0.70 15.42 0 10.16 15.42

IX 30 15 0.275 0.46 14.54 0 10.16 14.54

X 31 4.55 0.329 0.53 4.02 0 10.16 4.02

XI 30 1.11 0.76 0.96 0.15 0 10.16 0.15

XII 31 0.45 1.02 1.21 0 0.76 9.40

I 31 0.31 2.9 3.05 0 2.74 6.65

II 28 0.21 2.13 2.23 0 2.02 4.63

III 31 0.13 1.73 1.81 0 1.68 2.96

IV 30 0.43 1.48 1.53 0 1.10 1.86

V 31 0.54 2.14 2.17 0 1.63 0.23

Tổng 56.62 16.11 17.65 48.91 9.93 80.63 38.98 Trong đó:

Cột (1): Thứ tự các tháng được sắp xếp theo năm thủy lợi, lấy từ cột (1)- bảng 3.17 Cột (2): Số ngày trong từng tháng, lấy từ cột (2)- bảng 3.17

Cột (3): Tổng lượng nước đến trong tháng, lấy từ cột (3), bảng 3.17

Cột (4): Tổng lượng nước dùng trong tháng, lấy từ cột (4), bảng 3.17

Cột (5): Tổng lượng nước dùng và lượng nước tổn thất trong tháng, xác định như sau: (5)= (4)+ Wtt, trong đó Wtt lấy từ cột (10), bảng 3.18

Cột (6), (7): Lượng nước thừa, thiếu hàng tháng có kể đến tổn thất (6)= (3) – (5) >0, thừa nước

(7)= (3) – (5) <0, thiếu nước

Cột (8): Quá trình dung tích hồ (Vhô) trong năm (106m3), tính như cột (7), bảng 3.17

c ho bt c hd

V V V V V

Cột (9): Lượng nước xả thừa (Vxa)khiVho Vbt VcVh (106m3) Kết luận: Từ kết quả tính toán ở bảng 3.19, ta có:

- Thời kỳ thừa nước từ tháng 6 đến tháng 11 tổng lượng thừa: = 48.91x 106m3 - Thời kỳ thiếu nước từ tháng 12 đến tháng 5, tổng lượng thiếu:= 9.93x 106m3 - Tổng lượng nước tháo đi: ∑Vxả = 38.98x 106m3

d. Tính toán sai số dung tích hiệu dụng và lựa chọn Vhd

- Từ kết quả tính toán Vhd ở bảng 3.17 và 3.19 ta có:

+ Dung tích hiệu dụng của hồ khi chưa kể đến tổn thất là: Vhd= 9.33 x 106m3 + Dung tích hiệu dụng của hồ khi đã kể đến tổn thất là: Vhd = 9.93 x 106m3 - Tính sai số theo công thức sau: ∆𝑉 (%) = |9.93−9.33

9.33 | 𝑥 100% = 6.43% >

5%, ta đi tính toán điều tiết lần 2

Bảng 3- 20: Xác định tổn thất do thấm và bốc hơi (lần 2)

Tháng Số Vhồ Vtb Ftb

∆Z (m) Wbh

D Wth Wtt

ngày (106m3) (106m3) (106m2) (106m3) (106m3) (106m3)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

Vc = 0.23

VI 30 4.11 2.17 0.45 0.041 0.018 0.01 0.022 0.040 VII 31 10.16 7.13 1.88 0.041 0.077 0.01 0.071 0.148 VIII 31 10.16 10.16 2.3 0.036 0.083 0.01 0.102 0.184 IX 30 10.16 10.16 2.3 0.039 0.09 0.01 0.102 0.191 X 31 10.16 10.16 2.3 0.046 0.106 0.01 0.102 0.207 XI 30 10.16 10.16 2.3 0.047 0.108 0.01 0.102 0.210 XII 31 9.40 9.78 2.27 0.045 0.102 0.01 0.098 0.200 I 31 6.65 8.02 2 0.04 0.08 0.01 0.080 0.160 II 28 4.63 5.64 1.4 0.034 0.048 0.01 0.056 0.104 III 31 2.96 3.79 1.1 0.038 0.042 0.01 0.038 0.080 IV 30 1.86 2.41 0.7 0.042 0.029 0.01 0.024 0.053 V 31 0.23 1.04 0.39 0.049 0.019 0.01 0.010 0.030 Tổng 80.63 0.802 0.806 1.608

Bảng 3- 21: Xác định dung tích hiệu dụng Vhd khi tính đến tổn thất (lần 2)

Tháng Số ngày

WQ (106m3)

Wq (106m3)

W’q (106m3)

(∆V)

(106m3) Vhồ (106m3)

Vxả (106m3)

∆V+ ∆V-

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Vc = 0.23

VI 30 5.29 1.37 1.410 3.88 0 4.11

VII 31 12.48 1.45 1.598 10.88 0 10.19 4.80 VIII 31 16.12 0.519 0.703 15.42 0 10.19 15.42

IX 30 15 0.275 0.466 14.53 0 10.19 14.53

X 31 4.55 0.329 0.536 4.01 0 10.19 4.01

XI 30 1.11 0.76 0.970 0.14 0 10.19 0.14

XII 31 0.45 1.02 1.220 0 0.77 9.42

I 31 0.31 2.9 3.060 0 2.75 6.67

II 28 0.21 2.13 2.234 0 2.02 4.65

III 31 0.13 1.73 1.810 0 1.68 2.97

IV 30 0.43 1.48 1.533 0 1.10 1.86

V 31 0.54 2.14 2.170 0 1.63 0.23

Tổng 56.62 16.11 17.718 48.87 9.96 80.86 38.91

- Tính sai số theo công thức sau: ∆𝑉 (%) = |9.96−9.939.93 | 𝑥 100% = 0.3% < 5%

Kết quả tính toán là tương đối chính xác, không cần tính toán lại, khi đó dung tích hiệu dụng của hồ chứa là: Vhd = 9.96 x 106m3.

+ Dung tích ngang ứng với mực nước dâng bình thường là:

Vbt = Vhd + VC = (9.96 + 0.23) x 106m3 = 10.19 x 106m3

+ Với Vbt = 10.19 x 106m3, ta tra quan hệ (Z ~ V), ta được: Zbt = + 310 m.