Nghiên cứu đề xuất phương án các công trình trên kênh

3.3. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN HỆ THỐNG KÊNH VÀ CÔNG TRÌNH TRÊN KÊNH 1. Nghiên cứu đề xuất phương án hệ thống kênh

3.3.2. Nghiên cứu đề xuất phương án các công trình trên kênh

a). Mục đích: Bố trí cống nhằm lấy nước, phân phối nước và tháo nước theo yêu cầu.

b). Phân loại cống: Theo hình dạng và kết cấu, theo điều kiện sử dụng.

- Theo hình dạng và kết cấu:

+ Cống lộ thiên phía trần để hở hoặc có tấm đan đậy kín kết hợp làm sàn thao tác máy đóng mở hoặc đường giao thông, bố trí ở kênh cấp trên (kênh chính, kênh cấp I) vì giao động mực nước lớn.

+ Cống ngầm bố trí ở kênh cấp dưới ( kênh cấp II, III) để đảm bảo ổn định lưu lượng nước đưa vào ruộng.

- Theo điều kiện sử dụng:

+ Cống phân phối nước được bố trí đầu các cấp kênh để thực hiện việc lấy nước vào kênh và phân phối nước cho kênh cấp dưới.

+ Cống điều tiết được bố trí trên kênh chính, sau cửa lấy nước vào kênh nhánh để tiết kiệm nguồn nước khi cần thiết và khống chế nguồn nước, khi phải tưới luân phiên.

+ Cống tháo nước được bố trí ở cuối kênh tưới để tháo nước dư thừa trong kênh hoặc trữ nước khi cần thiết và cuối các kênh tiêu để tháo nước ra sông.

c). Cấu tạo và kích thước: gổm 3 phần chính: phần vào, thân cống và phần ra, được xác định thông qua tính toán thủy lực, kết cấu và ổn định của từng cống cụ thể.

3.3.2.2. Cầu máng

a). Mục đích: Để bảo đảm chuyển nước khi kênh tưới phải vượt sông suối, kênh, bãi trũng, đường xá khi áp dụng các công trình khác không thích hợp.

b). Vị trí: Cầu máng được bố trí tại các vị trí tại các kênh tưới cắt kênh tiêu, cắt đường giao thông, vượt qua sông suối, bãi trũng.

c). Hình dáng và cấu tạo: Cầu máng gồm ba bộ phận chính đó là cửa vào, cửa ra, thân máng và bộ phận giá đỡ máng.

- Cửa vào, cửa ra cầu máng nên có đoạn biến đổi dần với chiều dài thường lấy bằng 1,5 ÷ 2 lần và 2,5 ÷ 3 lần hiệu số chiều rộng mặt nước kênh và cầu máng.

- Bên một bờ kênh trước cửa vào nên bố trí cống hoặc tràn xả nước.

- Mặt cắt ngang của cầu máng áp dụng hình chữ nhật, tỷ số giữa chiều sâu và chiều rộng mặt nước bằng 0,6 ÷ 0,8. Lưu tốc bình quân khống chế 1 ÷ 2m/s.

- Thân cầu máng đổ bê tông cốt thép tại chổ, nên căn cứ vào hình thức giá đỡ dọc để phân đoạn. Ở chỗ tiếp nối cầu máng với kênh, thân máng và các trụ đỡ nên bố trí khe co dãn. Khoảng cách các khe co dãn của thân máng căn cứ vào chiều dài nhịp để bố trí, thường 8 ÷ 20m. Trong khe co dãn thì nhét vật liệu chống rò rỉ nước.

- Móng cầu máng căn cứ vào điếu kiện địa chất, tải trọng bên trên, ảnh hưởng xói lở của dòng chảy … mà chọn móng cứng, móng mềm hoặc móng cọc … Nếu có xói lở do dòng chảy, đáy móng cầu máng chôn ở dưới đường xói do lũ 2m.

d). Kích thước và kết cấu: sẽ được xác định thông qua tính toán thủy lực, tính toán kết cấu và tính toán ổn định.

3.3.2.3. Xi phông ngược

a). Mục đích: Để bảo đảm chuyển nước khi kênh tưới phải vượt sông suối, kênh tiêu, đường giao thông khi áp dụng phương án cầu máng không thích hợp.

b). Vị trí và hình dạng:

- Xi phông nên bố trí ở địa hình tương đối bằng phẳng, tránh những đoạn có thể sản sinh trượt, sạt lở và điều kiện địa chất không tốt. Đường trục của xi phông nên vuông góc đường trung tâm của chướng ngại cần vượt qua (sông suối, đường xá …).

- Xi phông dạng chôn đất nên chôn sâu sâu dưới đất 0,5 ÷ 0,8m, khi xuyên qua kênh tiêu, đường xá nên chôn sâu dưới kênh tiêu hoặc dưới mặt đường 1m.

- Ở cửa vào ra cửa xi phông bố trí đoạn thu hẹp và mở rộng dần, chiều dài của nó lấy bằng 3 ÷ 5 lần và 4 ÷ 6 lần chiều sâu mực nước thiết kế của kênh thượng hạ lưu. Đoạn co dãn dần ở cửa vào có dạng kín, bố trí cửa van ở cửa ra để khống chế, đoạn co dãn dần ở cửa ra có thể kết hợp bố trí tiêu năng, đoạn kênh phía dưới nên lát 3

÷ 5m.

- Mặt cắt ngang của xi phông nên áp dụng hình chữ nhật để dễ thi công.

- Vật liệu xây dựng có thể sử dụng bê tông, bê tông cốt thép, ống bê tông ly tâm, ống sợi thủy tinh hoặc ống gang. Chiều dày, đường kính ống … được xác định qua tính toán.

- Khi xi phông thông qua lưu lượng thiết kế nên căn cứ tổn thất cho phép thượng hạ lưu, hàm lượng bùn cát, thành phần hạt và chống sinh bồi lắng để quyết định, thường khống chế ở mức 1,5 ÷ 2,5m/s.

- Việc phân đoạn xi phông bê tông cốt thép đổ tại chổ nên căn cứ điều kiện móng, thi công các đoạn, đoạn đầu cuối cùng cửa ra để khe co dãn và lún sụt, cự ly các khe trên nền đất lấy 15 ÷ 20 m, trên nền đá 10 ÷ 15 m, trong khe nhét vật liệu chống rò rỉ nước.

- Xi phông dạng chôn ngầm dưới đất nên sử dụng giá đỡ bằng bê tông hoặc đá xây, góc bao của nó lấy 900 ÷ 1300. Xi phông cấp 4 đến cấp 5 có thể rãi nền bằng đá dăm cuội sỏi hoặc đất xốp đầm nện.

Trong trường hợp lưu lượng lớn có thể làm hai ba ống dẫn. Như vậy sẽ tiện lợi cho việc sửa chữa không phải ngừng cung cấp nước.

c). Kích thước và kết cấu: sẽ được xác định thông qua tính toán thủy lực, tính toán kết cấu và tính toán ổn định.

3.3.2.4. Cống luồn

a) Mục đích: Để bảo đảm chuyển nước của kênh nổi khi qua kênh khu trũng, đường giao thông, qua đê cần bố trí cống luồn dưới kênh, dưới đê hoặc dưới đường.

b). Vị trí và cấu tạo:

- Tại các vị trí kênh nổi vượt qua kênh, khu trũng, đường xá, xuyên qua đê.

- Đường trục của cống luồn vuông góc với đường trục của công trình cần xuyên qua.

- Cửa ra vào nối tiếp êm thuận với kênh thượng hạ lưu, khi lưu tốc cửa ra quá lớn nên có biện pháp tiêu năng chống xói.

- Mặt cắt ngang của cống có thể sử dụng hình tròn có đường kính 0,8 ÷ 1,5m, hoặc hình chữ nhật với chiều rộng 2 ÷ 3m.

- Vật liệu xây cống có thể là bê tông, bê tông cốt thép, đá xây.

- Độ cao không tĩnh trên mặt nước của cống hình tròn > 1/4 chiều cao cống, với hình chữ nhật > 1/6 chiều cao cống.

- Chiều dày đất đắp trên đỉnh cống căn cứ vào điều kiện thi công, nhiệt độ … để xác định. Chỗ nối tiếp giữa các đoạn cửa vào ra bố trí khe co dãn lún.

- Khoảng cách giữa các khe co dãn ≤ 10m và ≥ 2 lần chiều cao cống. Trong khe nhét vật liệu chống rò rỉ nước.

- Cống nên bố trí trụ đỡ bê tông hoặc đá xây, góc bao trụ lấy 900 ÷ 1350. Nếu gặp đất nền móng yếu thì xử lý bằng đá dăm đầm chặt.

Khi cống có yêu cầu khống chế mực nước tưới tiêu hoặc chống nước ngoại lai xâm nhập thì lắp van cửa ra hoặc cửa vào.

c). Kích thước và kết cấu: sẽ được xác định thông qua tính toán thủy lực, tính toán kết cấu và tính toán ổn định.

3.3.2.5. Bậc nước và dốc nước

a). Mục đích: Để bảo đảm chuyển nước của kênh khi vượt qua đoạn dốc hoặc đường kênh thay đổi độ dốc lớn, bảo đảm an toàn cho kênh không bị sạt lở, cần nghiên cứu bố trí dốc nước hoặc bậc nước.

b). Vị trí và cấu tạo:

- Bố trí tại các vị trí kênh gặp đoạn dốc hoặc có sự thay đổi đột ngột về độ dốc.

- Hình thức bậc nước và bậc dốc căn cứ vào địa hình, địa chất mà xác định.

+ Khi độ chênh ≤ 5m có thể dùng bậc nước đơn cấp hoặc dốc nước đơn cấp.

+ Khi độ chênh >5m dùng loại đơn cấp không kinh tế, do đó dùng loại nhiều cấp.

- Trước miệng bậc nên bố trí đoạn thu hẹp hoặc mở rộng nối tiếp với kênh tưới hoặc kênh tiêu. Chiều dài L0 của nó căn cứ vào tỷ số giữa chiều rộng mặt nước và chiều sâu mực nước của kênh thượng lưu mà xác định. Khi B

h < 2,0 thì lấy L0 = 2,5h, khi B

h = 2,0 ÷ 2,5 thì lấy L0 = 3h, khi B

h > 2,5 thì lấy L0 = 3,5h. Góc kẹp giữa đường biên phân đáy của đoạn thu hẹp hoặc mở rộng và đường trung tâm của kênh < 450.

- Miệng bậc là hình chữ nhật khi lưu lượng kênh thay đổi rất nhỏ hoặc phải bố trí cửa van khống chế. Miệng bậc là dạng bậc tràn khi kênh là kênh nước sạch. Miệng bậc là dạng bậc thang khi lưu lượng thay đổi lớn hoặc phức tạp. Tường bậc nước thường áp dụng dạng trọng lực.

- Mặt cắt ngang bể tiêu năng có thể áp dụng dạng hình chữ nhật, bậc thang hoặc dạng gấp khúc. Bậc nước có dạng nhiều cấp dựa vào độ sụt mặt ước bằng nhau để phân cấp, cao độ mỗi cấp < 5m.

- Dốc nước có chiếu rộng đáy bằng nhau, độ dốc máng lấy 1 1

2 5÷ nhưng góc nghiêng của dốc ≤ góc ma sát sụt của nền. Khi dốc nước tương đối lớn, lưu tốc trong máng dẫn > 10m/s, việc xác định độ cao tường bên nên xét đến ảnh hưởng của khí hòa tan đến chiều sâu nước. Khi lưu tốc trong máng là 10 ÷ 20m/s, chiều sâu nước có hòa tan khí sẻ xác định theo hệ thức : S

h 1 V h

100

 

= + ÷ . Trong đó : hS: chiều sâu nước có hòa tan khí (m).

V: lưu tốc trong máng nước (m/s).

h: chiều sâu nước trong máng chưa tính đến khí hòa tan (m)

- Máng dốc cứ cách 5 ÷ 20m bố trí khe co dãn, dưới bản đáy dưới khe co dãn bố trí tường răng cưa, trong khe co dãn nhồi nhét vật liệu chống rò rỉ.

- Phía sau bể tiêu năng của bậc nước, sau máng nước của dốc nước nên bố trí dốc ngược 1:3 ÷ 1:5. Đồng thới áp dụng biện pháp nối tiếp, đoạn nối tiếp và đoạn chỉnh dòng không nên nhỏ hơn 3h ( h là chiều sâu kênh phía dưới), mặt cắt của nó bằng mặt cắt kênh phía trên.

c). Kích thước và kết cấu: sẽ được xác định thông qua tính toán thủy lực, tính toán kết cấu và tính toán ổn định.

3.3.2.6. Tràn bên

a). Mục đích: Tràn bên là đập tràn đặt dọc bên bờ kênh tưới. Khi nước trong kênh dâng quá cao, nước sẽ tràn qua tràn bên xuống kênh tiêu ở phía hạ lưu đập, nhằm đảm bảo an toàn cho kênh tưới và các công trình trong kênh. Nước trong kênh dâng cao do mấy nguyên nhân sau:

- Cống lấy nước và kênh bị hỏng, nước vào kênh quá nhiều.

- Nước mưa, lũ ở những lưu vực nhỏ hai bên kênh chảy vào kênh, như nước từ trên sườn dốc chảy xuống khi kênh tưới được bố trí men theo chân dốc.

- Cống điều tiết kênh đã mở, nhưng cống điều tiết cuối kênh hoặc các cống lấy nước trên kênh mở chậm hoặc không mở.

b). Vị trí và cấu tạo:

- Tràn bên thường đặt ở các vị trí sau:

+ Phía hạ lưu cống lấy nước đầu kênh hoặc cuối đoạn chuyển nước của kênh chính.

+ Phía thượng lưu đoạn kênh xung yếu như đoạn kênh đắp nổi, đất xốp, dễ lở hoặc đoạn kênh leo men sườn dốc.

+ Phía thượng lưu những công trình xung yếu như cầu máng, cống luồn hoặc nút công trình phân phối nước …

+ Cuối đoạn kênh có nước mưa nước lũ chảy vào.

- Độ cao đường tràn lấy bằng độ cao mực nước thiết kế trong kênh, cột nước tràn bằng hiệu số giữa mực nước lớn nhất và mực nước thiết kế trong kênh.

- Lưu lượng thiết kế qua tràn bên có thể lấy bằng 50% lưu lượng thiết kế của kênh tại vị trí đặt tràn bên.

Khi dùng tràn bên để tháo lượng nước mưa lũ chảy vào kênh thì lưu lượng tràn bên lấy bằng lưu lượng mưa lũ chảy vào kênh đó. Cần xử lý lắng đọng bùn cát trong kênh và tràn bên phải tháo được lưu lượng mưa lũ.

Cần chú ý: chỉ làm tràn bên để tháo nước mưa lũ chảy vào kênh khi địa hình không cho phép làm cống tiêu nước cắt qua kênh và lưu lượng tập trung nước mưa nhỏ.

b). Tính toán lưu lượng tràn bên:

Lưu lượng tràn qua kênh phụ thuộc vào trạng thái chảy qua công trình

- Trường hợp trạng thái chảy trước tràn là trạng thái chảy êm với lòng kênh lăng trụ, lưu lượng tràn sẽ được tính toán như sau:

3

Q MLH= 2 (m3/s) với giá trị M được tính theo công thức kinh nghiệm sau:

1 6

2 0

0

1 0,18L

L B

M m 2g 0,388

2,79 1, 28

B

L h

1 0,185B H 1, 25

 

 

 + 

   

= −  ÷  + + 

 +  −  

  ÷ 

 

 

.

Trong đó :

m: hệ số lưu lượng của tràn bên, phụ thuộc vào dạng của miệng tràn, có thể chọn m = 0,372 ÷ 0,491.

H: cột nước tính toán trên đỉnh tràn, H = 0,5( H1 + H2 ).

L: chiều dài của tràn bên (m).

h0: độ sâu mực nước trong kênh trước tràn (m).

P: độ cao đáy tràn bên (m). H0 = h0 – P B: chiều rộng mặt nước kênh (m)

- Trường hợp chảy xiết với lòng kênh phi lăng trụ, có thể xem ở các tài liệu thủy lực học.

L

1

0

P H H H

h

0 2

Hình 3-1. Sơ đồ tính toán lưu lượng tràn qua kênh 3.3.2.6. Cầu giao thông

a). Mục đích: Để đảm bảo sự lưu thông và sự hoạt động của nông dân trong khu vực, trên hệ thống thủy lợi cần phải nghiên cứu bố trí cầu giao thông.

b). Vị trí: Cầu thường bố trí trên kênh chính khi đường kênh đi giữa 2 vùng được tưới hoặc kênh đi giữa khu dân cư và vùng tưới. Số lượng cầu phụ thuộc vào mật độ dân cư của vùng và số lượng sản phẩm vận chyển trong vùng của nông dân, thường 1 ÷ 2km bố trí 1 cầu, Ngoài ra những vị trí cần thiết cũng cần nghiên cứu bố trí cầu.

c). Loại cầu: Phổ biến trên hệ thống thủy lợi là cầu bê tông cốt thép, trường hợp đặc biệt có thể bố trí cầu sắt.

d). Kích thước và kết cấu: Cầu trên hệ thống thủy lợi sử dụng thiết kế định hình, tùy theo mặt cắt ngang mà lựa chọn cầu cho phù hợp.

3.3.2.7. Bố trí công trình đo nước a). Mục đích:

- Đo nước để thực hiện kế hoạch dùng nước.

- Khống chế lượng nước dùng cho các đơn vị dùng nước.

- Xác định tổn thất dẫn nước của kênh và hệ số lợi dụng nước của kênh.

b). Vị trí và các loại công trình:

Công trình đo nước thường bố trí ở các vị trí sau:

+ Đoạn ở đầu kênh chính đề đo lượng nước lấy từ nguồn nước vào hệ thống.

+ Ở đầu kênh phân phối nước để biết lượng nước phân phối vào các cấp kênh.

+ Ở chỗ lấy nước vào khu luân canh hoặc trên đoạn thuộc trạm quản lý khi cần.

Những công trình đo nước là các máng tam giác, hình chữ nhật, hình thang, máng Parshall, máng nước chày, vòi phun đo nước, công trình đo nước tự động thủy lực, tự động điện … Tùy theo yêu cầu và khả năng cụ thể mà lựa chọn cho thích hợp.

3.3.2.7. Công trình khống chế bùn cát

a). Mục đích: Thường làm bể lắng cát để lắng động bùn cát thô lại mà chỉ đưa bùn cát hạt nhỏ vào ruộng.

b). Vị trí: Bể lắng cát thường bố trí ở các vị trí sau:

+ Ở phí hạ lưu của cống đầu kênh chính.

+ Ở phía thượng lưu cửa phân phối nước, công trình dẫn nước (cầu máng, cống luồn, xi phông ngược).

+ Ở nơi lưu tốc kênh từ lớn biến thành nhỏ.

+ Ở nơi mà điều kiện thiên nhiên thích hợp cho việc rửa bùn cát trong kênh.

Bể lắng cát có thể rửa cát theo thời kỳ đã định sẵn hoặc rửa tự động. Có thể lợi dụng những khu đất trũng để cho bùn cát lắng đọng.

3.3.2.8. Bố trí đường giao thông

a). Mục đích: Để đảm bảo sự lưu thông và sự hoạt động của nông dân trong khu vực, trên hệ thống thủy lợi cần phải nghiên cứu bố trí đường giao thông.

b). Vị trí: Kết hợp bờ kênh tưới và một số bờ kênh tiêu để làm đường giao thông nông thôn.

Chú ý: Trồng hàng cây xanh dọc theo bờ kênh tưới chính, đường giao thông, có tác dụng chắn gió, làm cây ăn quả và lấy gỗ. Tạo cảnh quan môi trường xanh, sạch và đẹp.