CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH NHU CẦU DÙNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG
5.2.3. Tính toán mực nước chết và dung tích chết
Dung tích chết là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy. Phần dung tích nằm ở phần dưới cùng của kho nước nên còn gọi là dung tích lót đáy. Dung tích chết chính là giới hạn dưới của kho nước.
+ Dung tích chết và mực nước chết có nhiệm vụ :
- Phải chứa hết lượng bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong thời gian hoạt động của công trình: VC > VBC.T
- Đảm bảo điều kiện tưới tự chảy
- Phải đảm bảo cho công suất nhà máy thuỷ điện lớn nhất không sinh ra hiện tượng khí thực trong đường ống.
- Đảm bảo mực nước cho giao thông thuỷ, mực nước cho nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và bảo vệ môi trường hạ du.
Do hồ chứa Trà Co được xây dựng với mục đích chủ yếu là cung cấp nước phục vụ cho tưới, vì vậy VC được xác định theo điều kiện chứa đựng hết lượng bùn cát lắng đọng trong hồ trong thời gian vận hành và đảm bảo điều kiện tưới tự chảy.
• Theo điều kiện chứa bùn cát
MNC =Zbc+∆+H Trong đó:
∆ : Chiều dày lớp nước đệm từ cao trình bùn cát đến cao trình đáy cống, chọn
∆ = 0,2m.
H : Cột nước cần thiết để lấy nước vào cống. Với cống có Q= 0,18 m³/s, chọn bc=1,2m và tính được h = 0,98m.
Zbc : Cao trình bùn cát lắng đọng trong suốt thời gian công tác của hồ.
Trị số Zbc được tra trên quan hệ V∼Z, ứng với tổng thể tích bùn cát lắng đọng trong hồ.
ΣVbc = Vbc.T
Đối với các kho nước vừa và nhỏ có thể tính lượng bùn cát bồi lắng theo công thức:
Vbc= Vll + Vdđ (5.4) Trong đó:
Vll: thể tích bùn cát lơ lửng lắng đọng xuống kho nước trong suốt thời gian phục vụ của công trình.
Vll =Kbl R0γ.T.31,5.103(m3) (5.5)
Trong đó:
T: tuổi thọ của công trình, T = 50 năm (công trình thuộc cấp 3).
γ: khối lượng riêng của bùn cát, chọn γ = 0,8
Kbl : hệ số phản ánh khả năng bồi lắng lượng bùn cát lơ lửng đến hồ ,chọn Kbl=1
R:lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân nhiều năm (kg/s) Ro =ρ Q1000o. o (kg/s).
ρo: lượng ngậm bùn cát bình quân nhiều năm ρo= 120 g/m3 (lấy theo tài liệu đo đạc bùn cát bùn cát trong vùng).
Qo: lưu lượng dòng chảy năm thiết kế ,Q0= 0,116(m3/s) 0.014
1000 116 , 0 . 120
0 = =
R (kg/s)
Thay vào công thức trên ta có dung tích bùn cát lơ lửng Vll: 1 0,014.500,.831,5.10 275625( 3)
3
m x
Vll = =
Vdđ: thể tích bùn cát di đẩy lắng đọng kho nước có thể xác định theo tỷ số với lượng bùn cát lơ lửng như sau:
Vdđ = K.Vll
Trong đó:
K: hệ số lấy theo vùng, lấy K = 30%.
Vdđ = 1%Vll = 0,01.275625 = 2756,25(m3)
VBC = Vll + Vdđ = 275625+ 2756,25= 0,278.106 (m3)
Từ đường quan hệ V ~ Z, tra với V = 0,278.106 m3 ta được Z = 45m ⇒ MNC= 45+0,2+0,98 = 46.18m
• Theo điều kiện tưới tự chảy
Sơ bộ xác định mực nước khống chế đầu kênh tưới là ZMNK = 46,54 m
Tổng tổn thất cột nước trong cống khi lấy lưu lượng nước lớn nhất khống chế là ∆Z = 0,2m
⇒ MNC = ZMNK + ∆Z = 46.54 +0,2= 46.74 m
Kết luận : Từ 2 điều kiện trên ta có MNC = 46.74 m⇒ Vc = 141.000m3 Tính toán điều tiết hồ
Dựa vào kết quả tính toán khí tượng thuỷ văn trong chương II ta thấy tổng lượng dòng chảy đến (Wđến = 2.162.106m3) lớn hơn tổng lượng yêu cầu (Wyc =2.033.106 m3).Tuy nhiên phân phối dòng chảy đến lại không đáp ứng được nhu cầu dùng nước hàng tháng, cụ thể là từ tháng 1 đến tháng 8 đều thiếu nước . Do đó phải tính toán điều tiết hồ chứa để đảm bảo yêu cầu dùng nước trong khu vực và hình thức điều tiết hồ là điều tiết năm.
Tính toán điều tiết hồ khi chưa kể đến tổn thất
Tính toán điều tiết hồ chứa theo phương pháp lập bảng là phương pháp xuất hiện sớm nhất và cách giải theo đúng nguyên lý cân bằng nước. Đây là phương pháp giải đúng dần bắt đầu bằng việc giả thiết hồ không có tổn thất.
Quá trình điều tiết hồ khi chưa kể đến tổn thất được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 5.4: Kết quả tính điều tiết hồ khi chưa kể đến tổn thất
Tháng T(ngày) Wđ Wyc Wthừa Wthiếu
(103m3) (103m3) (103m3) (103m3)
1 2 3 4 5 8 9
7 31 1339.20 66.00 1273.20 1273.20
8 31 227.66 84.00 143.66 1416.86
9 30 436.58 91.00 345.58 1599.49 162.96
10 31 889.23 120.00 769.23 1599.49 769.23
11 30 155.35 64.00 91.35 1599.49 91.35
12 31 91.07 209.00 117.93 1481.55
1 31 53.57 275.00 221.43 1260.12
2 28 26.78 322.00 295.22 964.
3 31 16.07 319.00 302.93 661.97
4 30 2.68 234.00 231.32 430.65
5 31 53.57 314.00 260.43 170.22
6 30 101.78 272.00 170.22 0.00
Tổng 3393.53 2370.00 2623.02 1599.49 12457.95 1023.53
• Chú thích
Cột (1): thứ tự sắp xếp các tháng năm thuỷ lợi.
Cột (2): Số ngày của tháng năm thuỷ lợi Cột (3): tổng lượng nước đến của từng tháng.
Cột (4): tổng lượng nước yêu cầu của từng tháng .
Cột (5): tổng lượng nước thừa của từng tháng (5) = (3) – (4)
Cột (6): tổng lượng nước thiếu của từng tháng (6) = (4) – (3).Tổng lượng nước thiếu của cột (6) chính là dung tích cần trữ V-
Từ bảng (5.4) ta thấy hồ có hình thức điều tiết 1 lần. Do đó tổng cộng cột (6) sẽ có dung tích cần trữ (V-) để đảm bảo yêu cầu cấp nước thời kỳ thiếu nước và đó chính là dung tích hiệu dụng của hồ khi chưa kể đến tổn thất :Vh=1,174.106 m3
Cột (7): Khi tích nước thì luỹ tích cột (5) tuy nhiên không vượt quá trị số Vh
khi cấp nước thì lấy lượng nước có ở kho trừ đi lượng nước cần cấp ở cột (6) Cột (8): Phần xả thừa, khi W trữ> Vh thì W xả= W trữ - Vh
Tính toán điều tiết hồ khi có kể đến tổn thất
Lượng nước tổn thất bao gồm lượng nước tổn thất do thấm và tổn thất do bốc hơi mặt thoáng khi xây dựng hồ chứa .
Tính lượng tổn thất do bốc hơi
• Tính bốc hơi mặt nước trong thời kỳ 1 năm
Trong thực tế có rất nhiều phương pháp xác định lượng bốc hơi mặt nước, tuy nhiên phương pháp xác định phụ thuộc vào tài liệu đo bốc hơi. Ở đây lượng bốc hơi mặt hồ được tính theo công thức kinh nghiệm từ dụng cụ đo Piche
Zn = k1.Zp Trong đó:
K1: Hệ số hiệu chỉnh giữa bốc hơi thực tế với dụng cụ đo, lấy K1=1,10 Zp: Lượng bốc hơi bằng ống Piche, Zp= 1656(mm)
Zn=k1.Zp=1,10.1656 = 1821 mm
• Tính toán bốc hơi mặt đất trong thời kỳ 1 năm:
Bốc hơi lưu vực được xác định từ phương trình cân bằng nước:
Zlv=X0-Y0 Trong đó:
X0: Lượng mưa trung bình nhiều năm của khu vực X0=700 mm Y0: Lớp dòng chảy trung bình nhiều năm của lưu vực Y0= 224 mm.
Zlv=X0-Y0= 700-224 = 476mm
• Tính toán chênh lệch bốc hơi tổng cộng trong 1 năm khi xây dựng hồ chứa Khi có hồ chứa nước sẽ tập trung ở lòng hồ, diện tích bị ngập sẽ tăng lên dẫn đến có sự tăng thêm tổn thất nước do chênh lệch giữa bốc hơi mặt nước và bốc hơi lưu vực
∆Zn=Zn - Zlv=1821- 476 =1345mm
• Tính chênh lệch bốc hơi hàng tháng trong năm theo công thức ∆Z(t) = Kt . ∆Zn
Kt: hệ số phân phối bốc hơi tháng:
n ni
t Z
K = Z
Trong đó:
Zni : lượng bốc hơi tháng thứ i Zn : lượng bốc hơi năm
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2-6. Bảng phân phối lượng bốc hơi trong năm
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
∆Z(mm) 122.6 122.
9
149.
0
127.
0
108.
9
109.
3
130.
9
147.
9
78.5 63.5 76.2 108.
2
1345
Tính lượng tổn thất do thấm
Tổn thất thấm là lượng nước bị mất đi do thấm qua đập, qua đáy hồ .Lượng tổn thất do thấm phụ thuộc vào loại đất đắp đập và địa chất lòng hồ.
Lượng nước tổn thất do thấm được xác định theo công thức:
Wt(t)=K% .V(t) (5.6) Trong đó:
V(t): Dung tích nước cần trữ trong hồ tại thời điểm t
K: hệ số, phụ thuộc vào địa chất lòng hồ, tra bảng 9 – 2 GT Thuỷ Văn ta lấy K
= 1% lượng nước bình quân.
Kết quả tính điều tiết hồ khi kể đến tổn thất được thể hiện trong bảng sau:
Thá ng
Vi (103m3)
Vbq
(103m3 )
Fh (103m2
)
Wb (103 m3)
Wt (103 m3)
Wtt (103m3
)
Wđ (103m3
)
Wyc
(103m3)
V+
(103m3)
V- (103m3)
Vhồ(103 m3)
W xả
(103m3 )
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)
141.00
7 1.00 165.50 116 15 1.66 16.84 1339.2
0 82.84 1256.36 1397.36
8 334.00 262.00 160 23.6
6 2.62 26.28 227.66 110.28 117.38 1514.74 9 665.00 499.50 221.7 17.4
0 5.00 22.40 436.58 113.40 323.18 1635.44 202.48 10 1434.00 1049.5
0 352.8 22.4 0
10.5
0 32. 889.23 152. 736.33 1635.44 736.33
11 1509.00 1471.5
0 476.4 36.3 0
14.7
2 51.02 155.35 115.02 40.33 1635.44 40.33
12 141.00 825.00 300.78 32.5
4 8.25 40.79 204.00 249.79 45.79 1589.65
1 141.00 141.00 105 12.8
7 1.41 14.28 62.10 289.28 227.18 1362.47
2 141.00 141.00 105 12. 1.41 14.31 48.12 336.31 288.19 1074.27 3 141.00 141.00 105 15.6
5 1.41 17.06 16.15 336.06 319.91 754.37
4 141.00 141.00 105 13.3
4 1.41 14.75 18.05 248.75 230.70 523.67
5 141.00 141.00 105 11.4
3 1.41 12.84
131.02 326.84 195.82 327.85
6 141.00 141.00 105 11.4
8 1.41 12.89 98.04 284.89 186.85 141.00
Tổn
g 276.36 2646.36 2473.58 1494.44 979.14
Nhận Xét : Qua kết quả tính toán điều tiết hồ cho thấy lượng nước xả thừa rất ít, hồ chứa gần như điều tiết hoàn toàn với tần xuất thiết kế (P=75%).
• Chú thích
Cột (1): thứ tự sắp xếp các tháng năm thuỷ lợi.
Cột (2): Vi là dung tích của kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán bằng cột (6) W trữ của bảng (5.4)cộng với dung tích chết.
Khi kho nước bắt đầu tích nước, trong thiết kế thường giả thiết trước đó kho nước đã tháo cạn đến ZC (trong bảng đầu tháng 9 dung tích kho chính là VC).
Cột (3): dung tích bình quân trong hồ chứa nước, xác định theo công thức (5.3)
Cột (4): Fhồ là diện tích mặt hồ tương ứng với Vi (tra từ quan hệ (F ~ V)) Cột (5): lượng tổn thất bốc hơi,
Wbi =∆Zi.Fhi i :
∆Z lượng bốc hơi phụ thêm, xác định theo bảng (5.5)
Cột (6): lượng tổn thất do ngấm: Wt = K . Vi , xác định theo công thức (5.5) Cột (7) : lượng tổn thất tổng cộng, (7)= (5)+(6)
Cột (8): lượng nước đến , lấy ở cột 2 bảng (5.4)
Cột (9) : lượng nước yêu cầu hàng tháng có kể đến tổn thất, lấy cột 3 bảng (6.4) cộng với lượng nước tổn thất ở cột (7) bảng (5.6)
Cột (10): tổng lượng nước thừa của từng tháng (10) = (8)– (9) Cột (11): tổng lượng nước thiếu của từng tháng (11) = (9) – (8)
Cột (12): Khi tích nước thì luỹ tích cột (10) tuy nhiên không vượt quá trị số Vh, khi cấp nước thì lấy lượng nước có ở kho trừ đi lượng nước cần cấp ở cột (11)
Cột (13): Phần xả thừa, khi W trữ> Vh thì W xả= W trữ - Vh
Muốn tăng độ chính xác của kết quả tính toán tổn thất có thể lập lại nhiều lần với số liệu và lập bảng tính như trên , tuy nhiên thực tế cho thấy kết quả thay đổi ít nên thường chỉ tính toán một lần là đủ.
Từ kết quả tính toán ở trên ta xác định được dung tích hiệu dụng của hồ chứa Phước Lập khi đã kể đến tổn thất là Vhi = 1494.44(103 m3).
Tính toán mực nước dâng bình thường
Mực nước dâng bình thường là mực nước trong hồ chứa khống chế phần dung tích hữu ích và dung tích chết, tức là quyết định khả năng khai thác, sử dụng nguồn nước cũng như quy mô kích thước công trình, vốn đầu tư, vấn đề ngập lụt phía thượng lưu.
Từ dung tích hiệu quả, ta xác định được dung tích hồ:
Vhồ = VC + Vhi = 141.103 + 1494.44.103= 1635.44(103m3) Tra trên quan hệ (V ~ Z) ta được MNDBT: ZMNDBT = m.