CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH NHU CẦU DÙNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG
4.6. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH NHU CẦU DÙNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG
Lưu lượng là tài liệu cơ bản để thiết kế hệ thống kênh mương và các công trình trên hệ thống (công trình trên kênh). Khi thiết kế người ta thường dùng ba cấp lưu lượng đặc trưng sau:
- Lưu lượng thiết kế Qtk (còn gọi là lưu lượng thường xuyên).
- Lưu lượng nhỏ nhất Qmin
- Lưu lượng lớn nhất Qmax
Trong một hệ thống tưới chúng ta có thể dễ dàng tính được lưu lượng cần (Qnet) tại mặt ruộng của hệ thống theo công thức Qnet = q.ω (l/s). Nhưng thực tế tính toán lại cần phải biết lưu lượng tại các mặt cắt nhất định trên các cấp kênh mương nhằm: thiết kế mặt cắt các cấp kênh, thiết kế các công trình thuộc cấp kênh đó. Vì vậy, phải tính toán lưu lượng cần lấy trên các cấp kênh.
4.6.1. Tính lưu lượng thiết kế
Lưu lượng thiết kế Qtk là lưu lượng mà kênh mương phải chuyển một cách thường xuyên, lưu lượng này dùng để tính toán thiết kế những kích thước cơ bản của mặt cắt kênh và các công trình trên kênh.
Nguyên tắc tính toán là tính dồn từ mặt ruộng lên đầu mối công trình với công thức cơ bản:
Qbr = Qnet + Qtt (4.1) Trong đó
Qbr: lưu lượng cần lấy vào đầu đoạn kênh (m3/s) Qnet: lưu lượng thực cần ở cuối đoạn kênh (m3/s)
ω
tk.
net q
Q = (4.2) Trong đó:
qtk :hệ số tưới thiết kế (l/s.ha)
ω:diện tích tưới do kênh phụ trách (ha)
Qtt: lưu lượng tổn thất trong quá trình chuyển nước (m3/s)
Hệ số sử dụng nước của một đoạn kênh hay một cấp kênh bất kỳ được xác định theo công thức:
br tk br net
Q q Q
Q ω
η .
=
=
(4.3)
+ Tính lưu lượng yêu cầu tại đầu các kênh cấp 1
Lưu lượng yêu cầu tại đầu các kênh cấp 1 được xác định theo công thức:
1 1 1
1
1 .
cap cap tk cap
cap cap net
br
Q q
Q η
ω η =
=
(4.4)
Bảng 4.1: Lưu lượng yêu cầu tại đầu các kênh cấp 1
TT Kênh Diện tích
(ha) QTK Qnet (l/s) Qbrut(l/s)
1 N1 8.2 0.926 6.64 7.17
2 N2 5.6 0.953 4.54 4.76
3 N3 58.1 0.787 47.06 59.78
4 N4 31.1 0.831 25.19 30.30
5 N5 35.6 0.822 28.84 35.09
6 N6 8.6 0.922 6.97 7.55
+ Tính lưu lượng yêu cầu tại các mặt cắt trên kênh chính
Lưu lượng yêu cầu tại các mặt cắt trên kênh chính được tính dồn từ dưới tính lên đến đầu hệ thống theo công thức:
Qbr =Qnet +Qtt (l/s)
Với: Qtt: lưu lượng tổn thất trên các đoạn kênh Qtt =10.A.Qnet1−m.L(l/s)
Trong đó:
net:
Q lưu lượng yêu cầu tại đầu kênh cấp 1 (m3/s) L: chiều dài của đoạn kênh (km)
Hình 4.1 : Sơ họa tuyến kênh chính
Bảng 4.2: Lưu lượng yêu cầu tại đầu các mặt cắt trên kênh chính Đoạn Kênh Qnet (l/s) L(m) Qtt(l/s) Qbrut(l/s)
G-F 8.11 692 2.12 10.23
F-E 45.31 196 1.42 46.73
E-D 77.03 565 5.33 82.36
D-C 142.15 242 3.10 145.25
C-B 150.01 250 3.29 153.30
B-A 160.47 140 1.91 162.38
Dựa vào bảng trên ta có lưu lượng yêu cầu tại đầu hệ thống là QHT=162.38(l/s) Hệ số sử dụng nước của hệ thống:
= = . =160162..3847 =0.988
HT HT TK HT
netHT
HT Q
q Q
Q ω
η
Tính lưu lượng nhỏ nhất Qmin
Lưu lượng nhỏ nhất là lưu lượng nhỏ nhất chảy trong kênh, lưu lượng này thường dùng để kiểm tra sự bồi lắng trên kênh và kiểm tra khả năng tự chảy trên kênh.
Lưu lượng nhỏ nhất Qmin cũng có thể tính như đối với Qtk: Từ qmin trong giản đồ hệ số tưới rồi tính dồn từ dưới lên. Nhưng để giảm khối lượng tính toán ta dùng công thức:
min min min
. η
ω Q = q
1
min 1
− +
=
m m
η α η α
với = min =00,,6581=0,8 qtk
α q
η: hệ số sử dụng nước ứng với qtk, ta có η=0,81
Từ giản đồ hệ số tưới đã hiệu chỉnh, ta có hệ số tưới nhỏ nhất qmin= 0,65(l/s.ha), từ đó ta sẽ tính được lưu lượng nhỏ nhất cần lấy vào các kênh cấp 1
Bảng 4.3: Lưu lượng tại đầu các kênh cấp 1
TT Kênh Diện tích(ha)
Lưu lượng thiết kế η ηα Lưu lượng nhỏ nhất Qnet(l/s) Qbrut(l/s) Qnet(l/s) Qbrut(l/s)
1 N1 8.2 6.64 7.2 0.93 0.89 5.33 5.97
2 N2 5.6 4.54 4.8 0.95 0.93 3.64 3.91
3 N3 58.1 47.06 59.8 0.79 0.71 37.77 52.98
4 N4 31.1 25.19 30.3 0.83 0.77 20.22 26.32
5 N5 35.6 28.84 35.1 0.82 0.76 23.14 30.62
6 N6 8.6 6.97 7.6 0.92 0.89 5.59 6.29
Tương tự như đối với tính lưu lượng thiết kế, ta cũng xác định được lưu lượng nhỏ nhất tại các mặt cắt trên kênh chính
Bảng 4.4: Lưu lượng nhỏ nhất tại các mặt cắt trên kênh chính
Đoạn Kênh Qnet (l/s) L(m) Qtt(l/s) Qbrut(l/s)
G-F 6.29 692 1.87 8.16
F-E 38.77 196 1.31 40.08
E-D 66.41 565 4.95 71.36
D-C 124.34 242 2. 127.24
C-B 131.15 250 3.08 134.23
B-A 140.20 140 1.78 141.98
Từ bảng trên ta có lưu lượng yêu cầu nhỏ nhất tại đầu hệ thống là QminHT=141,98(l/s)
Tính lưu lượng lớn nhất qmax
Lưu lượng lớn nhất Qmax là lưu lượng lớn nhất mà kênh mương phải chuyển đột xuất trong thời gian ngắn, lưu lượng này dùng để kiểm tra xói lở kênh mương và xác định cao trình đỉnh bờ kênh.
Theo kinh nghiệm lưu lượng lớn nhất tính bằng công thức:
Qmax = K.Qtk
K là hệ số phụ thuộc vào Qtk, được lấy theo TCVN 4118 – 85 Với các giá trị lưu lượng thiết kế tính được ở trên, ta lấy K như sau:
- Tại các mặt cắt có Qtk< 1m3/s , lấy K = 1,2 - Tại các mặt cắt có Qtk>1m3/s , lấy K = 1,15
Bảng 4.7: Lưu lượng lớn nhất tại các mặt cắt trên kênh chính
Đoạn Kênh QTK(l/s) Qmax(l/s)
G-F 10.23 12.276
F-E 46.73 56.076
E-D 82.36 98.832
D-C 145.25 174.3
C-B 153.30 183.96
B-A 162.38 194.856
Từ bảng trên ta có lưu lượng yêu cầu lớn nhất tại đầu hệ thống là Qmax=194.856 (l/s)