CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THỦY LỢI
5.2 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
5.2.2 Phương pháp và các bước tính toán điều tiết lũ
Để tính toán điều tiết lũ ta có rất nhiều phương pháp:
Các phương pháp tính điều tiết lũ là : + Phương pháp lập bảng
+ Phương pháp bán đồ giải + Phương pháp đồ giải
Phương pháp điều tiết lũ của Pôtapốp tương đối đơn giản và cho kết quả khá chính xác nên trong đồ án em chọn phương pháp điều tiết lũ của Pôtapốp
5.2.2.2 Nguyên lý tính toán:
+ Dựa vào phương trình cân bằng nước : Giữa lượng nước đến và lượng nước xả lũ của kho nước : Lượng nước đến – Lượng nước xả = Lượng nước trữ
Phương trình cân băng nước trong tính toán điều tiết lũ cho kho nước : Q.dt – qdt = F.dh
Nếu xét trong thời đoạn ∆t , lấy phần dung tích kho ∆V thay cho F.dh ta có phương trình cân bằng nước mới dạng sai phân sau đây .
Q.∆t−q.∆t =∆V
Trong đó : Q và q là lưu lượng lũ đến và lưu lượng xả bình quân thời đoạn.Công thức trên có thể viết thành :
( 1 2) ( 1 2) 2 1
2 1 2
1 Q +Q ∆t− q +q ∆t=V −V ( 6.2-1) Q1,Q2 : lưu lượng chảy vào kho đầu và cuối thời đoạn ∆t.
q1,q2 : lưu lượng xả đầu và cuối thời đoạn ∆t.
V1, V2: Dung tích kho đầu và cuối thời đoạn ∆t.
q : Lưu lượng xả bình quân thời đoạn.
Cs : Tham số biểu thị công trình.
+ Phương trình thủy lực qua công trình xả lũ :q = f(V) (6.2-2)
Hai phương trình (6.2-1) và (6.2-2) là những phương trình cơ bản của tính toán điều tiết lũ.
Từ phương trình cơ bản:
( 1 2) ( 1 2) 2 1
2 1 2
1 Q +Q ∆t− q +q ∆t =V −V (6.2-3)
Biến đổi thành:
− + ∆
=
+
∆ 2 2
1 1 2
2 q
t Q V q t
V với
2
2
1 Q
Q =Q +
Đặt
+
= ∆
−
= ∆
2 2
2 1
q t f V q
q t f V q
→ Là hai quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ
Công thức (6.2-3) có thể viết như sau : f2( )q =Q+ f1( )q
Đó là nguyên lý cơ bản để tính toán điều tiết lũ. Dựa vào nguyên lý đó ta từng bước xây dựng phương pháp tính toán điều tiết lũ bằng cách lập bảng tính.
5.2.2.3 Các bước tính toán:
a. Chế độ điều tiết:
Do tràn có cửa van nên ta có chế độ điều tiết như sau:
Giả thiết mực nước trước lũ (MNTL) bằng MNDBT, cửa van đóng hoàn toàn.
Khi lũ về mở từ từ cửa van sao cho lưu lượng xả bằng lưu lượng đến mực nước trong hồ vẫn ở MNDBT. Đến một thời điểm nào đó khi cửa van đã mở hoàn toàn
nhưng lưu lượng lũ đến vẫn lớn hơn lưu lượng xả, khi đó mực nước trong hồ bắt đầu dâng lên (lớn hơn MNDBT). Khi lưu lượng lũ giảm xuống sẽ có một thời điểm lưu lượng lũ bằng lưu lượng xả - lưu lượng xả đó chính là lưu lượng xả lớn nhất.
Sau đó lưu lượng lũ và lưu lượng xả đều giảm nhưng lưu lượng lũ nhỏ hơn lưu lượng xả, mực nước trong hồ bắt đầu giảm xuống.
Đến một lúc nào đó khi mực nước trong hồ giảm xuống gần bằng MNDBT thì đóng cửa van lại và khống chế độ mở để lưu lượng xả bằng lưu lượng đến, khi đó mực nước trong hồ giảm xuống đúng MNDBT. Cứ tiếp tục như vậy cho đến hết quá trình lũ thì qúa trình điều tiết cũng kết thúc và mực nước trong hồ là MNDBT.
Thời gian và mực nước trong hồ lúc bắt đầu đóng cửa van sẽ xác định trong quá trình tính toán điều tiết.
b. Các bước tính toán:
Bước 1: Xây dựng biểu đồ quan hệ phụ trợ:
- Lựa chọn thời gian tính toán Δt
- Giả thiết nhiều trị số mực nước trong kho, bắt đầu từ mực nước ngưỡng tràn, trị số mực nước sau lớn hơn mực mực nước trước khoảng 0,5m
- Tính lưu lượng xả tương ứng với các mực nước giả thiết trên
- ứng với các mực nước giả thiết trên dựa vào quan hệ (Z~V) tìm được dung tích kho tương ứng là Vk.
- Tìm dung tích kho ứng với mực nước trước lũ (Vtl), trong trường hợp này chính là dung tích kho ứng với cao trình ngưỡng tràn.
∇ngưỡng = ∇MNDBT – 4 = 353.2 – 4 = 349.2
- Từ đó tìm được dung tích kho kể từ cao trình ngưỡng tràn đến cao trình nước giả thiết ở trên: V = Vk - Vtl
- Tính giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q theo các công thức:
- Lập bảng và vẽ biểu đồ quan hệ phụ trợ
TT Zgt (m) H tràn (m) qtràn (m3/s) Vk V f1 f2
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
1 Z1=ZMNDBT 0
2 Z2=Z1+0.5 0.5
… … ...
Cột 1: số thứ tự, phụ thuộc vào số mực nước giả thiết Cột 2: các giá trị Zi giả thiết bắt đầu từ ZMNDBT
Cột 3: chiều cao mực nước trên ngưỡng tràn H = Zi – Z ngưỡng
Cột 4: Lưu lượng nước qua tràn theo tính toán thủy lực. Trong từng trường hợp chọn loại đập tràn mà có các công thức tính toán khác nhau
Trong trường hợp của tài liệu tham khảo dòng chảy qua tràn là dòng chảy tự do qua đập tràn đỉnh rộng nên q = m.ε.B. 2.gH32
Trong đó:
m: hệ số lưu lượng. Đối với đập tràn đỉnh rộng thì m = 0.35 – 0.36
ε: độ co hẹp. Trong trường hợp chưa xét đến các mố thì coi ε = 1 và ε được chính xác hóa sau khi chọn được phương án cụ thể
B: bề rộng tràn
H: cột nước trên ngưỡng tràn g: gia tốc trọng trường
Cột 5: Dung tích kho nước ứng với từng trường hợp Z giả thiết ở trên Cột 6: Dung tích nước tính từ cao trình MNDBT đến mực nước giả thiết Cột 7:
1 2
q t f V −
= ∆ Cột 8:
2 2
q t f V +
= ∆
Từ bảng tính trên ta vẽ các biểu đồ phụ trợ q ~ f1 và q ~ f2
Bước 2: Sử dụng biểu đồ quan hệ phụ trợ để tính toán điều tiết
Tại thời điểm băt đầu tính toán điều tiết (t = 0), mực nước trong hồ chứa là MNDBT. Khi lũ về, mực nước bắt đầu dâng lên trên MNDBT và dâng lên đạt tới các giá trị Zsiêu cao. Lúc này hồ chứa bắt đầu phát huy tác dụng điều tiết.
- Ta chia thời đoạn tính toán ra làm các thời đoạn: Δt - Với mỗi thời đoạn ta tính
2
2
1 Q
Q= Q + (*)
- Từ giá trị lưu lượng xả đầu thời đoạn q1 đã biết, tra trên biểu đồ tính (q ~ f1) được các giá trị f1
- Tính f2 = f1+Q
- Từ f2 tra biểu đồ quan hệ phụ trợ (q ~ f2) sẽ được q2. Đó chính là lưu lượng lũ ở cuối mỗi thời đoạn.
Bước 3: Tính lặp
Lặp lại việc tính toán như từ bước (*) cho tới khi kết thúc và có thể lập được bảng tính toán như sau:
TT T(h) Qđến
(m3/s)
qxả
(m3/s) f1 Q
(m3/s) f2 hsc
(m)
Zsc
(m)
Vk
106m3
Vsc
106m3
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)
1 2
…
Cột 1: số thứ tự Cột 2: thời gian lũ lên
Cột 3: lưu lượng lũ đến được xác định dựa trên đường quá trình lũ do quan trắc thủy văn tại các trạm thủy văn
Cột 5: ứng với mỗi giá trị qxả tại cột 4 tra biểu đồ phụ trợ trong bước 1 ta được giá trị f1 và ghi vào cột 5
Cột 6: lưu lượng lũ đến bình quân trong các thời đoạn Cột 7: f2 = f1+Q
Cột 4: là các giá trị lưu lượng xả lũ cuối mỗi thời đoạn. Ứng với mỗi giá trị f2 ở cột 7 tra biểu đồ phụ trợ q ~ f2 ta được giá trị q và ghi vào cột 4
Cột 8: chiều cao cột nước siêu cao trong từng thời đoạn:
hsc =
23
2 . .
.
g B m
q
ε -(∇MNDBT - ∇ngưỡng tràn)
Cột 9: cao trình cột nước siêu cao trong từng thời đoạn Zi = ∇MNDBT +hsc
Cột 10: dung tích kho của hồ chứa ứng với mực nước siêu cao. Ứng với các giá trị Zsc trong cột 11 tra quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ (Z ~ F ~V)ta được Vsc
tương ứng ghi trong cột 10
Cột 11: dung tích siêu cao của hồ chứa là phần dung tích tăng thêm của hồ chứa khi lũ đến. Vsc = Vk - VMNDBT
Bước 4: Xác định dung tích cắt lũ và mực nước lớn nhất trong kho.
Từ quá trình lũ đến và xả, xác định được qxả max. Tương ứng với thời đoạn ta có thể xác định được các trị số cần thiết trên.