1. Sơ đồ tính toán (hình 10.8)
ΔZ
hK
HTr
P ZS
Z®k ZC§
Sông
Cèng ®Çu mèi KC
§Ëp d©ng
A
A
A - A
HTC
Hình 10.8: Sơ đồ tính toán 2. Xác định chiều cao đập dâng
Có 2 tr−ờng hợp tính toán - Tr−ờng hợp QS > Qyc
Đây là trường hợp lưu lượng của sông trong thời kỳ nhỏ nhất cũng lớn hơn lưu lượng yêu cầu lấy vào hệ thống, khi có đập dâng trong thời gian làm việc sẽ luôn có lớp n−ớc tràn trên đỉnh đập. Vì vậy chiều cao của đập được tính toán phải bảo đảm dâng mực nước sông tới một cao trình yêu cầu trong tr−ờng hợp bất lợi nhất. Mực n−ớc sông yêu cầu đ−ợc tính toán theo công thức:
Zyc = Zdc + hk + ΔZ Zyc - cao trình mực n−ớc sông yêu cầu;
hk - chiều sâu mực nước hạ lưu cống (chiều sâu mực nước đầu kênh trường hợp cao trình đáy kênh bằng cao trình đáy cống);
ΔZ - chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu cống:
2
k yc
h . b . M
Z Q ⎟⎟
⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
=⎛ Δ
Qyc - lưu lượng yêu cầu ứng với trường hợp thiết kế;
b - chiÒu réng cèng lÊy n−íc ®Çu mèi.
Chiều cao của đập dâng P đ−ợc xác định theo công thức:
P = Zyc - ΔH - ZC§
ZCĐ - cao trình chân đập tràn (cao trình đáy sông nơi xây dựng đập);
ΔH - chiều sâu cột nước tràn trên đỉnh đập:
23
d yc S
B g 2 m
Q
H Q ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
= Δ
Bd - chiều dài của đập tràn ngang sông;
m - hệ số lưu lượng chảy qua đập tràn;
QS - lưu lượng của sông ứng với trường hợp thiết kế;
Qyc - lưu lượng yêu cầu của hệ thống ứng với trường hợp thiết kế.
- Tr−ờng hợp QS = Qyc
Đây là trong trường hợp tính toán thiết kế có lưu lượng sông bằng lưu lượng yêu cầu lúc đó cao trình đỉnh đập dâng phải bằng cao trình mực nước yêu cầu, chiều cao đập được tính toán bằng công thức:
P = Zyc − ZCD
3. Ph−ơng pháp tính toán phối hợp nguồn n−ớc a) Ph−ơng pháp giải tích
Các b−ớc tính toán:
1. Dựa vào đường Qyc ~ t và QS ~ t chọn trường hợp tính toán xác định được Qyc và QS. 2. Giả thiết chiều rộng của cống b và chiều dài của đập tràn Bđ.
3. Xác định cao trình mực nước sông trước cống ZTC theo hệ thức dòng chảy qua cống:
Z h . b . M
Qyc = k Δ
ZTC = Zdc + hk + ΔZ
4. Tính cao trình mực nước sông trước cống theo lớp nước tràn trên đỉnh đập Z*TC Tại trường hợp tính toán đã có Qyc và QS nên có thể xác định được lưu lượng tràn qua
đập tràn:
QTr = QS − Qyc
Dựa vào công thức tính toán lưu lượng chảy qua đập tràn để xác định chiều sâu lớp nước tràn trên đỉnh đập:
23 Tr d
H Q
mB 2g
⎛ ⎞
Δ = ⎜⎜ ⎟⎟
⎝ ⎠ =
23
S yc
d
Q Q
mB 2g
⎛ − ⎞
⎜ ⎟
⎜ ⎟
⎝ ⎠
Cao trình mực n−ớc sông tr−ớc cống:
*
ZTC= Zcd + P + ΔH
5. So sánh trị số Z*TC và trị số ZTC, nếu sai số không đáng kể chứng tỏ việc giả thiết kích th−ớc của cống và đập tràn là thoả mãn.
Ch−ơng 10 - Tính toán phối hợp nguồn n−ớc công trình đầu mối 341 b) Phương pháp đồ thị
Sau khi có đập thì đường quá trình mực nước sông cũng như đường quan hệ giữa lưu lượng và mực nước trên sông sẽ bị thay đổi, vì vậy việc tính toán phối hợp phải trên cơ sở những sự thay đổi này. Tính toán phối hợp nguồn nước tại công trình đầu mối là cống tự chảy có kết hợp đập dâng đ−ợc tiến hành theo các b−ớc sau đây:
1. Xây dựng đường quan hệ giữa lưu lượng sông và cao trình mực nước sông sau khi x©y dùng ®Ëp QS ~ Zsd:
32
S d
Q =m 2g B ΔHKL (10.11)
Zsd = ZCD + P + ΔHKL (10.12)
trong đó:
ZSđ - cao trình mực n−ớc sông sau khi xây dựng đập;
Zc® - cao tr×nh ch©n ®Ëp; ZS®
QS
Hình 10.9: Đ−ờng quan hệ ZSđ ~ QS ΔHKL - chiều cao cột nước tràn trên đỉnh đập trong
tr−ờng hợp không lấy n−ớc vào hệ thống.
Với mỗi giá trị QS từ ph−ơng trình (10.11) ta sẽ tìm đ−ợc trị số ΔHKL t−ơng ứng, có ΔHKL dựa vào ph−ơng trình (10.12) tính đ−ợc trị số Zsd t−ơng ứng.
Nh− vậy nếu giả thiết nhiều trị số QS dựa vào ph−ơng trình (10.11) và (10.12) sẽ tìm đ−ợc nhiều giá
trị Zsd t−ơng ứng và xây dựng đ−ợc đ−ờng quan hệ QS ~ Zsd.
2. Xây dựng đường quan hệ giữa lưu lượng qua cống và cao trình mực nước sông sau khi cã ®Ëp Qk ~ Zsd.
Khi lấy n−ớc vào hệ thống chúng ta có công thức tính toán dòng chảy qua cống và hệ thức giữa cao trình mực nước trước cống, độ sâu nước trên cống và chênh lệch mực nước giữa thượng hạ lưu cống như sau:
k k
Q =M.b.h ΔZ
Q =M.b.h ΔZ (10.13) (10.13)
ZTC = Zdc + hk + ΔZ (10.14)
ZTC = Zdc + hk + ΔZ (10.14)
Từ ph−ơng trình (10.13) và (10.14) chúng ta có thể xây dựng đ−ợc đ−ờng quan hệ giữa lưu lượng chảy qua cống và cao trình mực nước sông trước cống Qk ~ ZTC.
Từ ph−ơng trình (10.13) và (10.14) chúng ta có thể xây dựng đ−ợc đ−ờng quan hệ giữa lưu lượng chảy qua cống và cao trình mực nước sông trước cống Qk ~ ZTC.
Mặt khác khi lấy nước qua cống, lưu lượng còn lại của sông chảy qua đập tràn có thể tính theo công thức:
Mặt khác khi lấy nước qua cống, lưu lượng còn lại của sông chảy qua đập tràn có thể tính theo công thức:
3/2
Tr d DL
Q =m 2g B ΔH (10.15)
ZTC = ZCD + P + ΔHDL (10.16)
Với mỗi giá trị QTr từ ph−ơng trình (10.14) có thể tính đ−ợc ΔHDL, có ΔHDL dựa vào phương trình (10.15) xác định được giá trị ZTC tương ứng. Như vậy, dựa vào phương trình (10.15) và (10.16) có thể xây dựng đ−ợc đ−ờng quan hệ QTr ~ ZTC .
Chúng ta đã xây dựng đ−ợc các quan hệ: Qk ~ ZTC (d)
QTr ~ ZTC (e)
Từ đường quan hệ (d) với mỗi giá trị Qk xác định được trị số ZTC tương ứng, có ZTC dựa vào đường quan hệ (e) xác định được một trị số QTr. Mặt khác lại có Qk + QTr = QS. Như vậy, từ các đ−ờng quan hệ (d) và (e) có thể tính toán và xây dựng đ−ợc đ−ờng quan hệ Qk ~ QS.
QS1 QS2
ZTC
QTr Qk
Qk
QS
Hình 10.10: Biểu đồ xác định đường quan hệ Qk ~ QS
Qk
QS
Zs®
ZS®
45° Qk
Hình 10.11: Biểu đồ xác định đường quan hệ Qk ~ ZSđ
Như trên ta đã xây dựng được đường quan hệ: Qk ~ QS (f)
QS ~ Zsd (g)
Từ đường quan hệ (f) với mỗi giá trị Qk xác định được trị số QS tương ứng, có QS dựa vào đ−ờng quan hệ (g) tính đ−ợc Zsd. Nếu giả thiết nhiều giá trị Qk, dựa vào các quan hệ (f)
Ch−ơng 10 - Tính toán phối hợp nguồn n−ớc công trình đầu mối 343 và (g) sẽ xác định được các giá trị ZSd tương ứng và xây dựng được đường quan hệ giữa lưu l−ợng chảy qua cống và cao trình mực n−ớc sông sau khi xây đập Qk ~ ZSd.
3. Đưa đường quan hệ Qk ~ ZSd vào góc phần tư thứ II của biểu đồ tính toán phối hợp tổng hợp để tìm ra quá trình lưu lượng có khả năng lấy vào hệ thống Qk ~ t, so sánh với
đường Qyc ~ t để rút ra những kết luận trong từng trường hợp tính toán cụ thể.
Về mặt lý thuyết, để xác định quy mô kích thước của đập tràn và của cống lấy nước chúng ta tiến hành các b−ớc nêu trên, rõ ràng kích th−ớc của tràn và của cống có liên quan chặt chẽ với nhau vì kích th−ớc đập tràn sẽ có ảnh h−ởng tới cao trình mực n−ớc sông, mực nước sông có ảnh hưởng tới quy mô kích thước của cống nhằm lấy được lưu lượng vào hệ thống để thoả mãn yêu cầu nước. Vì vậy, sẽ có nhiều phương án về kích thước của đập tràn và cống cùng thoả mãn yêu cầu n−ớc của hệ thống. Ph−ơng án đ−ợc chọn sẽ là ph−ơng án có tổng vốn đầu tư vào xây dựng cống và đập là nhỏ nhất, đồng thời cũng có ảnh hưởng ít nhất đến điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực. Trong thực tế, do vốn đầu t− xây dựng đập tràn th−ờng lớn hơn nhiều so với vốn đầu t− xây dựng cống, đập tràn cũng có ảnh hưởng nhiều đến các điều kiện tự nhiên và môi trường khu vực xung quanh, vì vậy, thường dựa vào điều kiện xây dựng ở khu vực nh− địa hình, địa chất... và tình hình ngập lụt ở khu vực thượng lưu đập mà quyết định quy mô kích thước của đập tràn. Kích thước của cống lấy nước được tính toán trên cơ sở đã có kích thước của đập tràn.
10.3. Tính toán phối hợp nguồn n−ớc khi công trình đầu mối là hồ chứa Nội dung cơ bản của việc tính toán phối hợp nguồn n−ớc tại công trình đầu mối là hồ chứa là việc tính toán điều tiết hồ. Tuỳ vào sự tương quan giữa nước đến của lưu vực hồ và l−ợng n−ớc yêu cầu của hệ thống mà có thể tính toán hồ điều tiết năm hoặc hồ điều tiết nhiều năm. Phương pháp tính toán điều tiết hồ đã được giới thiệu cụ thể trong giáo trình Thuỷ văn công trình.
10.4. Tính toán phối hợp nguồn n−ớc khi công trình đầu mối là trạm bơm
Khi công trình đầu mối là trạm bơm, việc tính toán phối hợp nguồn n−ớc là phối hợp giữa quá trình lưu lượng và mực nước yêu cầu của hệ thống với quá trình lưu lượng mực nước ngoài sông để tìm ra quá trình lưu lượng và cột nước cần bơm từ đó xác định ra quy mô kích th−ớc trạm bơm. Nội dung tính toán sẽ đ−ợc trình bày kỹ ở giáo trình Máy bơm và Trạm bơm.
Câu hỏi ôn tập:
1. Mục đích, ý nghĩa và các tài liệu cần thiết của việc tính toán phối hợp nguồn nước tại công trình đầu mối.
2. Trình bày cách tính toán phối hợp nguồn n−ớc tại công trình đầu mối trong tr−ờng hợp công trình đầu mối là cống lấy nước tự chảy, lưu lượng lấy vào nhỏ hơn (15 ữ 20)% lưu lượng sông.
3. Trình bày cách tính toán phối hợp nguồn n−ớc tại công trình đầu mối trong tr−ờng hợp công trình đầu mối là cống lấy nước tự chảy, lưu lượng lấy vào lớn hơn (15 ữ 20)% lưu lượng sông.
4. Trình bày cách tính toán phối hợp nguồn n−ớc tại công trình đầu mối trong tr−ờng hợp công trình đầu mối là cống lấy n−ớc tự chảy kết hợp đập dâng.
Ch−ơng 11
Khảo sát vμ quy hoạch thuỷ lợi
11.1. Nhiệm vụ và nội dung của khảo sát thuỷ lợi
Khảo sát thuỷ lợi nhằm mục đích điều tra thu thập, khảo sát kỹ thuật các tài liệu cơ
bản làm cơ sở để quy hoạch, thiết kế, thi công và quản lý hệ thống công trình thuỷ lợi. Các tài liệu đ−ợc cung cấp từ công tác khảo sát thuỷ lợi hết sức quan trọng và có một ý nghĩa rất lớn, vì trên cơ sở các tài liệu về điều kiện tự nhiên và tình hình kinh tế xã hội của một khu vực nào đó chúng ta đề xuất các phương án quy hoạch thuỷ lợi, xây dựng và vận hành hệ thống công trình nhằm khai thác một cách hiệu quả tài nguyên thiên nhiên để phát triển kinh tế xã hội của khu vực. Nếu các tài liệu cung cấp chính xác và sát với thực tế sẽ giúp đề xuất những ph−ơng án quy hoạch thuỷ lợi hợp lý, tính toán thiết kế chính xác, công tác thi công và quản lý hệ thống thuỷ lợi sau này cũng có nhiều thuận lợi. Nói tóm lại, nếu làm tốt công tác khảo sát thuỷ lợi sẽ góp phần quan trọng để xây dựng một hệ thống thuỷ lợi tốt, hợp lý có hiệu ích phục vụ cao đồng thời phát triển nguồn nước một cách bền vững và góp phần vào công tác bảo vệ môi tr−ờng.