1. Sơ đồ tính (hình 10.5) 2. Ph−ơng pháp giải tích
Trường hợp này do lưu lượng lấy vào cống lớn nên làm giảm mực nước sông trước cống. Mực nước sông trước cống được xác định theo hệ thức:
ZTC = ZDC - Zn (10.3)
ZDC - cao trình mực nước sông phía hạ lưu cống lấy nước;
Zn - độ cao mực nước sông hồi phục sau khi lấy nước vào cống, được xác định theo công thức:
Ch−ơng 10 - Tính toán phối hợp nguồn n−ớc công trình đầu mối 335
g 2 V ) K 1 (
K 2 Z 3
2 dc
n = − (10.4)
Vdc - lưu tốc dòng chảy trên sông phía hạ lưu cống;
K - tỷ số lưu lượng, 1 Q K Q
S k <
= ;
Qk - lưu lượng lấy qua cống vào kênh theo yêu cầu;
QS - lưu lượng nước đến của sông theo tần suất thiết kế.
Khi kể đến sự hạ thấp, cao trình mực nước sông trước cống ZTC sẽ phụ thuộc vào lưu lượng lấy vào kênh, lưu lượng của sông và có ảnh hưởng tới lưu lượng có thể lấy vào cống.
Trường hợp này trong quá trình toán phối hợp phải kể tới sự thay đổi này.
ZS
QS Z®c
ZDC Zn ZTC
Qdc ΔZ
hK
Z®s
QS Qdc
Qk
Hình 10.5: Sơ đồ tính toán Trình tự tính toán:
1. Dựa vào đường quan hệ Qyc ~ t, và QS ~ t, chọn trường hợp bất lợi để tính toán.
2. Giả thiết chiều rộng cống b (truờng hợp phải xác định kích thước cống đầu mối cho những dự án chuẩn bị đầu t−).
3. Dựa vào công thức tính lưu lượng chảy qua cống, các quan hệ giữa mực nước sông trước cống với chiều sâu mực nước hạ lưu cống và tổn thất khi chảy qua cống có thể tính toán cao trình mực n−ớc sông tr−ớc khi lấy n−ớc vào hệ thống.
Z h . b . M
Qk = k Δ (10.5)
với M=m 2g và b là chiều rộng cống.
ZTC = Z®c + hk + ΔZ (10.6)
Với công thức (10.5) và (10.6) khi đã xác định được trường hợp tính toán, có nghĩa là với trị số Qk có thể tìm đ−ợc giá trị ZTC t−ơng ứng.
4. Xác định trị số cao trình mực nước sông trước cống theo sự thay đổi do ảnh h−ởng của việc lấy n−ớc vào cống.
*
ZTC
Độ cao hồi phục của mực n−ớc sông phía d−ới vị trí cống lấy n−ớc đ−ợc tính bằng công thức:
g 2 V ) K 1 (
K 2 Z 3
2 dc
n = −
Mặt khác, khi chọn đ−ợc tr−ờng hợp tính toán chúng ta cũng có các trị số Qk và QS xác
định, và tính đ−ợc các giá trị:
S k
Q
K=Q , Qdc = QS - Qk và tính đ−ợc các trị số ZDC, Vdc theo tài liệu thuỷ văn và mặt cắt sông. Nh− vậy có thể tính toán đ−ợc giá trị Zn t−ơng ứng. Cao trình mực n−ớc sông tr−ớc cống Z*TC = ZDC – Zn.
5. So sánh giá trị ZTC và , nếu sai khác không đáng kể thì chứng tỏ việc giả thiết trị số b là hợp lý và lấy kết quả đó là kích thước công trình đầu mối, nếu sai khác phải giả thiết lại b và tính toán lại từ đầu.
*
ZTC
6. Tính toán kiểm tra với các thời điểm khác của quá trình mực n−ớc sông với điều kiện phải thoả mãn Z*TC ≥ ZTC.
Trong trường hợp công trình đầu mối đã có, việc tính toán cũng như trên nhằm xác
định quá trình lưu lượng có khả năng lấy vào hệ thống để so sánh với quá trình lưu lượng yêu cầu của hệ thống nhằm đ−a ra các giải pháp xử lý thích hợp.
3. Ph−ơng pháp đồ thị
Trường hợp Qk ≥ (15 ữ 20)%QS là trường hợp lưu lượng lấy vào hệ thống làm ảnh h−ởng tới mực n−ớc sông tại nơi xây dựng công trình đầu mối. Vì vậy chúng ta phải xác lập
được quan hệ giữa lưu lượng sông, lưu lượng qua cống và cao trình mực nước sông bị thay
đổi do ảnh hưởng của việc lấy nước vào hệ thống.
- Xác định quan hệ Qk ~ ZTC
Với công thức chảy qua cống và hệ thức liên hệ giữa chiều sâu n−ớc chảy qua cống, tổn thất qua cống và cao trình mực nước trước cống ZTCchỉ có thể xác định được đường quan hệ giữa lưu lượng chảy qua cống và cao trình mực nước trước cống Qk ~ ZTC thông qua các ph−ơng trình cụ thể sau:
Z h . b . M
Qk = k Δ (10.7)
với: M=m 2g và b là chiều rộng cống
ZTC = Z®c + hk + ΔZ (10.8)
Khi kích thước kênh dẫn sau cống đã được xác định, với mỗi giá trị lưu lượng chảy qua cống vào kênh Qk ta có ngay giá trị hk t−ơng ứng, khi có Qk và hk dựa vào ph−ơng trình (10.7) có thể xác định được một giá trị ΔZ, có ΔZ và hk dựa vào phương trình (10.8) tính toán đ−ợc ZTC.
Ch−ơng 10 - Tính toán phối hợp nguồn n−ớc công trình đầu mối 337 Với cách tính nh− trên giả thiết nhiều giá trị Qk khác nhau sẽ tìm đ−ợc nhiều giá trị ZTC t−ơng ứng. Nói một cách khác dựa vào ph−ơng trình (10.7) và (10.8) ta có thể xây dựng
đ−ợc đ−ờng quan hệ Qk ~ ZTC.
- Xác định quan hệ Qk ~ QS ~ ZTC
Khi lưu lượng chảy qua cống vào hệ thống tương đối lớn so với lưu lượng của sông, mực nước sông tại vị trí cửa cống bị hạ thấp sau đó lại hồi phục một trị số Zn tại mặt cắt của sông phía d−ới cống (hình 10.5).
Độ cao hồi phục của mực n−ớc sông Zn đ−ợc tính theo công thức:
g 2 V ) K 1 (
K 2 Z 3
2 dc
n = − (10.9)
Vdc - lưu tốc dòng chảy trên sông phía dưới cống (m/s):
Q 1 K Q
S k <
= - tỷ số giữa lưu lượng lấy vào hệ thống và lưu lượng sông Qk - lưu lượng lấy qua cống vào kênh (m3/s);
QS - lưu lượng nước đến của sông (m3/s).
Từ sơ đồ (hình 10.5) quan hệ giữa cao trình mực nước sông phía dưới cống, độ cao phục hồi và cao trình mực n−ớc tr−ớc cống đ−ợc biểu diễn bằng hệ thức:
ZTC= ZDC − Zn (10.10)
ZTC - cao trình mực n−ớc sông tr−ớc cửa cống;
Zdc - cao trình mực n−ớc sông tại mặt cắt phía d−ới cống.
Từ ph−ơng trình (10.9) nếu lấy một giá trị Qk làm thông số, giả thiết nhiều giá trị QS khác nhau, sẽ tìm được nhiều giá trị lưu lượng sông tại mặt cắt phía d−ới cống Qdc. Dựa vào tài liệu mặt cắt ngang của sông có Qdc xác định đ−ợc cao trình mực nước sông (Zdc) và tốc độ dòng chảy trên sông (Vdc) tại mặt cắt phía d−ới cống.
Mặt khác với nhiều giá trị QS khác nhau ta cũng tìm đ−ợc các giá trị K và nh− vậy sẽ tìm đ−ợc nhiều giá trị Zn. Khi đã có Zn và Zdc dựa vào ph−ơng trình (10.10) có thể tìm đ−ợc các giá trị ZTC t−ơng ứng.
Hình 10.6: Quan hệ Qk ~ QS ~ ZTC Nh− vậy dựa vào hai ph−ơng trình (10.9) và (10.10) chúng ta có thể xây dựng đ−ợc một họ đ−ờng quan hệ Qk ~ QS ~ ZTC với Qk làm thông số (hình 10.6).
- Xây dựng đ−ờng quan hệ Qk ~ ZS Chúng ta đã có:
+ Đ−ờng quan hệ Qk ~ ZTC (đ−ờng quan hệ a) đ−ợc xây dựng dựa vào ph−ơng trình (10.7) và (10.8).
+ Đ−ờng quan hệ Qk ~ QS ~ ZTC (đ−ờng quan hệ b) đ−ợc xây dựng dựa vào ph−ơng trình (10.9) và (10.10).
+ Đường quan hệ QS ~ ZS (đường quan hệ c) do tài liệu đo đạc thuỷ văn cung cấp.
Với mỗi trị số Qk giả thiết dựa vào đ−ờng quan hệ (a) chúng ta tìm đ−ợc giá trị ZTC t−ơng ứng, khi có cặp trị số Qk và ZTC từ đ−ờng quan hệ (b) tìm đ−ợc giá trị QS và dựa vào
đ−ờng quan hệ (c) sẽ tìm d−ợc trị số ZS t−ơng ứng.
Hình 10.7: Đồ thị xác định đường Qk ~ ZS
Nếu giả thiết nhiều trị số Qk khác nhau, dựa vào các đ−ờng quan hệ (a), (b) và (c) sẽ tìm đ−ợc các trị số ZS t−ơng ứng, có nghĩa là chúng ta xây dựng đ−ợc quan hệ Qk ~ ZS. Đ−a
đường quan hệ này 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 qua cống vào hệ thống trên cơ sở đường quá trình mực nước sông tại vị trí xây dựng cống đầu mối và chiều rộng cống b đã được ấn định.
Việc so sánh đường quá trình lưu lượng có khả năng lấy vào hệ thống với đường quá
trình lưu lượng yêu cầu và việc sử dụng các kết quả tính toán đối với từng mục đích cụ thể cũng t−ơng tự nh− tr−ờng hợp ở trên.