Độ dốc đáy kênh i là một chỉ tiêu rất quan trọng. Độ dốc hợp lý là độ dốc bảo đảm tưới tự chảy lớn nhất, bảo đảm điều kiện ổn định của lòng kênh, không gây bồi lắng xói lở và với độ dốc ấy khối lượng đào đắp của kênh mương sẽ nhỏ nhất.
Nếu chọn độ dốc lớn thì khả năng chuyển nước lớn, mặt cắt nhỏ nhưng diện tích được khống chế t−ới tự chảy nói chung sẽ bị giảm và có nhiều khả năng kênh bị xói lở. Nếu ta chọn độ dốc đáy kênh nhỏ thì ng−ợc lại. Đối với vùng bằng phẳng nếu chọn độ dốc đáy kênh lớn khối lượng kênh mương sẽ rất lớn.Vì vậy, độ dốc có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật rất lớn. Khi xác định cần căn cứ vào địa hình của khu tưới, hàm lượng phù sa trong nước tưới, tính chất của đất nơi tuyến kênh đi qua, lưu lượng chảy trên kênh. Ngoài ra, khi xác
định độ dốc của kênh cấp trên cần xét đến việc bảo đảm cao trình yêu cầu tưới tự chảy của kênh cấp d−ới.
- Theo kinh nghiệm ở những nơi có độ dốc mặt đất lớn, hàm l−ợng phù sa lớn độ dốc kênh chính th−ờng chọn thiên lớn, th−ờng 1 1
i=2000÷2500⋅ - Kênh lấy n−ớc từ hồ chứa: 1 1
i=3000÷5000⋅
- Đối với vùng đồng bằng, kênh có thể lấy độ dốc nhỏ hơn: 1 1 i=10000÷15000⋅
Trong thiết kế bước đầu thường dựa vào điều kiện địa hình của tuyến kênh, dựa vào kinh nghiệm để sơ bộ chọn độ dốc sau đó dùng i sơ bộ để thiết kế mặt cắt dọc mặt cắt ngang kênh và tiến hành kiểm tra điều kiện bồi lắng xói lở trong kênh, nếu thỏa mãn thì
cho phép dùng độ dốc sơ bộ đã chọn.
2. Xác định mái dốc bờ kênh m
Với kênh đất việc xác định m rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ ổn
định của bờ kênh, và kích thước mặt cắt m phụ thuộc vào chất đất và chiều sâu nước trong kênh.
Đối với kênh chìm, đất đào kênh tốt nh− đất thịt, đất sét thì chọn m nhỏ.
Ch−ơng 9 - thiết kế kênh 315 Kênh nổi, đất kết cấu kém thì chọn m lớn (trị số m có thể tham khảo ở bảng 9.6 và 9.7).
Bảng 9.6 - Hệ số mái của các loại kênh chìm Mái kênh t−ới
Loại đất Nước sâu
< 1 m
N−íc s©u 1 ÷ 2 m
N−íc s©u 2 ÷ 3 m
Mái kênh tiêu
Đá cuội và đá sỏi lẫn cát
Đất sét, đất thịt pha sét nặng và đất thịt pha sét vừa
Đất thịt pha sét nhẹ
Đất thịt pha cát
Đất cát
1,25 1,00 1,25 1,50 1,75
1,50 1,00 1,25 1,50 2,00
1,50 1,25 1,50 1,75 2,25
1,00 1,00 1,25 1,50 1,75 Bảng 9.7 - Hệ số mái của các loại kênh đắp nổi
Q > 10 m3/s Q = 10 ÷ 2 m3/s Q = 2 ÷ 1,5 m3/s Q = 0,5 m3/s Loại đất Mái
trong
Mái ngoài
Mái trong
Mái ngoài
Mái trong
Mái ngoài
Mái trong
Mái ngoài
Đất sét, đất thịt pha sét nặng và đất thịt pha sét vừa
Đất thịt pha sét nhẹ
Đất thịt pha cát
Đất cát
1,25 1,50 1,75 2,25
1,00 1,25 1,50 2,00
1,00 1,25 1,50 2,00
1,00 1,00 1,25 1,75
1,00 1,25 1,50 1,75
0,75 1,00 1,25 1,50
1,00 1,00 1,25 1,50
0,75 1,00 1,00 1,25 3. Hệ số nhám lòng kênh n
Hệ số nhám n phụ thuộc vào chất đất lòng kênh và các điều kiện khác trên lòng kênh nh− cỏ mọc, đất đá...
Bảng 9.8 - Hệ số nhám lòng kênh
Hệ số nhám n
Đặc điểm của kênh
Kênh t−ới Kênh tiêu 1. Lưu lượng Q > 25 m3/s
a) Đất pha sét hoặc pha cát b) Đất có đá cuội, đá sỏi 2. Lưu lượng Q = 1 ữ 25 m3/s
a) Đất pha sét hoặc pha cát b) Đất có đá cuội, đá sỏi
0,0200 0,0225 0,0225 0,0250
0,0225 0,0250 0,0250 0,0275
3. Lưu lượng Q < 1 m3/s
4. Kênh cấp V (m−ơng chân rết) 5. Nong t−ới (rãnh t−ới tạm thời)
0,0250 0,0275 0,0300
0,0275
Sau khi đã xác định được một số chỉ tiêu ta tiến hành tính toán kích thước cơ bản của kênh.
4. Trình tự thiết kế kênh t−ới
1. Dựa vào tài liệu địa hình vẽ mặt cắt dọc mặt đất tự nhiên mà tuyến kênh đi qua, trên
đó ghi vị trí của tất cả các công trình trên tuyến kênh đó như cống lấy nước kênh cấp d−ới, công trình v−ợt ch−ớng ngại vật...
2. Xác định các cao trình yêu cầu tưới tự chảy ở đầu kênh cấp dưới ghi vào đúng vị trí của chúng trên kênh.
3. Dựa vào chất đất, lưu lượng chảy trong kênh xác định phạm vi dao động của độ dốc kênh imax, imin.
4. Vẽ đ−ờng mặt n−ớc thiết kế kênh.
Dựa vào đường mặt đất tự nhiên, dựa vào các cao trình yêu cầu tưới tự chảy của các kênh cấp d−ới sơ bộ vẽ đ−ờng mực n−ớc yêu cầu của kênh thỏa mãn:
- Cố gắng trùm lên tất cả các cao trình yêu cầu t−ới tự chảy.
- Tương đối phù hợp với mặt đất tự nhiên để khối lượng đào đắp ít.
- Có độ dốc mặt nước nằm trong phạm vi imax và imin: imin ≤ i ≤ imax
Xác định đường mực nước yêu cầu hay đường mực nước thiết kế của kênh là một bước vô cùng quan trọng vì vị trí của đường mực nước thiết kế quyết định diện tích khống chế tưới tự chảy của kênh, quyết định đến cao trình đáy kênh sau này có nghĩa là khối lượng
đào đắp của kênh. Vì vậy, cần phải nghiên cứu, phân tích, so sánh thật kỹ giữa khả năng phục vụ tưới tự chảy của kênh và khối lượng đào đắp kênh mương để xác định được vị trí của đ−ờng mực n−ớc thiết kế kinh tế kỹ thuật nhất.
5. Dựa vào QTK,i, m, n tiến hành tính toán thủy lực xác định kích thước mặt cắt ngang của kênh: bTK, hTK.
Chúng ta có thể sử dụng các phương trình cơ bản trong dòng chảy đều để giải các bài toán cụ thể.
Thường dùng phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực để tính toán mặt cắt kênh. Thông th−ờng khi bắt đầu tính mặt cắt bao giờ cũng có 2 ẩn bK, hK. Chúng ta phải dựa vào kinh nghiệm hay dựa vào một số điều kiện mà kênh mương phải thỏa mãn để sơ bộ xác định một số đặc tr−ng của mặt cắt nh− bK, β, [V]K để xác định các đặc tr−ng khác nh− hK, bK...
Ch−ơng 9 - thiết kế kênh 317 Sau khi tính toán chúng ta tiến hành kiểm tra lại tốc độ chảy trong kênh hay các yêu cầu khác mà kênh phải thỏa mãn.
6. Tính cao trình đáy kênh:
∇§K =∇yc - hTK 7. Tính cao trình bờ kênh:
∇BK =∇§K + hmax + δ'
∇BK =∇§K + hTK + δ
trong đó: δ , δ’ là độ vượt cao an toàn ứng với trường hợp thiết kế và kiểm tra trong quy phạm.
Bảng 9.9 - Độ v−ợt cao an toàn
Lưu lượng Q (m3/s) < 1,0 1,0 ữ 10 10 ữ 30 30 ữ 50 50 ữ 100
Độ v−ợt cao an toàn 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 8. Kiểm tra điều kiện khống chế t−ới tự chảy ứng với Qmin
∇min = ∇§K + hmin So sánh ∇min với ∇yc của kênh cấp d−ới.
9. Vẽ mặt cắt dọc, mặt cắt ngang kênh m−ơng.
10. Tính toán khối l−ợng và giá thành kênh m−ơng.
11. Thống kê vị trí, hình thức và kích th−ớc cơ bản của các công trình trên kênh.
Số cọc
Cao trình mặt đất Mùc n−íc b×nh th−êng Mùc n−íc nhá nhÊt Cao trình mặt đê
Cèng ph©n n−íc A
Cầu máng Dốc n−ớc và cống
ph©n n−íc B
Cao trình đáy kênh
§é dèc
Max Min
1 2
3
0 + 000 0 + 100 1 + 150 3 + 100 4 + 500
Hình 9.8: Mặt cắt dọc kênh t−ới B - K£NH TI£U 9.5. Tính lưu lượng kênh tiêu