- Đường quanh Q= f(H)
g/ Tính lũ dẫn dòng và tiến độ thi công
4.1 NƯỚC LŨ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
4.1-1 Khái niệm về dòng chảy lũ.
Dòng chảy lũ sinh ra do các trận mưa rào hay các trận mưa dài ngày gây nên. Dòng chảy lũ quyết định những nét tổng quát về chếđộ dòng chảy của một con sông hay một vùng thủy văn nào đó. Lưu lượng lớn nhất của các sông suối trong năm là giá trị lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất tức thời quan trắc được trong thời gian lũ.
Dòng chảy lớn nhất là một đặc trưng quan trọng của dòng chảy sông ngòi, rất cần thiết trong việc thiết kế các công trình trên sông phục vụ cho thủy lợi, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác.
Dòng chảy lũ là kết quả tác động của nhiều nhân tố, những nhân tố này rất đa dạng và có mức độảnh hưởng khác nhau vì vậy việc nghiên cứu, tính toán rất phức tạp.
Trong tính toán thủy văn, dòng chảy lũ thường được đặc trưng bằng: - Lưu lượng đỉnh lũ ( QMAX , đơn vị m3/s.);
- Tổng lượng lũ ( WMAX m3 ); - Đường quá trình lũ ( Q ~ t ). 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t Tl tx Tl Hình 4-1. đường quá trình lũ
4.1-2 Các khái niệm về tiêu chuẩn thiết kế.
A. Khái niệm vềđỉnh lũ.
Để có những kiến thức về dòng chảy lớn nhất và dòng chảy lớn nhất thiết kếđúng đắn chúng ta cần đề cập tới sự khác nhau về khái niệm lưu lượng lớn nhất thực và lớn nhất thực đo.
Trong thực tế trên các sông suối sự biến đổi H và Q lũ khá lơn. Nhiều trường hợp đỉnh lũ xuất hiện không trùng với thời gian quan trắc đo đạc cho nên lưu lượng lũ lớn
Q m3/s.
nhất thực đo thường nhỏ hơn trị số thực của nó (tương ứng với HMAX) và lưu lượng lũ lớn nhất trung bình ngày đêm lại nhỏ hơn lưu lượng lớn nhất thực đo.
QMAX (thực) > QMAX (thực đo) > QMAX (ngày đêm)
Như vậy ở đây ta cần xem xét mối quan hệ gữa những trị số này để hiệu chỉnh tài liệu. Mối quan hệ giữa QMAX (thực đo) và QMAX (ngày đêm)ở Việt Nam được phân cấp theo diện tích như sau: F km2 1-10 10 - 50 50 - 100 100 - 500 500 - 5000 5000 - 10000 10000 - 50000 50000 - 150000 K 20 ÷ 10 10 ÷ 5 5 ÷ 2 2 ÷ 1.5 1.5 ÷ 1.2 1.2 ÷ 1.1 1.1 ÷ 1.05 1.05 ÷ 1.01 QMAX Với k = ⎯⎯⎯⎯⎯ = f (F) (4-1) QMAX (Ngày)
B. Tiêu chuẩn thiết kế.
Hiện nay trong thiết kế người ta thường dùng phương pháp sác suất thống kê để tính lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng lũ ứng với một tần suất nhất định, căn cứ vào quy mô và tính chất quan trọng của công trình. Với các công trình thủy công tuỳ theo vốn đầu tư mà chia thành nhiều cấp khác nhau, ứng với mỗi cấp công trình đòi hỏi phải phục vụ được một số năm liên tục. Sau đây là một số tiêu chuẩn về tần suất thiết kế lũ do Bộ thủy lợi trước đây quy định trong quy phạm ban hành năm 1979 (QP.TL - c -6 77):
Các tiêu chuẩn thiết kế trong bảng 4-1 mới chỉ xét đến vấn đề an toàn của công trình mà không xét đến vấn đề phòng lũ cho hạ du.
Bảng 4-1. Tần suất thiết kế lưu lượng lũ lớn nhất đối với
các loại công trình vĩnh cửu
TT Trường hợp Tần suất lưu lượng lớn nhất (p %) theo cấp công trình sử dụng Cấp I Cấp II Cấp III Cấp IV 1 Bình thường 0.1 1.0 2.0 5.0 2 Bất thương 0.01 0.1 0.5 1.0 Bảng 4-2. Tần suất thiết kế lưu lượng lũ lớn nhất đối với các loại công trình tạm thời
TT Trường hợp Tần suất lưu lượng lớn nhất (p %) theo cấp công trình sử dụng Cấp III Cấp IV Cấp V 1 Bình thường 2.0 5.0 10.0 2 Bất thương 1.0 - -
Công trình thủy công phải đảm bảo hai nhiệm vụ khác nhau: - Phòng lũ cho hạ lưu công trình;
- Chống lũ cho bản thân công trình.
Hai nhiệm vụ trên khác nhau nên tiêu chuẩn thiết kế khác nhau:
* Phòng lũ. Lưu lượng tháo lũ an toàn qAT là lưu lượng có thể tháo được của đoạn sông trong điều kiện thiên nhiên, phản ánh tổng hợp các nhân tố thủy lực của đoạn sông như hệ thống đê, hệ thống các bãi bồi dọc sông.
Với Q > qAT → công trình thủy công hay đê có thể bị phá vỡ và gây ngập lụt hạ lưu.
Với Q < qAT→ hạ lưu an toàn.
Theo quan điểm thống kê thì sác xuất xuất hiện biến cố{ Q ≥ qAT} tính bình quân trong nhiều năm gọi là mức phá hoại thiên nhiên và ta có P{Q ≥ qAT }được xác định trên đường tần suất lưu lượng đỉnh lũ thiên nhiên.
Như vậy vấn đề phòng lũ tức là làm cho mức phá hoại thiên nhiên nhỏ đi. Muốn vậy có thể thực hiện theo hai cách:
Một là: Tăng lưu lượng tháo lũ an toàn qAT bằng biện pháp cải tạo lòng sông, uốn nắn sông để cho dòng chảy lũ thoát nhanh;
Hai là: Giảm lưu lượng lũ QMAX bằng cách xây dựng các hồ chứa điều tiết nước lũ, bảo vệ và trồng hệ thống rừng đầu nguồn.
Những biện pháp này cần tiến hành phân tích so sánh về các mặt kỹ thuật, kinh tế nhằm tìm ra biện pháp hợp lý nhất. Trong thực tế việc này tính toán phức tạp, khó khăn nên người ta căn cứ theo tiêu chuẩn thiết kếđã quy định để xác định quy mô kích thước của công trình với điều kiện sử dụng bất thường cho phép:
- Mức nước cao hơn bình thường mà giảm bớt chiều cao của đỉnh đập; - Giảm bớt tính ổn định và mức độ hệ số an toàn của công trình.
- Không phải tuân theo điều kiện công tác bình thường của trạm thủy điện và các xí nghiệp gần công trình, nhưng lúc này công trình cơ bản không được để bị phá huỷ.
* Chống lũ. Là tiêu chuẩn thiết kế bảo đảm an toàn chắc chắn cho bản thân công trình.
Một công trình làm việc an toàn ngoài hình thức kết cấu và sự ổn định của nó ra còn phụ thuộc vào điều kiện làm việc, tức là quy trình vận hành công trình. Một hồ chứa không có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du nhưng nhất thiết phải có nhiệm vụ chống lũ cho bản thân công trình. Nếu đồng thời có hai nhiệm vụ thì tiêu chuẩn chống lũ bao giờ cũng cao hơn tiêu chuẩn phòng lũ.
C. Tần suất bảo đảm thiết kế.
Trong tính toán thủy lợi ngoài khái niệm tần suất thiết kế còn có khái niệm tần suất bảo đảm thiết kế.
Tần suất bảo đảm thiết kế là sác xuất xuất hiện những trị số không vượt quá lưu lượng ứng với tần suất thiết kế quy định trong thời gian sử dụng công trình.
Nếu gọi P là tần suất thiết kế của yếu tố lưu lượng lũ lớn nhất QP thì P có nghĩa là sác xuất xuất hiện lưu lượng Q ≥ QP trong mỗi năm và theo định lý của sác xuất thì xác
xuất không xuất hiện lưu lượng Q ≥ QP trong mỗi năm là (1- p ) = ρ. Theo định lý nhân sác xuất thì S trong tương lai n năm sẽ là :
S = ( 1 - p )n (4-2)
Ta gọi S là tần suất bảo đảm an toàn của công trình trong thời gian sử dụng n năm. Ởđây p là tần suất thiết kế và n số năm sử dụng.
Tần suất phá hoại công trình sẽ là U = 1 - S hay U = 1 - ( 1 - p )n .