Từ cụng trỡnh cấp III tra TCXDVN 285-2002 ta được : - Bảng 4.1 . Mức đảm bảo tưới P = 75 %
- Bảng 7.1 . Thời gian tớnh toỏn dung tớch bồi lắng của hồ chứa bị lấp đầy T=75 năm - Bảng 4.2 . Lưu lượng , mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra cụng trỡnh thuỷ:
+ Tần suất thiết kế : 1,0 + Tần suất kiểm tra : 0,2 % + Tần suất tớnh lũ thiết kế dẫn dũng thi cụng và P = 10% - Theo mục 6.1 . Hệ số tin cậy Kn = 1,15
- Hệ số lệch tải:+ Với trọng lượng bản thõn cụng trỡnh: n = 1,05
+ Với trọng lượng bản thõn cụng trỡnh trong trường hợp bất lợi: n = 0,95. + Với ỏp lực nước, ỏp lực thấm, ỏp lực đẩy nổi: n = 1.
-Hệ số tổ hợp tải trọng:+ Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản :nc = 1,00 +Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt :nc= 0,9
+Đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi cụng và sửa chữa :nc=0,95 Tra 14TCN-157-2005
- Bảng 4.2 .Tần suất giú lớn nhất tớnh toỏn súng do giú gừy ra trong hồ chứa P = 4% (MNDBT) và P = 50% (MNLTK)
- Bảng 4.6.Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mỏi đập :[Kcp]
+ Tổ hợp tải trọng và lực tỏc dụng chủ yếu (cơ bản) : [Kcb] = 1,3 + Tổ hợp tải trọng và lực tỏc dụng đặc biệt :[Kđb ] = 1,1
-Bảng 4.1 .Về độ vượt cao an toàn của đỉnh đập:
+ MNDBT : a = 0,7 (m) ; MNLTK :a’= 0,5 (m) ; MNLKT : a’’ = 0,2 (m)
CHƯƠNG III.TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN 3.1 .Mục đớch, yờu cầu, cỏc tài liệu cho trước
3.1.1.Mục đớch
Thụng qua tớnh toỏn tỡm ra biện phỏp phũng lũ thớch hợp và hiệu quả, phải xỏc định lưu lượng xả lớn nhất, cột nước siờu cao, dung tớch phũng lũ. Tỡm ra phương ỏn hạ thấp đỉnh lũ, phũng lũ cho cỏc cụng trỡnh ven sụng. Xỏc định phương thức vận hành, qui mụ, kớch thước cụng trỡnh xó lũ.
3.1.2. í nghĩa
Trong hệ thống cụng trỡnh đầu mối của cụng trỡnh thuỷ lợi, cụng trỡnh tràn giữ vai trũ quan trọng. Hỡnh thức và kớch thước tràn ảnh hưởng đến qui mụ kớch thước cụng trỡnh.
Xỏc định được chiều cao đập, diện tớch vựng bị ngập lụt. Những yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến giỏ thành cụng trỡnh và làm cơ sở để đỏnh giỏ tớnh an toàn của cụng trỡnh. Để đảm bảo điều kiện kinh tế, kỹ thuật toàn bộ cụng trỡnh ta phải tớnh toỏn điều tiết lũ sao cho cụng trỡnh đảm bảo an toàn và kinh tế.
Từ số liệu bài cho :Quỏ trỡnh lũ thiết kế ( P=1%) cú : T lũ= 48h ; Q1%max = 1200 m3/s ;
W 1%max = 103,68.106 m3
Quỏ trỡnh lũ kiểm tra ( P=0,2%) cú : T lũ= 48h ; Q1%max = 1350 m3/s W 1%max = 116,64.106 m3
Chọn Tx=2. T l => T l = 16h và Tx= 32h
Ta xõy dựng đường quan hệ lũ đến dạng tam giỏc như sau
t 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 Q1% 0 113 225 337.5 450 562.5 675 788 900 1013 1125 t 16.5 18 19.5 21 22.5 24 25.5 27 28.5 30 31.5 Q1% 1181.3 1125 1069 1013 956.25 900 844 788 731.3 675 619 t 33 34.5 36 37.5 39 40.5 42 43.5 45 46.5 48 Q1% 562.5 506.3 450 393.8 337.5 281.3 225 168.8 112.5 56.25 0
Hỡnh 3-1: Biểu đồ quỏ trỡnh lũ thiết kế (P=1%)
t 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 Q0.2% 0 127 253.1 379.7 506 632.8 759.4 886 1013 1139 1266 t 16.5 18 19.5 24 25.5 27 28.5 30 31.5 24 25.5 Q0.2% 1328.9 1266 1202 1013 949 886 822.7 759.4 696 1013 949 t 33 34.5 36 37.5 39 40.5 42 43.5 45 46.5 48 Q0.2% 632.8 569.5 506 443 379.7 316.4 253.13 189.8 126.6 63.28 0
Căn cứ vào địa hỡnh tổng thể cụng trỡnh đầu mối chọn cụng trỡnh xả mặt ở phớa tả của đập chớnh .Dạng đập tràn đỉnh rộng khụng ngưỡng , cú cửa van
Mực nước dõng bỡnh thường (MNDBT) =26,49 m
Dung tớch hồ ứng với mực nước dõng bỡnh thường (MNDBT): V = 72,13.106 (m3) Chọn sơ bộ cỏc thụng số về tràn:
+ Cao trỡnh ngưỡng tràn : Znt = MNDBT – 6 = 20,49 m +Chiều rộng đường tràn B .
Trong trường hợp này ta tớnh toỏn cho 3 phương ỏn: 1. Phương ỏn B = 8.3 = 24 (m)
2. Phương ỏn B = 9.3 = 27 (m) 3. Phương ỏn B = 10.3 = 30 (m)
3.1.4. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến tớnh toỏn điều tiết
- Đường quỏ trỡnh lũ đến
- Ảnh hưởng của cụng trỡnh xả lũ - Đường quan hệ Z ~ W
-Phương thức điều tiết lũ: trữ sớm hay trữ muộn
-Hỡnh thức tràn :cú van hay khụng van; cú ngưỡng hay khụng ngưỡng -Hỡnh thức ngưỡng
-Kớch thước tràn (Btr)
3.1.5. Đặc điểm của quỏ trỡnh xả lũ khi cú cửa van
Quỏ trỡnh điều tiết lũ cú thể chia thành cỏc thời đoạn:
- Từ t0 – t1: Lưu lượng lũ đến chưa lớn ta điều khiển độ mở cửa van để lưu lượng xả bằng lưu lượng đến q = Q. Khi đú đường quỏ trỡnh xả (q ~ t) lũ trựng với đường quỏ trỡnh lũ đến (Q ~ t).
- Từ t1 - t2 : Tại thời điểm t1 khi Q =Q0 ta mở hết cửa van để xả lũ, với Q0 là khả năng thỏo khi mở hết cửa van ứng với MNDBT.
Q0 = ε.m.Bt. 2 3 0 .
2g H với H0 = MNDBT - Zngưỡng tràn Trong khoảng thời gian này Qđến > qxả và >0
dt dq
: Lưu lượng xả tăng lờn và lượng nước được trử lai trong kho.
Tại thời điểm t2 lưu lượng xả đạt giỏ trị lớn nhất.
- Từ t2 – t3: Lưu lượng xả giảm dần nhưng vẩn lớn hơn lưu lượng đến nờn trong thời gian này lượng nước được tớch lại trong kho trước đú được xả ra. Tại t3 khi qxả = Q0 thỡ ta tiến hành đúng cửa van lại để qxả = Qđến.
q - t Q- t Q m3/s t(h) t3 t2 t1 t0 100 200 300 400 500 600 700 800
Hỡnh 3-3. Quỏ trỡnh xả lũ khi cú cửa van
3.1.6.Phương phỏp tớnh toỏn điều tiết lũ
Hiện nay cú nhiều phương phỏp tớnh toỏn điều tiết lũ như: Pụtapụp, Kụtrờrin, phương phỏp tớnh thử dần. Ở đõy em dựng phần mềm tớnh toỏn điều tiết lũ của trường ĐHXD viết theo phương phỏp thử dần.
Nguyờn lý điều tiết lũ theo phương phỏp thử dần: Nguyờn lý cơ bản:
Tớnh toỏn điều tiết lũ dựa trờn phương trỡnh cõn bằng nước
. (Q q t V− ∆ = −) 2 V1 (3-1) Từ phương trỡnh (3-1) cú thể viết lại phương trỡnh cõn bằng dưới dạng khỏc là:
1 2 1 2 2 1 2 2 Q Q q q V = +V + ∆ −t + ∆t (3-2)
Ngoài ra cần cú :Đường quan hệ mực nước dung tớch :V (3-3) Đường quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu :H~ (3-4) Với mục đớch là tỡm quỏ trỡnh xả lũ q ~ t thỡ phương trỡnh ( 3-2) chưa thể giải trực tiếp được vỡ cỳ hai hệ số q2 và V2 là chưa biết. Vậy chỳng ta cần cú một phương trỡnh nữa, đỳ chớnh là phương trỡnh thủy lực của cụng trỡnh xả lũ là đập tràn tự do:
q = ε.m.B. 2.g .H3/2 (3-5) Như vậy nguyờn lý cơ bản của điều tiết lũ là việc kết hợp giải phương trỡnh cõn bằng nước dạng (3-2) và phương trỡnh thủy lực (3-5). Đú là hệ phương trỡnh cơ bản cõn bằng nước viết cho hồ chứa với cỏc thời đoạn tớnh toỏn khỏc nhau và phương trỡnh thuỷ lực cụng trỡnh, đỳ chớnh là phương trỡnh biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng xả và chờnh lệch ∆z giữa thượng và hạ lưu cụng trỡnh.
Cỏch giải hệ phương trỡnh (3-2), (3-5):
+ Giả sử giỏ trị q2, theo (3-5) ta tớnh được giỏ trị H suy ra Z + Từ giỏ trị Z, tra quan hệ V=f(Z) tớnh được giỏ trị V2
+ Thay cỏc giỏ trị Q1, Q2,V1, V2, q1 vào phương trỡnh đầu (3-2) tớnh được q2.
+ Nếu giỏ trị q2 tớnh ra xấp xỉ giỏ trị giả sử thỡ giỏ trị q2 được chọn làm giỏ trị qxả
cuối thời đoạn đú. Ngược lại, nếu khụng thỏa món thỡ phải giả sử lại một giỏ trị khỏc cho đến khi đạt yờu cầu.
+ Giỏ trị lưu lượng đến và xả ở cuối thời đoạn này sẽ là giỏ trị của đầu thời đoạn tiếp theo.
3.1.7.Kết quả tớnh toỏn điều tiết
Kết quả tớnh với cỏc Btr giả thiết được ghi trong phụ lục 1 tổng hợp trong bảng sau: tr B tần suất p qmaxxa Hsc MNLTL (m) (%) ( 3 ) / m s (m) (m) 24 1.0 840.6 8.1 9 28.68 24 0.2 932.08 8.78 29.27 27 1.0 875.98 7.78 28.27 27 0.2 969.22 8.3 3 28.82 30 1.0 908.16 7.4 3 27.92 30 0.2 1002.3 1 7.9 3 28.42 3.2. Thiết kế sơ bộ đập dõng
3.2.1. Tài liệu thiết kế
- Cấp cụng trỡnh xỏc định theo điều kiện chung của hệ thống cụng trỡnh là cụng trỡnh cấp III. - Mực nước dõng bỡnh thường: +26,49 m - Mực nước lũ thiết kế ( MNLTK): Btr = 24(m), ta cú Htr = 8,19 (m); MNLTK = 28,68 (m). Btr = 27(m), ta cú Htr = 7,78(m); MNLTK = 28,27 (m). Btr = 30(m), ta cú Htr = 7,43(m); MNLTK = 27,92 (m). -Mực nước lũ kiểm tra (MNLKT):
Btr = 24(m); MNLKT = 29,27 (m). Btr = 27(m) ; MNLKT = 28,82 (m). Btr = 30(m) ; MNLKT = 28,42 (m). - Cao trỡnh chừn đập: +0,5(m)
- Tốc độ giú tớnh toỏn được tớnh theo tần suất tương ứng, theo 14TCN-157-2005 ta cú:
Khi tớnh với MNDBT thỡ P=4%, tương ứng với V4%=31,2(m/s) Khi tớnh với MNLTK thỡ P=50%, tương ứng với V50%=17,3(m/s)
- Đà giú được tớnh từ bờ hồ đến tuyến cụng trỡnh theo hướng giú thổi t=6giờ: Khi tớnh với MNDBT, ta cú: D= 900(m)
Khi tớnh với MNLTK, ta cú bảng sau:
Bảng 3-1: Đà giú ứng với MNTK và MNKT của cỏc phương ỏn Btr
Btr(m) MNTK (m) D(m)
24 28,68 1050
27 28,27 1020
30 27,92 1010
3.2.2. Xỏc định cao trỡnh đỉnh đập
Cao trỡnh đỉnh đập cần xỏc định để đảm bảo sao cho trong cỏc trường hợp xảy ra lũ và sỳng thỡ vẫn khụng tràn qua đỉnh đập, đồng thời phải xỏc định hợp lý cỏc trường hợp xảy ra sự cố, để cao trỡnh đỉnh đập được xỏc định khụng quỏ thấp hoặc quỏ cao đảm bảo tớnh kinh tế. Căn cứ vào 14TCN 175-2005, cao trỡnh đỉnh đập được xỏc định theo cỏc điều kiện sau:Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a
Z2 = MNTK + ∆h' + hsl' + a'
Cao trỡnh đỉnh đập sẽ là trị số lớn nhất trong hai tri số trờn ( Z1 và Z2 ) và phải so sỏnh với điều kiện của biểu thức:
Z3 = MNLKT + a” Trong đú:
+∆h và ∆h' : Chiều cao nước dềnh do giú ứng với giú tớnh toỏn lớn nhất và giú bỡnh quõn lớn
+ hsl và hsl' : chiều cao súng leo ( cú mức bảo đảm 1%), ứng với giú tớnh toỏn lớn nhất và giú bỡnh quõn lớn nhất.
+ a và a': độ vượt cao an toàn.
Từ đú chọn ra trị số cao trỡnh đỉnh đập để thiết kế. 1. Cao trỡnh đỉnh đập ứng với MNDBT: Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a a) Xỏc định ∆h theo cụng thức 2 6 V .D h 2.10 . .cos g.H − β ∆ = α (m)
Trong đú: V: vận tốc giú tớnh toỏn lớn nhất V = 31,2 ( m/s ). D: đà giú ứng với MNDBT = 26,49 ( m ) . => D =900 (m) H: chiều sõu nước trước đập.
H = MNDBT - ∇đỏy (∇đỏy = +0,5 m)
αβ : gúc kẹp giữ trục dọc của hồ và hướng giú. αβ= 00.
b) Xỏc định hsl
Theo mục 2-14 trang 13 QPTL C-1-78 chiều cao súng leo cú mức bảo đảm 1% được xỏc định như sau :hsl1% = K1. K2.K3.K4.Kα. hs1%
Trong đú : - hs1% :chiều cao súng với mức bảo đảm 1%.
Giả thiết trường hợp đang xột là súng nước sõu: H > 0,5λ rồi tớnh cỏc đại lượng khụng thứ nguyờn gt
v và 2
gD v .
- t: thời gian giú thổi liờn tục (s), với hồ chứa khụng cú tài liệu quan trắc ta lấy t = 6 h=21600 (s )
Theo đường cong bao phớa trờn đồ thị hỡnh 35 (trang 46) QPTL C-1-78 ta xỏc định được cỏc đại lượng khụng thứ nguyờn ( s
2 g.h V , g. V τ)
Chọn cặp cú trị số nhỏ trong hai cặp trờn. Từ đú xỏc định được ( τ; h) Trong đú: hs: chiều cao súng bỡnh quõn.
τ: chu kỳ súng trung bỡnh.
Trị số chiều dài súng trung bỡnh (λ) được xỏc định như sau: g. 2 2
τ λ =
π
Kiểm tra lại điều kiện súng nước sõu: 0,5. Hλ < thỡ giả thiết súng nước sõu ở trờn là đỳng. Khụng thỏa món thỡ tớnh theo súng nước nụng.
- Tớnh hs1% theo cụng thức: hs1% = k1%. hs
k1% :hệ số tra đồ thị H-36 (trang 47), QPTL C-1-78, ứng với gD2
v ,được k1% -
Xỏc định cỏc hệ số K1, K2, K3, K4, Kα
+ Hệ số Kα phụ thuộc vào gúc αβ: gúc kẹp giữ trục dọc của hồ và hướng
giú. Tra bảng P2-6 ( Đồ ỏn mụn học thủy cụng) với αβ = 00.=> Kα =1
+ Hệ số K1, K2 tra bảng 6 (trang 14) QPTL C-1-78, phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mỏi và độ nhỏm tương đối trờn mỏi.
Chọn hỡnh thức gia cố mỏi bằng đỏ kớch thước đặc trưng về độ nhỏm ∆ = 0,04(m). Độ nhỏm tương đối:
s1%
h
∆
từ đú ta tra được: k1 ; k2
+ Hệ số K3 tra ở bảng 7 (trang 14) QPTL C-1-78 , phụ thuộc vào vận tốc giú thổi và hệ số mỏi m. Với V > 20 m/s, giả thiết m = 3,5 ta được k3 .
+ Hệ số K4 tra ở đồ thị hỡnh 10 (trang 15) QPTL C-1-78, phụ thuộc vào trị số mỏi và trị số
s1%
h λ
, ta cú: H > 2.hs1% ; m = 3,5 ta được: K4
Thay cỏc trị số trờn vào cụng thức ta được : hsl1% = K1. K2.K3.K4. Kα. hs1%
c) Xỏc định độ vượt cao an toàn a
- Theo bảng 4.1 ( trang 19) 14TCN 157-2005, ứng với cụng trỡnh cấp III, MNDBT thỡ độ vượt cao an toàn a = 0,7 m
- Vậy chiều cao đỉnh đập theo MNDBT được xỏc định: Z1 = MNDBT + ∆h + hsl + a
2. Cao trỡnh đỉnh đập ứng với MNLTK
Cỏch tớnh tương tự như trường hợp MNDBT nhưng ứng với V’ và D’
Thụng số tớnh toỏn Đơn vị Trường hợp tớnh toỏn MNDBT MNLTK Btr=24m Btr=27m Btr=30m MN m 26,49 28.68 28.27 27.92 Zđỏy m 0,5 0.5 0.5 0.5 H m 25.99 28.18 27.77 27.42 D m 900 1050 1020 1010 V m 31.2 17.3 17.3 17.3 h ∆ m 0.00687 0.0023 0.00231 0.00232 gD/V2 9.07 34.42 33.43 33.105 gt/V 6791.54 12248.32 12248.32 12248.32 2 s gh / V 0.0057 0.011 0.011 0.011 gτ /V 0.752 1.15 1.13 1.12 τ m 2.39 2.03 1.993 1.975 s h m 0.566 0.336 0.336 0.336 λ m 8.94 6.437 6.205 6.093 0.5xλ m 4.47 3.219 3.1 3.046 H>0.5x
λ m Thỏa món Thỏa món Thỏa món Thỏa món
K1% 0.85 2.01 2.015 2.012 hs1% m 1.1886 0.675 0.677 0.676 s1% / h ∆ 0.034 0.06 0.06 0.06 K1 0.85 0.79 0.79 0.79 K2 0.75 0.68 0.68 0.68 K3 1.5 1.392 1.392 1.392 s% / h λ 7.52 9.536 9.165 9.013 K4 1.1 1.2 1.16 1.15 hsl1% m 1.25 0.6 0.587 0.58 a m 0.7 0.5 0.5 0.5 Zđđ m 28.45 29.15 28.75 28.54 3. Cao trỡnh đỉnh đập với MNLKT Cụng thức xỏc định: Zđđ = MNLKT + a”
Trong đú: a”: tra 14TCN 157-2005 ứng với trường hợp MNLKT và cụng trỡnh cấp III ta được: a” = 0,2 m
Bảng 3 – 3: Kết quả tớnh toỏn cao trỡnh đỉnh đập
Thụng số tớnh toỏn Đơn vị Trường hợp tớnh toỏn MNLKT Btr=24m Btr=27m Btr=30m MN m 29.27 28.82 28.42 a" m 0.2 0.2 0.2 Zđđ m 29.47 29.02 28.62
Như vậy từ cỏc trường hợp trờn đõy, thỡ ta chọn cao trỡnh đỉnh đập theo 3 phương ỏn tràn đó giả thiết ở trờn đõy được kết quả như sau
Bảng 3-4:Kết quả tớnh cao trỡnh đỉnh đập ứng với cỏc phương ỏn Btr.
Btr 24 27 30
Zđ.đ 29.47 29.02 28.62
3.2.3.Bề rộng đỉnh đập B
Bề rộng đỉnh đập xỏc định theo 2 yờu cầu:
-Về cấu tạo : chủ yếu xột điều kiện thi cụng đầm nộn và quản lý khai thỏc đập. -Về giao thụng : đỉnh đập được chọn theo quy phạm đường giao thụng.
Với cụng trỡnh đập hồ Trường Xuõn khụng cú yờu cầu về giao thụng nờn ta xỏc định bề rộng đỉnh đập theo yờu cầu về mặt cấu tạo. Để tiện lợi trong quỏ trỡnh thi cụng cũng như quản lý và khai thỏc đập, ta chọn bề rộng đỉnh đập B=5m.
Đỉnh đập phủ một lớp đỏ dăm dày 25 cm để bảo vệ mặt đỉnh đập. Mặt đỉnh đập làm dốc về 2 phớa với độ dốc 3% để dễ dàng thoỏt nước mưa trờn đỉnh đập.
3.2.4. Mỏi đập và cơ đập
1. Mỏi đập
Mỏi đập phải đảm bảo ổn định theo tiờu chuẩn quy định trong mọi điều kiện mà