Bài giảng Thiết kế công trình thủy

CHƯƠNG 1: VAI TRÒ VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Bộ môn: THỦY CÔNG BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY... NHIỆM VỤ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI: - Những công trình được xây

Trang 2

CHƯƠNG 1: VAI TRÒ VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC

CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Bộ môn: THỦY CÔNG

BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Trang 3

§1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

§1-2: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

§1-3: ĐẦU MỐI CTTL VÀ HỆ THỐNG THỦY LỢI

§1-4: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CTTL

Trang 4

1 Trữ lượng nước trên trái đất:

- Ước tính khoảng 1,5 tỷ km3, hơn 90% là nước ở các đạidương, và khoảng 10% nước ở trong lục địa

- Lượng nước thích hợp cho cuộc sống của con người chỉchiếm khoảng 20% lượng nước ở trong lục địa

=> Vậy nước ngọt có giá trị sử dụng là rất hạn chế.

Trang 6

§1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

I NGUỒN NƯỚC (tiếp):

- Dòng chảy bình quân

năm trên thế giới

khoảng 40 000 km3

- Nước phân bố không

đều trên các lục địa:

Trang 7

I NGUỒN NƯỚC (tiếp):

2 Trữ lượng nước ở Việt Nam:

- Nước ta có lượng mưa dồi dào, mưa BQ năm X = 1.800 ÷ 2.500mm, 70 ÷ 80% vào các tháng mùa mưa.

- Tổng lượng nước hàng năm là 845km 3 và 350 triệu m 3 phù sa chuyển tải trên 2.360 con sông.

- Tổng lưu lượng bình quân hàng năm là 27.500m 3 /s.

- Nguồn nước của nước ta đủ cho nhu cầu sử dụng nhưng phải

có kế hoạch quản lý, sử dụng nguồn nước hợp lý.

- Nước ta có 3.200km bờ biển, ảnh hưởng chế độ bão khu vực biển thái bình dương, hàng năm có khoảng 10 ÷ 12 cơn bão.

Trang 8

II KỸ THUẬT KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC:

+ Giao thông vận tải;

+ Cung cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp;+ Nuôi trồng thuỷ sản

Trang 9

II KỸ THUẬT KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC (tiếp):

2 Các lĩnh vực khai thác nguồn nước:

- Thủy năng: Sử dụng năng lượng nước để phát điện

- Thủy nông: Dùng biện pháp thủy lợi để tưới tiêu, thau chua rửa mặn chống xói mòn

- Cấp nước: Cung cấp nước và thoát nước sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi

- Giao thông thủy: Lợi dụng nước sông, hồ, biển để phát triển giao thông đường thủy

- Thủy sản : Làm hồ nuôi cá, cấp nước nuôi trồng thủy sản

- Môi trường: Xây dựng công trình cải tạo môi trường sinh

thái, công trình phục vụ thể thao và du lịch

Trang 10

II KỸ THUẬT KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC (tiếp):

3 Sử dụng tổng hợp nguồn nước:

- Sử dụng nguồn nước vào nhiều mục đích khác nhau:

+ Nguồn nước để phát điện đồng thời để tưới trong nông nghiệp,

+ Nguồn nước để tưới, cấp cho khu công nghiệp đồng thời dùng cho giao thông thủy, nuôi trồng thủy sản

- Trong sử dụng tổng hợp ưu tiên cho ngành trọng điểm và

có chú ý thích đáng đến các ngành khác

- Lợi dụng tổng hợp nguồn nước sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Trang 11

III TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY LỢI Ở VIỆT NAM:

- Có 4.182 hồ có dung tích trữ dưới 0,2 triệu m 3

- Đảm bảo tưới hàng năm cho 40 vạn ha đất canh tác.

- Sản xuất 17 tỷ kWh điện.

- Xây dựng được nhiều hồ chứa nước phục vụ nông nghiệp như: Suối Hai, Đại Lải, Cấm Sơn, Thác Bà, Kẻ Gỗ, Quất Đông, Yên Lập, Sông Mực, Xạ Hương, Sông Rác, Suối Nứa, Gò Miếu, Bảo Linh, Nam Thạch Hãn, Vực Tròn, Phú Ninh, Ya Yun Hạ, Tuyền Lâm, Dầu Tiếng

Trang 12

III TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY LỢI Ở VIỆT NAM (tiếp):

2 Về phòng chống bão lụt:

- Bắc Bộ: Chống được lũ với mức 13,6m (Hà Nội) và 7m (Phả

Lại)

- Xây dựng được nhiều hồ chứa lớn để cắt lũ, chậm lũ, phân lũ

đề phòng những trận lũ lớn, hồ Hoà Bình trên sông Đà đóng vai

trò quan trọng, hồ Tuyên Quang

- Đê Thanh - Nghệ Tĩnh cũng đã được củng cố cơ bản.

- Nam Bộ: Việc chống lũ đồng bằng sông Cửu Long đã có kết

quả, nhưng còn hạn chế.

- Việc phân lũ và tiêu thoát lũ cùng với quy hoạch hợp lý đã có tác dụng rõ rệt trong việc phòng tránh lũ.

Trang 13

III TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY LỢI Ở VIỆT NAM (tiếp):

3 Về thủy điện:

- Nguồn thuỷ năng lớn, trữ năng kỹ thuật khoảng 90 tỉ kWh với khoảng 21 triệu kW công suất lắp máy

- Hồ Hoà Bình (1.920 MW), hồ Thác Bà (108 MW), hồ TuyênQuang (342 MW), hồ Yaly (720 MW), hồ Trị An (400 MW), hồ Hàm Thuận - Đa Mi (500 MW), hồ Thác Mơ (160 MW), hồ

Cần Đơn (72 MW), hồ Sông Hinh (70 MW)

- Hiện nay đã xây dựng xong hồ Sơn La (2.400 MW) có công suất lắp máy lớn hơn nhiều so với hồ Hoà Bình

Trang 14

§1-2: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH

THỦY LỢI

§1-4: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CTTL

Trang 15

I NHIỆM VỤ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI:

- Những công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước

gọi là công trình thuỷ lợi.

- Công trình thủy lợi có nhiệm vụ làm thay đổi, cải biến trạngthái tự nhiên dòng chảy sông, hồ, biển, nước ngầm để sử dụng hợp lý nguồn nước, bảo vệ môi trường, hạn chế tác hại của dòng nước gây nên

- Công trình thủy lợi có thể tạo dòng chảy nhân tạo khidòng chảy tự nhiên ở nơi đó không đủ hoặc không có

- Công trình thủy lợi có thể chia thành: công trình dâng nước, công trình điều chỉnh dòng chảy, công trình dẫn nước và công trình chuyên môn khác.

Trang 16

II CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC:

- Đập được xây dựng ngăn các sông suối tạo chênh mực

nước thượng hạ lưu

- Càng gần đến đập, lưu tốc càng giảm, độ sâu càng tăng,

=> bùn cát lắng xuống đáy theo thứ tự từ hạt lớn đến hạt bé

- Đến gần sát đập V  0

=> các hạt cát rất bé cũng

lắng xuống, nước rất trong

- Dòng chảy hạ lưu không

mang bùn cát => năng lực

vận chuyển bùn cát tăng

=> hạ lưu lại bị xói lở

Trang 17

II CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC (tiếp):

- Do có độ chênh cột nước thượng-hạ lưu nên có hiện tượng thấm qua nền đập và thấm vòng quanh 2 bên bờ từ thượng lưu về hạ lưu

Trang 18

1 Đập vật liệu địa phương

Đập đất Tân Sơn (Gia Lai) Đập Cửa Đạt–Đập đá đổ bản mặt bê tông

Đập Hòa Bình – Đập đất đá hỗn hợp

Trang 19

2 Đập bê tông trọng lực

Đập BTTL Đồng Nai 4 (Đăk Nông)

Trang 20

3 Đập dâng nước trên sông

Đập dâng Cầu Sơn (Bắc Giang)

Đập dâng Bái Thượng (Thanh Hóa) Đập cao su Yên Đồng (Ninh Bình)

Trang 21

§1-2: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH THỦY LỢIIII CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY:

- Công trình điều chỉnh dòng chảy gồm: đê, đập, tường, kèđược xây ngăn một phần hoặc theo hướng dọc lòng sông

- Các công trình này dùng để khống chế xói lở, làm thay

đổi hướng, trạng thái, phân bố lại lưu tốc dòng chảy đểbảo vệ lòng sông tránh khỏi những tác hại nguy hiểm

- Các công trình này có thể để giữ độ sâu, lưu tốc và hình

dạng lòng sông cần thiết cho giao thông thủy, đảm bảo điều kiện bình thường để lấy nước từ sông, giữ ổn định bờ sông

để đảm bảo an toàn cho dân cư và nhà máy, xí nghiệp ở hai bên bờ

Trang 22

§1-2: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH THỦY LỢIIII CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY (tiếp) :

Trang 23

§1-2: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH THỦY LỢIIII CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY (tiếp):

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

IV CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC:

- Công trình dẫn nước thông thường gồm: kênh mương,

đường hầm, cầu máng, xi phông, đường ống dùng để dẫn nước vào turbin thủy điện, tưới ruộng, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, giao thông thủy

- Công trình dẫn nước tháo lũ gồm: công trình tháo nước

thừa của hồ chứa từ thượng lưu về hạ lưu qua đập hoặc hai bên bờ của đập, các công trình phân lũ sang khu vực khác nhằm giảm lũ sông chính tránh ngập lụt hạ lưu

Trang 28

IV CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC (tiếp):

Đường ống thủy lực Đa Nhim

Trang 29

V CÔNG TRÌNH CHUYÊN MÔN:

Trang 30

Hồ thủy điện Thác Bà

Trang 31

Trạm thủy điện.

Trang 32

Âu thuyền PANAMA

Trang 33

Đường cho cá đi

Trang 34

§1-3: ĐẦU MỐI CTTL VÀ HỆ THỐNG THỦY LỢI

§1-4: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Trang 35

§1-3: ĐẦU MỐI CÔNG TRÌNH VÀ HỆ THỐNG THỦY LỢI

* Tập hợp các công trình thủy lợi cùng giải quyết những

nhiệm vụ thủy lợi xác định gọi là đầu mối CTTL.

- Đầu mối hồ chứa gồm: đập dâng, công trình tháo lũ, cửa

lấy nước, nhà máy thủy điện, âu thuyền, đường cá đi…

- Đầu mối công trình lấy nước trên sông: đầu mối lấy nước

có đập và không đập

* Tập hợp nhiều đầu mối công trình thủy lợi hoặc tập hợp

nhiều công trình thủy lợi phân bố trên một khu vực lớn để

cùng nhau giải quyết các nhiệm vụ thủy lợi đặt ra gọi là hệ

thống thủy lợi.

Ví dụ: hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, HT thủy lợi Cầu Sơn,

HT thuỷ lợi Bắc Nghệ An, HT thủy nông Đồng cam…

Trang 36

Sơ đồ đầu mối công trình thuỷ lợi

1 đường tràn; 2,3,4 đập; 5.âu thuyền; 6 NM thủy điện

Trang 37

Đầu mối hồ chứa nước Núi Cốc

Trang 39

§1-4: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CT THỦY LỢI

Trang 40

I TÁC DỤNG CỦA NƯỚC LÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI:

1 Tác dụng cơ học của nước: Gây nên áp lực tĩnh và động,

áp lực sóng, tác động của nước tăng thêm khi có động đất,năng lượng dòng chảy làm xói lở HL công trình

- Gây nên phản ứng hóa học

- Gây xói ngầm cơ học, trồi

đất

Trang 41

I TÁC DỤNG CỦA NƯỚC LÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI:

3 Tác dụng lý học của nước: Khi lưu tốc lớn:

 Bề mặt công trình bị bào mòn (cơ lý), xâm thực (hóa học)

 Hiện tượng khí thực

4 Tác dụng của sinh vật:

Các sinh vật gây hại với công trình:

- Hà ăn làm mục nát gỗ,

- Vi khuẩn xâm nhập vào vật liệu,

- Côn trùng gặm đá và móng bê tông công trình

Trang 42

II TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA C.TRÌNH VỚI NỀN, BỜ:

1 Nền của công trình thuỷ lợi:

- Tính chất đất nền và bờ phụ thuộc cấu tạo địa chất

- Cường độ, độ biến dạng, mức độ nứt nẻ, độ ép nước, tìnhhình nước ngầm… có ý nghĩa quan trọng đối với khả nănglàm việc của công trình

- Nền đá cho phép xây dựng các công trình có cột nước cao

- Nền đất cho phép XD công trình có cột nước thấp và vừa

 Khi thiết kế công trình cần phải khảo sát kỹ địa chất, tìm biện pháp tăng khả năng chịu tải nền

Trang 43

II TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA C.TRÌNH VỚI NỀN, BỜ:

2 Khả năng làm việc của công trình và nền:

- Lực tác dụng lên CTTL gồm: áp lực nước, lực thấm, bùn

cát, trọng lượng bản thân và các thiết bị trên nó…

- Lực làm thay đổi trạng thái ứng suất tự nhiên vốn có của

nền => phát sinh ứng suất nén và cắt => Công trình có thể bịtrượt, lật, nứt nẻ

=> Cần đảm bảo cường độ tiếp xúc giữa móng CT và nền

trong phạm vi cho phép, đảm bảo ổn định chống trượt.

Trang 45

IV HẬU QUẢ TAI HẠI DO CTTL BỊ HƯ HỎNG:

- Nếu công trình dâng nước bị hư hỏng => nước sẽ tuôn

xuống hạ lưu với lưu tốc rất lớn, có sức phá ghê gớm => gâyhậu quả khôn lường

- VD: + Năm 1959, đập Malpasset (Pháp) bị vỡ làm 400

người chết, trên 2.000 gia đình bị thiệt hại;

+ Năm 1963, đập vòm cao nhất thế giới Vaijont (Italia) cao 265m bị sự cố làm 4.600 người chết;

+ Năm 1979, đập Machchu II (Ấn Độ) cao 29m bị vỡlàm hơn 2.000 người thiệt mạng

- Tại Khánh Hoà, sự cố vỡ đập Suối Trầu (11/1977, 11/1978), đập Suối Hành (12/1986), đập Am Chúa (10/1992)

Trang 46

IV HẬU QUẢ TAI HẠI DO CTTL BỊ HƯ HỎNG:

- Đập Dầu Tiếng (Tây Ninh), 1/1986 sự cố đứt tai van trụ pin, phá hỏng cửa tràn, gây ra lũ nhân tạo trong mùa khô ở hạ

du sông Sài Gòn, thiệt hại về tài sản rất lớn

=> Người kỹ sư thuỷ lợi cần phải nhận thức đầy đủ tầm

quan trọng của công trình cũng như hậu quả của sự cố để

nâng cao ý thức trách nhiệm trong công tác khảo sát,

thiết kế xây dựng và quản lý công trình thuỷ lợi.

HẾT CHƯƠNG 1

Trang 47

Chương 2: THẤM Ở CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Bộ môn: THỦY CÔNG

BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Trang 49

§2-1: HIỆN TƯỢNG THẤM Ở CÔNG TRÌNH THỦY

I SỰ HÌNH THÀNH DÒNG THẤM Ở CTTL:

* Cột nước thấm: lượng chênh lệch mực nước TL và HL.

* Môi trường thấm: nền và thân công trình bằng vật liệu

thấm nước

Trang 50

II ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM ĐẾN CTTL:

1 Tác hại:

- Dòng thấm gây mất nước hồ chứa

- Gây áp lực thấm đẩy ngược lên đáy công trình, làm giảm khả năng chống trượt của công trình

- Gây biến hình đất nền, đặc biệt là vùng cửa ra gây lún sụt, nghiêng lật công trình (biến hình thấm cơ, hóa học)

- Dòng thấm gây lầy hoá ở hạ lưu, làm giảm khả năng chống trượt của mái hạ lưu đập

- Dòng thấm làm thay đổi ứng suất hiệu quả trong đất giảm

độ bền của đất

Trang 51

2 Phòng chống:

a) Làm giảm vận tốc dòng thấm, giảm nguy cơ xói ngầm:

Kéo dài đường viền thấm (bản cừ, màng vữa xi măng, tường ngăn bê tông átphan hoặc bê tông thường, sân phủ TL)

Trang 52

2 Phòng chống (tiếp):

b) Giảm áp lực thấm lên công trình:

Làm bộ phận tiêu nước thấm để nước thoát về phía hạ lưu công trình nhanh hơn

Trang 53

Trang 55

§2-2: LÝ THUYẾT THẤM

II PHẠM VI ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT ĐARCY:

- Đất cát và đất sét kém chặt quy luật thấm phù hợp với địnhluật Darcy

- Đất hạt thô, cuội sỏi, đá đổ vận tốc thấm tăng lên, vượt quávận tốc giới hạn, thấm chảy rối, thấm chảy tăng không ápdụng được nữa

- Đất sét chặt do cản trở của nước bao quanh hạt khiến quyluật thấm đổi khác so với định luật Darcy Chỉ khi J đủ lớnkhắc phục được cản trở ban đầu mới tuân theo định luậtDarcy

Trang 56

§2-2: LÝ THUYẾT THẤMIII PHÂN LOẠI BÀI TOÁN THẤM:

1 Bài toán thấm ổn định:

Các đại lượng dòng thấm không phụ thuộc vào thời gianH=const, không có q bổ sung

2 Bài toán thấm không ổn định:

Các đại lượng biến đổi theo thời gian H≠const, có q bổ sung

3 Bài toán thấm không gian: h(xi, yi, zi)

4 Bài toán thấm phẳng: h(x, y)

5 Bài toán thấm có áp: Dòng thấm không có mặt thoáng,thấm dưới đáy công trình

Trang 57

§2-2: LÝ THUYẾT THẤMIII PHÂN LOẠI BÀI TOÁN THẤM:

6 Bài toán thấm không áp: Dòng thấm có mặt thoáng, mặtbão hoà, thấm qua đập đất

7 Bài toán thấm trong môi trường đồng nhất đẳng hướng:

Kx=Ky=Kz=const

8 Bài toán thấm trong môi trường dị hướng: Kx≠Ky≠Kz

Trang 58

§2-2: LÝ THUYẾT THẤM

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THẤM:

1 Mô hình thuỷ lực trên tỷ lệ thu nhỏ: thường tỷ lệ 1:25, dùngống đo áp (Penzomet), đo thế năng tại các điểm đặc biệt, vẽđường thế và đường dòng, xây dựng được lưới thấm

2 Mô hình tương tự điện: tương tự giữa định luật Đarcy vớiđịnh luật Ohm

3 Phương pháp số: phương pháp sai phân, phương phápphần tử hữu hạn đã có các kết quả trong môi trường đồngnhất, môi trường không đồng nhất

4 Phương pháp đồ giải (vẽ lưới thấm): dựa trên tính chấtlưới thấm, vẽ các đường thế trước và sau đó đến các đườngdòng từ đó tính được h, q, j

Tiêu đề	Thiết Kế Công Trình Thủy
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Thủy Công
Thể loại	Bài Giảng

Định dạng
Số trang	456
Dung lượng	28,81 MB