BTL Thủy Văn Công Trình - Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Bài tập lớn thủy văn công trình (thủy văn 2) Ngành xây dựng thủy lợi thủy điện Đại học bách khoa Đại học Đà NẵngBài tập về tính toán các thông số hồ chứa, từ các dữ liệu thủy văn đã cho. Các số liệu thủy văn trong bài chỉ có tính chất tham khảo.

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 3

1.1 Thông tin chung: 3

1.2 Thông số kĩ thuật của công trình: 4

2 TÍNH TOÁN ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ 6

2.1 Tính toán dòng chảy năm thiết kế: 6

2.1.1 Phân mùa dòng chảy: 6

2.1.2 Xác định các giá trị W và Q 8

2.1.3 Chọn năm điển hình 9

2.1.4 Xác định hệ số thu phóng 11

2.1.5 Phân phối dòng chảy năm thiết kế 11

2.2 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế: 12

2.2.1 Nguyên lý chung: 12

2.2.2 Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmax p 13

2.2.3 Xác định tổng lượng lũ thiết kế: 15

2.2.4 Phân phối dòng chảy lũ thiết kế: 15

3 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC 17

3.1 Tính toán điều tiết năm 17

3.1.1 Nguyên lý điều tiết: 17

3.1.2 Các trường hợp hồ chứa điều tiết năm: 17

3.1.3 Phương án trữ nước: 17

3.2 Xác định dung tích hữu ích Vh 18

3.2.1 Xác định Vh chưa kể tổn thất: 18

3.2.2 Xác định Vh khi có tính tổn thất: 19

4 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 20

4.1 Tính toán điều tiết lũ 20

4.1.1 Nguyên lý tính toán điều tiết lũ 20

4.1.2 Phương pháp đồ giải Pô-ta-pôp 20

4.1.3 Các số liệu đầu vào 20

4.2 Xác định Vsc và Hsc 21

4.2.1 Xây dựng biểu đồ phụ trợ 21

4.2.2 Tính toán điều tiết lũ: 22

5 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI HỒ CHỨA 24

6 NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 27

CÔNG TRÌNH HỒ THỦY ĐIỆN A VƯƠNG

ĐÔNG GIANG – QUẢNG NAM

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH

1.1 Thông tin chung:

Công trình thủy điện A Vương thuộc huyện Đông Giang, tỉnh Quảng Nam, cáchthành phố Đà Nẵng khoảng 100km

Dự án Thuỷ điện A Vương có tổng vốn đầu tư trên 3800 tỷ đồng, khởi công xâydựng vào 31/8/2003 và khánh thành vào 10/07/2010 Các hạng mục chính của côngtrình đều nằm ở vị trí hiểm trở, có địa chất đặc biệt

Dự án thuỷ điện A Vương là một trong những dự án thuỷ điện bậc thang trên hệthống sông Vũ Gia-Thu Bồn Do tiềm năng tích nước của hồ chứa nên dự án có khảnăng cung cấp điều tiết lượng điện hàng năm Công trình có 1 ý nghĩa lớn đối với sựphát triển kinh tế xã hội của đất nước nói chung, của tỉnh Quảng Nam và phía TâyTỉnh Quảng Nam nói riêng

Công trình thủy điện A Vương có công suất thiết kế 220MW với sản lượng điệntrung bình hàng năm là 947,86 triệu KWh Nhà máy gồm 2 tổ máy, điện lượng bìnhquân hàng năm là 815 triệu KWh Theo tiêu chuẩn TCXDVN 285 - 2002, công trìnhthủy điện A Vương thuộc công trình cấp II

Đập dâng A Vương là đập bê tông trọng lực đặt trên nền đá của hệ tầng sôngBoung Từ tuyến đập, sông A Vương chảy vào sông Boung theo hướng Bắc - Nam, cảhai sông nhập lại được xem như một đoạn sông vòng cung Nhà máy thủy điện AVương đặt trên sông Boung với độ chênh cột nước tự nhiên 250m

Nhiệm vụ của công trình thủy điện A Vương là :

 Tạo nguồn cung cấp điện cho lưới điện Quốc gia

 Cung cấp nước đẩy mặn về mùa kiệt cho khu vực hạ du công trình

 Góp phần làm chậm và giảm lũ khu vực hạ du công trình

Trong đó nhiệm vụ cung cấp điện là nhiệm vụ quan trọng nhất Thủy điện Avương từ khi đi vào hoạt động đã đóng góp một lượng điện lớn vào lượng điện quốcgia, tạo nguồn cung ổn định cho địa phương Công trình mang ý nghĩa lớn đối với địaphương

1.2 Thông số kĩ thuật của công trình:

 Diện tích lưu vực Flv=682 (km2)

 Chiều dài sông chính Ls=60 (km)

 Lượng mưa ngày thiết kế Hnp= 618 (mm) ứng với P=1%

 Lưu tốc lớn nhất tại mặt cắt cửa ra Vmax = 2.85 (m/s)

 Điều kiện địa chất lòng hồ: Tốt

 Quan hệ đường đặc tính lòng hồ (bảng 1)

Z (m) 306 310 320 330 340 345 350 355 360

W (106 m3)

0.00 0.66 11.96 38.90 77.07

100.13

126.01

154.73

186.29

 Số liệu dòng chảy năm (bảng 2)

 Tài liệu quá trình nước dùng (bảng 4)

q (m3/s) 22.95 25.50 16.57 14.02 9.69 8.41 5.86 6.37 7.27 8.29 10.20 15.93

 Tài liệu tổn thất bốc hơi: (bảng 5)

Tháng I II III IV V VI VII VII IX X XI XII

2 TÍNH TOÁN ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ

2.1 Tính toán dòng chảy năm thiết kế:

2.1.1 Phân mùa dòng chảy:

Dòng chảy năm là lượng dòng chảy sinh ra trên lưu vữ và chả qua mặt cắt cửa

ra lưu vực trong khoảng thời gian là một năm cùng với sự thay đổi của nó trong năm

Năm thủy văn là năm bắt đầu từ mùa lũ năm trước và kết thúc vào cuối mùa

kiệt năm tiếp theo

Tiêu chuẩn phân mùa dòng chảy:

 Mùa lũ là mùa gồm các tháng liên tục có dòng chảy thỏa mãn:

P (Qtháng i ≥ Qnăm tương ứng) ≥ 50%

 Mùa kiệt là thời gian còn lại

 Bảng giá trị lưu lượng bình quân theo từng năm giai đoạn (1977-1992)

Qtb 23.61 12.73 18.07 22.54 17.68 15.79 13.21 23.89

Qtb 18.49 16.55 28.95 20.64 28.62 13.00 23.13 13.82

 Từ bảng giá trị lưu lượng bình quân năm trong giai đoạn (1977-1992) và bảng

lưu lượng bình quân theo tháng của từng năm trong giai đoạn (1977-1992), ta được

Các tháng có lưu lượng bình quân tháng lớn hơn lưu lượng bình quân năm

tương ứng được đánh dấu x trong bảng trên

Từ kết quả bảng trên ta nhận thấy: Các tháng mùa lũ của năm bắt đầu từ tháng

6 đến tháng 10 Và mùa kiệt bắt đầu từ tháng 11 năm này đến tháng 5 năm sau

Bảng lưu lượng bình quân tháng theo năm thủy văn

(Xem ở trang sau)

Mùa Mùa lũ Mùa kiệt

1961 - 1962 44.49 17.97 51.76 70.37 27.66 16.32 10.81 5.34 3.30 3.56 5.56 6.36

1962 - 1963 29.45 25.50 29.06 26.64 12.19 3.95 1.80 1.11 1.91 2.29

1.89

13.64

1963 - 1964 12.45 66.03 45.38 27.92 12.61 23.20 8.44 3.88 4.67 5.01 12.45 7.80

1964 - 1965 25.11 41.43 32.63 62.59 50.99 14.53 9.38 3.96 4.14 4.39

25.75

23.07

1965 - 1966 52.78 31.74 15.17 17.46 19.25 8.77 5.66 5.23 3.75 2.12 7.57 5.33

1966 - 1967 47.29 29.57 30.08 16.06 29.06 8.78 4.68 2.18 5.12 5.14

10.59

11.52

1969 - 1970 17.34 37.48 56.09 31.87 13.51 20.40 3.93 3.33 3.95 4.03

10.81

23.20

1972 - 1973 11.86 7.57 104.91 45.00 23.33 11.89 5.44 4.41 4.35 3.88

15.81

11.50

1975 - 1976 68.07 13.39 28.55 49.21 12.28 5.76 3.39 2.08 6.16 2.65

10.94

16.57

 Xác định các thông số thiết kế ứng với P=75%:

Dựa vào các số liệu đã tính được, ta vẽ được đường tần suất lý luận của tổnglượng trong chuỗi năm thủy văn từ 1961-1976 như sau:

Từ đường tần suất lý luận ta suy được giá trị W nP =198,47(m 3 tháng/s)

Đường tần suất lý luận của tổng lượng mùa kiệt ứng với P=75%

Từ đường tần suất lý luận ta suy được giá trị W kP =43,11(m 3 tháng/s)

 Nguyên tắc: Chọn ra một năm điển hình đã xảy ra trong thực tế, có phân phối

bất lợi với yêu cầu dùng và sử dụng nước, thu phóng thành phần phân phốidòng chảy chảy năm thiết kế

 Năm điển hình:

o Đã xảy ra trong thực tế, có tài liệu đo đạc đáng tin cậy

o Có lưu lượng bình quân năm xấp xỉ lưu lượng bình quân năm thiết kế

o Bất lợi với yêu cầu dùng và sử dụng nước: Lưu lượng bình quân mùakiệt nhỏ, thời gian mùa kiệt kéo dài

 So sánh giá trị thiết kế và giá trị thực đo ta có bảng sau:

Từ việc so sánh các giá trị Wn & WnP ta suy ra được năm 1966-1967 là năm điểnhình vì tổng lượng bình quân năm gần xấp xỉ với tổng lượng bình quân năm thiết kếứng với P=75%

2.1.5 Phân phối dòng chảy năm thiết kế

Từ các hệ số thu phóng đã tính ở trên ta suy ra được phân phối dòng chảy năm thiết kếđược tính theo công thức sau:

Qip=Qiđh.Kk Qjp=Qjđh.Kl

Với i, j theo thứ tự là chỉ số của các tháng mùa kiệt và mùa lũ

10.3

Từ số liệu bảng trên ta vẽ được đường quá trình dòng chảy năm thiết kế:

Đường quá trình lũ Q~t là sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian của một trận

lũ, bao gồm nhánh nước lên và nhánh nước xuống

Quá trình lũ thiết kế phải là một quá trình có đỉnh bằng đỉnh thiết kế, đồng thời

có lượng bằng lượng thiết kế Mỗi điểm tren đường quá trình lũ thiết kế (Q~t) có tung

độ (lưu lượng) và hoành độ (thời gian) xác định theo công thức:

Qip=KQQi đh tip=KT.ti đh

Với KQ=QmaxP/Qmaxđh KT=KW/KQ

2.2.2 Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmax p

a Xác định theo công thức Xô cô lốp xki:

Công thức Xô lô côp sky có dạng:

Qmax p=0 ,278 α( HTp− H0)

Tl Ff δ1δ2δ3+ Qng

Trong đó:

: Hệ số dòng chảy trận lũ;

H0: Lượng tổn thất ban đầu;

HTP: Lượng mưa lớn nhất trong thời gian tính toán T tương ứng với tần suất thiết

kế P

1: Hệ số triết giảm đỉnh do ảnh hưởng điều tiết của ao hồ đầm lầy trên lưu vực;

2: Hệ số triết giảm đỉnh do ảnh hưởng điều tiết của lớp phủ thực vật;

3: Hệ số triết giảm đỉnh do ảnh hưởng điều tiết của lòng sông;

Qng: Lưu lượng nước ngầm trước khi có lũ;

f: Hệ số hình dạng lũ, là đại lượng không thứ nguyên;

F: Diện tích lưu vực (km2)

QmP: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

 Xác định các tham số trong công thức

 Thời gian lũ lên Tl

Theo tác giả thời gian lũ lên lấy bằng thời gian tập trung nước trong sông Tl= s,trong đó s được xác định theo công thức:

Trong đó: Vmax làvận tốc bình quân lớn nhất ở cửa ra lưu vực, xác định theo tài

liệu thực đo hoặc lấy theo kết quả điều tra lũ tại mặt cắt cửa ra của lưu vực, L làchiều dài sông chính

Trên lưu vực sông Bung thì hệ số H0=16mm và hê số dòng chảy lũ α=0,86

 Lượng mưa lũ thiết kế HT

Vì s < 10 giờ nên ta lấy T = s=8,354 giờ

Lượng mưa lũ thiết kế trong thời gian tính toán T được tính theo công thức tínhlượng mưa thiết kế Lượng mưa thiết kế HTP tính theo đường cong triết giảm mưa ràocủa Việt Nam:

Hệ số hình dạng lũ f có thể xác định theo các phương pháp sau:

- Xác định theo bản đồ phân vùng hệ số f đã được lập sẵn f = 0,81

 Xác định các hệ số triết giảm đỉnh lũ 1, 2, 3:

Tạm lấy 1= 2= 3=1 vì không có đủ tài liệu để xác định

 Trị số Qng lưu lượng cơ bản trước khi có lũ:

Vì lưu vực nhỏ nên có thể bỏ qua trị sô này

 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo công thức Xô cô lốp xki là:

b Xác định theo công thức triết giảm.

Công thức triết giảm mô đun đỉnh lũ có dạng là:

q max p=q100(100F )n λ P

Trong đó:

- qmaxP là mô đun đỉnh lũ ứng với tần suất P của lưu vực tính toán

- q100 là mô đun đỉnh lũ lưu vực có diện tích 100 km2, Lấy theo lưu vựcsông Cái tại trạm Thạnh Mỹ q100=303.0

- F là diện tích lưu vực tính toán F=682km2

- P là hệ số chuyển đổi tần suất P =1,726 ứng với P=1%

- n là hệ số triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích n=1,58

Như vậy, việc tính toán đỉnh lũ thiết kế cho một lưu vực nào đó theo trị số quychuẩn của mô đun đỉnh lũ ta cần thực hiện theo trình tự như sau:

- Theo vị trí địa lý của lưu vực tra bản đồ đẳng trị q100 được giá trị quy chuẩn

mô đun đỉnh lũ, theo bản đồ phân vùng xác định trị số n;

- Theo tần suất thiết kế P tra bảng được hệ số p;

- Tính trị số qmaxP theo công thức và tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế:

q max p=q100(100F )n λ P=303 ,0∗(100

682)

1 ,58∗1 ,726=25 ,183 m3/s

QmaxP = qmaxP F=25,183*682=17174,806 m3/s

c So sánh và lựa chọn kết quả:

Dựa vào kết quả đã tính được ở trên ta có:

 Theo công thức Xô-lô-cốp-xki: QmaxP = 6390,83 m3/s

 Theo công thức triết giảm mô đun đỉnh lũ: QmaxP = 17174,806 m3/s

Mặt khác, lưu lượng lũ max trong dòng chảy lũ điển hình là:

Qmax= 1376,75 m3/s

Ta nhận thấy kết quả tính theo công thức Xô-lô-cốp-xki là tương đương với lưu

lượng max trong dòng chảy lũ điển hình Còn kết quả tính theo công thức triết giảm

mô-đun đỉnh lũ thì lớn hơn rất nhiều so với số liệu lũ điển hình thực đo Nên từ đó, ta

chọn kết quả theo công thức Xô-lô-cốp-xki để tính toán Tức là chọn

Quá trình lũ thiết kế phải có một quá trình có đỉnh lũ bằng đỉnh lũ thiết kế, đồng

thời có lượng bằng lượng thiết kế

Mỗi điểm trên đường quá trình lũ thiết kế (Q~t)P có tung độ (lưu lượng) và hoành

độ thời gian xác định như sau:

Qip=KQQi đh tip=KT.ti đh

Với KQ=QmaxP/Qmaxđh KT=KW/KQ

b) Xác định đường quá trình lũ thiết kế

 Đường quá trình lũ điển hình

T.đoạ

Q 44,62

252.4 0

508.6 3

1139.6 4

1376.6 4

1154.9 4

609.3 4

392.6

407.9 3

165.7

 Xác định các hệ số thu phóng:

Từ đường quá trình lũ điển hình ta nhận thấy, tại thời đoạn t=5 thì lũ đạt đỉnh

ứng với giá trị Qmax đh=1376,64 m3/s

Khi đó ta tính được các hệ số như sau:

3 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC

3.1 Tính toán điều tiết năm

3.1.1 Nguyên lý điều tiết:

Phương trình cân bằng nước hồ chứa: dV(t) = [Q(t) – q(t)]dt

Nguyên lý tính toán điều tiết cấp nước đối với hồ chứa điều tiết năm là sự kết hợpviệc giải phương trình cân bằng nước cùng với các quan hệ phụ trợ của đặc trưng địahình hồ chứa

Dung tích hiệu dụng của hồ chứa được xác định trên cơ sở so sánh lượng nướcthừa liên tục V+ và lượng nước thiếu liên tục trong thời kì một năm

3.1.2 Các trường hợp hồ chứa điều tiết năm:

Hồ chứa điều tiết một lần: trường hợp hồ chứa trong thời kì một năm có một thời

kì thừa nước liên tục và một thời kì thiếu nước liên tục

Hồ chứa điều tiết hai lần: trường hợp hồ chứa trong thời kì một năm có hai lần tíchnước và hai lần cấp nước liên tục xem kẽ nhau

3.1.3 Phương án trữ nước:

Phương án trữ nước sớm: Nước được tích vào hồ ngay từ tháng thừa nước đầu tiên

và tích hết lượng nước thà hang tháng cho đến khi nước được tích đầy hồ mới cả thừa.Phương án trữ nước muộn: Việc tích nước được thực hiện ở những tháng cuối thời

kì thừa nước sao cho đến thời điểm cuối của thời kì thừa nước hồ chứa mới được tíchđầy

Cột 1: các tháng trong năm được sắp xếp theo thứ tự năm thủy lợi.

Cột 2: Số ngày tương ứng trong tháng

Cột 3: Lưu lượng nước đến trong tháng tương ứng Đơn vị: m3/s

Cột 4: Lưu lượng nước dùng tương ứng trong tháng Đơn vị: m3/s

Cột 5: Tổng lượng nước đến trong tháng, được tính theo công thức: W Q = Q.∆t

Đơn vị: 106 m3

Cột 6: Tổng lượng nước dùng trong tháng, được tính theo công thức:

W q = q.∆t Đơn vị: 106 m3

Cột 7: Lượng nước thừa hằng tháng (khi WQ>Wq): (7) = (5) - (6)

Cột 8: Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kì thiếu nước (khi WQ<Wq):(8)=(6)-(5) Tổng lượng nước thiếu ở cột 8 chính là V-

Cột 9: Quá trình lượng nước có trong hồ (kể từ mực nước chết)

Cột 10: Lượng nước xả thừa

Từ bảng tính, ta xác định được hình thức điều tiết của hồ là hình thức điều tiết 1lần

Khi đó, dung tích hiệu dụng của hồ chưa kể tổn thất là: V h =V - =187,92 (10 6 m 3 )

Dung tích toàn bộ (dung tích chết và dung tích hiệu dụng) là: V bt = 264,99 (10 6 m 3 )

20.8 7

54.4 9

Cột (1): Thứ tự các tháng xếp theo năm thủy lợi

Cột (2): Dung tích của hồ chứa ở cuối mỗi thời đoạn tính toán ∆ti

Cột (3): Dung tích bình quân của hồ chứa Xác định theo công thức:

V bq =1/2*(V d +V c )

Cột (4): Diện tích mặt hồ tra từ quan hệ địa hình của hồ chứa tương ứng với giá trị

Vbq lấy ở cột (3)

Cột (5): Lượng bốc hơi phụ thêm hàng tháng

Cột (6): Lượng tổn thất do bốc hơi Xác định theo công thức: W bi =∆Z i *F hi

Cột (7): Lượng tổn thất do thấm Xác định theo công thức: W ti =k*V bq

Cột (8): Lượng tổn thất tổng cộng Wtti=Wbi+Wti

Cột (9): Tổng lượng nước đến của từng tháng

Cột (10): Lượng nước dùng hàng tháng có cộng tổn thất

Cột (11): Lượng nước thừa hàng tháng của thời kì thừa nước

Cột (12): Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kì thiếu nước

Cột (13): Quá trình lượng nước có trong hồ

Cột (14): Lượng nước xả thừa

 Tổng lượng nước thiếu ở cột (12) chính là dung tích hiệu cụng Vh đã kể tổn thấtvới lần tính thứ đầu tiên

4 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

4.1 Tính toán điều tiết lũ

4.1.1 Nguyên lý tính toán điều tiết lũ:

Dòng chảy trong sông trong thời kì có lũ là dòng không ổn định tron sông thiênnhiên Diễn toán dòng chảy lũ trên hệ thống sông trong đó có hồ chứa được tiến hànhtrên cơ sở giải hệ phương trình không ổn định Saint-Venant viết cho đoạn sông dxtrong thời đoạn dt, bao gồm phương trình liên tục và phương trình cân bằng nănglượng:

4.1.2 Phương pháp đồ giải Pô-ta-pôp:

Nguyên lý của phương pháp đồ giải Pô-ta-pôp cũng xuất phát từ nguyên lý chung.Phương trình được viết lại: