đồ án kỹ thuật công trình biển Thiết kế hồ chứa nước HOA SƠN – Huyện Vạn Ninh – Tỉnh Khánh Hòa

Cấp công trình Căn cứ vào quy phạm thiết kế các công trình thủy lợi TCXDVN 285-2002 cấp công trình được xác định theo hai điều kiện: - Theo nhiệm vụ của công trình và vai trò của công t

LỜI CẢM ƠN.

Sau thời gian mười bốn tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự cố gắng của bản thân

và được sự hướng dẫn nhiệt tình, khoa học của thầy giáo TH.S LÊ HÒA XƯỚNG– Bộ môn Thuỷ Công – Trường Đại Học Thuỷ Lợi, em đã hoàn thành đồ án tốtnghiệp của mình Với đề tài : “ Thiết kế hồ chứa nước HOA SƠN – Huyện VạnNinh – Tỉnh Khánh Hòa “

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lạikiến thức đã được học trong 4 năm tại trường, giúp em biết cách áp dụng lý thuyết

đã được học vào thực tế và làm quen với công việc của một kĩ sư thiết kế công trìnhthuỷ lợi Những điều đó đã giúp em có thêm hành trang kiến thức chuyên ngành đểchuẩn bị cho tương lai và giúp em đỡ bỡ ngỡ khi bước vào nghề với công việc thực

tế của một kĩ sư thuỷ lợi sau này

Đồ án đã đi vào sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi, (Công trình hồ chứanước Ngành), vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học Mặc dù bản thân đã hết sức

cố gắng nhưng do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án em chưa giải quyếtđược đầy đủ và sâu sắc các trường hợp trong thiết kế cần tính, mặt khác do trình độ

và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếusót Em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo giúp cho đồ

án của em được hoàn chỉnh hơn, chính xác hơn, giúp cho kiến thức chuyên môn của

em được hoàn thiện

Để đạt được kết quả này em đã được các thầy các cô trong trường ĐHTL, từ cácthầy các cô ở các môn học cơ sở đến các thầy các cô ở các môn chuyên nghành dạybảo tận tình, truyền đạt tất cả những tâm huyết của mình cho em được có ngày trởthành một kỹ sư thực thụ Em xin chân thành cảm ơn các thầy các cô

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo trong bộ môn ThủyCông đặc biệt là thầy giáo TH.S LÊ HÒA XƯỚNG đã tận tình hướng dẫn, tạo mọiđiều kiện để em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 09 tháng 7 năm 2011

Sinh viên thực hiện :

Triệu Đức Mạnh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 Vị trí và nhiệm vụ công trình:

Ngô : 8T/haNâng cao mức thu nhập của dân lên 450kg/ người năm quy ra lúa

1.2 Các điều kiện tự nhiên:

1.2.1 Điều kiện địa hình:

Dựa trên Bản đồ khu vực tuyến công trình tỉ lệ 1:1000 và các mặt cắt dọc , ngang

1.2.2 Điều kiện địa chất:

Về cấu trúc địa chất , vùng dự án thuộc phía hệ đèo cả,phủ trên đá gốc làtàn tích , vùng thềm sông trầm tích đệ tứ kỉ.Thềm và long sông là lớp cát sỏi dày 1-3m, phía dưới là lớp á sét bồi tích , tiếp dưới là đá gốc mặt trên phong hóa vừa, khenứt dưới lấp đầy bởi hạt sét

Theo cục địa chất và khoáng sản, vùng dự án không có hoạt động kiến tạođáng kể Trong vùng chỉ có động đất tới cấp 6

Về địa chất thủy văn, nước ngầm có trong tầng trầm tích và tàn tích của đágốc.Lòng hồ dạng hình long chảo , đáy tương đối bằng phẳng, xung quanh đượcbao bọc bởi các đồi núi thấp có cao độ 40-50 m , nhiều cây cối , tình hình sạt lởkhông đáng kể

Vùng tuyến đập hướng đông bắc- tây nam , gió vuông góc với lòng sông.Thềm và long sông lớp bồi tích cát, cuội sỏi dày 1-3( lớp 1).Phía dưới là lớpbồi tích hỗn hợp á sét phân bố rộng cả thềm sông dày 5-10m (lớp II).Đá gốc hệ

phức hợp gồm hai hệ phức hợp đá Grambo và Gramit, trên mặt phong hóa nhẹ cácvết nứt được lấp đầy bởi hạt sét ( lớp IV).Vai đập phủ trên mặt là lớp thực vật dày0.5-0.7m , nguồn gốc trầm tích ,tiếp là á sét với cuội sỏi ( lớp III) dày 5-7m nguồngốc trầm tích , kết cấu chặt Dưới cùng là đá gốc.

Tuyến tràn ở eo đồi vai trái , có cao độ tự nhiên khoảng +20 m , thoải dần về hạlưu , qua lớp phủ trên mặt lá , đá phong hóa nhẹ , rât thuận lợi cho việc bố trí tuyếntràn

Tuyến cống ở bờ phải , nằm trên nền đất á sét

Các chỉ tiêu cơ lí của đất nền được xác định theo:

23.526.949.20.4

21.224.745.58.6

Đá gốc

10-214

241.562.70.420.28(0.21)

18o30(17)0.028

10-612

221.582.670.410.27(0.22)

18o40(17o10)0.020

2x10-710

0.65

F=0.6-Trong ngoặc ở trạng tháibão hòa nước

1.2.3 Vật liệu xây dựng:

2346305380009758009072002660630

900m1000m1050m1400m

Trong lòng hồTrong lòng hồ Trong lòng hồPhía hạ lưu đập

Các chỉ tiêu cơ lí dùng trong thiêt kế :

18o20(17o10)0.02

10-520

Trong ngoặc ở trạng thái bão hòa

-Xi mằng sắt thép vận chuyển từ kho hàng và cách công trình 30km

-Gỗ được vận chuyển từ đường sông cách công trình 10km

-Điện được tiếp nối từ trạm biến áp từ huyện lị

1.2.4.Tài liệu khí tượng thuỷ văn:

1.2.4.1 Sông, suối:

Sông cạn dài 15km,bắt nguồn từ các dãy núi cao trên vùng đèo cả chảy theohướng tây băc -ông nam sông có 2 nhánh con đổ vào

Fev=44km2 , tính để tuyến công trình L=10,2 km

Js=81% , Jev=210%

1.2.4.2 Trạm lưới khí tượng thủy văn

Trong khu vực và các vùng lân cận có 5 trạm khí tượng có tài liệu đo đạc tớinay dài nhất là 26 năm , ngắn nhất là 17 năm

Nhiệt độ , trung bình 15o2, cao nhất là 37o5 , thấp nhất là 15o6

-Phân bố dòng chảy năm thiết kế (P%=75%)

Z(m) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5

Qm3/s 2.8 17.5 41.0 71.5 108 150.7 199 253 311 377 458 558 760 960 1250

ĐƯỜNG QUAN HỆ Q-Zh

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

1.3 TÀI LIỆU DÂN SINH KINH TẾ VÀ NHU CẦU DÙNG NƯỚC

1.3.1 Dân sinh kinh tế:

1.3.1.1 Đặc điểm dân sinh.

Khu hưởng lợi thuộc 4 xã vùng trọng điểm nông nghiệp của huyện Vạn

Ninh Diện tích đất tự nhiên 11 490 ha , với dân số 28 610 người , chủ yếu dựa vàonông nghiệp Khu vực có lượng mưa tương đối dồi dào , nhưng do lưu vực nhỏ độdốc lớn , nên thường thiếu nước nhất là vụ hè thu , đồng thời thiếu nước sinh hoạt

và nuôi trồng thủy sản Do vậy đời sống chịu tác động từ điều kiện tự nhiên Mức

thu nhập bình quân đầu người quy ra thóc chỉ đạt 260kg/người năm

1.3.1.2 Đặc điểm kinh tế.

-Diện tích đất nông nghiệp 3420ha

-Đất canh tác (lúa , mầu) 1450 ha

-Ngoài ra là đất đồi , rừng và trồng cây ăn quả

Về thủy lợi , chỉ có một số công trình nhỏ , thời vụ cũng chỉ đảm bảo tưới cho

khoảng 750 ha Do đó thu nhập rất bấp bênh ,có năm hạn hán năng suất rất

thấp Hiện tượng lũ quét cũng thường sảy ra , mùa màng thất thu , sinh hoạt

gặp nhiều khó khăn

Ngoài sản xuất nông nghiệp , dân trong vùng sống bằng nghề phụ thủ công , lâm

nghiệp và buôn bán nhỏ

Về giao thông tương đối thuận lợi , vì không xa quốc lộ 1A, làng xóm đường xá

đã được bê tông hóa , các xã đều có trường tiểu học , trường phổ thông cơ sở , trạm

xá

Các xã dều có điện , từ đường dây cao thế 35KV chạy qua

1.3.1.3 Phương hướng phát triển kinh tế:

Thông qua quy hoạch vùng cho thấy cần xây dựng công trình thủy lợi (hồ

chứa) do nhà nước đầu tư sẽ đảm bảo nước tưới cho khu vực , phát triển nông

nghiệp , phục vụ nước sinh hoạt , nuôi trồng thủy sản, ổn định dời sống , tăng giá trị

sản xuất hàng hóa , nâng cao mức sống của người dân

1.3.2 Tổng thể công trình

Phương án tuyến được chọn thích hợp nhất thuộc vùng tuyến 2 ( xem bản đồ khu

vực tuyến ) bao gồm:

-1 đập đất dâng chắn nước trên nền có tầng thấm nước mỏng

-tràn xả lũ ở eo bờ trái , nằm trên nền đá có phong hóa nhẹ

-Một cống ngầm không áp ở bờ phải lấy nước cho vùng dự án hưởng lợi

1.3.3 Biểu đồ nhu cầu nước dùng W yc ~ t.

Phương án 2:

Bảng 1.12

Qmax(m3/s) 1.7 1.35 1.5 1.6

51.75 1.35 2.1 2.0 2.5 2.0 1.6 1.65W(106

m3)

0.89

6

1.242

1.732

2.14

2.224

1.342

3.283

3.254

3.376

2.66

0.686

0.896

23.71

Mức tưới cho toàn kênh +10

Tổn thất cho phép qua cống [∆Z]=0.4m

1.4 CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

1.4.1 Cấp công trình

Căn cứ vào quy phạm thiết kế các công trình thủy lợi TCXDVN 285-2002 cấp

công trình được xác định theo hai điều kiện:

- Theo nhiệm vụ của công trình và vai trò của công trình trong hệ thống

- Theo điều kiện nền và chiều cao của công trình

1.4.1.1 Theo nhiệm vụ của công trình

Cấp nước tưới tự chảy cho 1320 ha lúa hai vụ , 130 ha mầu , ngoài ra mở rộng

đất trồng cây ăn quả , nuôi trồng thủy sản và lấy nước sinh hoạt =>Theo bảng 2-1 ,

TCXDVN 285-2002 ta xác định được công trình là cấp III

1.4.1.2 Theo điều kiện nền và chiều cao công trình

-Xác định chiều cao dập, quan sát địa hình nơi xây dựng đập , chọn tuyến

đập chắn ngang dòng sông nối 2 bên bờ núi đá có cao trình +40m chọn sơ bộ chiều

cao đập cao khoảng 25m, đập trên nền đất nhóm B (nền đất cát , đất hạt thô, đất sét

ở trạng thái cứng và nửa cứng) => xác định công trình cấp III theo TCXDVN 285

-2002

Từ hai điều kiện trên ta có: công trình là cấp III

1.4.2 Các chỉ tiêu thiết kế

Theo TCXDVN 285-2002 các tần suất và hệ số thiết kế đối với công trình cấp

III được lấy như sau:

1.4.2.1 Tần suất tính toán

- Mức đảm bảo tưới: p = 75%

- Tần suất lũ thiết kế: p = 1%

- Tần suất lũ kiểm tra: p = 0,2%

- Lưu lượng, mực nước lớn nhất để thiết kế các công trình tạm phục vụcông tác dẫn dòng thi công trong mùa khô: p = 10%

- Tần suất gió tính toán:

+ Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản nc = 1,00

+ Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt nc = 0,90

+ Đối với tổ hợp tải trọng trong thời kì thi công và sửa chữa nc = 0,95

- Mức đảm bảo tính toán của chiều cao sóng leo : i = 1%

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY LỢI 2.1 Lựa chọn tuyến xây dựng công trình:

Tại tuyến công trình có địa hình co hẹp và có eo yên ngựa rất phù hợp cho việc

bố trí công trình Phía hạ lưu địa hình mở rộng và hạ thấp dần tạo thành vùng đồngbằng khá rộng lớn Mặt khác địa hình không dốc lắm, không sạt lở rất thuận lợi choviệc bố trí mặt bằng thi công

Về cấu trúc địa chất , vùng dự án thuộc phía hệ đèo cả,phủ trên đá gốc là tàn tích , vùng thềm sông trầm tích đệ tứ kỉ.Thềm và long sông là lớp cát sỏi dày 1-3m, phía dưới là lớp á sét bồi tích , tiếp dưới là đá gốc mặt trên phong hóa vừa, khe nứt dưới lấp đầy bởi hạt sét

Theo cục địa chất và khoáng sản, vùng dự án không có hoạt động kiến tạo đáng kể Trong vùng chỉ có động đất tới cấp 6

2.2 Tính toán mực nước chết:

2.2.1 Khái niệm

Mực nước chết (MNC) là mực nước thấp nhất cho phép trong hồ mà ứng với nó

hồ chứa vẫn làm việc bình thường

2.2.2 Ý nghĩa và các yêu cầu

2.2.2.1 Ý nghĩa

Từ MNC ta xác định được dung tích chết của hồ Vc bằng cách tra quan hệ giữaZ~V Dung tích chết Vc là thành phần dưới cùng của hồ chứa không tham gia vàoquá trình điều tiết dòng chảy hay còn được gọi là thành phần dung tích lót đáy.Dung tích này có vai trò quan trọng để làm tăng hiệu quả của công trình kho nước

2.2.2.2 Các yêu cầu

Cao trình MNC phải đảm bảo tạo ra dung tích chứa được lượng bùn cát bồi lắngtrong hồ trong thời gian công trình đang hoạt động

MNC phải đủ cao để đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy

Đảm bảo vệ sinh lòng hồ trong mùa kiệt

Đối với giao thông thuỷ MNC phải là mực nước tối thiểu cho phép tàu bè đi lạibình thường theo nhiệm vụ giao thông thuỷ

Đối với thuỷ sản MNC phải đảm bảo có quy mô cần thiết cho nuôi cá và các loạithuỷ sản

Đối với yêu cầu về du lịch và bảo vệ môi trường, MNC phải dảm bảo yêu cầutối thiểu cho du lịch và vệ sinh thượng hạ lưu hồ.

2.2.3 Tính toán

MNC trong hồ được xác định theo 2 điều kiện:

- Đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy

- Đảm bảo tuổi thọ của công trình tức là dung tích chết Vc phải lớn hơn dungtích lắng đọng của bùn cát trong suốt thời gian hoạt động của công trình

2.2.3.1 Xác định MNC theo yêu cầu tưới tự chảy

a h

* MNC được tính toán theo công thức sau:

Trong đó: Zbc: Cao trình bùn cát lắng đọng trong thời gian hoạt động của công trình

Zbc được tính thông qua Vbc bằng cách tra quan hệ Z~V

h: độ sâu nước trước cống để đảm bảo lấy đủ lưu lượng thiết kế

Sơ bộ chọn h = 1,2 m

 : Chiều dày lớp nước đệm từ cao trình bùn cát đến đáy cống, là khoảngcách cần thiết để tránh bùn cát bị cuốn vào cống Theo kinh nghiệm 

=(0,40,7)m Ta chọn  = 0,5m

+Trọng lượng bùn cát lắng đọng trong môt năm đuợc xác định :

G = (0,8ll + dđ ).Qtb. T Trong đó:

ll - Thể tích bùn cát lơ lửng năm, theo tài liệu tính toán thuỷ văn

Tra quan hệ Z ~W ta được Vc = 0,86.106 (m3)

Từ hai điều kiện trên ta chọn MNC = 10,4 m

Dung tích hồ ứng với MNC được tra theo quạ hệ Z ~ W với Z = 10,4m

Tra quan hệ Z ~W ta được Vc = 1,47.106 (m3)

Tóm lại: từ hai điều kiện trên ta chọn

+Cao trình MNC là: 10,4(m)

+Dung tích ứng với MNC là: V c = 1,47.10 6 (m 3 )

2.3 Tính toán mực nước dâng bình thường và dung tích hồ chứa

2.3.1 Khái niệm

Mực nước dâng bình thường (MNDBT): là mực nước cao nhất cho phéptrong hồ trong thời gian dài ứng với điều kiện thủy văn và chế độ làm việc bìnhthường của hồ chứa.

Ứng với MNDBT là dung tích hiệu dụng (Vh) - phần dung tích được giớihạn bởi MNDBT và MNC Đây là thành phần dung tích cơ bản làm nhiệm vụ điềutiết dòng chảy

2.3.2 Ý nghĩa

MNDBT là một thông số chủ chốt của hồ chứa, có ảnh hưởng quyết định đếndung tich, cột nước và lưu lượng cấp nước của hồ chứa Cụ thể:

- MNDBT quyết định đến chiều cao đập, kích thước công trình xả

- MNDBT ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích vùng ngập lụt, do đó quyết địnhtrực tiếp đến chi phí công trình do ngập lụt thượng lưu gây ra (giải phóng mặt bằng

và di dân tái định cư và xử lý lòng hồ)

2.3.3 Tài liệu tính toán

2.3.3.1 Lượng nước đến và nhu cầu dùng nước.

Bảng 2-1: Lượng nước đến và nhu cầu dùng nước của năm thiết kế

(Đơn vị:10 6 m 3)

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm Wq(10 6 m 3 ) 0.89

6

1.24 2

1.73 2

2.1 4

2.22 4

1.34 2

3.28 3

3.25 4

3.37 6

2.66 0.68

6

0.

9 23.71 WQ(10 6 m 3 ) 1.45 0.82 0.64 0.5

8.47 4.

9 28.04

Từ bảng giá trị trên ta thấy: Tổng lượng nước đến cả năm lớn hơn tổng lượng nướcdùng (WQ = 28,04.106 > Wq = 23,71.106 (m3), tuy nhiên trong từng tháng thì có cáctháng thừa nước (từ tháng X đến tháng I) và những tháng thiếu nước (từ tháng IIđến tháng IX) Như vậy ta tính toán cho trượng hợp hồ điều tiết năm

Hồ điều tiết năm là kho nước để trữ lượng nước thừa vào mùa lũ để cấp cholượng nước thiếu hụt vào mùa kiệt Nó giúp điều hòa dòng chảy trong năm cho phùhợp với nhu cầu dùng nước

2.3.3.2 Quan hệ phụ trợ Z ~ V; Z ~ F.

đoạn, từ đó sẽ biết được quá trình thay đổi mực nước, lượng nước trữ, xả trong kho.

Dựa trên phương trình cân bằng nước:



D

q1, q2 : là lưu lượng nước dùng đầu và cuối thời đoạn

V1, V2 : là dung tích hồ tại thời điểm đầu và cuối thời đoạn

Dt : thường lấy bằng 1 tháng

2.3.5 Nội dung tính toán

2.3.5.1 Tính toán dung tích hồ khi chưa kể tổn thất (Phụ lục 2.1)

Trong đó:

Cột (1): Tháng

Cột (2): Số ngày trong tháng

Cột (3): Lưu lượng nước đến trong từng tháng của năm thiết kế ( m3/s)

Cột (4): Lượng nước đến trong từng tháng của năm thiết kế (106m3)

Cột (5): Lượng nước dùng hàng tháng (106m3)

Cột (6): Lượng nước đến thừa so với nhu cầu dùng nước Wđ > Wq

Cột (6) = Côt (4) – Cột (5) (106m3)Cột (7): Lượng nước đến thiếu so với nhu cầu dùng nước Wđ < Wq

Cột (7) = Cột (5) – Cột(4) (106m3)Cột (8): Lượng nước trữ lại trong kho (106m3)

Vc  Vtrữ  Vc + Vh

Ta giả thiết giá trị Vh = 6,887.106 m3Cột (9): Lượng nước xả thừa (106m3)

Ta tính được giá trị Vh = 6,887.106 m3

2.3.5.2 Tính toán dung tích hồ khi kể tổn thất.

Trong tính toán dung tích hồ cần chú ý tính toán đến hai loại tổn thất là tổn thấtthấm và tổn thất bốc hơi

a Tổn thất bốc hơi W bốchơi

Do lượng bốc hơi mặt thoáng lớn hơn lượng bốc hơi trên mặt đất nên khi xâydựng kho nước cần tính toán đến lượng bốc hơi phụ thêm do diện tích mặt thoángtăng lên, ký hiệu là DZ

Trong đó: Wbốchơi: là lượng tổn thất bốc hơi (106m3)

Ftb :là diện tích mặt thoáng trung bình trong thời đoạn tính toán Dt

Ftb được tính thông qua quan hệ V~F~Z Từ giá trị Vtb cho từng thời đoạn tra quan

hệ V~Z ta tìm được Z, sau đó từ Z ta tra quan hệ F~Z được Ftb

b Tổn thất do thấm

Tổn thất thấm là lượng nước thấm qua nền và qua thân công trình đập ngăn vàqua hai vai đập xuống hạ du Tổn thất do thấm phụ thuộc vào loại đất đắp đập, địachất lòng hồ và lượng nước trữ trong kho nước

Lượng tổn thất này được xác định gần đúng bằng cách căn cứ vào dung tích hồbình quân trong những thời đoạn tính toán:

Trong đó: Wthấm : là lượng tổn thất thấm (106m3)

Vtb : là dung tích trung bình của hồ chứa trong thời đoạn tính toán.Kết quả tính toán dung tích hồ khi kể đến tổn thất được trình bày ở PL2-2 và PL2-3.Trong đó:

Cột (1): Tháng

Cột (2): Lượng nước đến hàng tháng năm thiết kế (106m3)

Cột (3): Lượng nước dùng hàng tháng lấy theo tài liệu nước dùng (106m3)Cột (4): Dung tích hồ lấy từ bảng điều tiết khi chưa kể đến tổn thất (106m3)

Cột (4) = Cột (8) + VcCột (5): Dung tích trung bình của hồ chứa trong thời gian tính toán (106m3)Cột (6): Diện tích trung bình mặt thoáng của hồ chứa trong thời đoạn tínhtoán (km2)

Cột (7): Chênh lệch bốc hơi hàng tháng (mm) (lấy theo tài liệu bốc hơi)Cột (8): Tổn thất bốc hơi hàng tháng

Cột (8) = Côt (6) * Cột (7)Cột (9): Lượng tổn thất thấm

Cột (9) = 1% * Cột (5)Cột (10): Tổng lượng nước tiêu hao trong từng tháng bao gồm tổng lượngnước dùng hàng tháng, lượng nước tổn thất thấm vào bốc hơi (106m3)

Cột (10) = Cột (3) + Cột (8) + Cột (9)Cột (11): Lượng nước thừa trong từng tháng (106m3)

Cột (11) = Cột (2) – Cột (10)Cột (12) : Lượng nước thiếu trong từng tháng (106m3)

Cột (12) = Cột (11) – Cột (2)Cột (13): Lượng nước trữ lại trong kho (106m3)

Vc  Vtrữ  Vc + VhTrong đó:

Cột (14) = Cột (13) + Vc

Vậy: Ta chọn dung tích hiệu dụng của hồ chứa là: Vh = 14,023 106 m3

Dung tích toàn bộ của hồ chứa là: V = Vh + Vc = 14,023 106 + 1,474 106 = 9,061.106 m3

Cao trình MNDBT là : Z = 23,84 m

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN 3.1 Bố trí tổng thể công trình đầu mối:

3.1.2 Nguyên tắc bố trí các công trình đầu mối

Khi bố trí các công trình đầu mối cần xem xét, phân tích nhiều yếu tố và trên cơ

bản phải tuân theo một số nguyên tắc sau:

- Thuận lợi khi khai thác và sử dụng: Các công trình đầu mối khi vận hànhkhông gây ảnh hưởng lẫn nhau

- An toàn, hiệu ích và đáp ứng theo nhu cầu phát triển của tương lai: Các côngtrình trong tổng thể công trình đầu mối cần đảm bảo an toàn và ổn định trong khivận hành Thỏa mãn tối đa nhu cầu dùng nước, giảm chi phí vốn đầu tư và chi phívận hành khai thác hàng năm Ngoài ra cũng cần tính đến sự phát triển của các côngtrình trong tương lai về diện mạo, giao thông, nước tưới, nước sinh hoạt…

- Thuận lợi cho thi công: Các công trình đầu mối phải thuận tiện cho việc bốtrí các đường giao thông tạm cho thi công, đường giao thông chính dẫn đến tuyếncông trình Đồng thời đảm bảo an toàn, thuận tiện cho dẫn dòng và bố trí tổng thểmặt bằng

- Đáp ứng tính thẩm mỹ và phát triển du lịch

3.1.3 Bố trí tổng thể công trình đầu mối

Tổng thể công trình

Phương án tuyến được chọn ( xem bản đồ khu vực tuyến ) bao gồm:

-1 đập đất dâng chắn nước trên nền có tầng thấm nước mỏng

-tràn xả lũ ở eo bờ trái , nằm trên nền đá có phong hóa nhẹ

-Một cống ngầm không áp ở bờ phải lấy nước cho vùng dự án hưởng lợi

3.2 Tính toán điều tiết lũ:

3.2.1 Mục đích và ý nghĩa.

3.2.1.1 Mục đích.

Thông qua tính lũ để tìm ra các biện pháp phòng chống lũ hiệu quả nhất:

Xác định dung tích phòng lũ của kho nước: Vsc

Đường quá trình lũ thiết kế: (qx~t)p để từ đó thiết lập được phương thức vậnhành của công trình xả lũ

Lưu lượng xả lũ xuống hạ lưu: qmax.

Cột nước siêu cao: Hsc

Mực nước lũ thiết kế: MNLTK

3.2.1.2 Ý nghĩa.

Công trình tràn xả lũ giữ vài trò quan trọng trong hệ thống công trình thủy lợi.Quy mô, hình thức và kích thước công trình có ảnh hưởng tới quy mô kích thướccủa các công trình khác như: đập dâng, cống lấy nước, các công trình ven hạ lưu vàmức độ ngập lụt ở thượng, hạ lưu công trình…

Do vậy ta phải tính toán điều tiết lũ sao cho công trình xây dựng đảm bảo antoàn, kỹ thuật và kinh tế nhất

3.2.2 Tài liệu tính toán.

3.2.2.1 Đặc tính lòng hồ (Z~W).

Q02%(m3/s)

Trong đó: Q1, Q2: là lưu lượng nước đến ở đầu và cuối thời đoạn,

q1, q2: là lưu lượng xả tương ứng,

V1, V2: là lượng nước có trong kho đầu và cuối thời đoạn tính toán

Để tìm được đường quá trình xả lũ (q~t) ngoài phương trình cân bằng nước còncần thêm phương trình thủy lực của công trình xả lũ:

Trong đó: Zt: Mực nước thượng lưu công trình xả,

Zh: Mực nước hạ lưuB: Bề rộng trành: Cột nước tràn

* Như vậy: nguyên lý cơ bản của điều tiết lũ là việc kết hợp giải phương trình cân

bằng nước dạng (3-2) và phương trình thủy lực (3-3)

3.2.3.2 Cơ sở của phương pháp

Từ phương trình cân bằng nước của hồ chứa:

f1; f2: được gọi là quan hệ này gọi là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ

Trong bất kỳ thời đoạn Dt ta đều tính được Q và q1, khi đó ta tìm được giá trị

f1(q) Giá trị f2(q) được tính theo công thức (3-5), từ đó tìm được q2

3.2.3.3 Các bước tính toán:

Bước 1: Chia quá trình lũ đến thành nhiều thời đoạn Dt(Dt là hằng số)

Bước 2: Xây dựng quan hệ phụ trợ f1, f2

Bước 3: Tiến hành đồ giải tìm đường quá trình lũ đến (q~t)

Cột 5: dung tích tính toán V = Vk - Vngưỡng

Cột 6: xác định lưu lượng xả

2.2 m B g h

 D

Cột 8: f2 = q

t

V

5 , 0

 D

* Bảng tính điều tiết lũ P = 1% và P =0, 2%

Cột 1: Thứ tự

Cột 2: Thời đoạn tính toán Dt  1h

Cột 3: Qđến lấy theo tài liệu thủy văn

Cột 4: Lưu lượng trung bình thời đoạn

2

c

đ Q Q

Sau đó tiến hành lặp lại từ cột (4) đến cột (6)

Cột 8: Dung tích trong hồ Vk = (Qtb –qtb).Dt + Vi-1

Cột 9: Từ Vk theo quan hệ V~Z tra ra Z

Cột 10: Mực nước trữ: h= Z - Zngưỡng

* Các bảng tính toán điều tiết lũ cho các phương án tràn cụ thể được trình bày ởPL3-1 đến PL3-8:

Bảng 3-3: Tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Hoa Sơn

Lũ kiểm tra

8.16

3x9m

23,84 Lũ thiết kế 1% 960 739.68 26.33

6.8323,84

Lũ kiểm tra

7.69

3x10

m

23,84 Lũ thiết kế 1% 960 756.22 25.96

6.4623,84

Lũ kiểm tra

7.28

2.1.5 Phân tích đường quá trình xả lũ:

- Trong khoảng thời gian đầu từ t0 – t1 khi mà lưu lượng lũ đến chưa quá lớn

ta điều khiển mở cửa van từ từ sao cho q = Q Khi đó đường quá trình xả lũ sẽ trùngvới đường quá trình lũ đến

- Từ t1- t2: tại thời điểm t1 ta mở cửa van hoàn toàn để xả lũ, khi đó Qđ = qxả,sau thời điểm t1 Qđ > qxả; khi đó lưu lượng xả tiếp tục tăng lên và lượng nước đượctích vào trong kho

- Tại thời điểm t2: Qđ = qxả   0

dt

dq

;

 khi đó q đạt giá trị cực đại (do q đang tăng)

- Từ t2 – t3: lưu lượng q giảm dần tuy nhiên vẫn lớn hơn giá trị Qđ nhằm xảlượng nước thừa đã tích vào trong kho trước đó Tại thời điểm mực nước trong hồ

về MNDBT ta tiến hành đóng cửa van lại

2.1.6 Kết quả tính toán

Sử dụng phương pháp bán đồ giải của Potapốp tính toán điều tiết lũ ta thu được

các kết quả ở bảng 3-3

3.3 Thiết kế sơ bộ đập dâng:

3.3.1 Tài liệu thiết kế

Cấp thiết kế của công trình là: Cấp III

Mực nước chết: +10.4 m

Mực nước dâng bình thường: +23.84 m

Mực nước lũ thiết kế ứng với từng phương án B tràn:

Btràn

MNDB T

Quá trình lũ đến Q lũmax q xảmax

Lũ kiểm tra

8.16

3x9m

23,84 Lũ thiết kế 1% 960 739.68 26.33

6.8323,84

Lũ kiểm tra

7.69

3x10

m

23,84 Lũ thiết kế 1% 960 756.22 25.96

6.4623,84

Lũ kiểm tra

7.28

P = 4%:

- Vận tốc gió: V = 26 m/s

- Đà sóng: D = 1000 m

Theo 14TCN 157- 2005 đối với công trình cấp III ứng với MNLTK ở thượnglưu thì chiều cao sóng leo và nước dềnh do gió được tính với gió lớn nhất nhiềunăm không kể hướng ứng với P = 50%:

- Vận tốc gió: V = 17 m/s

- Đà sóng: Với Btràn = 3x8; 3x9; 3x10 m : D = 1200m

- Thời gian gió thổi liên tục: t = 6h

3.3.2 Xác định các kích thước cơ bản của đập

+ Δh và Δh’: là độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớnnhất

+ hsl và hsl’: là chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớnnhất và gió bình quân lớn nhất

+ a, a’ và a’’: là độ vượt cao an toàn nó phụ thuộc vào cấp công trình và điều kiệnlàm việc của hồ chứa, theo 14TCN 157-2005 với công trình cấp III:

D: đà sóng ứng với MNDBT: D = 1000 (m)

g: gia tốc trọng trường: g = 9,81(m/s2)

H: Chiều sâu nước trước đập tính tới đáy lớp bóc bỏ (m):

1000 81 , 9

84 , 8149 26

3600 6 81 , 9

2 2

V gD V gt

- Tra đồ thị theo đường cong phía trên hình 35 QPTL C1-78 xác định được:

077 , 0 84

,

V g V h g V

gt

s s

0072 , 0 51

,

2

V g V h g V

gD

s s

496 , 0 81 , 9 26 0072 , 0

2 2

2

g V V g

g V V h g

3 , 2 81 , 9 2

2 2

%

 h s

*) K1 , K2 , K3 , K4 , Kα: Là các hệ số tính theo QPTL C1-78

- Kα: hệ số phụ thuộc góc αs giửa hướng gió và pháp tuyến với trục đập Trabảng 9 QPTL C1-78 ta có: Kα = 1.

- K1, K2: các hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối Δ/h1% và đặc trưng vậtliệu gia cố mặt đập Sơ bộ chọn lớp bảo vệ bằng BTCT có độ nhám D = 0,03 Khi

- K3: hệ số phụ thuộc tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m

- K4: hệ số phụ thuộc vào tỉ số λ/h và hệ số mái nghiêng của công trình

Sơ bộ xác định hệ số mái: Để tính được hệ số K3; K4 ta phải sơ bộ xác định hệ

số mái đập theo công thức kinh nghiệm:

Mái thượng lưu: mtl = 0,05.H + 2,00 = 0,05.22,84 + 2,00 = 3

b) Xác định Δh và hh’ và h sl ’ ứng với gió bình quân lớn nhất với các phương án tràn.

Cách tính tương tự như trên nhưng ứng với V’ = 17 m/s và D’ = 1200m

Ta tiến hành tính toán cho cả 3 phương án Btràn

Bề rộng đỉnh đập được xác định theo 2 yêu cầu:

- Yêu cầu cấu tạo: được quyết định bởi điều kiện thi công, quản lí và khaithác công trình

- Về giao thông: Bề rộng đỉnh đập đáp ứng yêu cầu về giao thông và phảituân theo các tiêu chuẩn, quy phạm.

Với công trình hồ chứa Lanh Ra không có yêu cầu về giao thông nên ta xác định bềrộng đỉnh đập theo yêu cầu cấu tạo Để thuận tiện trong thi công và khai thác tachọn B = 6m Đỉnh đập được phủ một lớp đá dăm dày 15cm để bảo vệ đỉnh đập,thuận tiện đi lại và đảm bảo mỹ quan cho công trình Mặt đập được làm dốc về phía

Sơ bộ xác định mái đập theo công thức kinh nghiệm:

- Mái thượng lưu: m1 = 3.5

- Mái hạ lưu : m2 = 3

Với mỗi phương án B tràn khác nhau ta sẽ xác định được hệ số mái thượng lưu

và hạ lưu đập Kết quả tính toán hệ số mái đập được ghi ở bảng sau:

Bảng 3.4: Hệ số mái đập ứng với 3 phương án B tràn

3 x 8 m 28.32 27.32 3.5 3

3 x 9 m 27.89 26.89 3.5 3

3 x 10 m 27.35 26.35 3.5 3

Mái đập được gia cố bảo vệ chống lại tác động phá hoại của sóng, mưa và cácyếu tố phá hoại khác nhau Hình thức bảo vệ phải đảm bảo các yêu cầu như: Kiên

cố ổn định, tiêu thoát nước mặt tốt, tận dụng được các vật liệu tại chỗ, quản lý duy

tu thuận lợi và có tính thẩm mỹ cao Đặc biệt là ở mái hạ lưu và phần lộ thườngxuyên bên trên mực nước thượng lưu Cụ thể là:

- Mái thượng lưu chịu tác dụng của các lực :sóng, nhiệt độ thay đổi, lực thấmthủy động khi nước hồ rút nhanh Do chiều cao sóng là khá lớn hs1% = 1,121m nên tachọn hình thức bảo vệ là tấm BTCT đổ tại chỗ đặt trên lớp lọc gồm các lớp dăm sỏi

và vải lọc Tầng đệm này có tác dụng nối tiếp giữa lớp gia cố với thân đập và tránhlàm trôi đất do nó có tác dụng như một tầng lọc ngược

- Mái hạ lưu được bảo vệ bằng hình thức trồng cỏ kết hợp rãnh thoát nướcmưa và mương tập trung nước Mái hạ lưu được bảo vệ đỉnh đập đến đỉnh của lăngtrụ thoát nước Rãnh thoát nước có kích thước 25x25 cm nằm nghiêng so với trụcđập một góc 450 Các ô được tạo thành là những ô vuông có kích thước 4x4m

* Cơ đập:

Đập có chiều cao H > 10m nên ta bố trí cơ đập ở phía hạ lưu để tăng ổn địnhcho đập,khoảng cách giữa hai cơ theo chiều Bố trí một cơ ở cao trình +16m ởthượng lưu,một cơ ở cao trình +18m ở hạ lưu, chọn bề rộng cơ Bcơ = 3m Trên cơ bốtrí rãnh thoát nước ngang để tập trung nước mưa từ mái đổ xuống Đỉnh cơ có độdốc i= 2% về phía hạ lưu, trên đỉnh được phủ một lớp bảo vệ gồm dăm, sỏi dày20cm

* Như vậy: Ta sơ bộ xác định được mái và cơ đập cho 3 phương án như sau:

- Mái thượng lưu: + Phía trên cơ: m = 3

+ Phía dưới cơ: m = 3,5

- Mái hạ lưu : + Phía trên cơ: m = 2,75

+ Phía dưới cơ: m = 3

3.3.3 Thiết bị chống thấm và thoát nước.

3.3.3.1 Thiết bị chống thấm

Theo tài liệu địa chất, đất nền đập chủ yếu là các loại cát mịn đến trung, á sétnhẹ, á sét nặng, sét, đá Riôlít Fenit phong hoá và nứt nẻ.Vì vậy trước khi đắp đập taphải tiến hành bóc bỏ các lớp đất, cát có hệ số thấm lớn.Do hệ số thấm K nền và

thân đập chênh lệch nhau không lớn nên ta sử dụng biên pháp chống thấm chânrăng.

3.3.3.2 Thiết bị thoát nước:

Chọn hình thức vật thoát nước kiểu lăng trụ cho phần lòng sông kết hợp vớikiểu áp mái cho sườn đồi Giới hạn trên của tiêu thoát nước kiểu áp mái sẽ đượctính toán ở phần thấm

+ Đoạn đầu bờ trái, phải: bóc hết lớp 1, đập có tường lõi trên nền không thấm + Xử lý nền đá nứt nẻ bằng khoan phụt vữa xi măng + sét Chiều sâu khoanphụt từ 4,0 – 8,0m qua tầng đá phong hoá mạnh và vừa cắm vàp tầng đá phong hoá

Hình 3-1:Hình vẽ sơ bộ tràn xả lũ

3.4.1.1 Kênh dẫn vào

Kênh dẫn có nhiệm vụ hướng dòng chảy thuận dòng vào ngưỡng tràn

Cao trình đáy kênh lấy bằng cao trình cửa vào

Tràn 3 khoang, có cửa van Bề rộng tràn B = 38; 3x9; 3x10 m

Trụ giữa và trụ biên lượn tròn, bán kính lượn r = 0,5m

Chiều dày mố trụ ( Chung cho cả 3 phương án): d = 1m

Ngưỡng tràn được làm bằng BTCT M200

3.4.1.3 Dốc nước

Dốc nước là bộ phận nối tiếp sau ngưỡng tràn để chuyển nước xuống hạ lưu Tính toán thủy lực dốc nước nhằm xác định đường mặt nước trong dốc, từ đóxác định chiều cao tường bên, chiều dày bản đáy và kiểm tra điều kiện không xóitrên dốc nước Ngoài ra còn xác định vận tốc cuối dốc nước để có biện pháp tiêunăng hợp lí

- Lưu lượng tính toán: B = 3x8 m với Q = Qmax = 721,01 m3/s

B = 3x9 m với Q = Qmax = 739,68 m3/s

B = 3x10 m với Q = Qmax = 756,22 m3/s

- Chiều dài toàn dốc nước: L=100m

- Độ dốc i = 0,06

- Độ nhám trong dốc nước D = 0,017 (dốc nước làm bằng BTCT M200)

- Cao trình đoạn đầu dốc: đầu dốc= cuối ngưỡng = 19.5m

- Cao trình đáy cuối dốc: cuối dốc= 19,5– i.Ldốc = 19,5 – 0,06.100 = 13,5m

- Bề rộng dốc nước:

Dốc nước gồm 2 đoạn: Đoạn thu hẹp dần với góc  có tg = 1

4 và đoạn cómặt cắt không đổi Thông số của dốc nước trong bảng sau:

3.4.1.4 Bộ phận tiêu năng

Căn cứ vào điều kiện địa chất của khu vực tuyến tràn – có nền là đất nên ta chọnhình thức tiêu năng đáy – đào bể tiêu năng Bể tiêu năng có mặt cắt chữ nhật, chiềurộng bằng chiều rộng dốc nước + chiều rộng đoạn tăng thêm do đoạn nước rơi mởrộng Bể tiêu năng được làm bằng BTCT M200 có bê tông lót dưới

3.4.1.5 Kênh xả hạ lưu

Kênh xả hạ lưu có tác dụng nối tiếp và đưa dòng chảy từ bể tiêu năng trả vềlòng suối tự nhiên Chọn hình thức kênh là kênh bằng đá xếp

3.4.2 Tính toán và vẽ đường mặt nước trong dốc nước.

3.4.2.1 Xác định độ sâu phân giới h k và độ dốc phân giới i k trong dốc.

* Xác định độ sâu phân giới h k

Đối với đập tràn đỉnh rộng, tính với trường hợp xả lưu lượng max Lúc này tràn

xem như là chảy tự do với độ sâu phân giới hk được tính như sau:

3 2

ik =

k k

k C R

Q

2 2 2

: hệ số sửa chữa động năng lấy bằng 1

Ck: hệ số sêdi ứng với độ sâu phân giới Ck =

K: chu vi, diện tích ướt ; k =B.hk

Bảng 3-6: kết quả tính độ sâu phân giới hk đoạn mặt cắt thu hẹp:

Btràn Bd

Q xả max

3.4.2.2 Xác định độ sâu dòng chảy tại đầu dốc:

Độ sâu dòng chảy tại đầu dốc bằng độ sâu phân giới hk

3.4.2.3 Xác định độ sâu dòng chảy đều h 0 trên dốc.

Độ sâu dòng chảy đều trong dốc nước được xác định theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực của Agơrốtxkin

Q

i m R

ln

4 )

Trong đó: m0 = 2 (do dốc nước có mặt cắt chữ nhật nên m = 0)

i: độ dốc đáy dốc nước, i = 0,06Q: lưu lượng xả trên dốc nước

Từ giá trị f(Rln) tra Phụ lục 8-1 (Bảng tra Thủy lực) với độ nhám lòng dốc là

* So sánh, ta thấy: Trong cả 3 trường hợp ta đều có : i >ik và h0 < hđ < hk

do đó đường mặt nước trong dốc nước là đường nước hạ bII

3.4.3 Xác định đường mặt nước trong dốc.

Việc tính toán vẽ đường mặt nước trong dốc nước sẽ giúp ta xác định đượcchiều cao cột nước, vận tốc cuối dốc nước từ đó xác định được cao trình đỉnh tườngbên của dốc nước cần thiết để cho nước không bị tràn