Hệ thống tưới đakprong

Hiện trạng khu vực: Trên địa bàn huyện đại đa số cụm đầu mối đến nay đều xuống cấp ở từng mức độ khácnhau, riêng xã Hà Mòn, xã Đăk Mar, thị trấn các công trình này chủ yếu do nhân dân tự

MỤC LỤC

PHẦN I 1

CHƯƠNG 1 2

1.1 Vị trí địa lý: 2

1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo: 2

1.3 Đất đai thổ nhưỡng: 2

1.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn: 3

1.4.1 Đặc điểm khí tượng: 3

1.4.2 Thuỷ văn dòng chảy: 4

1.5.1.Tổng quan toàn vùng: 7

1.5.2 Địa chất lòng hồ: 7

1.5.3 Địa chất tuyến đập: 7

1.5.4 Địa chất tuyến tràn: 8

1.5.5 Địa chất tuyến cống: 8

1.5.6 Địa chất tuyến kênh: 9

1.6 Vật liệu xây dựng: 9

1.6.1 Vật liệu đất: 9

1.6.2 Vật liệu đá, cát sỏi: 10

CHƯƠNG 2 11

2.1 Tình hình dân sinh kinh tế: 11

2.1.1 Dân số và lao động: 11

2.1.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp – kinh tế vùng: 11

2.1.3 Cơ sở hạ tầng sản xuất và sinh hoạt: 11

2.2 Hiện trạng cụm công trình đầu mối: 11

2.2.1 Hiện trạng khu vực: 11

2.2.2 Phương hướng phát triển: 12

2.2.3 Nhu cầu dùng nước: 12

PHẦN II 14

CHƯƠNG 3 15

3.1 Chọn vùng tuyến xây xây dựng công trình: 15

3.2 Qui mô công trình: 15

3.2.1 Đập: 15

3.2.2 Đường tràn: 15

3.2.3 Cống: 15

3.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế: 15

3.3.1 Cấp công trình: 15

3.3.2 Các chỉ tiêu thiết kế: 16

CHƯƠNG 4 18

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1

4.1 Tính toán mực nước chết (MNC) hồ chứa: 18

4.1.1 Khái niệm MNC: 18

4.1.2 Mục đích và nhiêm vụ: 18

4.1.3 Tính toán MNC: 18

4.2 Tính toán MNDBT và dung tích hồ: 20

4.2.1 Trường hợp điều tiết: 20

4.2.2 Phương pháp tính toán: 20

CHƯƠNG 5 29

5.1 Mục đích, nhiệm vụ và ý nghĩa 29

5.1.1 Mục đích: 29

5.1.2 Nhiệm vụ: 29

5.1.3 Ý nghĩa: 29

5.2 Phương pháp tính toán: 29

5.2.1 Lựa chọn phương pháp: 29

5.2.2 Nguyên lý điều tiết: 30

5.2.3 Phân tích dạng đường quá trình xả lũ: 31

5.2.4 Các số liệu tính toán: 31

5.2.5 Nội dung tính toán: 32

PHẦN III 41

THIẾT KẾ KỸ THUẬT 41

CHƯƠNG 6 42

6.1 Xác định cao trình đỉnh đập: 42

6.1.1 Tài liệu thiết kế: 42

6.1.2 Các chỉ tiêu thiết kế: 42

6.1.3 Cao trình đỉnh đập: 42

6.2 Xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT: 43

6.2 Xác định các kích thước cơ bản của đập đất: 46

6.3 Cấu tạo các bộ phận của đập đất: 47

6.3.1 Đỉnh đập: 47

6.3.2 Mái đập: 47

6.3 Thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước: 49

6.3.1 Chống thấm cho thân đập và nền đập: 49

6.3.2 Thiết bị thoát nước thân đập: 49

6.4 Tính toán thấm đập đất: 50

6.4.1 Mục đích: 51

6.5.2 Các trường hợp tính toán: 51

6.5.4 Lưu lượng thấm tổng cộng qua đập: 63

6.5 Tính toán ổn định đập đất: 64

6.5.1 Mục đích tính toán: 64

6.5.2 Trường hợp tính toán: 64

6.5.3 Tài liệu tính toán 65

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ 81

7.1 Tuyến và hình thức tràn: 81

7.1.1 Vị trí: 81

7.1.2 Hình thức - Quy mô công trình: 81

7.2 Tính toán thủy lực dốc nước: 85

7.2.1 Định tính đường mặt nước trên dốc nước: 86

7.2.4 Xác định chiều cao tường bên dốc nước: 91

7.3 Tính toán tiêu năng sau dốc: 92

7.3.1 Mục đích tính toán: 92

7.3.3 Tính toán thủy lực bể tiêu năng: 92

7.4 Kiểm tra ổn định tường chắn: 97

7.4.1 Mục đích: 97

7.4.2 Trường hợp tính toán: 97

7.4.3.Tính toán ổn định: 97

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ CỐNG 102

8.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG: 102

8.1.1 Nhiệm vụ, cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế: 102

8.1.2 Vị trí tuyến và hình thức cống: 102

8.2 THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU SAU CỐNG: 103

8.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh: 103

8.3 TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN CỐNG: 105

8.3.1 Trường hợp tính toán: 105

8.3.2 Tính bề rộng cống bc: 105

8.3.3 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống: 110

8.4 KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TIÊU NĂNG SAU CỐNG: 110

8.4.1 Mục đích và trường hợp tính toán: 110

8.4.2 Xác định độ mở cống a: 110

8.4.3 Kiểm tra trạng thái chảy trong cống: 111

8.5 CHỌN CẤU TẠO CỐNG NGẦM: 115

8.5.1 Bộ phận cửa vào và cửa ra: 115

8.5.2 Thân cống: 115

8.6 TÍNH KẾT CẤU CỐNG NGẦM 117

8.6.1 Mục đích : 117

8.6.2 Các trường hợp tính toán : 117

PHẦN IV 124

CHƯƠNG 9: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM 124

9.1 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG 124

9.1.1 Mục đích tính toán: 124

9.1.2 Trường hợp tính toán: 124

9.1.3 Xác định các ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống: 125

9.1.4 Tính toán xác định nội lực cống ngầm: 126

4.1 Xác định biểu đồ mô men cuối cùng Mcc: 127

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1

4.2 Xác định biểu đồ lực cắt cuối cùng Qcc: 132

4.3 Xác định biểu đồ lực dọc cuối cùng: 133

9.1.4 Tính toán bố trí cốt thép: 135

4 Tính toán cốt thép dọc chịu lực: 137

4.1 Tính toán và bố trí cốt thép cho trần cống: 137

4.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho thành cống: 141

4.3 Tính toán và bố trí cốt thép cho đáy cống: 141

9.2 TÍNH TOÁN KIỂM TRA NỨT 147

9.2.1 Mặt cắt tính toán: 147

9.2.2 Tính toán và kiểm tra nứt: 147

Công trình có tọa độ địa lý:

Từ huyện lỵ Đắk Hà đi theo đường quốc lộ số 14 lên hướng bắc 3km, rẽ phảitheo đường 14 xã Đắc Ui 12,7 Km là tới cuối khu tưới, rẽ trái, đi theo đường liên thôn4km nữa là tới vị trí đập

1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo:

Lưu vực sông Đakprong nhỏ có dạng hình nam quạt, mở rộng ở thượng lưu Lưu vực đượcbao bọc bởi những ngọn núi có độ cao trên 900m ở phía Tây, phía Bắc và những ngọn núi cao trên

800 m ở phía Đông làm cho lưu vực dốc nhanh theo cả hai hướng từ Bắc sang Nam và Từ Tâysang Đông, độ cao trung bình lưu vực khoảng 700m, độ dốc lưu vực 109% Vùng thượng nguồnsông Đakprong chảy trong thung lũng dốc, hẹp với độ đốc lòng sông tại tuyến đập đạt 50% Từ hạlưu tuyến đập đến nhập lưu của sông Đakprong với sông Đắk Uy, thung lũng sông Đakprongnóiriêng và sông Đắk Uy mở rộng dần, độ dốc sông không cao, nhiều đoạn thung lũng sông mở rộng,hiện có hồ chứa Đắk Uy được xây dựng ở hạ lưu của sông Đakprong khoảng 3 km

- Nhóm đất đỏ vàng: Phân bố ở các dạng địa hình lượn sóng nhẹ dưới 250 Diệntích khoảng 62.097ha, chiếm 73,61% tổng diện tích tự nhiên Hiện trạng đất sử dụng

vào nông nghiệp: trồng lúa, hoa màu và cây công nghiệp, diện tích còn lại chủ yếu làcây bụi và rừng.

- Nhóm đất mùn vàng đỏ trên núi - đất mùn vàng đỏ trên đá biến chất: Phân bố

ở địa hình dốc trên 250, tập trung ở khu vực Đông Bắc huyện Diện tích khoảng 20.350

ha, chiếm 24,12% tổng diện tích tự nhiên Hiện trạng đất chủ yếu là đất rừng

- Nhóm đất thung lũng - đất dốc tụ: Phân bố ở các hợp thủy hoặc thung lũng cóđịa hình thấp Là dạng địa hình khó thoát nước, trong mùa mưa thường bị ngập úng.Diện tích khoảng 718 ha, chiếm 0,85% tổng diện tích tự nhiên Hiện trạng đất này mộtphần đang trồng lúa nước và hoa màu

1.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn:

1.4.1 Đặc điểm khí tượng:

Huyện Đăk Hà nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa cao nguyên, mỗi năm cóhai mùa rõ rệt: Mùa mưa bắt đầu từ tháng IV đến tháng X hàng năm và mùa khô bắtđầu từ tháng XI đến tháng IV năm sau

tháng V đến tháng X hàng năm, tổng lượng mưa của thời kỳ này chiếm (80÷90)% tổnglượng mưa cả năm Mùa khô thường bắt đầu từ tháng XI đến tháng IV năm sau, lượng

Bảng 1-1: Lượng mưa trung bình năm trên lưu vực sông (mm).

Bảng 1-3: Phân phối chênh lệch bốc hơi (∆Z ~t) (mm)

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 3

1.4.2 Thuỷ văn dòng chảy:

Trong năm chế độ dòng chảy trên sông Krông Pô Cô được phân ra làm hai mùa

Bảng 1-4: Lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến công trình Q: (đơn vị : m 3 /s)

1.4.3 Thuỷ văn dòng chảy bùn cát:

Theo số liệu đo phù sa lơ lửng ở các trạm trong khu vực Tây Nguyên thì độ đục phù

sa của các sông trong khu vực biến động trong khoảng (150÷200)g/m3

Hàng năm lượng phù sa tới hồ tương ứng với tuyến 1 là V bc= 1341 m3/năm

nh 1-4: Đường quan hệ F – Z.

1.5 Điều kiện địa chất:

1.5.1.Tổng quan toàn vùng:

Địa chất của vùng khảo sát có:

Thành phần đá gốc gồm có: gneis biotit, plagiogneis biotit, đá phiến thạch anh –biotit – silinanit – granit – cordierit , lớp mỏng amphibolit, đá hóa ôlivin, đá phiếngraphit Bề dày hệ tầng khoảng 1500 ÷ 1600 m

- Địa hình bồi tích: Lòng suối, các bãi cát ven bờ và thềm suối

- Địa hình xâm thực: Phân bố ở sườn đồi bao gồm các lớp tàn tích, sườn tích.Các lớp đất đá ở khu vực tuyến đập gồm có:

Lớp 1 bồi tích (aQ): Phân bố ở lòng suối, bãi bồi và thềm suối trong phạm vi

khoảng 50 m các loại đất gồm có:

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 7

- Lớp 1a: Cát thô màu vàng xám chứa sỏi sạn, đá lăn (60÷80)cm Phân bố ởlòng suối và các bãi cát ven suối Bề dày lớp này khoảng 2,6÷3,0 cm.

- Lớp 1b: Á sét chứa ít sạn màu nâu vàng, trạng thái cứng, chặt vừa có bề dày0,8÷2,0 m

- Lớp 1c: Sét xám đen, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy Bề dày 0,5÷1,0 m

- Lớp 1d: Sét xám xanh nhạt, dẻo mềm Bề dày thay đổi từ 1,0÷ 1,6 m

Lớp pha tàn tích 2(edQ): Phân bố ở hai vai đập và ở đáy suối.

- Lớp 2a: Phân bố ở vai phải đập, á sét màu vàng nâu, chứa ít sạn sỏi, đá lăn,trạng thái cứng, kết cấu chặt vừa Bề dày lớp 2a là 1,0÷2,2m

- Lớp 2b: Phân bố ở vai trái đập, á sét đỏ nâu, chứa nhiều sạn sỏi, trạng tháicứng, kết cấu chặt vừa Bề dày 2,8÷3,2 m

Lớp tàn tích 3(eQ): Phân bố ở vai trái đập và ở đáy suối, nằm dưới lớp 2.

- Lớp 3a: Phân bố ở vai phải đập, á sét màu vàng chứa sạn sỏi, vụn đá, trạngthái cứng, kết cấu chặt Bề dày lớp 3a là trên 8m

- Lớp 3b: Phân bố ở vai trái đập á sét đỏ nâu, chứa nhiều sạn sỏi, vụn đá, trạngthái cứng, kết cấu chặt Bề dày lớp 3b là trên 7m

BẢNG 1-9: CHỈ TIÊU CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT TUYẾN ĐẬP TRÀN, CỐNG 2.

1.5.6 Địa chất tuyến kênh:

Tuyến kênh hầu hết chạy men theo chân đồi nên hầu như kênh đào vào tronglớp tàn tích 2a hoặc 2b là các lớp á sét, khả năng thấm nước kém

1.6 Vật liệu xây dựng:

1.6.1 Vật liệu đất:

- Bãi vật liệu 1: gồm có bãi 1A và 1B

Bãi 1A: Phân bố sườn đồi trong lòng hồ ở nhánh suối phía Tây Bắc tuyến đập.Đất á sét màu nâu đỏ, chứa ít sỏi sạn, trạng thái cứng

Bãi 1B: Phân bố ở sườn đồi gần đường đi vào đơn vị bộ đội Chiều dài bãikhoảng 500m, rộng 20m, bề dày khai thác 4m Đất á sét vàng xám, chứa sạn sỏi, trạngthái cứng

- Bãi 2: Nằm ở phía hạ lưu đập ngay cạnh đường đi vào tuyến đập, cách tuyếnđập 150m đến 650m Chiều dài bãi 500m, rộng 60m, bề dày khai thác 4m Đất sét nâu

đỏ, vàng, mịn, hầu như không chứa sỏi sạn, trạng thái cứng

- Bãi 3: Nằm ở thôn 5A cách tuyến đập khoảng 1,2km – 1,7km, nằm cạnhđường vào tuyến đập Chiều dài bãi 200m, rộng 50m, bề dày khai thác 4m Đất á sétvàng, nâu vàng, chứa dăm sạn, trạng thái cứng

Bảng 1-10: Chỉ tiêu cơ lý các bãi vật liệu.

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 9

Dung trọng khô γmax (G/cm3) 1,62 1,69 1,6 1,59 1,54

Đá: Khai thác tại núi Ngọc Linh (huyện Đăk Tô) cách công trình khoảng 40km

do xí nghiệp khai thác Đăk Tô tiến hành

Cát sỏi: Chuyên chở từ thị xã Kon Tum tới, khoảng cách chở là 40km bằngphương tiện cơ giới

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ

2.1 Tình hình dân sinh kinh tế:

2.1.1 Dân số và lao động:

Xã Đăk Ui là một xã miền núi thuộc Huyện Đăk Hà, Tỉnh Kon Tum Toàn xã

có tổng số dân 4411 người, riêng vùng hưởng lợi dự án là 4 thôn: Thôn 3, thôn 6, thôn

8 và thôn 10 Các thôn này có 329 hộ với dân số là 1798 người Đồng bào ở đây chủyếu là dân tộc thiểu số, sản xuất chính là nông nghiệp và đã có tập quán canh tác lúanước

2.1.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp – kinh tế vùng:

Xã Đăk Ui có tổng diện tích đất tự nhiên là 11.775 ha, trong đó đất sản xuấtnông nghiệp là 1.520 ha, đất lâm nghiệp là 9.570 ha, số còn lại là đất thổ cư và đấtchuyên dùng Trong 1.520 ha đất sản xuất nông nghiệp có khoảng 450ha có khả năngcanh tác lúa nước nhưng hiện tại chỉ được đầu tư khai thác rất ít và sản xuất phần lớncòn phụ thuộc vào thiên nhiên

2.1.3 Cơ sở hạ tầng sản xuất và sinh hoạt:

Toàn xã hiện có 01 trạm xá, 01 trường trung học cơ sở và 7 trường tiểu học làtrường tạm Hiện tại, giao thông trong vùng chủ yếu là đường đất, mùa mưa đi lại khókhăn Hệ thống truyền thanh, truyền hình trong xã hầu như chưa có Đồng bào sảnxuất nông nghiệp là chính nhưng chỉ có 01 công trình thủy lợi phục vụ tưới là đập Đak

Uy 2 với diện tích phụ trách là 60 ha Ngoài ra do bức xúc vì thiếu nước nên đồng bào

có làm một số đập bối nhưng khi lũ về thì bị nước cuốn trôi

2.2 Hiện trạng cụm công trình đầu mối:

2.2.1 Hiện trạng khu vực:

Trên địa bàn huyện đại đa số cụm đầu mối đến nay đều xuống cấp ở từng mức độ khácnhau, riêng xã Hà Mòn, xã Đăk Mar, thị trấn các công trình này chủ yếu do nhân dân tự đắp, nhànước ủng hộ vật tư hoặc các Nông trường quản lý, được thiết kế không bài bản, các công trìnhnày nước trữ lượng ít, tràn xả lũ, cống lấy nước và hệ thống kênh dẫn không có, chỉ có đập đấtngăn hợp thủy hoặc khe suối nhỏ tạo thành hò trữ nước dùng máy bơm đẩy từ hồ lên tưới cho Càphê trên lưu vực xung quanh lòng hồ

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 11

Khu tưới có tổng diện tích tưới lúa là 40 ha (kể cả bên tả và bên hữu) có thể mởrộng thành 90ha Toàn bộ diện tích này đã được dân khai hoang để trồng lúa nướcnhưng do thiếu thốn nguồn nước nên chỉ 25 ha được canh tác trong vụ hè thu (mùamưa), còn vụ đông xuân (mùa khô) đa số diện tích bị bỏ trống do không có nước tưới.

2.2.2 Phương hướng phát triển:

Cần đầu tư khai thác hết toàn bộ diện tích có thể tăng khả năng cung cấp lươngthực tự có của nhân dân, tạo điều kiện ổn định cuộc sống, xoá đói giàm nghèo vàkhuyến khích nhân dân định canh định cư

2.2.3 Nhu cầu dùng nước:

- Tạo nguồn tưới cho cây công nghiệp, rau màu 156 ha ở khu vực lòng hồ

- Tăng lượng nước ngầm cho sinh hoạt, tạo cảnh quan và cải thiện môi trường sốngcủa nhân dân trong vùng hưởng lợi

- Kết hợp giữa thủy lợi với giao thông nông thôn và bố trí khu dân cư, nhằm ổn định

và nâng cao đời sống của nhân dân trong vùng

Phương án tưới:

- Diện tích tưới của hồ ở hạ lưu:

Hạng mục

Rau màu, câycông nghiệp

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 13

CHƯƠNG 3QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ

3.1 Chọn vùng tuyến xây xây dựng công trình:

Qua việc phân tích và căn cứ vào các điều kiện địa hình, địa chất, nhiệm vụ côngtrình… Sơ bộ chọn tuyến công trình như sau:

- Chọn tuyến đập nằm ở thượng nguồn sông Đăk Hà

- Bên bờ trái nhìn từ thượng lưu tuyến đập có địa hình hẹp nên rất thuận lợi choviệc bố trí tràn xả lũ

- Tuyến cống được bố trí phía bên phải của tuyến đập nhìn từ thượng lưu tuyến đập

3.2 Qui mô công trình:

3.2.1 Đập:

Căn cứ vào trữ lượng và các chỉ tiêu cơ lý của vật liêu xây dựng đập, ta chọnhình thức đập là đập đồng chất, có thiết bị thoát nước thấm kiểu lăng trụ và kiểu ápmái, để tăng độ ổn định cho đập và giảm lưu lượng thấm cho đập

3.2.2 Đường tràn:

Như trên ta đã phân tích thì tuyến tràn được bố trí ở sườn đồi bên trái của tuyếnđập Do có địa hình thuận lợi nên khối lượng đào tràn sẽ ít hơn, địa chất nền tương đốitốt nên việc xử lý nền tràn sẽ không tốn kém nhiều

Với tuyến tràn đã chọn và từ những phân tích trên ta chọn phương án đường tràndọc, với hình thức là ngưỡng đỉnh rộng, không có cửa van điều tiết

3.2.3 Cống:

Cống được bố trí ở phía bờ phải của tuyến đập, trên sườn đồi, vuông góc vớituyến đập Cống làm nhiệm vụ dẫn nước phục vụ cho khu tưới, với hình thức là cốnghộp, chảy không áp, làm bằng bê tông cốt thép

3.3 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

3.3.1 Cấp công trình:

Theo quy phạm thiết kế các công trình thủy lợi “QCVN 04-05:2012/BNNPTNT”, cấp công trình được xác định theo hai điều kiện:

Theo nhiệm vụ công trình:

Công trình cấp nước tưới cho 156 ha diện tích đất canh tác nông nghiệp Ta xácđịnh được công trình là cấp III

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 15

Theo điều kiện nền và chiều cao công trình:

Sơ bộ xác định chiều cao công trình theo công thức sau:

H = MNDBTsơ bộ - ∆đáy + d (3-1)Trong đó:

- H: chiều cao công trình

căn cứ vào tài liệu nhu cầu dùng nước, địa chất thuỷ văn ) Từ ∑nhu cầu dùng nước

- Tần suất lũ kiểm tra: P = 0.2%

- Tần suất lũ thiết kế dẫn dòng thi công: P = 10%

- Tần suất gió ứng với MNDBT: P = 4%

- Tần suất gió ứng với mực nước lũ thiết kế: P = 50%

- Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập:

+ Tổ hợp tải trọng và lực tác dụng chủ yếu ( cơ bản ) : kcb = 1,3

- Độ vượt cao an toàn của đỉnh đập:

+ Với MNDBT : a = 0,7m

+ Với MNLTK : a’ = 0,5m

+ Với MNLKT : a” = 0,2m

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 17

CHƯƠNG 4TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

4.1 Tính toán mực nước chết (MNC) hồ chứa:

4.1.1 Khái niệm MNC:

MNC là cao trình giới hạn trên cùng của dung tích chết Dung tích chết là thànhphần dung tích nằm dưới cùng của kho nước, không tham gia vào quá trình điều tiếtdòng chảy của công trình

Trong đó : Vbc: Thể tích bùn cát bồi lắng hàng năm

T: Thời gian hoạt động của công trình

+ Điều kiện đảm bảo tưới tự chảy, MNC không được nhỏ hơn cao trình mựcnước tối thiểu để có thể đảm bảo được tưới tự chảy

MNC > Zmin

Trong đó: Zmin: Cao trình khống chế đầu kênh tưới

+ Đối với các nhà máy thuỷ điện, MNC và dung tích chết phải được lựa chọn saocho hoặc là công suất đảm bảo của nhà máy là lớn nhất, hoặc là đảm bảo cột nước tốithiểu cho việc phát điện

+ Đối với giao thông thuỷ ở thượng lưu, MNC phải là mực nước tối thiểu chophép tàu bè đi lại bình thường

+ Đối với thủy sản, dung tích chết và MNC phải đảm bảo dung tích cần thiết chochăn nuôi cá và thuỷ sản khác

+ Đối với yêu cầu về du lịch và bảo vệ môi trường, MNC và dung tích chết cần đảmbảo yêu cầu tối thiểu cho du lịch và yêu cầu vệ sinh thượng hạ lưu hồ chứa

4.1.3 Tính toán MNC:

* MNC được xác định theo hai yêu cầu sau:

Theo yêu cầu bùn cát:

Với phương án cống lấy nước là cống bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật đặttrong thân đập, chảy không áp Khi đó mực nước chết tính theo điều kiện bồi lắng củabùn cát được xác định theo công thức:

MNC

∇ = ∇bc+ a + h (4.1)Trong đó:

MNC Zbc

Hình 4-1: Sơ đồ tính MNC theo điều kiện bồi lắng bùn cát.

Xác định ∇bc:

∗ Xác định thể tích bùn cát lắng đọng:

Vbc = Vbc năm.TTrong đó: T: Tuổi thọ công trình: T = 75 năm

Vbc năm : Thể tích bùn cát lắng đọng trong một năm

Thay số: Vbc = 1341.75 = 0,1006.106 (m3)

Tra quan hệ W~Z ta được: Zbc = 698 (m)

Thay tất cả vào (1) ta được:

MNC = Zbc + a + h = 698 + 0,5 + 1,0 = 699,5 (m)

Tra quan hệ Z ~V ta được: Vc = 0,25.106 (m3)

Theo yêu cầu tưới tự chảy:

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 19

Cao trình MNC phải thoả mãn điều kiện về yêu cầu tưới tự chảy, tức là cao trìnhMNC phải lớn hơn cao trình cần tưới Để đảm bảo điều kiện cấp nước cho hạ lưu mộtcách tốt nhất

Theo yêu cầu tưới tự chảy ta có:∇MNC ≥∇yc= Zđk +∆Z

Trong đó : Zđk - Cao trình khống chế tưới tự chảy đầu kênh

(Theo kết quả tính toán thuỷ nông ta có Zđk = 698 (m)

∆Z- Tổng tổn thất qua cống, ∆Z= 0,5m

Thay số ta được: ∇MNC ≥∇yc= 698 + 0,5 = 698.5(m)

Tra quan hệ Z ~V ta được: Vc = 0,230.106 (m3)

Vậy, từ hai điều kiện trên ta chọn ∇MNC= 698,5(m) ứng với Vc = 0,230.106 (m3)

4.2 Tính toán MNDBT và dung tích hồ:

4.2.1 Trường hợp điều tiết:

Thực tế của quá trình điều tiết là để cân bằng lượng nước đến và lượng nướcdùng, để đảm bảo cho nhu cầu dùng nước đã đặt ra

Theo tài liệu thuỷ văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và nhu cầu dùngnước trong năm của hồ chứa ta thấy:

Wđến85% = 3,677478.106m3 > Wdùng85% = 3,007478.106m3

trong năm đó Vì vậy ta chỉ cần tính toán với trường hợp hồ điều tiết năm

4.2.2 Phương pháp tính toán:

Sử dụng phương pháp lập bảng với cách giải theo nguyên lý cân bằng nước (sosánh quá trình dòng chảy đến kho nước và quá trình cấp nước của kho nước) Để từ đó

có kế hoạch và biện pháp sử dụng nước đạt hiệu quả kinh tế nhất

Tính toán điều tiết bỏ qua tổn thất:

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

Cột 2: Số ngày của từng tháng

Cột 3: Lưu lượng nước đến bình quân tháng

Cột 4: Lưu lượng nước dùng bình quân tháng

Cột 5: Tổng lượng nước đến của từng tháng (5) = (3)x(2)

Cột 6: Tổng lượng nước dùng của từng tháng (6) = (4)x(2)

Cột 8: Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước (8) = (6) – (5).Cột 9: Lượng nước tích trong hồ hàng tháng.

Cột 10: Lượng nước xả thừa

Bảng 4-1: Tính toán điều tiết bỏ qua tổn thất.

Tra quan hệ lòng hồ ta được : MNDBT = 708,09 (m)

Tính toán điều tiết có kể đến tổn thất:

Bảng (4-2) và bảng (4-3) tính toán cho trường hợp điều tiết 1 lần độc lập vớiphương án trữ sớm Các cột trong bảng được giải thích như sau:

Trong đó

- Cột 1 : Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thủy văn

1 ( m3)

- Cột 4 : Dung tích hồ chứa kể cả dung tích chết khi chưa tính tổn thất

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 21

- Cột 5 : Diện tích hồ chứa tương ứng với dung tích hồ ở cột 4 ( tra theoquan hệ V ~ F )

- Cột 6 : dung tích bình quân của hồ chứa ( m3 )

- Cột 8 : Lượng tổn thất ∆Z phân phối trong năm

- Cột 9 : Tổn thất bốc hơi tương ứng với các tháng ở cột 1 ( m3)

Wbh = ∆Zi Fmh

Trong đó: ∆Zi Lượng bốc hơi hồ chứa

Fmh Diện tích mặt thoáng tương ứng với cột 7 (mm)

- Cột 14,15 : Hiệu lượng nước đến trừ đi lượng nước dùng và tổn thất

- Cột 16 : Dung tích hữu ích của hồ có kể đến dung tích chết ( m3)

- Cột 17 : Dung tích xả thừa của hồ cố kể tổn thất ( m3)

Tính sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng (trường hợp đã kể đến tổn thất

V V

−

Lấy chọn sai số cho phép là 5%

⇒ Kết quả tính toán chưa đạt yêu cầu nên phải tính toán lại lần 2

+ Tính toán điều tiết lần 2 được thể hiện trong bảng (4-3) Trong đó các giá trị ởcột 2 được lấy từ cột 13 của bảng (4-2) của lần tính trước, còn các cột khác được giải

Tổng lượng nước thiếu ở cột (12) của bảng (4-3) chính là dung tích hiệu dụng

V V

−

⇒ Sai số tính toán đạt giá trị cho phép

Khi đó dung dung tích hiệu dụng của hồ chứa là: Vhd=1,9640.106 (m3) và dungtích tổng cộng của hồ chứa tính đến mực nước dâng bình thường là:

Bảng 4-2: BẢNG TÍNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA CÓ KỂ ĐẾN TỔN THẤT THEO PHƯƠNG ÁN TRỮ SỚM.

IV 122,602 247,277 250,000 62692,30 312,338 74024,46 0,069 5,115 2%Vtb 6,247 11,362 258,639 136,037 250,000

3677,478 3007,394

12719,57 7

SVTH: Phạm Văn Lớp: 44C1 25

Bảng 4-3: BẢNG TÍNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA CÓ KỂ ĐẾN TỔN THẤT THEO PHƯƠNG ÁN TRỮ SỚM.

(Bảng tính lần 2)

Tháng

Tổng lượng nước Chưa kể tổn thất Bốc hơi Thấm Tổng

lượng tổn thất

0,05

0 10,052 2%Vtb 42,320 52,372 450,503 199,598 2024,008 XII 176,774 470,595 1677,728

111460,3

5 0,086 9,586 2%Vtb 13,163 22,749 680,296 544,769 386,141

9 9 5 6

SVTH: Phạm Văn Lớp: 44C1 27

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

5.1 Mục đích, nhiệm vụ và ý nghĩa

5.1.1 Mục đích:

Các công trình thuỷ lợi nói chung và kho nước điều tiết lũ nói riêng, khi xảy ra

sự cố hỏng hóc có thể gây ra những tổn thất vô cùng to lớn Vì vậy mà việc tính toánđiều tiết lũ là rất cần thiết cho mỗi công trình Mục đích của tính toán điều tiết lũ làthông qua tính toán tìm ra dung tích phòng lũ cần thiết của kho nước, đường quá trình

xả lũ xuống hạ lưu công trình, tìm ra lưu lượng xả lớn nhất, cột nước tràn lớn nhất, từ

đó định ra quy mô, kích thước tràn xả lũ và các phương thức vận hành kho nước đểxác định kích thước các công trình tiêu năng và kênh tháo

Để đạt được mục đích trên ta cần phải dựa trên việc phân tích một số các tham

số đặc trưng như: Tiêu chuẩn phòng lũ (Vpl), mực nước lũ thiết kế, lưu lượng xả lũ antoàn (qmax), mực nước khống chế ở hạ lưu (Zhlmax)

5.1.2 Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ của việc tính toán điều tiết lũ là căn cứ vào nước lũ thiết kế và nước lũ kiểm tra

để xác định đường quá trình lưu lượng xả (q~t) sau khi đã qua kho nước điều tiết

Nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng mùa lũ nhằm đáp ứng nhu cầu phòng lũ chocác công trình ven sông và hạ lưu của công trình, tránh được những tổn thất ở mứcthấp nhất

5.1.3 Ý nghĩa:

Việc tính toán điều tiết lũ có ý nghĩa rất quan trọng, bởi từ đó ta có thể đánh giá

và lựa chọn được phương án tối ưu nhất cho các công trình có tầm quan trọng và ảnhhưởng nhiều tới công trình như: Tính toán xác định dung tích phòng lũ cần thiết, quy

mô và hình thức công trình xả lũ cũng như quá trình lũ sau kho nước…

5.2 Phương pháp tính toán:

5.2.1 Lựa chọn phương pháp:

Đối với loại bài toán cho quá trình lũ đến, địa hình kho nước, loại công trình xả

lũ Yêu cầu xác định quá trình xả lũ, dung tích cắt lũ, mực nước lũ thiết kế Ta có thể

áp dụng các phương pháp khác nhau như: Phương pháp thử dần, Phương pháp

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 29

Pôtapôp, Phương pháp Kotrêrin Ở đây theo yêu cầu của đồ án ta lựa chọn phươngpháp Pôtapôp (Phương pháp bán đồ giải).

5.2.2 Nguyên lý điều tiết:

Phương pháp tính toán điều tiết lũ của Pôtapôp là dựa trên nguyên lý cơ bản làphương trình cân bằng nước như sau: “ Hiệu số giữa lượng nước đến và lượng nước đikhỏi kho nước bằng sự thay đổi trữ lượng nước chứa trong kho đó trong thời gian tínhtoán bất kỳ” Sau đây là nội dung cụ thể của phương pháp này

Ta có phương trình cân bằng nước dạng vi phân :

Qdt – qdt = F.dHTrong đó: Q: Lưu lượng đến kho nước

q: Lưu lượng ra khỏi kho nước

F: Diện tích mặt thoáng của kho nước

dt: Khoảng thời gian vô cùng nhỏ

dH: Vi phân của cột nước trên công trình xả lũ

Nếu ta thay F.dH = dV thì ta được : (Q – q).dt = dV (5-1)

Và nếu thay dt bằng khoảng thời gian đủ lớn ∆t = t2 – t1, ở đây t1, t2 là thời điểmđầu và thời điểm cuối của khoảng thời gian tính toán thì chúng ta có phương trình cânbằng nước dạng sai phân:

1 2 2

1 2

Q1, Q2: Lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn

q1, q2: Lưu lượng xả tương ứng

V1, V2: Lượng nước có trong kho ở đầu và cuối thời đoạn ∆t

Với mục đích là tìm quá trình xả lũ (q~t) thì phương trình (5-2) chưa thể giải trựctiếp được vì có hai số hạng chưa biết là q2,V2 Vậy ta cần có một phương trình nữa, đóchính là phương trình thuỷ lực của công trình xả lũ với dạng tổng quát:

q = f(Zt, Zh, K) (5-3)Trong đó :

Zt: Mực nước thượng lưu công trình xả lũ

Phương trình (5-3) sẽ được biểu thị cụ thể theo hình thức công trình và chế độchảy, ở đây hình thức công trình là tràn không có cửa van Như vậy ta sẽ có dạng củaphương trình (5-3) như sau:

q = εm.B 2.g.H 2 (5-4)

5.2.3 Phân tích dạng đường quá trình xả lũ:

Để tiện lợi cho việc phân tích, từ phương trình (5-1) ta đưa về dạng:

dt

dH dH

dV dt

dV q

F

q Q dt

dH = −

Từ phương trình (5-4) ta có:

dt

dH H g B m dt

dq

2

*2

dq = −

(5-5)Phương trình (5-5) là cơ sở cho việc phân tích dạng quá trình xả lũ:

Q, q (m3/s)

Qmax qmax

⇒ Lưu lượng xả đạt giá trị lớn nhất, sau t2 thì q giảm nhưng vẫn lớn hơn Q và lượngtrữ trong kho giảm dần

+ Tại thời điểm t3: lưu lượng xả giảm, mực nước trong kho bằng MNDBT

5.2.4 Các số liệu tính toán:

- Loại ngưỡng tràn: Đỉnh rộng

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 31

- Tràn không có van điều tiết, bề rộng tràn: Btr = 12m;

- Cao trình ngưỡng = MNDBT = +708.35m

- Hệ số lưu lượng và co hẹp bên, sơ bộ chọn εm = 0,36

- Tài liệu địa hình (Z ~ V )

- Tài liệu thuỷ văn dòng chảy (Q ~ t)

5.2.5 Nội dung tính toán:

Từ phương trình cân bằng nước dạng sai phân (5-2), Pôtapôp đưa về phươngtrình có dạng như sau:

t

V

(5-6)Như vậy ở đây với bất kỳ thời đoạn ∆tnào thì vế phải đều đã biết và ta đặt:

q 2 0.5

f 1 , f 2: được gọi là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ

Khi đó công thức (5-6) có có thể viết dưới dạng:

f 2 (q) = Q+ f q1( ) (5-7)

Ta lần lượt làm các bước tính toán điều tiết lũ như sau:

∗ Xây dựng biểu đồ quan hệ phụ trợ :

- Lựa chọn bước thời gian tính toán ∆t, sau đó giả thiết nhiều trị số mực nước trongkho để tính lưu lượng xả tương ứng theo công thức:

q = εm.B 2.g.H 2

- Dựa vào quan hệ (Z ~V), ứng với các mực nước giả thiết ở trên tìm ra dung tíchkho tương ứng là Vk và từ đó tìm được V = Vk – Vtl ( Trong đó Vtl là dung tích khoứng với khi lũ đến )

- Tính các giá trị f1 và f2 ứng với các giá trị q vừa tính ở trên rồi vẽ lên biểu đồ quan

Cột 4: Lưu lượng tháo qua công trình xả lũ: q = εm.B 2.g.H 2

Cột 5: Dung tích của kho nước ( Tra theo quan hệ (Z ~ V) theo số liệu Z ở cột 1)

∗ Sử dụng biểu đồ để tính toán điều tiết :

- Với mỗi thời đoạn ∆t: Tính

2

2

1 Q Q

Q tb = +

- Từ q1 đã biết, tra trên biểu đồ được giá trị f1 và tính f2 = Qtb + f1

- Từ f2 tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2 Đây chính là lưu lượng xả ở cuối mỗithời đoạn

- Lặp lại bước 1 cho các thời đoạn sau đó cho đến khi kết thúc

- Từ quá trình lũ đến và xả ta có thể xác định được lưu lượng xả lớn nhất,dung tích cắt lũ, mực nước lớn nhất trong kho

Từ các bước làm như trên ta có bảng tính toán điều tiết lũ như sau:

Cột 1: thứ tự tính toán

Cột 2: Thời đoạn tính toán ∆t, với ∆t = 0,5h

Cột 3: Lưu lượng lũ đến ( tài liệu dòng chảy lũ ứng với tần suất thiết kế P = 1% )

Cột 4: Lưu lượng trung bình

2

c đ tb

Q Q

Q = +

.Cột 5: Lưu lượng xả qua tràn

Cột 6: f1 được nội suy khi biết qxả dựa vào quan hệ f1∼ q

Cột 7: f2 = f1 + Qtb = (4) + (6)

Cột 8: nội suy được q2 qua dựa vào quan hệ: f2~q

Cột 9: Cột nước trên ngưỡng tràn, được xác định theo công thức:

2

2

Hình 5-2: Quan hệ phụ trợ (q x ~ f 1 , f 2 ), B tr = 12m.

SVTH: Phạm Văn Hải Lớp: 44C1 35

Bảng 5-2: Tính toán điều tiết lũ thiết kế (P=1%), B tr = 12m; Z ng = 708,35m; V ng =