Hồ chứa nước cầu cuốn được xây dựng trên nhánh sông hang ma thuộc chủ lưu sông đá bạc, huyện đông triều tỉnh quảng ninh

Giải Pháp công trình Qua việc phân tích các điều kiện của khu vực người ta thấy rằng giảipháp duy nhất của khu vực này là đắp đập ngăn sông tạo hồ chứa để điều tiếtlại dòng chảy, trữ lại

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU -6

PHẦN I  TÌNH HÌNH CHUNG -7

CHƯƠNG I : ĐIỀU KIÊN TỰ NHIÊN -7

1-1 Đặc điểm địa hình -7

I Vị trí địa lý -7

II Điều kiện địa hình, điạ mạo -7

1-2 đặc đIểm khí tượng thuỷ văn -7

I Đặc trưng khí tượng -7

II Đặc trưng Thuỷ văn dòng chảy -8

1-3 Tình hình địa chất và vật liệu xây dựng -9

I Địa chất công trình -9

II Địa chất thuỷ văn -10

III Vật liệu xây dựng -10

1-4 các tài liệu khác -11

1 Đường đặc tính dung tích hồ nước -11

2-Đường quá trình lũ thiết kế: Được cho ở bảng sau: -12

3-Bình đồ khu vực đầu mối tỷ lệ là : 1/500. -12

4-Mặt cắt địa chất tuyến đập tỷ lệ là : 1/500. -12

5-Đơn giá xây dựng. -12

6-Đường quan hệ mực nước và lưu lượng tuyến hạ lưu. -12

7-Quan hệ mực nước và đà gió. -13

CHƯƠNG II TÌNH HÌNH DÂN SINH KINH TẾ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG -14

PHÁT TRIỂN THUỶ LỢI -14

-14

2-1 Tình hình dân sinh kinh tế -14

1 Dân sinh kinh tế -14

2-2 phương hướng phát triển thuỷ lợi -14

2-3 nhiệm vụ và biện pháp công trình -15

I Nhiệm vụ công trình -15

II Giải Pháp công trình -15

1.Hồ chứa nước -16

2.Cống lấy nước -16

CHƯƠNG III: QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ- -17 3-1 các hạng mục công trình chính và bố trí tổng thể công trình -17

I Tuyến và hình thức đập dâng nước -17

II Tuyến và hình thức tràn xả lũ -18

III Tuyến và hình thức cống lấy nước -18

3.2 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế: -18

3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế: -19

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ -21

4.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA -21

4.1.1 Mục đích: -21

4.1.2 Ý nghĩa: -21

4.1.3 Tài liệu tính toán: -21

4.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN -22

4.2.1 Phương pháp tính toán: -22

4.2.2 Nguyên lý tính toán: -22

4.2.3 Các bước tính toán: -23

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT -30

5.1.Mục đích và các chỉ tiêu thiết kế: -30

5.1.1 Mục đích: -30

5.2 Xác định các kích thước cơ bản của đập đất: -31

5.2.1 Đỉnh đập: -31

5.2.2 Mái và bảo vệ mái đập: -39

5.2.3 Thiết bị chống thấm: -41

5.2.4 Thiết bị thoát nước thân đập: -42

5.2.5 Tầng lọc ngược: -43

5.3 Tính toán thấm qua đập và nền: -43

5.3.1 Mục đích: -43

5.3.2 Các trường hợp tính toán: -44

5.3.3 Các mặt cắt tính toán: -44

5.3.4 Tài liệu cơ bản dùng cho tính toán: -44

5.3.5 Tính thấm cho mặt cắt lòng song: -45

5.3.7 Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi trái: -57

5.3.8 Tính tổng lượng thấm: -59

5.4 Kiểm tra ổn định đập đất: -61

5.4.1 Mục đích và nhiệm vụ: -61

5.4.2 Trường hợp tính toán: -61

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ -82

5.1 KIỂM TRA KHẢ NĂNG THÁO CỦA TRÀN -82

5.1.1 Mục đích, yêu cầu tính toán: -82

5.1.2 Xác định hệ số co hẹp bên  0 -82

5.1.3 Xác định hệ số lưu lượng m -83

5.1.4 Xác định lưu tốc tới gần V o -83

5.1.5 Kiểm tra khả năng tháo lũ qua tràn. -84

5.2 BỐ TRÍ CHUNG ĐƯỜNG TRÀN -84

5.2.1 Vị trí tuyến tràn: -84

5.2.2 Bố trí các bộ phận đường tràn: -85

5.3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG TRÀN -86

5.3.1 Xác định đường mặt nước trên ngưỡng tràn: -87

5.3.2 Tính toán các thông số thủy lực ứng với từng cấp lưu lượng -87

5.3.3 Xác định đường mặt nước trên dốc nước -90

5.2.4 Kiểm tra điều kiện không xói trên dốc -105

5.3 TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG CUỐI DỐC -106

5.3.1 Kênh dẫn hạ lưu -106

5.3.2 Tính toán tiêu năng mũi phun -108

5.4 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN TRÀN -111

5.4.1 Sân trước ngưỡng -111

5.4.2 Ngưỡng tràn -111

5.4.3 Cầu giao thông và cầu giao thông -112

5.4.4 Máng phun -112

5.4.5 Kênh hạ lưu -112

5.5 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG BÊN TRÀN -113

5.5.1 Bố trí và kích thước tường -113

5.5.2 Mục đích -113

5.5.3 Các trường hợp tính toán -113

5.5.4 Các số liệu tính toán -113

5.5.5 Nội dung tính toán -114

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC -119

7.1 Hình thức và sơ bộ bố trí cống: -119

7.1.1 Nhiệm vụ và cấp công trình: -119

7.1.2 Chọn tuyến cống: -119

7.1.4 Sơ bộ bố trí cống: -119

7.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống: -120

7.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh: -120

7.2.2 Kiểm tra điều kiện không xói: -121

7.3 Tính toán khẩu diện cống: -122

7.3.1 Trường hợp tính toán: -122

7.3.2 Tính bề rộng cống b c : -123

7.3.3 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống: -129

7.4 Kiểm tra trạng thái chảy và tính toán tiêu năng: -130

7.4.1 Trường hợp tính toán: -130

7.4.2 Xác định độ mở cống: -131

7.4.3 Kiểm tra trạng thái chảy trong cống: -133

7.4.4 Tiêu năng sau cống: -143

7.5 Cấu tạo cống: -143

7.5.1 Cấu tạo cửa vào và cửa ra: -143

7.5.2 Thân cống: -144

7.5.3 Tháp van: -146

7.6 Tính toán các lực tác dụng lên cống: -147

7.6.1 Mục đích và các trường hợp tính toán: -147

7.6.2 Tính toán lực tác dụng lên cống: -148

KẾT LUẬN -156 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO -157

Ngoài ra còn có nghề rừng và chăn nuôi gia súc, gia cầm Ruộng đấtcanh tác chủ yếu là vụ Hè _ Thu còn vụ Đông _ Xuân đa số ruộng đất bị bỏhoang vì không có nước tưới Do vậy đời sống nhân dân có nhiều khó khăn

về kinh tế do tổng thu nhập bình quân theo đầu người là dưới 250 kg trên đầungười

Một trong những phương hướng quan trọng để phát triển kinh tế vànâng cao đời sống nhân dân đó là phải triệt để khai thác tiềm năng về nôngnghiệp đưa sản lượng lúa lên cao, phấn đấu đạt chỉ tiêu lương thực bình quânđầu người ở mức 350 kg/người

Để phát triển sản xuất , nâng cao đời sống của nhân dân trong vùng ,thực hiện tốt chính sách của Đảng và nhà nước cần từng bước xây dựng côngtrình thuỷ lợi phục vụ cho nông nghiệp trong đó có việc nghiên cứu và xâydựng hồ chứa Cầu Cuốn là một nhiệm vụ trọng tâm nhất , rất cần thiết trongtình hình thực trạng hiện nay

PHẦN I  TÌNH HÌNH CHUNG

CHƯƠNG I : ĐIỀU KIÊN TỰ NHIÊN 1-1 Đặc điểm địa hình

II Điều kiện địa hình, điạ mạo

Địa hình địa mạo lưu vực sông mang tính chất miền núi rõ rệt Sôngchính uốn khúc chảy quanh co trong lưu vực với hướng chính là Tây Đông.Lưu vực núi trùng điệp kế tiếp nhau, đôi chỗ có những thung lũng nhỏ hẹpxen kẽ Rừng chiếm 60% diện tích trong đó một phần là rừng nguyên sinh.Sườn núi tương đối dốc, đặc biệt ở những vùng ven sông có chỗ vách núithẳng đứng, toàn bộ lưu vực được phủ một lớp đất dày từ 3m đến 8m

Độ cao trung bình của lưu vực : 110m

Diện tích lưu vực ( kể tuyến công trình) là 38km2

Chiều dài lưu vực từ đường phân lưu xa nhất đến công trình là 7,5km

Độ rộng trung bình của lưu vực là 5,1km

Chiều dài sông chính Ls = 8km

Độ dốc trung bình của sông Js = 1.08%

1-2 đặc đIểm khí tượng thuỷ văn

I Đặc trưng khí tượng

Khí hậu lưu vực có tính chất miền núi do ảnh hưởng của địa hình địa mạomang tính chất miền núi , nó chịu ảnh hưởng của gió mùa, có hai mùa rõ rệt:

+ Mùa nóng mưa nhiều, lượng mưa khá lớn không khí ẩm ướt, gióchính là gió đông nam, mùa này kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10

+ Mùa lạnh ít mưa, trời rét đậm, kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4,hướng gió chính là hướng Đông Bắc

Lượng mưa tập trung vào tháng 7, tháng 8 , tháng 9 và gây lũ lớn vào cuốitháng 8, đầu tháng 9

Tài liệu cơ bản về khí tượng ghi ở bảng sau:

Bảng 1 : Các yếu tố khí hậu

Yếu tố Lớn nhất Trung bình Nhỏ nhấtLượng mưa bình quân nhiều

Qua tài liệu khí tượng ta thấy rằng :

Do ảnh hưởng của khí hậu ở hai mùa nóng và lạnh khác nhau nhiều nhưchênh lệch nhiệt độ giữa 2 mùa, chênh lệch độ ẩm không khí làm cho lượngbốc hơi , lượng mưa cũng chênh lệch lớn Vì vậy ta cần phải chú ý khi khảosát, thiết kế và xây dựng công trình

II Đặc trưng Thuỷ văn dòng chảy

Căn cứ vào đặc tính lưu vực cũng như tài liệu thực tế ta thấy khả năngđiều tiết của lưu vực rất kém, 80% lượng dòng chảy tập trung vào những thángmưa lũ

Kết quả tính toán thuỷ văn của lưu vực cho ở các tài liệu cơ bản sau:

B ng 3: Dòng ch y n m thi t kảng 3: Dòng chảy năm thiết kế ảng 3: Dòng chảy năm thiết kế ăm thiết kế ết kế ết kế

Địa chất khu vực tuyến công trình có cấu tạo như sau:

- Lớp trên cùng là lớp sét nhẹ lẫn sỏi sạn, nhiều rễ cây và chất mùn ởlòng suối, sông là lớp cuội sỏi, đá lẫn đất sét, lớp này dày từ 1m đến 3m

- Lớp thứ hai là lớp sét nặng lẫn sỏi sạn, lớp này khá dày, có nơi tới trên10m

- Lớp sâu tiếp là sa thạch Alơbrolits và diệp thạch mức độ nứt nẻ ít.Nhìn chung tình hình địa chất khá thuận lợi cho việc xây dựng công trìnhtuy nhiên lớp đất thứ nhất phải bác bỏ vì có nhiều rễ cây và chất hữu cơ Nềncông trình nên đặt ở lớp đất thứ hai, lớp đất này có chỉ tiêu cơ lý sau:

B ng 6: Ch tiêu c lý c a n n công trìnhảng 3: Dòng chảy năm thiết kế ỉ tiêu cơ lý của nền công trình ơ lý của nền công trình ủa nền công trình ền công trình

Giớihạnchảy Wc%

Giới hạn dẻoWd%

Góc ma sát  Lực dính C (kg/cm2) Hệ số

thấm K(m/s)

Tựnhiên

Ướt Tự nhiên Ướt

20,8 0,89 2530 2010 0,794 0,656 3.10-7

II Địa chất thuỷ văn

Mực nước ngầm ở sâu trong tầng đá, không có ảnh hưởng xấu đến sự

ổn định và làm việc của công trình Khi hồ có nước mực nước ngầm sẽ xuấthiện có khả năng nâng cao trong khu vực

III Vật liệu xây dựng

Người ta đã tiến hành khảo sát các bãi đất đắp đập ở khu vực xây dựng.Kết quả khảo sát chọn được 3 bãi và có các chỉ tiêu cơ lý sau:

Bảng 7 : Chỉ tiêu cơ lý của các bãi vật liệu

Độ ẩmtốtnhất(%)

Dung trọngkhô

Độ bãohoà G%

Giới hạnchảyWc(%)

Giới hạndẻoWd(%)

Chỉ số dẻoWn(%)

- Tre gỗ khai thác vùng thượng lưu tuyến đầu mối.

- Đá: Quanh khu vực xây dựng có núi đá có khai thác bằng mìn

- Cát, sỏi khai thác tại các bãi sông phía hạ lưu trữ lượng khoảng100.000m3

1-4 các tài liệu khác

Trong quá trình tính toán, thiết kế hồ chứa còn sử dụng các tài liệu sau:

1 Đường đặc tính dung tích hồ nước

Đường đặc tính dung tích hồ nước cho ở bảng sau:

Bảng 8: Đường đặc tính dung tích hồ nước

2-Đường quá trình lũ thiết kế: Được cho ở bảng sau:

5-Đơn giá xây dựng.

6-Đường quan hệ mực nước và lưu lượng tuyến hạ lưu.

Đường quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu tuyến đập được cho ởbảng sau:

B ng 10: ảng 3: Dòng chảy năm thiết kế Đường quan hệ mực nước và lưu lượng tuyến hạ lưu đậpng quan h m c nệt thiết kế ực nước và lưu lượng tuyến hạ lưu đập ước và lưu lượng tuyến hạ lưu đập à lưu lượng tuyến hạ lưu đập ư ượng tuyến hạ lưu đậpc v l u l ng tuy n h l u ết kế ạ lưu đập ư đậpp

7-Quan hệ mực nước và đà gió.

B ng 11: Quan h gi a m c nảng 3: Dòng chảy năm thiết kế ệt thiết kế ữa mực nước và đà gió được cho ở bảng sau: ực nước và lưu lượng tuyến hạ lưu đập ước và lưu lượng tuyến hạ lưu đậpc v à lưu lượng tuyến hạ lưu đập đà lưu lượng tuyến hạ lưu đập gió đượng tuyến hạ lưu đậpc cho b ng sau:ở bảng sau: ảng 3: Dòng chảy năm thiết kế

CHƯƠNG II TÌNH HÌNH DÂN SINH KINH TẾ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG

PHÁT TRIỂN THUỶ LỢI 2-1 Tình hình dân sinh kinh tế

1 Dân sinh kinh tế

Trong khu vực công trình đầu mối có số dân là 51.950 người gồm haidân tộc chính là Kinh và Mường Nghề chính là nông nghiệp với diện tíchcanh tác là 1.100 ha Ngoài ra còn có nghề rừng, chăn nuôi gia súc, gia cầm.Ruộng đất canh tác chủ yếu là một vụ ( chủ yếu là vụ Hè Thu ) còn vụ ĐôngXuân đa số là ruộng đất bỏ hoang vì không có nước tưới

Để có nước tưới cho vụ mùa và một số vụ chiêm, nhân dân ta đã xây dựngcác phai đập tạm, các phai đập này hàng năm phải mất công tu bổ sửa chữasau những mùa mưa bão, đặc biệt là mùa lũ

Bình quân lương thực theo đầu người dưới 250 kg/ người Đời sống nhânđân còn nhiều khó khăn vất vả

2 Đời sống xã hội

Do đa số nhân dân trong vùng có mức sống thấp, lại ít được đầu tư về cơ

sở vật chất nên làm cho trình độ dân trí của nhân dân trong vùng nhìn chung

là thấp, không được chú trọng, các mối quan hệ xã hội cũng không mật thiết,gắn bó và nhất quán Y tế, giáo dục trong vùng kém phát triển do không đượcđầu tư thích đáng, cơ sở vật chất còn sơ sài, thiếu thốn Do đời sống kinh tếkhông ổn định nên nhân dân một số nơi trong vùng dã bỏ đi nơi khác sinhsống, ruộng đất bị bỏ hoang ngày càng nhiều

2-2 phương hướng phát triển thuỷ lợi

Một trong những phương hướng quan trọng để phát triển kinh tế vànâng cao đời sống nhân dân đó là phải triệt để khai thác tiềm năng về nôngnghiệp để đưa sản lượng lúa lên cao, phấn đấu đạt lương thực bình quân đầungười ở mức trên 350 kg/ người

Vì vậy việc đầu tư phát triển thuỷ lợi là một nhiệm vụ quan trọng hàng đầucủa địa phương Công trình thuỷ lợi phải được xây dựng một cách kiên cố vớiquy mô thích hợp, đảm bảo chủ động nước tưới cho toàn bộ diện tích kể cả vụchiêm và vụ mùa Công tác nghiên cứu quy hoạch phát triển thuỷ lợi đã đượcthực hiện theo hướng trên Trong đó việc nghiên cứu xây dựng hồ chứa nước

để phục vụ cho nông nghiệp là nhiệm vụ trọng tâm và rất cần thiết trong tìnhhình thực trạng hiện nay

2-3 nhiệm vụ và biện pháp công trình

II Giải Pháp công trình

Qua việc phân tích các điều kiện của khu vực người ta thấy rằng giảipháp duy nhất của khu vực này là đắp đập ngăn sông tạo hồ chứa để điều tiếtlại dòng chảy, trữ lại lượng nước thừa trong mùa mưa để đáp ứng nhu cầudùng nước trong các tháng mùa khô

Đầu mối sẽ bao gồm các hạng mục sau:

- Một đập tạo thành hồ chứa nước với chiều cao khoảng 3040 (m)

- Một cống lấy nước có cửa van điều tiết để lấy nước tưới ruộng

- Một đường tròn xả lũ đảm bảo an toàn cho đầu mối và hạ lưu côngtrình

- Hồ Cầu Cuốn được xây dựng sẽ đảm bảo chủ động tưới cho tổng diệntích nông nghiệp là 1.100 ha trong cả hai vụ

Các thông số cơ bản của công trình đầu mối như sau:

- Lưu lượng qua cống tương ứng với mực nước trung bình của hồ là: 1,5 m3/s

- Cao trình mực nước khống chế đầu kênh sau cống là : 139,2 (m)

Việc lựa chọn vị trí và bố trí tổng thể công trình được xác định dựa vàoviệc phân tích các tài liệu quy hoạch, các tài liệu địa hình địa chất, thuỷ văn,vật liệu xây dựng nhiệm vụ công trình, …

Qua việc phân tích đánh giá, so sánh và lựa chọn các phương án, ta đãlựa chọn được vị trí xây dựng công trình và bố trí được các công trình đầumối

I Tuyến và hình thức đập dâng nước

Qua khảo sát , nghiên cứu địa hình, địa mạo, vật liệu xây dựng của lưuvực sông Đá Bạc ta thấy rằng :

Khu vực này có địa hình tự nhiên gồm ba quả núi tương đối cao , nằm gầnnhau làm cho địa hình bị thu hẹp lại thuận lợi cho việc xây dựng hồ chứa, cònphía hạ lưu địa hình thoải và mở rộng dần

Vì vậy ta chọn tuyến đập chạy từ bờ trái qua điểm TĐ ( có cao trình182,17) vắt ngang qua lòng suối sang điểm Đ3 (cao trình 177,5) và sang bờphải qua điểm PĐ (có cao trình 176,0m)

Đây là tuyến đập ngắn nhất , hai vai đập gối lên hai bên sườn núi dốc ,nền đập có cấu tạo bao gồm có một lớp sét nhẹ lẫn sỏi sạn mỏng phía trêncùng , tiếp đến là một lớp sét nặng lẫn sỏi sạn khoảng 810m nằm trên lớp sathạch Alơbrolít và diệp thạch ít nứt nẻ, thuận tiện cho việc xây dựng côngtrình

Theo điều kiện về vật liệu xây dựng tại khu vực xây dựng đập ta thấy vật liệu

đá , sỏi có nhưng không lớn và phải khai thác đá bằng mìn và chuyên chởtrong lúc đó khối lượng đất lại lớn, dễ khai thác, chủ yếu là thịt pha cát và ásét, chất lượng tốt với một số chỉ tiêu như :

- Dung trọng khô: 1,591.61 T/m3

- Hệ số thấm: 1,5.10-5 m/s thích hợp với việc đắp đập

Vì vậy ta chọn hình thức đập là đập đất đồng chất

II Tuyến và hình thức tràn xả lũ

Theo điều kiện địa hình và vị trí tuyến đập, ta chọn vị trí tuyến tràn đặt

ở bên bờ phải của đập vì theo tuyến này tràn sẽ nối tiếp với suối cũ thuậndòng đổ ra xa chân đập hơn Địa hình ở đây dốc tương đối đều, thi công dễdàng hơn Mặt khác khu tưới nằm chủ yếu bên bờ trái, địa hình thấp hẳnxuống không thích hợp cho việc bố trí tràn xả lũ

Tràn có hình thức :

- Tràn không có cửa van , ngưỡng đỉnh rộng

- Cao trình ngưỡng bằng với MNDBT : 160 m

- Nối tiếp sau ngưỡng là dốc nước , sau dốc nước tiêu năng bằngmũi phun và có kênh dẫn nước ra lòng sông tự nhiên

III Tuyến và hình thức cống lấy nước

Cống được đặt ở vai trái của đập, do khu tưới nằm ở bên bờ trái nên sẽthuận tiện hơn cho việc dẫn nước, ít phải xây dựng các công trình chuyểntiếp

Hình thức : Cống ngầm không áp , mặt cắt hình chữ nhật, có tháp van đóngmở

3.2 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

3.2.1 Xác định cấp công trình:

Xác định từ 2 điều kiện :

3.2.1.1 Theo chiều cao công trình và loại nền ( QCVN 04 - 05 :

2012 /BNNPTNT):

Theo thiết kế sơ bộ chiều cao đập khoảng 25 m

Theo QCVN 04 – 05 : 2012/BNNPTNT ta có chiều cao đập > 15m và đất nền thuộc nhóm B → công trình thuộc công trình cấp III

3.2.1.2 Theo năng lực phục vụ của công trình:

Cung cấp nước cho 1,100 ha khu tưới và cung cấp nước sinh hoạt cho khoảng 51,950 dân → công trình cấp III ( Bảng 3 QCVN 04 – 05 :

− Tần suất gió lớn nhất tính toán : P=4%

− Tuổi thọ công trình : 50 năm

− Hệ số tin cậy : k=1,15

− Hệ số điều kiện làm việc : m=1

− Hệ số an toàn chung xác định theo công thức : [K] =1,15nc

+ Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản ( nc=1) : [K] = 1,15

+ Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt ( nc=0,9 ) : [K] = 1,035

+ Áp lực nước trực tiếp lên bề mặt công trình và nền, áp lực nước đẩy ngược, áp lực nước thấm, áp lực kẽ rỗng : n=1,0

+ Áp lực bùn cát : n=1,2

+ Tác động của động đất : n=1,1

+ Áp lực nước bên trong đường hầm, kể cả nước va : n=1,0

− Nếu dùng vật liệu địa phương thiết kế đập đất thì theo TCVN

8216-2009

“ Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén” thì chiều cao an toàn của đập là : + Với mực nước dâng bình thường (MNDBT) : a=0,7m

+ Với mực nước lũ thiết kế (MNLTK) : a=0,5m

+ Với mực nước lũ kiểm tra (MNLKT) : a=0,2m

− Theo TCVN 8216 – 2009 tần suất gió thiết kế :

+ Với mực nước dâng bình thường (MNDBT) : P=4%

+ Với mực nước lũ thiết kế (MNLTK) : P=50%

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 4.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA

4.1.1 Mục đích:

Mục đích của việc tính toán điều tiết lũ là căn cứ vào mực nước lũ

thiết kế để xác định đường quá trình xả lũ (q ~ t) sau khi đã qua kho nướcđiều tiết, khi cần phải tìm ra dung tích phòng lũ của kho, có các biện pháp hạthấp đỉnh lũ, kéo dài đường quá trình lũ nhằm đáp ứng yêu cầu phòng lũ cho

hạ lưu và công trình ven sông

Thông qua việc tính toán điều tiết lũ ta sẽ xác định được đường quátrình xả lũ, dung tích siêu cao, MNLTK và MNLKT, từ đó là cơ sở để tínhtoán xác định kích thước đập và tràn hợp lý

4.1.2 Ý nghĩa:

Việc tính toán điều tiết lũ gắn liền với quy mô kích thước công trình tràn,

nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cao trình đỉnh đập, chiều dài cống lấy nước vàhàng loạt các vấn đề khác … nhưng vấn đề đơn giản nhất là phòng lũ ở hạlưu Từ đó ta thấy nó sẽ quyết định đến giá thành công trình, yêu cầu về thicông vì thế ta phải tính toán điều tiết lũ cho nhiều phương án khác nhau đểtìm ra một phương án tối ưu nhất cả về mặt kỹ thuật và kinh tế

4.1.3 Tài liệu tính toán:

Để tính toán điều tiết lũ ta cần những tài liệu sau:

- Quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ F – Z – V;

- Cao trình MNDBT = 160 m;

- Hình thức tràn xả lũ là tràn dọc chảy tự do, ngưỡng đỉnh rộng không

có cửa van điều tiết, cao trình ngưỡng tràn = MNDBT;

- Đường quá trình lũ ứng với tần suất lũ thiết kế P = 1% và lũ kiểm tra

P = 0,2%

- Bề rộng tràn: Btr = 15 m

- Yêu cầu :

+ Xác định đường quá trình xả lũ q ~ t.

+ Xác định mực nước lớn nhất trong kho ( MNLTK và MNLKT)

+ Xác định dung tích siêu cao Vsc

4.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN

4.2.2 Nguyên lý tính toán:

+ Dựa vào phương trình cân bằng nước: Giữa lượng nước đến và lượng nước

xả lũ của kho nước : Lượng nước đến – Lượng nước xả = Lượng nước trữ

Phương trình cân băng nước trong tính toán điều tiết lũ cho kho nước :

1

V V t q q t Q

Q        ( 4.1)

Q1,Q2 : lưu lượng chảy vào kho đầu và cuối thời đoạn t

q1,q2: lưu lượng xả đầu và cuối thời đoạn t

V1, V2: Dung tích kho đầu và cuối thời đoạn t

q : Lưu lượng xả bình quân thời đoạn

Cs: Tham số biểu thị công trình

+ Phương trình thủy lực qua công trình xả lũ: q = f(V) (4.2)

Hai phương trình (5.1) và (5.2) là những phương trình cơ bản của tính toán điều tiết lũ

Từ phương trình cơ bản:

 1 2  1 2 2 1

2

1 2

1

V V t q q t Q

t

V Q

q t

2

1

q t V f q

q t V f q

→ Là hai quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũCông thức (5.3) có thể viết như sau : f2 q Q f1 q

Đó là nguyên lý cơ bản để tính toán điều tiết lũ Dựa vào nguyên lý đó

ta từng bước xây dựng phương pháp tính toán điều tiết lũ bằng cách lập bảngtính

Q1, Q2 : Lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính toán t

q1, q2 : Lưu lượng xả tương ứng ở đầu và cuối thời đoạn tính toán t

V1, V2 : Dung tích nước có trong hồ ở đầu và cuối thời đoạn t t: Thời đoạn tính toán

Dựa vào phương trình lưu lượng xả lũ qua đập tràn:

q =  m.B 2g Ho3/2 (4-5)

 : hệ số co hẹp bên, sơ bộ  = 0,97 m: hệ số lưu lượng, m = 0,34

q = f1( V t

 - 0,5.q)

q = f2( V t

 + 0,5.q)Hai quan hệ này là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ, thay vào(4-4) ta được:

f2 = Q + f1

Ở bất kì thời đoạn nào f1(q1) và Q là đã biết nên sẽ biết được f2(q2) Cóđược quan hệ giữa q và f2(q2) tra trên đồ thị đó ta biết được q2 Lấy q2 ở thờiđoạn trước thay cho q1 ở thời đoạn sau cứ như thế vẽ đường quá trình lưulượng xả lũ q ~ t

Hình 4.1 : Dạng đường phụ trợ f 1 ,f 2

4.2.3.2 Các bước tính toán:

Bước 1: Xây dựng biểu đồ phụ trợ f1, f2:

Chọn thời đoạn tính toán Δt = 1h, giả thiết các mực nước trong hồ và tínht = 1h, giả thiết các mực nước trong hồ và tínhlưu lượng xả tương ứng dựa theo phương trình thuỷ lực

Dựa vào quan hệ Z ~ V, ứng với các mực nước giả thiết ở trên tìm radung tích hồ tương ứng là V k , từ đó tìm được:

V = Vk - Vtl

với Vtl: dung tích hồ trước lũ, tràn không có cửa van thì Vtl = VMNDBT =20300.103m3

Tính f1, f2 tương ứng với q vừa tính, vẽ biểu đồ ta được 2 quan hệ phụ trợ

Bước 2: Sử dụng biểu đồ để tính điều tiết :

Với mỗi thời đoạn t ta tính Qtb = 0,5.(Q1 +Q2)

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

Từ f2 tra trên biểu đồ ngược lại sẽ được q2, là lưu lượng xả ở cuối thờiđoạn

Bước 3: Tính tương tự cho các thời đoạn khác cho đến hết bằng cách lấy

lưu lượng xả ở cuối thời đoạn trước là lưu lượng xả ở đầu thời đoạn sau

Bước 4 : Từ đường quá trình lũ đến và xả lũ, ta xác định được dung tích

phòng lũ và mực nước lớn nhất trong hồ

4.2.3.3 Hình thức công trình xả lũ:

Khi tính toán điều tiết lũ theo các bước trên ta không xác định đượcphương trình thuỷ lực một cách cụ thể Phương trình này là phương trình thuỷlực qua công trình xả lũ, vì vậy các thành phần của nó phụ thuộc vào hìnhthức công trình xả lũ

Kiểu tràn là đập tràn đỉnh rộng không có cửa van khi tính toán điều tiết lũ

sử dụng phương pháp điều tiết không có cửa van với bề rộng tràn: Bt = 30,0 (m) Vậy phương trình lưu lượng qua tràn xả lũ có dạng :

Q = n  m.B 2g.H o3 / 2 (4-7)

Trong đó :

Q : Lưu lượng chảy qua tràn xả lũ

Ho: Cột nước trên đỉnh tràn không kể đến lưu tốc đến gần

4.3 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

Công trình đầu mối hồ chứa nước Ninh Bình là công trình cấp III, ta có:Tần suất lũ thiết kế: P=1%,

Tần suất lũ kiểm tra: P=0,2%

Thời đoạn tính toán: Δt = 1h, giả thiết các mực nước trong hồ và tínht = 1h

Cột 2: Cao trình mực nước trong hồ

Cột 3: Chiều cao mực nước trong hồ so với ngưỡng tràn

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00

Cột 1: Thời gian lũ Δt = 1h, giả thiết các mực nước trong hồ và tínht = 1h

Cột 2: Lưu lượng lũ đến đầu thời đoạn

Cột 3: Lưu lượng lũ trung bình thời đoạn Qtb= (Q1+Q2)/2

Cột 4: Lưu lượng xả lũ đầu thời đoạn

Cột 5, 6: f1, f2 các giá trị phụ trợ, f1 tra quan hệ q ~ f1, f2 = Qtb + f1

Cột 7: Lưu lượng xả lũ cuối thời đoạn

Cột 8: Lưu lượng xả lũ trung bình thời đoạn qtb= (q1 + q2)/2

Cột 9: Tổng lượng nước trữ lại trong hồ: W = (Qtb-qtb).t

Cột 10: Dung tích siêu cao: lũy tích cột (9)

Từ dung tích siêu cao ta xác định được dung tích hồ chứa:

VK = VSC + VMNDBT

Quá trình tính toán được thể hiện ở Bảng P4-1, P4-2, P4-3

B ng 4-3: K t qu tính toán i u ti t lảng 3: Dòng chảy năm thiết kế ết kế ảng 3: Dòng chảy năm thiết kế đ ền công trình ết kế ũTần suất VSC (103m3) VK (103m3) MNL (m) qxả max (m3/sm)

Khi xác định cao trình đỉnh đập cần đảm bảo cho nước không tràn quađỉnh đập, và an toàn của công trình trong mọi trường hợp Nhưng đồng thờicần tính toán để cao trình đỉnh đập không quá cao để tránh gây lãng phí

Do vậy cần xác định một cao trình đỉnh đập thoả mãn yêu cầu về kinh tế và kĩthuật

Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất và vật liệu xây dựng, nhận thấycác vật liệu gần tuyến đập khai thác bằng cơ giới rất thuận tiện và có các chỉtiêu cơ lý tương đối tốt, trữ lượng dồi dào đủ để đắp đập Mặt khác, vật liệulàm tường chống thấm khan hiếm, phải khai thác ở nơi xa, giá thành đắt nên

ta chọn loại đập là đồng chất để thiết kế công trình là hợp lý nhất

5.2 Xác định các kích thước cơ bản của đập đất:

5.2.1 Đỉnh đập:

5.2.1.1 Cao trình đỉnh đập:

Theo QCVN 04−05:2012/BNNPTNT , cao trình đỉnh đập xác định từ các công thức:

a Xác định cao trình đỉnh đập ứng cao trình với MNDBT (Công thức 5 – 1):

− Độ dềnh mặt nước do gió được xác định theo công thức (144) QPTLC1 – 78:

+ V là vận tốc gió ứng với tần suất tính toán, V4% = 38 (m/s)

+ D là đà gió ứng với trường hợp tính toán, D = 1159 (m)

H = MNDBT – Zđáy = 160 – 128 = 32 (m) → 2

1159 38 10 2

2 6

Theo đường cong bao phía trên đồ thị (hình 35) QPTL C1 – 78, ta xác định được các đại lượng không thứ nguyên (2 trị số V2

h g

và 2 trị số g t V. )

431 , 7733 38

21600 81 , 9





V gt

078 , 0

2

V g V h



555 , 18 38

1159 81 , 9

2

V gD

0075 , 0

2

V g V h



Chọn giá trị nhỏ nhất trong cặp giá trị 2

V

h g

0075 , 0

2

V g V

h g



Từ đó, ta tính được:

81 , 9

4 , 27 0075 , 0

0075 ,

Chu kì sóng trung bình: 2 , 514

81 , 9

38 9 , 0 9 , 0

1159 81 , 9

=0,02 vậy 10,211,02

% 1

 với:

Cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT là:

Zđ1 = MNDBT + h + hsl + a = 160 + 0,0075 + 1,693 + 0,7= 162,4 (m)

b.Xác định cao trình đỉnh đập ứng với cao trình MNLTK (Công thức 5– 2):

− Độ dềnh mặt nước do gió được xác định theo công thức (144) QPTLC1 – 78:

+ V’ là vận tốc gió ứng với tần suất tính toán, V’50% = 26,0 (m/s)

+ D’ là đà gió ứng với trường hợp tính toán, D’ = 1230 (m)

+ g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

+ αs là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, αs = 0

+ H’ là chiều sâu cột nước trước đập với MNLTK, Zđáy = 128 (m)

H’ = MNLTK – Zđáy = 161,7 – 128 = 33,7 (m)

S

H g

D V

.

10 2

2 6

1230 0 , 26 10 2

2 6

+ h s1% là chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% được xác định theo QPTLC1 – 78



 Trong đó: t là thời gian gió thổi liên tục (đơn vị là s), khi không có tài liệu thì ta có thể lấy t = 6 giờ (= 21600 s) đối với hồ chứa

Theo đường cong bao phía trên đồ thị (hình 35) QPTL C1 – 78, ta xác

định được các đại lượng không thứ nguyên (2 trị số 2

V

h g





và 2 trị số g t.

V  )

896 , 12896 0

, 26

21600 81 , 9







V gt

08 , 0

2

V

t g V h

328 , 56 0

, 26

1230 81 , 9

015 , 0

2

V

t g V h

Chọn giá trị nhỏ nhất trong cặp giá trị V 2

015 , 0

2

V g V h



Từ đó, ta tính được:

Chiều cao sóng trung bình: 0 , 413

81 , 9

0 , 26 015 , 0

015 ,

0 , 26 3 , 1 3 , 1

177 , 2 81 , 9 2

2 2

, 26

1230 81 , 9

và P = 1%

ta được K1% = 2,15→ hs1% =K1%.h = 2,15.0,413 = 0,888 (m)

- K1, K2 –(Tra bảng 6 QPTL C-1-78) với K1, K2 phụ thuộc vào đặc trưnglớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái, độ nhám tương đối  /h1% vàđặc trưng vật liệu gia cố mái đập; chọn lớp vật liệu gia cố mái là đá xây 

=0,02 vậy 0 , 023

888 , 0

02 , 0

% 1

- Tra hệ số K3: hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái nghiêng m,tra theo bảng 7 QCTL C-1-78, sơ bộ chọn h hệ số mái m = 35 ; V’ =26,0m/s

 với:

337 , 8 888 , 0

403 , 7

Bảng 5.1 Bảng thống kê tính toán cao trình đỉnh đập

số

Đơn vị

Trường hợp tính toán MNDBT MNLTK MNLKT

- 0,0075 0,015

V

t g

22 Chiều cao sóng leo ứng

Vậy cao trình đỉnh đập Z đđ = 163,4 (m)

5.2.1.2 Chiều rộng và cấu tạo đỉnh đập:

Theo TCVN 8216−2012 : chiều rộng đỉnh đập xác định phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác (không nhỏ hơn 5m) Do không có yêu cầu kếthợp đường giao thông nên việc lựa chọn chiều rộng đỉnh đập phụ thuộc vào điều kiện thi công và quản lý: Chọn B = 6m

Cấu tạo đỉnh đập: Đỉnh đập rải thảm bê tông nhựa hạt thô dày 7cm trên lớp móng cấp phối đá dăm dày 20 ÷ 25cm Để đảm bảo thoát nước trên đỉnh đập, mặt đập dốc nghiêng về phía hạ lưu với độ dốc i = 3%

Bố trí gờ chắn và cọc tiêu phía lề đường hạ lưu đập để đảm bảo an toàn trong quá trình đi lại Kết cấu cọc tiêu bằng BTCT M200, gờ chắn bằng gạch xây vữa M75

5.2.2 Mái và bảo vệ mái đập:

5.2.2.1 Mái đập:

Mái đập phải đảm bảo ổn định trong mọi điều kiện làm việc của đập

Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào: loại hình đập, chiều cao đập, vật liệu đắp đập,… điều kiện thi công và khai thác

Chiều cao đập H = Zđđ - Zđáy = 163,4 – 128 = 35,4 (m)

Sơ bộ hệ số mái xác định sơ bộ theo công thức (6-2) sách GTTC tập I :

+ Mái thượng lưu: m1 = 0,05H +2,00 = 0,05.35,4 + 2 = 3.77

Vậy chọn Z cơ = 148,4 (m), B cơ = 3 (m)

5.2.2.3 Bảo vệ mái đập:

Mái đập được gia cố bảo vệ để chống lại tác động phá hoại của sóng, mưa và các yếu tố khác

Hình thức kết cấu bảo vệ mái đập được chọn trên cơ sở so sánh kinh tế

kỹ thuật, đảm bảo các yêu cầu:

+ Kiên cố ổn định, chống đỡ mọi phá hoại đối với mái đập, tiêu thoát nướcmặt tốt

+ Tận dụng vật liệu tại chỗ và sử dụng cả vật liệu cơng nghệ mới, giá thànhhợp lý.

+ Thi cơng đơn giản, quản lý duy tu thuận lợi

+ Tính thẩm mỹ cao

Với mái đập thượng lưu: Chọn hình thức bảo vệ mái là các tấm bê tơng cốt

thép M200 đổ tại chỗ trên lớp lọc như hình vẽ

Bê tông dày 15cm Dá dăm dày 10cm Cát lọc dày 15cm

+137,5

Bệ đỡ bằng BTCT M200

Hình 5-1 : Cấu tạo lớp gia cố mái thượng lưu

Phạm vi bảo vệ bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước chết 2,5m(theo TCVN 8216−2012 ) Chọn phạm vi gia cố bắt đầu từ cao trình đỉnh đậpxuống cao trình 137,5 m Trên tấm bê tơng bố trí các lỗ thốt nước để giảm áplực nước bên trong khi mực nước hồ rút nhanh hoặc do các nguyên nhânkhác; kích thước lỗ d = 20mm

Với mái hạ lưu : Lựa chọn hình thức bảo vệ mái là trồng cỏ Trồng cỏkích thước các ơ 40 x 40cm Phạm vi trồng cỏ từ đỉnh đập đến đỉnh đống đátiêu nước