Đồ án thiết kế hồ chứa nước bản lả

Với đề tài : “ Thiết kế hồ chứa nước Bản Lả – PA1” Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học trong 5 năm tại trường, giúp em biế

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 TS Nguyễn Cảnh Thái –

Bộ môn Thuỷ Công – Trường Đại Học Thuỷ Lợi, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Với đề tài : “ Thiết kế hồ chứa nước Bản Lả – PA1”

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học trong 5 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 trình thuỷ lợi Những điều đó đã giúp em có thêm hành trang kiến thức chuyên ngành để chuẩn 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 chứa nước Bản Lả - Lạng Sơn), 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 quyết được 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 thiếu sót 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, các thầy các cô ở các môn học cơ sở, các thầy các cô ở các môn chuyên nghành dạy bảo tận tình, truyền đạt tất cả những tâm huyết của mình cho em được có ngày trở thành 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 Thủy Công đặc biệt là thầy giáo TS Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2008

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Huyền

MỤC LỤC

PHẦN IV: CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT

CHƯƠNG X: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM

10.1 Mục đích và phương pháp tính toán……… 140

10.1.1 Mục đích tính toán……… 140

10.1.2 Trường hợp tính toán……… 140

10.2 Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế……… 141

10.2.1 Tài liệu cơ bản……….141

10.2.2 Yêu cầu thiết kế……… 142

10.3 Xác định các lực tác dụng lên cống……… 143

10.3.1 Áp lực đất……….144

10.3.2 Áp lực nước……… 145

10.3.3 Trọng lượng bản thân……… 145

10.3.4 Phản lực nền………146

10.4 Xác định nội lực cống ngầm ………148

10.4.1 Mục đích tính toán……… 148

10.4.2 Phương pháp tính toán……… 148

10.4.3 Sơ đồ tính toán……….149

10.4.4 Kết quả tính toán……….149

10.5 Tính toán cốt thép……… 152

10.5.1 Số liệu tính toán……… 152

10.5.2 Trường hợp tính toán……….153

10.5.3 Tính toán cốt thép dọc chịu lực……… 155

10.5.4 Tính toán cốt thép ngang……… ………161

10.6 Tính toán và kiểm tra nứt ……… …………166

10.6.1 Mặt cắt tính toán……….166

10.6.2 Tính toán và kiểm tra nứt……… 166

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……….169

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 170

MỞ ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, Đảng và nhà nước ta đã có chủ trương đẩy nhanh công nghiệp hóa – hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn Mục tiêu phát triển nông nghiệp trước hết là giải quyết xóa đói giảm nghèo cho nông dân, phần lớn là những vùng khan hiếm nước Thực tế cho thấy ở những địa phương làm tốt công tác thủy lợi đã cải thiện rõ đời sống nông dân Dự án Hồ thủy lợi thủy điện Bản Lả là biện pháp nhằm giải quyết chủ động nước tưới cho cây trồng, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, phát điện, sinh thái, cắt giảm một phần lũ cho hạ du, nuôi trồng thủy sản Bên cạnh đó dự án còn thể hiện những lợi ích xã hội nhất định, thể hiện chính sách quan tâm của Đảng và Nhà nước đến sự phát triển kinh tế xã hội,

an ninh kinh tế,… của khu vực dự án Điều này góp phần nâng cao lòng tin của nhân dân vào sự lãnh đạo của Đảng và Nhà nước, vào chính sách mở cửa và đổi mới của đất nước Lòng tin của nhân dân trong vùng dự án vào Đảng và Nhà nước được nâng cao sẽ góp phần ổn định an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội, góp phần thúc đẩy tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, dần dần tạo ra sự phát triển đồng đều, bền vững, giảm bớt khoảng cách giữa vùng sâu, vùng xa với khu vực đồng bằng về văn hóa, giáo dục kinh tế, khoa học kỹ thuật,…

Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hồ chứa Bản Lả - PA1” tỉnh Lạng Sơn được giao

với sự đồng ý của Khoa Công trình – Trường Đại học Thủy Lợi, sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Cảnh Thái nói riêng và các thầy cô trong Khoa, Trường nói chung

Nhiệm vụ đồ án bao gồm 4 phần chính như sau:

- Phần I: Tổng quan

- Phần II: Thiết kế sơ bộ

- Phần III: Thiết kế kỹ thuật

- Phần IV: Tính toán chuyên đề kết cấu cống

- Vị trí công trình đầu mối hồ chứa nước Bản Lả thuộc địa phận xã Khuất Xá huyện Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn, có vị trí địa lý khoảng:

-Giới hạn vùng nghiên cứu:

Phía Đông giáp huyện Đình Lập và Trung Quốc

Phía Tây giáp huyện Cao Lộc và Chi Lăng

Phía Nam giáp huyện Lục Ngạn tỉnh Bắc Giang

Phía Bắc giáp huyện Cao Lộc và Trung Quốc

1.1.2 Đặc điểm địa hình

Sông Kỳ Cùng là sông lớn nhất của tỉnh Lạng Sơn, phần thượng và trung lưu nằm trên lãnh thổ Việt Nam có tên là sông Kỳ Cùng Sông Kỳ Cùng bắt nguồn từ vùng núi Ba Xá cao trên 1000m chảy từ Đông Nam lên Tây Bắc qua Lộc Bình,

Lạng Sơn, Điềm He, Na Sầm Thượng lưu sông Kỳ Cùng rất dốc, độ dốc đáy sông tới 70% có nhiều thác ghềnh, tới Lộc Bình sông Kỳ Cùng chảy qua sườn nam núi Mẫu Sơn rồi vào vùng đồng ruộng Lạng Sơn độ dốc đáy sông giảm dần còn 13% Lưu vực sông Kỳ Cùng có địa hình phức tạp bao gồm: vùng núi cao, vùng đá vôi núi thấp và đồi thuộc miền Đông Bắc nước ta Lịch sử cấu tạo địa chất, khi xảy ra đứt gãy kiến tạo và địa tạo ở chu kỳ Inđôxini (trung sinh đại) và hiện tượng cướp dòng đã tạo nên hình thế chung của địa hình là độ cao giảm dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, trong khi đó sông Kỳ Cùng chảy giữa máng trũng Lộc Bình - Thất Khê

có hướng đi ngược lại, từ Đông Nam lên Tây Bắc Sông Kỳ Cùng trước kia chảy vào vịnh Bắc Bộ, sau biến động nói trên đổi hướng chảy vào sông Tây Giang ở Trung Quốc

Phía Đông và phía Nam lưu vực là vùng đồi thấp cao độ khoảng 500-600m Địa hình ở đây được hình thành chủ yếu bởi quá trình xâm thực, địa hình có thể phân ra hai dạng: đồi và thung lũng

-Các dạng đồi đều có sườn dốc dưới 250, có những ngọn đồi gần giống nhau, có cùng cao độ, hình dạng đỉnh bằng sườn thoải

- Các thung lũng quanh co uốn khúc liên tục và không có bậc thềm

Phía Bắc địa hình thấp hơn, đồi núi có sườn tròn thoải, thị xã Lạng Sơn có cửa ải Hữu Nghị Quan nối liền với Trung Quốc Dãy núi Mẫu Sơn ở Đông Bắc Lạng Sơn

có địa hình độc lập, đột xuất cao hẳn lên là phần đồi núi giữa sông Kỳ Cùng và sông

Nà Làng đỉnh cao nhất cao 1.574m

Phía Tây lưu vực có các dãy núi cao trên 1.000m, như đỉnh Cốc Xa (1.131m) là phân thuỷ giữa sông Na Rì với sông Cầu Núi Khâu Pan (1.188m) là phân thuỷ giữa sông Bắc Giang với sông Hiến Các dãy núi nằm trong nội bộ lưu vực sông Bắc Giang cũng có độ cao từ 1.000 – 1.200m

Phía Tây Nam và phía Nam có dãy núi tiếp cận với vùng đá vôi Bắc Sơn, có độ cao trung bình là 500-600m, đỉnh cao nhất là Bắc Hà (779m) Sông suối trong khu vực này dày đặc, dòng chảy mặt rất phong phú, ở đây có nhiều cánh đồng bằng phẳng phát triển nông nghiệp rất tốt

1.1.3 Đất đai thổ nhưỡng.

Đất đai vùng dự án thường nghèo mùn, ít lân và nghèo đạm, nghèo kali… năng suất cây trồng thấp và giảm dần do bị rửa trôi, bào mòn, chủ yếu bao gồm các loại đất sau:

- Đất thung lũng và đất ven sông do nguồn phù sa sông suối và sản phẩm bào mòn sườn đồi bồi tụ có diện tích không lớn, phân bố chủ yếu ở cánh đồng Lộc Bình vùng đồng bằng khu vực hạ lưu công trình Đây là loại đất tốt hàm lượng mùn cao, thích hợp với nhiều loại cây trồng, đó là các vùng trọng điểm lúa

- Đất vàng nhạt trên đá cát, phân bố dọc đường 4B, thành phần cơ giới nhẹ, ít sét chủ yếu là cát và cát pha, đất không kết cấu

-Đất đỏ vàng nằm rải rác một số nơi trong huyện Lộc Bình Đây là loại đất có thành phần hữu cơ nghèo

-Đất dốc tự phân bố ở những dải ruộng hẹp và dài uốn quanh chân đồi, loại đất này ít, phân tán, là loại đất xấu, ít mùn

-Đất mùn đỏ vàng phân bố ở các dãy núi cao, đất có nhiều mùn hữu cơ,

PH =3,1– 3,5 Càng xuống sâu độ PH càng giảm

1.2 Điều kiện thuỷ văn khí tượng

Lạng Sơn có khí hậu nhiệt đới gió mùa, miền núi Mùa đông thịnh hành gió mùa Đông Bắc và Bắc lạnh ít mưa, nhiều năm có sương muối Mùa hè thịnh hành gió mùa Đông Nam, Nam và Tây Nam, nền nhiệt độ cao lạnh khô và ít mưa

1.2.1 Nhiệt độ.

Nhiệt độ trung bình nhiều năm là 21,10C, những tháng mùa đông trung bình có thể xuống tới 13-140C, lạnh nhất là vào các tháng XII, I nhiệt độ có thể xuống tới -2,1 0C

Nhiệt độ trung bình cao nhất thấp nhất tại Lạng Sơn xem phụ lục 1-1

1.2.2.Gió.

Trong năm hướng gió về mùa đông là hướng Bắc và về mùa hè là hướng Nam và Đông Nam Tốc độ trung bình từ 2,0 đến 4,0 m/s, tốc độ gió mạnh nhất có thể tới

36 m/s, các tháng VII, IX thường lặng gió

Các hướng gió thịnh hành, tần suất gió và tốc độ gió xem phụ lục 1-2

Hướng gió và tốc độ gió mạnh nhất tháng và năm xem phụ lục 1-3

Bảng 1-1: Tốc độ gió lớn nhất theo các tần suất

Lượng mưa bình quân các tháng tại các trạm đo trong lưu vực xem phụ lục 1-4Lượng mưa bình quân lưu vực tính theo bình quân gia quyền lượng mưa các trạm Đình Lập, Lộc Bình, Mẫu Sơn Xo = 1636,6 mm

Lượng bốc hơi khá lớn trung bình là 1044 mm, lượng bốc hơi lớn nhất vào tháng

V nhiệt độ cao nhưng ít mưa, các tháng mùa khô lượng bốc hơi cũng khá lớn

Bảng1- 3: Lượng bốc hơi tại Lạng Sơn (mm)

79,2

88,3

102,4

87,4

85,9

75,8

81,9

98,0

97,9

95,1

1044,2

1.2.6 Phân phối dòng chảy trong năm Bản Lả (xem phụ lục 1-5)

1.2.7 Quá trình lũ thiết kế Bản Lả (xem phụ lục 1-6)

1.2.8 Lượng nước dùng tại đầu mối công trình hồ chứa.

Tổng lượng nước dùng tại đầu mối hồ chứa nước Bản Lả - Lạng Sơn phục vụ để tưới 2 vụ có diện tích là 1041ha, nguồn tưới màu 400ha, dân sinh công nghiệp 64.900m3/ngày đêm; phát điện 4MW; xả nước 1m3/s (xem phụ lục 1-7)

1.3 Điều kiện địa chất.

1.3.1 Tổng quan toàn vùng

Khu vực nghiên cứu xây dựng công trình phân bố chủ yếu trên các thành tạo trầm tích tuổi Trias trên thuộc điệp Mẫu Sơn (T3ms); các trầm tích tuổi Kreta thuộc

hệ tầng Mụ Gia (Kmg) phủ lên trên là các trầm tích chứa than Neogen của hệ tầng

Na Dương (N1nd) và các trầm tích hiện đại thành phần là sản phẩm phong hoá của

đá gốc (edQ) và các bồi lũ tích ở lòng suối và thềm (aQ & apQ)

Địa tầng từ dưới lên trên chủ yếu như sau

Điệp Mẫu Sơn (T3ms) chủ yếu là các trầm tích lục nguyên màu đỏ chia làm 2 phần rõ rệt Phần dưới gồm đá cát kết hạt vừa, hạt thô màu xám, đôi chỗ chứa cuội thạch anh, có xen các lớp kẹp mỏng sét kết màu phớt và xám nâu đỏ chiều dày 800m Phía trên có chiều dày tương tự bao gồm đá sét kết và bột kết màu nâu đỏ có ánh tím, vàng lục, các đá sét kết xám phớt lục nâu đỏ có kẹp các lớp đá kết hạt nhỏ

và các thấu kính sét vôi hạt mịn màu xám lục Điệp tương đối ổn định chiều dày thay đổi từ ngoài rìa vào vùng trũng

Điệp Văn Lãng (T3vl) chủ yếu là đá cát kết bột kết phân bố ở phía Đông khu vực nghiên cứu Điệp này có chứa than đá thành tạo cách đây khoảng 210 triệu năm

Hệ tầng Mụ Gia (Kmg) chủ yếu là đá cuội kết, sạn kết, bột kết, phân bố phía Đông khu vực nghiên cứu chiều dày của hệ tầng dao động từ 500 – 700m

Hệ tầng Na Dương (N1nd) các trầm tích của hệ tầng này chia làm hai phần chính Phần dưới bao gồm đá cuội kết đáy hỗn tạp, rắn chắc, hạt cuội từ 2-7cm chuyển lên trên là đá cuội kết và đá sét kết xen kẽ nhau, xen kẹp các lớp đá sỏi kết, chiều dày

hệ tầng từ 60-100m Phía trên dày 400m bao gồm các trầm tích hạt nhỏ màu xám chứa than như đá cát kết, cát kết vôi, bột kết màu nêu xám, xám đen, xen trong phân này có vài vỉa than nâu lửa dài

Các thành tạo trầm tích hệ Đệ Tứ chủ yếu là các sản phẩm phong hoá của đá sét bột kết: đất á sét, sét chứa dăm sạn phân bố chủ yếu ở sườn và đỉnh đồi Phần thung

lũng và khe xuối là các trầm tích hiện đại: cát cuội sỏi lẫn đất đến hỗn hợp cát cuội sỏi màu xám, xám vàng Chiều dày của các thành tạo hệ đệ tứ này từ 2-10m, trung bình từ 3-5m.

1.3.2 Địa chất công trình khu vực công trình đầu mối

Tại khu vực tuyến đập và tràn đã tiến hành khoan 11 hố khoan (1 ÷

KM2-4, KM2-6, KM2-7, KM2-9, KM2-10, KM2-14 ÷ Km2-16), tuyến cống lấy nước đã tiến hành khoan 2 hố (KM2-5, Km2-8), nhà máy đã tiến hành khoan 3 hố (KM2-11

÷ KM2-13) Theo kết quả khoan thì điều kiện địa chất công trình tại khu vực này như sau: lớp aQ phân bố hầu hết ở long và gần bờ sông dưới dạng những bãi bồi, trong phạm vi tuyến chiều dày lớp thay đổi từ 1,7 ÷ 3,0m, thành phần gồm hỗn hợp cát, cát pha, cuội sỏi, cuội sỏi có độ mài tròn tốt Đới edQ có chiều dày thay đổi từ 2,0 ÷ 9,0m thành phần là sét pha màu nâu tím, nâu gụ, trạng thái dẻo cứng đến cứng lẫn dăm sạn Đới IA1 phân bố trong khu vực nghiên cứu với mức độ không liên tục tại vai trái đập rất mỏng và hẹp, vai phải dày hơn với chiều dày thay đổi từ 2,0 ÷ 17,0m là sản phẩm phong hoá mãnh liệt thành sét, sét pha lẫn dăm sạn, mảnh vụ đá bột kết, cát kết phong hoá mềm yếu, đất thường ở trạng thái nửa cứng đến cứng Đặc trưng kháng cắt ở trạng that bão hoà của lớp edQ và IA1 thay đổi từ C = 0,20 ÷ 0,28 kg/cm2, φbh = 13 ÷ 180 Đới IA2 hầu như phân bố rộng trong phạm vi nghiên cứu, chiều dày thay đổi từ 2,0 ÷24,0m thành phần là dăm cục lẫn sét pha của đá bột kết xen kẹp ít cát kết, tính chất chặt vừa đến chặt, trong đới đôi chỗ nõn khoan vẫn

ở dạng thỏi đá phong hoá mạnh nhưng khi gặp nước thì đá bị mềm yếu, có thể bẻ bằng tay được Đới IB có chiều dày thay đổi từ 4,0 ÷ 18,0m là đá bột kết màu nâu tím xen kẹp ít cát kết, đá nứt nẻ mạnh, phong hoá dọc theo khe nứt Đới IIA gặp tại

độ sâu từ 12,0 ÷ 34,0m, là đá bột kết màu nâu tím xen kẹp ít cát kết Cường độ kháng nén bão hoà đới IB thay đổi từ 100 ÷ 400kg/cm2(ngoài phạm vi ảnh hưởng đứt gãy và đới biến đổi), IIA thay đổi từ 400 ÷ 750kg/cm2 ( ngoài phạm vi ảnh hưởng đứt gãy và đới biến đổi) Lượng mất nước đơn vị trong đới IB và IIA thay đổi từ 0,01 ÷ 0,65 l/pm (thuộc loại thấm vừa), đới IIB thuộc loại thấm yếu với lưu lượng mất nước đơn vị đại diện là 0,072 l/pm

1.3.3 Điều kiện địa chất thuỷ văn

Các tầng thành tạo đất đá trong vùng có tính thấm nước yếu đến trung bình, tầng

đá gốc có tính phân lớp, ít nứt nẻ thuộc loại thấm yếu được coi là tầng cách nước Lớp đất phủ và đới IA2 thuộc loại thấm nước trung bình đến nhiều Nước ngầm được chứa trong các lỗ rỗng tầng phủ và trong các khe nứt trong các đới phong hoá

+Đặc điểm địa chất: qua kết quả đào hố khảo sát cho thấy các mỏ phân bố lớp sườn tích, tàn tích, sản phẩm phong hoá mãnh liệt của đá gốc bột kết, cát kết Thành phần gồm đất sét, sét pha màu nâu tím, nâu gụ lẫn sạn, trạng thái nửa cứng đến cứng, cục bộ đôi chỗ đất ở trạng thái dẻo cứng

+Chất lượng đất đắp: qua kết quả thí nghiệm mẫu đất của 7 mỏ cho thấy đất tại các mỏ đều đáp ứng được yêu cầu làm vật liệu cho đập đất (đất dạng sét)

+Trữ lượng đất đắp: dựa vào phương pháp tính trữ lượng theo địa chất có thể tính được trữ lượng đất khai thác Khối lượng tầng bóc bỏ (0,5m đất lẫn rễ cây) của các

mỏ vào khoảng 168.000m3, khối lượng tầng có ích vào khoảng 1.000.000m3 Trữ lượng trên ước tính cho chiều sâu hố đào thực tế sâu nhất là 4m, tại độ sâu lớn hơn 4m ở các vị trí hố đào đất vẫn có thành phần tương tự, nên trữ lượng khai thác có thể lớn hơn tuỳ thuộc vào trữ lượng thiết kế yêu cầu

Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm có các chỉ tiêu cơ lý đất đắp phục vụ thiết kế đập đất (xem phụ lục 1-8)

Bảng chỉ tiêu cơ lý đất đắp đập để thiết kế đập đất thủy lợi thủy điện Bản Lả (xem phụ lục 1-9)

Bảng kiến nghị tính toán khối đá cho thiết kế đập, tràn, cống lấy nước, nhà máy (xem phụ lục 1-10)

CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 2.1 Tình hình dân sinh kinh tế và phương hướng phát triển kinh tế.

-Lòng hồ Bản Lả kéo trên 5 xã gồm (xã Bính Xá và xã Kiên Mộc - huyện Đình Lập; xã Khuất Xá, Tĩnh Mộc và Sàn Viên - huyện Lộc Bình)

- Khu hưởng lợi của hồ Bản Lả: khu tưới gồm 3 xã Tú Đoạn, Khuất Xá, Sàn Viên)

- Trong tương lai khu hưởng lợi gồm Thành phố Lạng Sơn, thị trấn Lộc Bình, mỏ than Na Dương sẽ sử dụng nguồn nước hồ Bản Lải qua xử lý để cấp nước sinh hoạt

và công nghiệp

Bảng 2-1: Dân số vùng hưởng lợi trực tiếp của dự án

Tú Đoạn

Khuất Xá

Sàn Viên

Tổng cộng

Tú Đoạn

Khuất Xá

Sàn Viên

Tổng cộngTổng số 6440 5220 3670 15330 7100 5850 4100 17050

Tình hình sử dụng đất các xã hưởng lợi từ dự án (xem phụ lục 2-1)

Thống kê sản xuất nông nghiệp các xã hưởng lợi từ dự án đến năm 2020 (xem phụ lục 2-2)

Thống kê cơ cấu kinh tế các xã hưởng lợi từ dự án đến năm 2020 (xem phụ lục 2-3)

Mục tiêu phát triển nông nghiệp nước ta trước hết là giải quyết xoá đói giảm nghèo cho nông dân, phần lớn là vùng khan hiếm nước Trong thực tế ở những địa phương nào làm tốt công tác thuỷ lới đã cải thiện rõ đời sống nhân dân Dự án hồ chứa Thuỷ lợi thuỷ điện Bản Lải là biện pháp nhằm giải quyết chủ động nước tưới cho cây trồng, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, phát điện, sinh thái, cắt giảm một phần lũ cho hạ du, nuôi trồng thuỷ sản

Vùng dự án là vùng miền núi, giáp biên giới, đời sống của nhân dân gặp nhiều khó khăn, nên dự án được triển khai thì hiệu quả mang lại về mặt xã hội của dự án đối với nhân dân trong vùng dự án nói riêng và tỉnh Lạng Sơn nói chung là hết sức

to lớn Dự án đã thể hiện chính sách quan tâm của Đảng và Nhà nước đến sự phát

triển kinh tế xã hội, an ninh kinh tế… của khu vực dự án Do đó đã góp phân nâng cao lòng tin của nhân dân vào sự lãnh đạo của Đảng và Nhà nước; vào chính sách

mở cửa và đổi mới của đất nước, góp phần thúc đẩy tiến trình CNH và HĐH đất nước

2.2 Các công trình quan trọng nằm trong khu vực lòng hồ chứa

Trong lòng hồ cách khu công trình đầu mối khoảng 26km về thượng lưu, tuyến đường 31, đường chiến lược an ninh quốc phòng giáp biên giới giao cắt với sông

Kỳ Cùng bằng cầu Pò Háng Cầu Pò Háng kết cấu bê tông cốt thép, hiện nay còn tốt, các thông số như sau:

+Cao trình mặt cầu: +311,9m

+Cầu dài : 100,56m

+Mặt cầu rộng : 7m

+Cầu cao 12m so với đáy sông Kỳ Cùng

+ Tuyến đường dẫn 2 đầu cầu dài 900m, cao độ mặt đường <+315m

-Tại vùng tuyến bố trí công trình đầu mối, bên bờ trái hiện trạng tràn hồ Tà Keo xả lũ vào sông Kỳ Cùng Các thông số kỹ thuật như sau:

+Cao trình ngưỡng tràn +314,33m

+Kích thước ngưỡng tràn B x H = 9,5m x 4,78m

+Nối tiếp sau tràn là dốc nước và máng phun dài 49m

+Kết cấu tràn bê tông cốt thép

2.3 Nhiệm vụ công trình

2.2.1 Quy hoạch thuỷ lợi lưu vực sông Kỳ Cùng.

Sông Kỳ Cùng là một trong những sông ngòi loại vừa, có nguồn thuỷ năng đáng chú ý ở miền Đông Bắc nước ta Lưu vực sông Kỳ Cùng bao gồm đất đai của ba tỉnh: Lạng Sơn, Cao Bằng và Bắc Cạn, phần lớn diện tích lưu vực nằm trong địa phận tỉnh Lạng Sơn (chiếm 78%), một lưu vực giàu tài nguyên, có đủ điều kiện phát triển các ngành kinh tế thuận lợi Về nông nghiệp ở đây với hai thung lũng Lộc Bình và Thất Khê là hai vựa thóc có tiếng ở miền núi

Kết quả của dự án “Quy hoạch sử dụng tổng hợp và bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Kỳ Cùng”:

+Xây dựng chiến lược sử dụng và bảo vệ nguồn nước của lưu vực đến năm 2010

và định hướng đến năm 2020, nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp nước cho dân sinh, công nghiệp, đô thị, sản xuất nông nghiệp, khai thác thuỷ năng, phòng tránh giảm nhẹ thiên tai lũ úng, góp phần xoá đói giảm nghèo, ổn định chính trị và an ninh quốc phòng vùng biên giới phía Bắc

+Từng bước đáp ứng yêu cầu cấp nước cho sản xuất nông lâm nghiệp theo hướng chuyển dịch cơ cấu cây trồng đem lại hiệu quả kinh tế cao và cung cấp một phần nước phục vụ một số ngành kinh tế khác Nhằm nâng cao đời sống tiến tới xoá đói giảm nghèo

+Phát triển hệ thống cấp nước sản xuất, sinh hoạt, thuỷ điện cho vùng biên giới, vùng sâu, vùng xa nhằm ổn định và nâng cao đời sống của nhân dân các dân tộc.+Chỉ ra những công trình, những dự án cấp bách cần được nghiên cứu, đầu tư xây dựng ngay trong những năm tới và kế hoạch phát triển thuỷ lợi những năm tiếp theo

Quy hoạch đã nhấn mạnh việc xây dựng hồ Bản Lả với nhiệm vụ tổng hợp cấp nước tưới, dân sinh, thuỷ điện, giảm mực nước lũ cho thành phố Lạng Sơn

2.2.2 Nhiệm vụ của dự án đã xác định trong quy hoạch như sau:

- Cấp nước tưới cho 1.041ha lúa 2 vụ

- Tạo nguồn cấp nước tưới cho 1.004 ha màu

- Tạo nguồn cấp nước cho nhà máy nhiệt điện Na Dương: 8.000m3/ngày đêm

- Tạo nguồn cấp nước cho dân sinh và công nghiệp: 122.000 người (17.000 người của 3 xã vùng dự án, 15.000 người thị trấn Lộc Bình và 90.000 người của thành phố Lạng Sơn)

-Kết hợp phát điện với các chỉ tiêu về thuỷ điện của công trình như sau:

+Công suất lắp máy NLM = 3,2MW

+Điện lượng năm 12,05GWh

-Xả nước xuống sông trong các tháng 1 đến tháng 4 với lưu lượng 3 m3/s nhằm

ổn định môi trường sinh thái hạ du

-Cắt giảm lũ cho hạ du góp phần bảo vệ tính mạng, tài sản của nhân dân

-Tạo điều kiện phát triển các bậc thuỷ điện phía hạ lưu sông Kỳ Cùng.

2.2.3 Chọn tuyến và bố trí các phương án tuyến đập dâng nước

Dựa vào bình đồ lòng hồ và bình đồ đầu mối, đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình khu vực đầu mối công trình hồ Bản Lả dự kiến nghiên cứu hai tuyến bố trí công trình đầu mối Cụ thể như sau:

- Tuyến 1: Nằm ngay sát khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi cao có cao độ > 350m và khu vực đồng bằng có cao độ < 292m, tại tuyến 1 này nghiên cứu các phương án bố trí đập ngăn sông, tràn xả lũ, cống lấy nước và nhà máy thuỷ điện

- Tuyến 2: Nằm cách tuyến 1 về phía lòng hồ khoảng 800m Trong tuyến 2 cũng nghiên cứu các tuyến bố trí đập ngăn sông, tràn xả lũ, cống lấy nước và nhà máy thuỷ điện

*Vùng đập chính: Lớp phủ của hai phương án tuyến tương đối giống nhau nhưng phần lòng sông suối của phương án 1 sâu hơn Chiều dày tầng phủ và đới IA1,IA2 của tuyến 1 dày hơn, bề mặt đới chịu tải IIA và IIB của tuyến 1 ở cao trình sâu hơn tuyến 2 Do đó điều kiện địa chất tại vị trí tuyến đập phương án 2 thuận lợi hơn vị trí tuyến đập phương án 1

*Tuyến tràn: điều kiện địa chất nền tuyến tràn phương án 2 tốt hơn do bề mặt đới IIA và IIB nằm cao hơn Do đó khối lượng đào đắp tuyến 2 sẽ nhỏ hơn Tuy nhiên khó bố trí mặt bằng thi công và quãng đường vận chuyển xa hơn ở tuyến 2

*Tuyến cống: điều kiện địa chất hai tuyến tương đương nhau cả về mặt địa hình

và địa chất nhưng mặt bằng thi công và quãng đường vận chuyển tuyến 2 sẽ khó khăn hơn tuyến 1

*Tuyến nhà máy: nhà máy phương án 1 và 2 cũng có điều kiện địa chất tương đương nhau đều nằm trong vùng phân bố đá bột, cát kết, lớp phủ dày trung bình Nên đặt nền móng nhà máy trên đới IIA và IIB để đảm bảo ổn định lâu dài

Từ các đặc điểm trên nên ta chọn phương án 2

Hiện nay có 2 hình thức đập dâng có thể sử dụng trong điều kiện địa hình địa chất phương án 2 của hồ Bản Lả là đập đất và đập bê tông đầm lăn Tuy nhiên xét trong điều kiện cụ thể của tuyến công trình ta thấy chọn loại đập đất có nhiều thuận lợi hơn vì:

 Quản lý khai thác đơn giản, công tác tu bổ ít tốn kém

 Vật liệu xây dựng: đã tiến hành thăm dò và tìm kiếm được 7 mỏ đất dính đáp ứng được yêu cầu về chất lượng làm đập đất Về trữ lượng có khả năng khai thác được tùy theo trữ lượng thiết kế yêu cầu

 Nước ta đã và đang xây dựng rất nhiều đập đất nên về công nghệ và kỹ thuật cũng như kinh nghiệm quản lý thi công đều có

Vì vậy ta chọn hình thức xây dựng đập dâng nước là đập đất

hồ cao hơn Muốn giảm thấp mực nước hồ cần phải tăng chiều rộng Btr như vậy thì giá thành công trình tăng lên Khi công tác dự báo lũ làm tốt thì lọai tràn có cửa van khống chế có thể kết hợp với dung tích phòng lũ với dung tích hữu ích Do vậy lọai

có cửa van điều tiết nước chủ động và khai thác nước có hiệu quả hơn Điều này đặc biệt cần thiết trong tình trạng thời tiết nước ta trong một số năm gần đây có nhiều biến động nhất là tình trạng thiếu nước tưới cho nông nghiệp

Dựa vào các điều kiện nêu trên ta chọn hình thức tràn xả lũ là tràn đỉnh rộng có cửa van điều tiết

PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ

CHƯƠNG III ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ, ĐIỀU TIẾT LŨ 3.1 Tính toán điều tiết hồ

3.1.1 Những tài liệu cần có

-Đặc trưng địa hình hồ chứa

Bảng 3-1: Đặc trưng địa hình hồ chứa

STT

Cao trìnhZ(m)

Diện tíchF(106m2)

Dung tíchV(106m3)

Z(m)

Quan hÖ Z~V Quan hÖ Z~F

Tần

75% 2,69 0,92 1,75 0,92 6,34 11,87 25,83 22,09 5,44 4,52 2,1 1,61 7,24

-Lượng bốc hơi ở hồ chứa

Bảng 3-3: Lượng bốc hơi ở hồ chứa (mm)

Tần

75% 33,7 28,6 32,4 36,1 41,9 35,8 35,1 31,1 33,5 40,1 40,1 38,9 427,3

-Yêu cầu cấp nước

Diện tích khu tưới 1041ha, mức đảm bảo cấp nước (tần suất thiết kế) là 75%, đồng thời cung cấp cho sinh hoạt, công nghiệp, phát điện …Lượng nước cần dùng cho từng tháng

Bảng 3-4: Lượng nước cần dùng cho từng tháng

- Lượng bùn cát tính toán về hồ trong 1 năm: 134.460m3

- Công trình hồ chứa cấp III, tuổi thọ 75 năm, tổng lượng bùn cát là 75 x 134.460

= 9.859.522 m3, tương đương cao trình +286,1m

- Cao độ mực nước khu tưới lớn nhất tại cửa ra của cống +290,00m

- Để đảm bảo tưới tự chảy và chế độ làm việc của cống lấy nước, chọn MNC = +294,50m

- Dựa vào đường quan hệ Z ~ V (hình 3-1) ứng với Hc = 294,5m ta tra được

Vc = 30.106 (m3)

3.1.2 Nguyên tắc tính toán

Tính toán điều tiết theo phương pháp lập bảng Dựa vào nguyên lý cân bằng nước (so sánh quá trình dòng chảy đến kho nước và quá trình cấp nước của kho nước) Với tính toán điều tiết năm thì ta dùng phương trình vi phân sau:

Qi.Δti – qi Δti = Vi – Vi-1Trong đó:

-Qi: là lưu lượng dòng chảy đến kho nước trung bình trong các thời đoạn Δti nó xác định được từ đường quá trình dòng chảy (Q ~ t)

-Vi-1: là dung tích kho ở thời điểm ti-1, đây là đầu thời điểm tính toán nên trị số này đã biết

-Vi: là dung tích kho ở thời điểm ti, đây là cuối thời đoạn tính toán nên Vi sẽ là trị

số cần tìm

-Δti: = ti – ti-1 là thời đoạn tính cân bằng thứ i, thường lấy cố định là 1 tháng hoặc một tuần ( 10 ngày), vì thời đoạn đó đủ để xét sự thay đổi dòng chảy hàng năm và

cả trong từng năm, đồng thời cũng đáp ứng mức độ chính xác cho phép

-Qi: lưu lượng nước chảy từ kho ra bình quân trong thời đoạn Δti, nó bao gồm lượng nước yêu cầu của toàn hệ thống (qyi), tổn thất bốc hơi (qbi), tổn thất do thấm

và rò rỉ qua công trình (qti) và lượng nước xả thừa (qxi):

qi= qyi + qbi + qti + qxi-qyi: là đại lượng đã biết ( theo kế hoạch dùng nước)

-qbi: phụ thuộc vào khả năng bốc hơi từ mặt nước và diện tích mặt hồ

-qti: phụ thuộc vào địa chất lòng hồ, hình dạng bờ, lọai công trình ngăn nước và lượng trữ nước ở trong kho …

-qxi: phụ thuộc vào quá trình nước đến, quá trình nước cần, phương thức vận hành kho nước (có thể trữ sớm có thể trữ muộn hoặc theo các ràng buộc về yêu cầu phòng chống lũ )

* Chọn Vh, Hbt sao cho

+Tiết kiệm đầu tư

+Hiệu quả kinh tế lớn nhất

3.1.3 Các bước tính toán

- Dung tích hiệu dụng Vh là bộ phận dung tích nằm phía trên dung tích chết, nó

có nhiệm vụ giữ lại lượng nước thừa vào thời kỳ thừa nước và lấy ra để sử dụng vào thời kỳ thiếu nước sau đó

- Mực nước dâng bình thường là cao trình giới hạn trên của bộ phận dung tích hiệu dụng Vh, là mực nước dâng cao nhất mà hồ có được trong thời kỳ thiếu nước

VBT = Vo + VhMực nước dâng bình thường được kí hiệu là Hbt

Giá trị của Hbt được suy ra trên đường cong Z ~ V khi biết giá trị VBT

-Bước1: tính Vh chưa kể tổn thất

So sánh ΔV+ và ΔV

-Nếu ΣΔV+ ≥Σ ΔV- thì ta tính toán điều tiết năm

Nếu ΣΔV+ ≤ Σ ΔV- thì ta tính toán điều tiết nhiều năm

-Bước 2: tính tổn thất trong kho nước

(ngày)

WQi (106 m3)

Wq (106 m3)

ΔV+ (106 m3)

ΔV- (106 m3)

Lượng nước (106 m3)

Lượng nước thừa (106 m3)

So sánh ΔV+ = 120,748 (106 m3)> ΔV- = 45,962 (106 m3) nên với hồ chứa Bản Lả

ta chỉ cần điều tiết năm

Δti: thời gian của một tháng (s)

-Cột (4): lượng nước cần dùng lấy ở bảng 3-4

-Cột (5): lượng nước thừa (khi WQi >Wq )

(5) = (3) – (4)-Cột (6): lượng nước thiếu (khi WQi <Wq )

(6) = (4) – (3)Tổng cộng cột (6) sẽ có dung tích nước cần trữ để điều tiết đảm bảo yêu cầu cấp nước và đó chính là dung tích hiệu dụng chưa kể tổn thất

-Cột (7): lượng nước trữ trong hồ chứa

-Cột (8): lượng nước thừa cần xả

Ta có Vh = 45,962 (106.m3).

3.1.4.2 Tính toán tổn thất trong kho nước

Bảng 3-6: Bảng tính toán tổn thất trong kho nước

Wb (106 m3)

Wt (106 m3)

Wtt (106 m3)

-Cột (1): thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn

-Cột (2): là cột (7) của bảng 3-5 cộng với dung tích Vc, vậy Vt là dung tích của kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán Δti Khi kho bắt đầu tích nước, trong thiết kế thường giả thiết trước đó kho nước đã tháo cạn đến Hc (trong bảng là đầu tháng V dung tích trong kho chính là Vc)

-Cột (3):V i là dung tích bình quân trong hồ chứa nước, xác định bằng công thức:

-Cột (5): Wbi là lượng tổn thất bốc hơi

Wbi =ΔZi Fhi.Trong đó: ΔZi cho ở bảng 3-3

Wq (106 m3)

ΔV+ (106 m3)

ΔV- (106 m3)

Lượng nước (106 m3)

Lượng nước thừa (106 m3)

55 − = > 5% Vậy ta phải điều tiết tiếp

Bảng 3-8: Bảng tính toán tổn thất trong kho nước

Wb (106 m3)

Wt (106 m3)

Wtt (106 m3)

WQi (106 m3)

Wq (106 m3)

ΔV+ (106 m3)

ΔV- (106

m3)

Lượng nước (106 m3)

Lượng nước thừa (106 m3)

3.2.1.1 Theo chiều cao công trình và lọai nền

Ở dưới lòng sông nơi tuyến đập đi qua có cao trình 274,8 gồm các lớp đất như sau:

+ Lớp aQ: hỗn hợp cát cuội sỏi và tảng lăn

+Lớp IA2: đới phong hóa mạnh, đất trạng thái cứng chứa 50-60%, dăm sạn, dăm cục đá bazan, đá granit, đá gneiss phong hóa

+ Lớp IB: đới đá phong hóa, đá bazan, granit, gneiss nứt nẻ mạnh, phong hóa chủ yếu dọc khe nứt Đá cứng chắc trung bình

+ Lớp IIA: đới đá nứt nẻ, đá bazan, granit, gneiss nứt nẻ trung bình, dọc khe nứt bám oxyt sắt, đá cứng chắc

+Lớp IIB: đới đá tương đối nguyên vẹn, đá bazan, granit, gneiss nứt nẻ yếu đến rất yếu Đá cứng chắc

Khi đắp đập thì ở phía thượng lưu sẽ bóc bỏ hết phần lớp aQ có chiều dày lớn nhất là 4,8m còn phía hạ lưu thì ta không phải bóc bỏ kết hợp lớp cuội sỏi aQ làm tầng lọc ngược thoát nước cho hạ lưu cho nên cao trình đáy đập sẽ là ∇ đáy đập = 274,8 – 4,8 = 270 (m)

- Sơ bộ xác định chiều cao công trình

+Để xác định chiều cao đập, sơ bộ xác định chiều cao đỉnh đập

Zđđ = MNDBT + dTrong đó:

MNDBT: mực nước dâng bình thường MNDBT = 305,2(m)

d: độ cao an toàn (d = 1,5 – 3m), chọn d = 2(m)

Vậy Zđđ = MNDBT + d = 305,2 + 2 = 307,2 (m)

Vậy chiều cao công trình H = 307,2 - 270 = 37,2 (m)

Theo TCXDVN 285 – 2002 đối với đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng

và nửa cứng với chiều cao công trình H = 37,2 (m) ta tra bảng 2-2 được cấp công trình cấp II

3.2.1.2 Theo nhiệm vụ công trình

Theo nhiệm vụ công trình thì hồ chứa nước Bản Lả được xây dựng để phục vụ cho 1041ha lúa, cung cấp nước cho nhà máy thủy điện với Nlm = 3,2MW

Theo TCXDVN 285 – 2002 tra bảng 2-1 xác định được cấp công trình cấp IV

Vậy cấp công trình là cấp II

3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế

Căn cứ vào tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 14TCN 157 – 2005 và tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 285 – 2002 ta có thể xác định được các chỉ tiêu thiết kế như sau:

3.2.2.1 Tần suất tính toán:

+Do nhiệm vụ công trình chủ yếu là cung cấp nước tưới cho cây trồng nên tần suất nước đến 75%.

+Công trình cấp II nên các chỉ tiêu thiết kế lũ như sau:

-Tần suất lưu lượng lũ thiết kế P = 0,5%

-Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra P = 0,1%

- Tần suất gió ứng với MNDBT P = 2% (QPTL – 11 – 77)

- Tần suất gió ứng với MNLTK P = 50% (QPTL – 11 – 77)

+Mức bảo đảm tính toán chiều cao sóng i= 1%

+Tần suất gió tính toán (bảng (4-2) 14TCN 157-2005)

- Với MNDBT P = 2%

- Với MNLTK P =50%

3.3 Tính toán điều tiết lũ

3.3.1 Nhiệm vụ của điều tiết lũ

Điều tiết lũ có nhiệm vụ cơ bản là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng lũ nhằm đáp ứng các yêu cầu phòng lũ cho các công trình ven sông và khu vực hạ lưu Thông qua các thông số đo đạc và tính toán để đưa ra biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiệu quả nhất

3.3.2 Mục đích điều tiết lũ

Mục đích của nghiên cứu điều tiết lũ là quá trình tính toán làm thỏa mãn yêu cầu phòng lũ đề ra dẫn đến tìm được phương án hợp lý nhất về dung tích phòng lũ của kho nước (Wpl), lưu lượng xả lớn nhất xuống hạ lưu (Qxả max), kích thước công trình

xả lũ (Btr) và phương thức vận hành kho nước, quy mô công trình xả lũ

Muốn vậy việc tính toán điều tiết lũ cần phải dựa trên cơ sở của việc phân tích, xác định một số tham số đặc trưng như: mực nước lũ (Zpl), dung tích phòng lũ (Wpl), lưu lượng xả an toàn (Qxả max), mực nước khống chế hạ lưu (Zhl

max)

Việc tính toán điều tiết lũ cho công trình đóng vai trò quan trọng bởi nó quyết định đến chiều cao của đập, diện tích ngập lụt ở phía thượng lưu Những yếu tố đó ảnh hưởng lớn đến giá thành công trình

Tổng thời gian xảy ra trận lũ T = 240(h)

Thời gian lũ lên Tlên = 90(h)

Thời gian lũ xuống Txuống = 150(h)

+Các đặc trưng hồ chứa ( quan hệ địa hình của kho nước V ~ Z) bảng 3-1

+MNDBT = 305,2 (m)

3.3.4 Phương pháp tính toán.

Điều tiết lũ nói chung là quá trình thay đổi dòng chảy lũ dọc theo đường vận chuyển của nó, làm đỉnh lũ giảm nhỏ, thời gian lũ kéo dài

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để tính toán điều tiết lũ: phương pháp tính toán điều tiết lũ bằng phương pháp thử dần; phương pháp Pôtapôp; phương pháp Kôtrêrin…Căn cứ vào khả năng cấp tài liệu tính toán, mức độ chính xác khi tính toán, hình thức công trình xả cũng như các yêu cầu vận hành khác, mà trong đồ án này ta chọn việc tính toán điều tiết lũ theo phương pháp Pôtapôp do phương pháp này chính xác và dễ kiểm tra

Căn cứ vào bản đồ địa hình và điều kiện địa chất công trình, đặc trưng về hồ chứa chọn tuyến đường tràn là đường tràn dọc, tràn thực dụng không chân không lọai I có cửa van Trong quá trình tính toán sơ bộ chọn 3 giá trị Btr để tính toán và so sánh Chọn cao trình ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT 7(m)

3.3.5 Tính toán điều tiết lũ theo phương pháp Pôtapôp

3.3.5.1 Phương pháp tính toán Pôtapôp

Tính toán điều tiết lũ dựa theo phương trình cân bằng nước đến và lượng nước đi của kho nước Phương thức trữ sớm khi lũ bắt đầu về mực nước trong kho tương ứng với MNDBT

-Từ thời điểm t0 – t1 điều khiển độ mở cửa van sao cho Q = q Tại thời điểm t1 cửa van bắt đầu mở hoàn toàn

- Từ t1 – t2 mở cửa van hoàn toàn có Q >q Tại t2 Q =q lưu lượng xả đạt giá trị lớn nhất

-Từ t2 – t3 cửa van vẫn mở hoàn toàn nhưng Q < q, lượng nước trữ trong kho giảm xuống Tại t3 lưu lượng xả bằng lưu lượng xả tại thời điểm t1

-Từ t3 – t4 đóng dần dần cửa van sao cho Q = q

Tại thời điểm t1 lưu lượng xả qua tràn là:

q = m.B 2g 2

0

Trong đó:

m: hệ số lưu lượng, với đập tràn đỉnh rộng có cửa vào tương đối thuận, ngưỡng bạt góc có tường cánh thẳng thu hẹp dần chọn m = 0,36

Ho: chiều cao cột nước trên tràn Ho = 7(m);

B: chiều rộng tràn ứng với các giá trị giả thiết

Từ lưu lượng tính toán được qua đập tràn khi cửa van mở hoàn toàn đặt lên đường quá trình lũ ta được thời gian tính từ lúc lũ lên đến thời điểm cửa van mở hoàn toàn Tương ứng với các giá trị q ta được các giá trị t

Kết quả tính toán được ghi ở bảng dưới đây

Bảng 3-10: Kết quả tính toán thời gian cửa van mở hoàn toàn từ khi lũ đến

Q1, Q2: lưu lượng chảy vào kho nước ở đầu và cuối thời đoạn tính toán ∆t

q1,q2: lưu lượng chảy từ kho nước ra ở đầu và cuối thời đoạn tính toán ∆t

q = f(Zt, Zh, C)

Trong đó q: lưu lượng xả lũ

Zh: mực nước hạ lưu công trình xả lũ

Zt: mực nước thượng lưu công trình xả lũ

C: tham số biểu thị công trình (quy mô, kích thước, lọai, dạng công trình)

3.3.5.2 Các bước tính toán

+ Bước 1: xây dựng biểu đồ phụ trợ:

- Chọn thời gian tính toán ∆t = 1(h) và ta điều tiết khi cửa van bắt đầu mở hoàn toàn

- Dựa vào quan hệ Z ~ V ứng với các mực nước tìm ra dung tích kho tương ứng là Vk, từ đó tìm ra được dung tích phòng lũ V = Vk – Vpl (trong đó Vpl là dung tích kho ứng với MNBDT).

- Tính giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q vừa tính ở trên rồi vẽ biểu đồ phụ trợ

+Bước 2: sử dụng biểu đồ phụ trợ để tính tóan điều tiết:

- Với mỗi thời đọan tính tóan ∆t, tính Q= (Q1 + Q2).0,5

- Từ q1 đã biết tra trêm biểu đồ được giá trị f1 và tính f2 = Q + f1

- Từ f2 tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2 Đó chính là lưu lượng xả cuối mỗi thời đọan

+ Lặp lại bước 2 cho các thời đọan sau cho đến khi kết thúc

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

3.3.5.3 Công thức tính toán

Quá trình tính toán xem phụ lục 3-1, phụ lục 3-2, phụ lục 3-3, phụ lục 3-4, phụ lục 3-5, phụ lục 3-6

Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Bản Lải với P = 0,5%

Bảng 3-11: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ chứa nước Bản Lả

Qua phần phân tích chọn tuyến công trình ta đã xác định được tuyến đập chọn là tuyến 2 Thông qua các tài liệu khảo sát về điều kiện địa hình địa mạo, địa chất khu vực xây dựng công trình, vật liệu địa phương, khu vực thi công và các điều kiện kinh tế khác thì thấy trữ lượng vật liệu đất là đủ điều kiện để xây dựng đập chính ngăn sông bằng vật liệu đất đồng chất Vậy ta chọn phương án xây dựng đập đất đồng chất là hợp lý vì lọai đập này có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, tận dụng được vật liệu địa phương.

4.1.2 Các số liệu tính toán

-Mực nước dâng bình thường MNDBT = 305,2(m)

-Mực nước dâng gia cường MNLTK ứng với 3 phương án Btr là:

+Với Btr = 30(m) tính toán được MNLTK = 309,29 (m)

+Với Btr = 40(m) tính toán được MNLTK = 307,7(m)

+Với Btr = 50(m) tính toán được MNLTK = 306,61(m)

-Cấp công trình được xác định ở trên là công trình cấp II nên tốc độ gió tính toán được theo tần suất tương ứng theo 14TCN 157-2005 ta có:

+Ứng với MNDBT: P = 2%, tương ứng với V = 32,7 (m/s)

+Ứng với MNDBT: P = 25%, tương ứng với V = 16,1 (m/s)

-Đà gió ứng với các mực nước hồ chứa

+ Ứng với MNDBT: D = 315,5(m)

+Ứng với MNLTK: D = 431,6 (m)

-Thời gian gió thổi liên tục t = 6(h) = 6.3600 (s)

4.2 Thiết kế mặt cắt cơ bản của đập đất

4.2.1 Cao trình đỉnh đập

Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa, (mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất khi có lũ thiết kế và lũ kiểm tra) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập quy định theo cấp công trình

Cao trình đỉnh đập được xác định theo 2 trường hợp:

-Mực nước trong hồ ứng với MNLTK có xét tới chiều cao sóng leo và nước dềnh

do gió bình quân lớn nhất nhiều năm

-Mực nước trong hồ ứng với MNDBT có xét đến chiều cao sóng leo và mực nước dềnh do tốc độ lớn nhất tính toán.

5,315.7,3210.2

2 6

−

=

* Xác định hsl

Theo quy phạm thủy lợi C-1-78 thì chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau:

Hsl = K1 K2 K3 K4 Kα hs1% (4-4)Trong đó:

- hs1%: chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1%

- K1, K2, K3, K4, Kα: các hệ số

+ Xác định chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%

Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% được xác định theo QPTL C-1-78 như sau:-Giả thiết sóng trong trường hợp này là sóng nước sâu (H = 35,2m >

,32

5,315.81

,

9

64807

,32

21600.81

,

9

2 2

62,3

2

V

h g V

54,0

2

V

h g V

gτ

Trong hai cặp đại lượng không thứ nguyên trên chọn cặp có giá trị nhỏ nhất để tính Do vậy ta chọn cặp đại lượng không thứ nguyên thứ 2 để tính

7,32.54,0.54,054

,

g

V V

)(3488,081

,9

7,32.032,0

0032,00032

8,1.81,92

2 2

m

=π

τλ

Kiểm tra lại điều kiện giả thiết trên H = 35,2m > 2,5305( )

2

061,5

Tính chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%: hs1% = K1% h

Trong đó:

h: chiều cao sóng trung bình h = 0,3488(m)

K1%: hệ số tra ở đồ thị hình 36(QPTLC-1-78) phụ thuộc vào giá trị 2

V

gD

=2,8945 được K1% = 2,09

s

h

∆, tra ở QPTL C-1-78 ta được K1 = 1, K2 = 0,9

- K3: hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái nghiêng m, tra QPTL

C-1-78, sơ bộ chọn hệ số mái m = 3-5, vận tốc gió V = 32,7m/s > 20m/s ta được

K3 = 1,5

- K4: hệ số được xác định từ đồ thị phụ thuộc vào hệ số mái nghiêng của công

trình m=3-5 và tỷ số

% 1

061,5

Thay các kết quả vừa tính được vào công thức (4-1) để xác định cao trình đỉnh đập ứng với MNDBT:

⇒ ∇ đ1 = 305,2 + 0,002 + 1,181 + 1,2 = 307,583 (m)

4.2.1.2 Xác định cao trình đỉnh đập theo MNLTK

Cách tính toán tương tự như trên nhưng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất

V = 16,1m/s, đà sóng D = 431,6m, độ vượt cao an tòan a’ = 1m

Kết quả tính toán được ghi trong phụ lục 4-1

mỹ Công trình hồ chứa nước Bản Lải Lạng Sơn không có yêu cầu về giao thông nên theo điều kiện cấu tạo và thi công ta chọn chiều rộng đỉnh đập là Bđ = 7(m)

4.3 Chọn các chi tiết cấu tạo

4.3.1 Mặt đập

Mặt đập nói chung phải gia cố và tùy theo yêu cầu sử dụng mặt đập mà định hình thức gia cố cho thích hợp Kết cấu đỉnh đập bao gồm: trên mặt rải một lớp đá dăm dày 25cm, phía dưới là một lớp cát đệm dày 10(cm) Mặt đập làm hơi nghiêng về cả hai phía thượng và hạ lưu với độ dốc i = 1% để thoát nước mưa, nhằm tránh làm ngấm nước xuống thân đập Bố trí rãnh thoát nước ở hai bên mặt đập với kích thước 20x20cm

4.3.2 Mái đập

Hình dạng và kích thước của mái dốc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó có những yếu tố cơ bản như: đặc tính của đất đắp, loại đập, chiều cao đập, các loại lực

tác dụng lên mái dốc, điều kiện thi công và khai thác… là thông số cơ bản để đảm bảo cho đập làm việc ổn định.

Mái đập lớn thì mức độ ổn định của đập cao, giá thành xây dựng sẽ lớn Để xác định được hệ số mái đập hợp lý cần thông qua tính toán ổn định đập Nhưng ở trong phần này ta lựa chọn sơ bộ giá trị mái đập theo kinh nghiệm thực tế và độ dốc tự nhiên của lớp đá đổ

Theo giáo trình Thủy công tập I sơ bộ chọn mái dốc theo công thức sau:

Mái thượng lưu: mtl = 0,05H + 2 = 0,05 41,521 + 2 = 4,076

Mái hạ lưu: mhl = 0,05H + 1,5 = 0,05 41,231 + 1,5 = 3,576

Mái dốc của đập đất có thể không đổi theo toàn bộ chiều cao nhưng cũng có thể thay đổi nghĩa là trên toàn bộ mái dốc được chia ra nhiều đoạn và mỗi đoạn có hệ số mái dốc khác nhau Tuy nhiên để phù hợp với điều kiện ổn định khi mái dốc có thay đổi thì hệ số mái dốc càng tăng khi mái dốc tiến dần xuống đáy

Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất 14TCN 157-2005 thì mái dốc chỉ nên thay đổi từng đọan chừng 10-15m theo chiều cao đập Vì đập đất cao 41,231 m nên em quyết định thiết kế mái dốc thay đổi và tại vị trí thay đổi hệ số mái dốc ta bố trí cơ đập, cứ 15m chiều cao đập ta bố trí một cơ đập Đập có mái dốc thay đổi đồng thời

bố trí cơ thì giảm bớt được rất nhiều khối lượng đất đắp đập

Hệ số mái dốc ta chọn như sau

Mái thượng lưu:

- Mái dốc phía trên cơ thứ nhất kể từ đỉnh đập: m1 = 3,5

- Mái dốc phía dưới cơ thứ nhất kể từ đỉnh đập: m2 = 3,75

- Mái dốc phía dưới cơ thứ hai: m3 = 4

Mái hạ lưu:

- Mái dốc phía trên cơ thứ nhất kể từ đỉnh đập: m1’ = 3

- Mái dốc phía dưới cơ thứ nhất kể từ đỉnh đập: m2’ = 3,25

- Mái dốc phía dưới cơ thứ hai: m3’ = 3,75

4.3.3 Cơ đập

Cơ đập là đoạn nằm ngang trên mái dốc và có nhiều tác dụng quan trọng như tăng thêm ổn định cho mái dốc, thoát nước mưa cho mái dốc, đi lại được dễ dàng tiện theo dõi kiểm tra đập trong thời gian khai thác…

Để tăng tính ổn định cho mái đập sơ bộ chọn bề rộng cơ thượng lưu và hạ lưu bằng 3m Cao trình của các cơ đập như sau

-Mái thượng lưu: cơ đập tại cao trình +295 và +285

-Mái hạ lưu: cơ đập tại cao trình +295 và +285

4.3.4 Bảo vệ mái thượng lưu

Mái dốc thượng lưu chịu tác động của nhiều loại lực phức tạp tác dụng lên, chủ yếu là tác dụng của sóng gây xói lở mái trong khi đó vùng đất dưới mái dốc lại thường xuyên bị ngâm dưới nước nên các chỉ tiêu cơ lí của đất đã giảm nhiều Ngoài ra khi mực nước trong hồ hạ xuống đột ngột thường xuyên xuất hiện dòng thấm có hướng về thượng lưu dễ gây mất ổn định mái cho nên cần phải thiết kế thiết bị gia cố mái cẩn thận để đề phòng sự phá họai này

Phần gia cố chủ yếu trên mái dốc chỉ trong phạm vi tác dụng của sóng Giới hạn trên của phần gia cố chủ yếu lấy đến đỉnh đập Giới hạn dưới của phần gia cố mái thượng lưu theo 14TCN 157-2005 thì được lấy thấp hơn mực nước chết của hồ một đoạn bằng Z = 2,5m , chọn phạm vi bảo vệ từ cao trình đỉnh đập đến cao trình thấp hơn MNC một đoạn Z = 2,5(m)

Hình thức bảo vệ mái thượng lưu: bảo vệ mái thượng lưu thường dùng các hình thức như: đá đổ, đá xây khan, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường, các lọai cây…

Ta dùng hình thức bảo vệ mái thượng lưu bằng tấm bê tông có kích thước 3(m)x3(m)x10(cm)

4.3.5.Bảo vệ mái hạ lưu

Dưới tác dụng của gió, mưa và động vật đào hang có thể gây hư hỏng mái dốc hạ lưu cho nên cần phải bảo vệ Có nhiều hình thức bảo vệ mái hạ lưu, đối với công trình này em chọn hình thức gia cố phổ biến: phủ lớp đất màu dày 10cm lên sau đó trồng cỏ Biện pháp này dễ thi công rẻ tiền đồng thời rất có mỹ quan Kích thước ô

cỏ 3(m)x3(m)

Để tránh hiện tượng mưa có thể gây xói lở lớp gia cố, làm hỏng lớp cỏ bề mặt cần làm một hệ thống rãnh thoát nước trên toàn bộ mái đập hạ lưu Để tăng độ thoải cho rãnh, khả năng thoát nước nhanh nhằm tránh hiện tượng rãnh bị xói do lưu tốc lớn trong rãnh, các rãnh được đặt xiên một góc 450 Kích thước rãnh b x h = 20x20cm

4.3.6 Thiết bị thoát nước thấm

Trong đập đất, vật thoát nước là bộ phận quan trọng của thân đập, có nhiều tác dụng như: hạ thấp đường bão hòa trong thân đập nhằm nâng cao ổn định mái dốc hạ lưu, đưa dòng thấm vào vật thóat nước nhằm đề phòng dòng thấm ra mái dốc hạ lưu làm sạt lở mái dốc, đồng thời nhờ có tầng lọc ngược mà tránh được hiện tượng xói ngầm thân đập.

Có nhiều lọai thiết bị thoát nước, tuy nhiên để tăng tính ổn định cho mái dốc hạ lưu nên chọn hình thức thoát nước kiểu ống khói trên toàn mặt cắt đập Đối với các mặt cắt sườn đồi nếu đường bão hòa thoát ra mái hạ lưu thì phải làm thiết bị bảo vệ

áp mái hạ lưu

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH TRÀN XẢ LŨ

5.1 Hình thức cấu tạo và quy mô công trình

5.1.1 Nhiệm vụ và vị trí công trình

5.1.1.1 Nhiệm vụ