BÀI tập lớn TINH TOÁN điều TIẾT lũ

Hinh 8-5: Các mực nước đặc trưng và các thành phần dung tích của hồ chứa aDung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường Dung tích hiệu dụng thường ký hiệu là Vh, là phần dung tích nằm

TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ THEO PHƯƠNG PHÁP LẶP TRỰC TIẾP

1.Các số liệu cần thiết.

Bề rộng: Btr=22m

Các hệ số KQđến=1,4 Kqdùng =1,45 Klũ=1,1

MNC = 38.4 m

MNDBT

Cao trình ngưỡng: ∇ngưỡng=MNDBT

*Các mực nước đặc trưng, các thành phần dung tích của hồ chứa.

Dung tích chết thường ký hiệu là Vc, là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy Đó là phần dung tích nằm ở phần dưới cùng của hồ chứa nên còn gọi là dung tích lót đáy

Mực nước chết ký hiệu là Hc, là mực nước tương ứng với dung tích chết Vc (hình 8-5) Mực nước chết và dung tích chết có quan hệ với nhau theo đường quan hệ địa hình hồ chứa (Z ~ V)

Hinh 8-5: Các mực nước đặc trưng và các thành phần dung tích của hồ chứa

a)Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường

Dung tích hiệu dụng thường ký hiệu là Vh, là phần dung tích nằm trên phần dung tích chết Dung tích hiệu dụng có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho các đối tượng dùng nước Đối với hồ chứa phát điện, dung tích hiệu dụng vừa có nhiệm vụ điều tiết vừa tạo đầu nước phát điện

Bùn cát bồi lắng

V pl

V c

V kh

H sc

H c

V h

H tl

H bt

Về mùa lũ, nước được tích vào phần dung tích Vh để bổ sung nước dùng cho thời kỳ mùa kiệt khi nước đến không đủ cấp cho các hộ dùng nước

Mực nước dâng bình thường (Hbt) là mực nước trong hồ chứa khống chế phần dung tích chết và dung tích hiệu dụng Vbt (Dung tích toàn bộ)

Vbt = Vc + Vh (8-3) Giá trị của Hbt được suy ra trên đường cong Z ~ V khi biết giá trị Vbt

b) Dung tích siêu cao và mực nước siêu cao

- Dung tích siêu cao, ký hiệu là Vsc (còn gọi là dung tích gia cường Vgc), là phần dung tích nằm phía trên phần dung tích hiệu dụng Dung tích siêu cao có nhiệm vụ tích một phần nước lũ để giảm lưu lượng tháo xuống hạ lưu nhằm giảm quy mô kích thước của công trình tháo lũ Đối với hồ chứa có nhiệm vụ phòng lũ, phần dung tích này còn có nhiệm vụ làm giảm mực nước sông vùng hạ du Dung tích siêu cao chỉ tích nước tạm thời khi có lũ, lượng nước này phải được tháo hết khi lũ kết thúc

- Mực nước siêu cao thường ký hiệu Hsc (hay còn gọi là mực nước gia cường Hgc), là mực nước khống chế toàn bộ phần dung tích hồ chứa, bao gồm dung tích chết, dung tích hiệu dụng và dung tích siêu cao Mực nước siêu cao Hsc có thể suy ra từ quan hệ Z ~ V của hồ chứa khi đã biết Vsc, Vc, Vh

Hsc = f(Vc + Vh + Vsc) (8-4)

- Dung tích điều tiết lũ: Là phần dung tích làm nhiệm vụ điều tiết chống lũ cho bản thân công trình hoặc điều tiết theo nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du Phần dung tích trữ lại một phần lượng lũ giảm quy mô kích thước của công trình tháo lũ, làm giảm lưu lượng tháo lũ xuống hạ du khi có nhiệm vụ phòng lũ hạ du Quy mô của dung tích chống lũ được xác định theo lũ thiết kế tại tuyến công trình Ta ký hiệu dung tích điều tiết lũ là

Vpl.

Tuỳ theo điều kiện cụ thể của hồ chứa mà phần dung tích điều tiết lũ được bố trí theo các phương án khác nhau Có 3 hình thức bố trí dung tích điều tiết lũ như sau:

- Toàn bộ dung tích điều tiết lũ nằm trên dung tích hiệu dụng, là phần dung tích nằm trên mực nước dâng bình thường đến mực nước siêu cao Khi đó dung tích điều tiết lũ trùng với dung tích siêu cao Vpl≡ Vsc

- Toàn bộ dung tích điều tiết lũ nằm phía dưới mực nước dâng bình thường Khi đó Vsc =

0 và mực nước siêu cao trùng với mực nước dâng bình thường Hsc≡ Hbt Đây là hình thức ít được sử dụng trong thực tế

- Một phần dung tích điều tiết lũ nằm ở dưới mực nước dâng bình thường, phần còn lại nằm phía trên mực nước dâng bình thường Phần dung tích nằm phía trên mực nước dâng bình thường chính là dung tích siêu cao Phần dung tích nằm phía dưới mực nước dâng bình thường gọi là dung tích kết hợp Vkh (xem hình 8-5) Trong trường hợp này ta có:

Vpl = Vkh + Vsc (8-5) Việc bố trí dung tích kết hợp nhằm làm giảm diện tích ngập lụt cho vùng thượng lưu hồ Đây là hình thức được áp dụng phổ biến đối với những hồ chứa vừa và lớn Ở nước ta các hồ chứa Hoà Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Cấm Sơn, Cửa Đạt, Phú Ninh, Núi Cốc và nhiều hồ chứa khác đều áp dụng hình thức này

Mực nước trước lũ Htl là mực nước nằm dưới mực nước dâng bình thường nhằm tạo ra dung tích kết hợp Vkh (phần dung tích nằm trong giới hạn từ Htl đến mực nước dâng bình thường Hbt)

Đối với các hồ chứa có dung tích kết hợp, về mùa lũ hồ chứa chỉ được tích nước đến mực nước trước lũ Khi có lũ về, mực nước có thể tăng cao hơn Htl, nhưng sau khi hết lũ lại phải nhanh chóng xả nước để đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ Chỉ đến cuối mùa lũ mới cho phép tích nước trên mực nước trước lũ để đưa mực nước hồ ngang với mực nước dâng bình thường

Trong trường hợp không có yêu cầu phòng lũ cho hạ lưu, việc lựa chọn Hsc và Vsc liên quan đến các điều kiện sau đây:

- Điều kiện cho phép về ngập lụt ở thượng lưu

Hsc≤ [ Z], ( 8-6) Trong đó [Z] là giá trị lớn nhất cho phép của mực nước siêu cao

- Chi phí cho xây dựng công trình tháo lũ

Trong trường hợp có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du, cần phân tích thêm những lợi ích cắt

lũ đối với vùng hạ du Đối với hồ chứa lợi dụng tổng hợp, cần phải đồng thời phân tích hiệu ích kinh tế mang lại và những thiệt hại do xây dựng hồ chứa khi lựa chọn cả ba loại đặc trưng

Vc, Vh và Vsc

Việc lựa chọn dung tích kết hợp và mực nước trước lũ được thực hiện đồng thời với việc chọn mực nước dâng bình thường và mực nước siêu cao sao cho đảm bảo các tiêu chí sau:

- Đủ dung tích điều tiết lũ theo nhiệm vụ chống lũ cho công trình;

- Giảm thiệt hại cho thượng lưu do bị ngập lụt;

- Đảm bảo an toàn về mặt tích nước vào hồ Nếu chọn dung tích kết hợp lớn sẽ giảm được mực nước siêu cao và giảm đáng kể diện tích ngập lụt thượng lưu nhưng có thể không đảm bảo tích nước đầy hồ (tích đến mực nước Hbt) ở cuối mùa lũ và do đó sẽ không đủ lượng nước cấp cho thời kỳ kiệt theo nhiệm vụ cấp nước đặt ra

Trong thiết kế cũng cần thông qua phân tích kinh tế để lựa chọn hợp lý các đặc trưng này

2) Tính toán điều tiết

* Số liệu.

- Phân phối dòng chảy năm thiết kế (Q~t)TK

- Bảng nhu cầu dùng nước tại đầu mối

- Phân phối tổn thất bốc hơi năm thiết kế (∆Z~t)

- K=1% là hệ số tính đến tổn thất thấm trong trường hợp lòng sông có điều kiện địa chất bình thường

- Đường đặc trưng địa hình lòng hồ (Z~F~V)

* Thực hiện.

- Hồ chứa điều tiết năm vì hồ chứa làm iệc theo chu kỳ 1 năm, thời kỳ thừa nước tích lại cho mùa tiêu

- Sử dụng tràn tự do và theo phương án trữ sớm

a Xác định dung tích hiệu dụng V h khi chưa tính tổn thất

-Trường hợp điều tiết hai lần không độc lập

Cột (1): Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn tháng đầu tiên (tháng VI) tương ứng với tháng mà lượng nước đến lớn hơn hoặc bằng lượng nước dùng

Cột (2): Số ngày của từng tháng

Cột (3): Lưu lượng nước đến bình quân tháng

Cột (4): Tổng lượng nước đến của từng tháng: Wi=Qi.∆t; ti thời gian của một tháng (giây). Cột (5): Lượng nước dùng hàng tháng nhân

Cột (6): lượng nước thừa hàng tháng ( khi WQ > Wq): (6) = (4) – (5)

Cột (7) : Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước ( khi WQ > Wq): (7) = (5) –(4) Tổng lượng nước thiếu ở cột (7) chính là V-

Trường hợp trữ sớm: Khi tích nước tại một thời điểm giá trị dung tích nước trong hồ ở cột

(8) là luỹ tích các giá trị ở cột (6) nhưng chú không để vượt quá giá trị Vh Trong trường hợp lượng nước tích trong hồ đã đạt Vh thì lượng nước xả thừa được ghi vào cột (9) bằng lượng nước lũy tích trù đi Vh Khi cấp nước thì lượng nước ở hồ chứa tại thời điểm tính toán bằng lượng nước ở cuối thời đoạn trước trừ đi lượng nước cần cấp tại thời điểm đó ghi ở cột (7)

Bảng 1: Bảng tính toán điều tiết theo phương án trữ sớm

Tháng

Số ngày trong

tháng

∆ti ( ngày)

Lưu lượng nước đến

Qi (m3/s)

Tổng lượng nước đến hàng tháng Wi(10⁶ m ³)

Tổng lượng nước dùng hàng tháng Wq(10⁶ m ³)

Lượng nước thừa ΔV+ (10⁶ m ³)

Lượng nước thiếu ΔV- (10⁶ m ³)

Lượng nước tích trong hồ hàng tháng (10⁶ m ³)

Lượng nước xả thừa (10⁶ m ³)

b Xác định dung tích hiệu dụng Vh khi có tính tổn thất

-Cột (2) là cột (8) của lần tính lặp đầu tiên chưa kể tổn thất (bảng 1), cộng với dung tích chết Vc, như vậy Vi ở cột (2) là dung tích của hồ chứa ở cuối mỗi thời đoạn tính toán ∆ti Khi hồchứa bắt đầu tích nước, trong tính toán thiết kế thường giả thiết trước đó hồ chứa đã tháo kiệt đến mực nước chết Hc (trong bảng 2 là đầu tháng VIII dung tích hồ chứa chính là Vc) -Cột (3): Vbq là dung tích bình quân trong hồ chứa, xác định theo công thức:

Vbq=(Vd+Vc)/2 Trong đó Vđ và Vc tương ứng là dung tích đầu và cuối các tháng ghi ở cột (1) và chú ý rằng dung tích ở cuối thời đoạn trước là dung tích hồ ở đầu thời đoạn sau

-Cột (4): Fhi là diện tích mặt hồ tra từ quan hệ địa hình cho ở (bảng 1.2) tương ứng với giá trị

Vbq lấy từ cột (3)

-Cột (5): ΔZbi là lượng bốc hơi phụ thêm hàng tháng (mm)

-Cột (6): Wbi là lượng tổn thất do bốc hơi Wbi = ΔZbi Fhi

Trong đó: ΔZbi lấy từ bảng 1.3 ; Fhi định xác định ở cột (4)

-Cột (7): Wti là lượng tổn thất do thấm Wti = k Vbq Trong đó Vbq định xác định ở cột (3), K

là hệ số tính đến tổn thất thấm trong trường hợp lòng hồ có điều kiện địa chất bình thường, chọn K = 1% lượng nước bình quân trong hồ

-Cột (8): Wtti là lượng tổn thất tổng cộng

Wtti = Wbi + Wti

-Cột (9): Tổng lượng nước đến của từng tháng lấy từ cột (4) của (bảng 1)

-Cột (10): Lượng nước dùng hàng tháng chưa kể tổn thất cột (5) của (bảng 1) cộng với

lượng nước tổn thất ở cột (8) của (bảng 2)

- Cột (11): lượng nước thừa hàng tháng ( khi Wđ > Wq): cột (11) = cột (9) – cột (10)

-Cột (12) : Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước ( khi Wđ ≤ Wq):

cột (12) =cột (10) – cột (9)

Tổng lượng nước thiếu ở cột (12) chính là V- và là dung tích hiệu dụng Vh đã kể tổn thất với lần tính thử đầu tiên, theo bảng 2 có:

Vh = 24.687 (triệu m3)

Dung tích tổng cộng của hồ chứa tính đến mực nước dâng bình thường (kể cả dung tích chết) là:

Vbt =Vc+Vhd = 3.382+24.687 = 28.069 (triệu m3)

-Cột (13) và cột (14) tương ứng là dung tích hồ hàng tháng và lượng nước xả thừa (tương

tự như cột (8) và cột (9) ở bảng 1)

Bảng 2: Bảng tính toán điều tiết có kể tổn thất theo phương án trữ sớm (bảng tính lần 1)

Thán

g (10⁶ m³) Vi (10⁶ m³) Vbq (10⁶ m³) Fh (mm) ∆zbi (10⁶ m³) Wbi (10⁶ m³) Wti (10⁶ m³) Wt (10⁶ m³) Wd (10⁶ m³) Wq

Tổng lượng chênh lệch

∆V = Wd-wq V hồ (10⁶ m³) (10⁶ m³) Wx

Bảng 2: Bảng tính toán điều tiết có kể tổn thất theo phương án trữ sớm (bảng tính lần 2)

Tháng (10⁶ m ³) Vi (10⁶ m ³) Vbq (10⁶ m ³) Fh (mm) ∆zbi (10⁶ m ³) Wbi (10⁶ m ³) Wti (10⁶ m ³) Wt (10⁶ m ³) Wd (10⁶ m ³) Wq Tổng lượng chênh lệch ∆V = Wd-wq (10⁶ m ³) V hồ (10⁶ m ³) Wx

Lựa chọn sai số cho phép là 5% thì sai số tính toán đạt giá trị cho phép và không cần tính lại.Khi đó dung tích hiệu dụng của hồ chứa là 2,4485 triệu m3

Sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng (lần 1 và 2) theo công thức:

∆V(%)=

Vậy sai số đã tính được thỏa mãn yêu cầu => Vbt =28,069 triệu m3, tra quan hệ Z~V được mực nước dâng bình thường = 58.1278 m

3) Tính toán lưu lượng điều tiết lũ.

* Số liệu:

- Đường quá trình lũ thiết kế, đường quá trình lũ kiểm tra

Bảng 1.1: Đường quá trình lũ thiết kế tuyến đập

T( h ) Q(m3/s) T ( h ) Q(m3/s) T( h ) Q(m3/s) T ( h ) Q(m3/s)

- Đường đặc trưng địa hình lòng hồ (Z~F~V)

Bảng 1.2 : Quan hệ Z ~ F ~ V lòng hồ Hy Vọng

Bảng 1.3: Phân phối lượng tổn thất bốc hơi

Đặc

∆Z

(mm) 103,7 88,0 90,0 84,3 87,0

87, 9

95, 9

91, 8

62, 2

60, 7

76, 5

97, 7

1025, 7

-Bề rộng tràn xả lũ kiểu đỉnh rộng

* Phương pháp lặp trực tiếp

- Các biểu thức:

+ Phương trình cân bằng nước trong thời đoạn t1 -> t2

Z (m)

F (ha)

V (106m3)

Z (m)

F (ha)

V (106m3)

1 2 1 2

2 1

Q Q q q

V -V

V2:diện tích của hồ chứa tại điểm trước

V1:diện tích của hồ chứa tại điểm sau

1 2 1 2

2 1

Q Q q q

- Lưu lượng vào xả qua đập tràn đỉnh rộng chảy tự do tại thời điểm t bất kỳ

3/2

q=m.B 2 Hg

H: cột nước tràn

•BẢNG TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT THEO PHƯƠNG PHÁP LẶP TRỰC TIẾP

-Côt (1): (t) số thời đoạn tính toán

-Cột (2): (T) số giờ đổi ra phút lấy ở bảng quan hệ (T~Q) bảng 1.1

-Cột (3): (∆t) hiệu số giữa Ttrên vàTdưới ở cột (2) được xác định theo công thức sau

∆t= Ti+1-Ti

-Cột (4): (Q) giá trị Q tương ứng với số giờ T đổi ra phút ở cột (2) dựa vào bảng 1.1

-Cột (5): (qgt) giá trị qgt để tính toán sai số ε

-Côt (6): (V) lấy giá trị tính toán ban đầu là Vbt=Vc+Vh=2,956+19,559=22,515(triệu m3)

đã tính ở phần 2 Các giá trị còn lại xác định theo công thức sau:

V1=V0+0,5.(Q1+Q0-q1-q0).∆t

-Cột (7): (Z) với giá trị V ở cột (6) ta tìm được Z bằng cách nội suy dựa vào bảng quan hệ (F~Z~V) đã cho ở bảng 1.2

-Cột (8): (H) cột nước tràn được xác định dựa vào giá trị Z ở cột (8) theo công thức sau: H=Zi+1-Zi

-Cột (9): (qtt) dược xác định theo công thứ sau:

3/2

q=m.B 2 Hg

Với H là giá trị lấy ở cột (8)

-Cột (10): (ε) sai số giữa qtt và qgt được xác định theo công thức sau:

.100 5

tt gt

tt

q q

q

−

Nếu thỏa mãn thì kết luận, không thỏa mãn phải giả lại qgt

 Ta có bảng sau:

t (thời đoạn) T(phút) Δt (phút) Q (m³/s) q gt (m³/s) V(10⁶ m³) Z (m) H (m) q tt (m³/s) ɛ %

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ Q~t , q~t BẢNG TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ Phương án B tràn =11, phương án thiết kế P= 1%

Qhồ

max = 874.8708 m3/s

Lời cảm ơn

Qua lần đi thực tập cán bộ kỹ thuật công trình thực tế đã giúp chúng em hiểu biết thêm

về các thông số của công trình đơn vị cũng như vai trò, nhiệm vụ, mục đích của công trình thủy lợi

Phục vụ hữu ích cho các môn học trên lớp và được liên hệ thực tế với công trình thực

từ đó giúp chúng em nắm bắt được thực tế về vấn đề quy hoạch cho vùng miền và quản

lý hệ thống thủy lợi có hiệu quả Đây là những kiến thức bổ ích cho chúng em sau này trở thành những kỹ sư thủy lợi

Tuy nhiên do thời gian không nhiều nên chúng em chưa đi hết các công trình đơn vị và chưa thu thập được nhiều thông tin do vậy khi làm báo cao còn nhiều thiếu sót, mong quý thầy cô thông cảm