Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Thiết Kế Hồ Chứa Nước ĐH1

Vùng hồ được bao bọc bởi các dãy núi cao trên 30m, đáy hồ phủ các lớp pha tàntích á sét dày 1,0  10 m, hệ số thấm nhỏ 10-5  10-6cm/s ngăn giữ được nước.2.2 Hiện trạng thủy lợi và quy h

PHẦN 1: TÀI LIỆU CƠ BẢN

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ

1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, địa mạo

1.1.1 Vị trí địa lí:

Hồ chứa nước ĐH1 nằm trên suối ĐH1thuộc vùng đồi núi xã X huyện H - tỉnh

T, cách trung tâm huyện lỵ H 9km theo đường thẳng về phía tây Vị trí xây dựngcông trình nằm ở toạ độ địa lý: 99o25’~99o29’ vĩ độ Bắc, 195o41’~195o~44’ kinh độĐông

Giới hạn hành chính:

Suối ĐH1 đổ ra sông T tại ngã ba A, Lưu vực hồ ĐH1 đến vị trí đập: Flv=20Km2

- Chiều dài suối chính: L = 6,5Km

- Chiều rộng lưu vực: L = 3,0Km

Rừng trong lưu vực chủ yếu là rừng tái sinh và trồng rừng theo chương trình

327 giao đất giao rừng cho hộ dân

Độ dốc bình quân lưu vực 30 ~ 40%

Lòng hồ cao độ (+13,00~+18,00) mức nước đến cao độ (+28,00) diện tích ngậpkhoảng 120ha.Trong lòng hồ do địa hình dốc và phức tạp nên dân không trồng lúa

mà trồng cây lấy gỗ là chính như bạch đàn… Hiện nay cây có đường kính 15~25cmđang độ phát triển Số lượng cây bị ngập được UBND Huyện H thành lập hội đồngxác định đưa vào phần đền bù hoa lợi

Suối chính có độ dốc i = 26,5% Chiều rộng suối chính bình quân 30m Tại vị tríđập độ dốc lòng suối i = 0,005 Chiều rộng lòng suối 25m Do địa hình lưu vực dốc do đótrong suối về mùa tháng 2 tháng 3 nước ở suối chỉ có chiều sâu 0,2 ~ 0,3m, nhưng vềmùa lũ theo vết lũ max mực nước tại vị trí đập nước sâu 12~13m

1.1.2.2 Tuyến đầu mối:

Đập đất vị trí tuyến phía dưới 2 khe gặp nhau 100m hai đầu đập là 2 dãy núi cósườn thoải chạy dọc theo suối ĐH1, đầu đập phía tả sườn núi thoải và tương đối phẳng, ởcao độ (+30,00) có eo đổ về hạ lưu bố trí tràn xả lũ đổ về suối ĐH1

Lòng suối đi sát sườn núi phía hữu, cao độ lòng suối ở vị trí đập (+4,00) đầuđập phía hữu có sườn núi dốc địa hình phức tạp

1.1.2.3 Tuyến tràn xả lũ:

Tràn xả lũ được bố trí đầu vai phải đập chạy dọc theo sườn dốc cao độ(+30,00)đổ thẳng về hạ lưu suối ĐH1 ở cao độ (+4~4,5) chiều dài >70m

1.1.2.4 Tuyến cống dưới đập:

Tưới cho khu tưới phía Bắc 110ha

Vị trí cống ở đầu vai hữu đập, sườn núi tương đối dốc và sát lòng suối ĐH1

1.1.2.5 Địa hình khu tưới và tuyến kênh chính:

Khu tưới có 2 vùng:

Vùng 1: Sau đập diện tích 110ha, khu tưới cách vị trí đập 750m đến giáp đườngsắt Cao độ khu tưới cao nhất (+12,0) và thấp nhất (+10,0) có xu thế dốc theo hướngĐông-Bắc (từ đập xuống)

Tuyến kênh đi men theo sườn núi phía hữu từ đầu đập vào giữa vùng tướidài 2km, từ cao độ (+13,0) xuống cao độ (+10,0)

Vùng 2: khu tưới sau eo V diện tích 612ha Từ thượng lưu hồ A xuống đếngiáp xã X chiều dài khu tưới L = 7,0Km chiều rộng khu tưới từ sườn núi thuộc địaphận xã X’ xuống đến đường sắt, chỗ rộng nhất 2,75Km nơi hẹp nhất 500m Xu thếđịa hình khu tưới dốc theo hướng Bắc-Nam (từ eo V xuống), cao độ nơi cao nhất(+9,5~+12,0) nơi thấp nhất (+5,5~+6,5) hầu hết ở cao độ (+5,0~+7,0) trong khutưới có nhiều khe, suối tiêu nước chảy về sông B.

Tuyến kênh từ eo V theo sườn núi từ độ cao (+12,5~+7,0) chiều dài 7,0Km.Những đoạn qua các khe suối làm cầu máng dẫn tưới, để tiêu nước dưới máng trongkhu tưới thuận tiện đảm bảo ổn định cho kênh

1.2 Điều kiện địa chất , VLXD

1.2.1 Điều kiện địa chất

Địa chất vùng xây dựng công trình tương đối phức tạp Qua tài liệu khảo sátnghiên cứu ta có :

1.2.1.1 Địa chất lòng hồ:

Vùng hồ được bao bọc bởi các dãy núi cao trên 30m, đáy hồ phủ các lớp phatàn tích á sét dày 1,0 10 m, hệ số thấm nhỏ (10-5  10-6cm/s) giữ được nước.1.2.1.2 Địa chất tuyến đập:

Có hai loại địa hình : loại tích tụ phân bố ở khe suối, rộng trung bình 20 - 30m.Địa hình xâm thực ở hai vai đập tương đối dốc : 300  400

- Lớp bồi tích lòng suối rộng 54m, dày 3,8 – 4,0m là hỗn hợp cát, cuội, sỏi.Cát sỏi thành phần là fenspat, thạch anh, thỉnh thoảng gặp cuội của đá riolít cứng

- Lớp pha tàn tích á sét mầu nâu gụ lẫn 15  20% sỏi sạn, vụn đá : kết cấu kémchặt đến chặt vừa, dẻo mềm, ở bờ trái càng lên cao càng dày (2,7  5,2 m)

- Lớp pha tàn tích á sét nâu vàng lẫn ít sỏi sạn phân bố ở vai trái, lớp này chặtvừa, dẻo mềm đến cứng, chiều dày 3,3  5,8 m

- Lớp pha tàn tích dăm sạn lẫn màu nâu xám ở vai phải dày 1 1,5 m

Các lớp pha tàn tích có:

C = 0,22  0,33 kg/cm2;  = 11040  15045; K = (7,64  9,36).10-6 cm/s

- Lớp đá phong hoá mạnh, yếu đến vừa: là đá riolit màu xám, xám nâu

* Tuyến cống và tràn:

Tuyến tràn và tuyến cống ở vai đập, móng đặt lên lớp pha tàn tích và đá riôlítphong hoá mạnh.

1.2.2 Vật liệu xây dựng :

1.2.2.1 Vật liệu đất đắp đập:

Vật liệu đất đắp đập đã được khảo sát 4 mỏ, trong đó 2 mỏ ở thượng lưu đập(trong lòng hồ) cách đập 600~1200m và 2 mỏ ở hạ lưu đập 400~600m vị trí từng

mỏ đã được khoanh trên bình đồ vùng tuyến đập

khai thác (2,5~4)m, chất lượng tốt bảo đảm yêu cầu đắp đập, có tài liệu cơ lý củađất kèm theo Trữ lượng khảo sát 2 mỏ hạ lưu đập là 200000m3

+ Đất đắp đập :

Dung trọng tự nhiên của đất đắp, 1 = 2,8 (T/m3)

Dung trọng bão hòa của đấp đắp, 2 = 2,72 (T/m3)

Góc ma sát trong  = 23,430

Lực dính C = 3,19 T/m2 ; Cbh = 3,19 T/m2 ; Hệ số thấm k = 1,89.10-6m/s + Đất nền :

Góc ma sát trong  = 250

Dung trọng bão hòa của đất nền, 3 = 2,71 (T/m3)

Lực dính C = 3,10T/m2 ;

Hệ số thấm k = 5.10-6m/s

+ Đá làm thiết bị thoát nước :

Dung trọng tự nhiên của đá (thiết bị thoát nước), 4 = 3,14 (T/m3)

Dung trọng bão hòa của đá (thiết bị thoát nước), 5 = 3,49 (T/m3)

C = 0; = 320;

1.2.2.2 Đá hộc + đá 1x2 đổ bê tông:

Vùng ĐH1 đá xây dựng không có đá cường độ cao, chủ yếu là đá phong hoámàu vàng, màu xám nâu cường độ thấp Để đảm bảo chất lượng công trình, đã đềnghị lấy đá hộc và đá đổ bê tông ở mỏ đá Đ hoặc mỏ Đ1 (mỏ đá lớn tỉnh)

1.2.2.3 Cát đổ bê tông:

Qua khảo sát thăm dò, cát đổ bê tông và cát trát xây dựng công trình ĐH1 sửdụng vật liệu tốt lấy ở Thị trấn V, huyện H, tỉnh T đảm bảo yêu cầu chất lượng.1.2.2.4 Xi măng sắt thép:

- Xi măng sử dụng loại xi măng M - ĐH1

- Sắt thép đạt tiêu chuẩn

1.2.2.5 Nước dùng cho sinh hoạt và xây dựng:

Lấy nguồn nước từ suối ĐH1, nước ở suối ĐH1 là nước ngọt không màu,không mùi, hiện nay dân địa phương vẫn đang sử dụng trong sinh hoạt tốt, nước này

có thể dùng đổ bê tông, trữ lượng nước đủ yêu cầu cho xây dựng

1.3 Điều kiện khí tượng thuỷ văn:

1.3.1 Mạng lưới trạm thuỷ văn và tài liệu tính toán:

Đặc điểm thuỷ văn lưu vực hồ ĐH1 là một vùng đồi núi gần biển, khí hậu có 2mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 12, mùa khô từ tháng 1 đến tháng 5 năm sau.Trong lưu vực không có tram thuỷ văn Do đó khi tính sử dụng các trạm thuỷ văn lâncận như trạm ĐH1, Y và tham khảo tài liệu của trạm X,T

- Vị trí trạm thuỷ văn ĐH1 cách trung tâm lưu vực 9Km về phía Đông

Các trạm trên có liệt số thuỷ văn năm 1952~1980 là 27 năm Riêng trạm X có

18 năm từ 1968~1985 (tài liệu đã dùng tính toán dự án hồ chứa ĐH1 năm 1989).Các tài liệu khí tượng thuỷ văn trên đã được đài khí tượng thuỷ văn T thông qua vàtổng cục khí tượng thuỷ văn phê chuẩn Do tài liệu có ít, em đã bổ sung thềm tàiliệu đo mưa của trạm thuỷ văn ĐH1 và Y, từ năm 1980 đến năm 2000 là 20 nămđưa vào liệt tính toán thuỷ văn cho hồ ĐH1

1.3.2 Các đặc trưng khí tượng thuỷ văn:

Bảng 1-1: Đặc trưng thuỷ văn lưu vực

249.1 4

311.4 3

337.7 0

436.0 0

404.8 6

373.7 1

342.5 7

249.1 4

218.0 0

186.8 6

155.7 1

343.1 4

385.4 3

439.7 1

538.0 0

484.8 6

461.1 3

414.5 9

289.1 4

253.2 2

210.5 2

180.6 1

148.5 7

Bảng 1-8: Phân phối lượng bốc hơi mặt nước theo các tháng

Tháng VII VIII IX X XI XII

- Lượng bùn cát:

+ Lượng bùn cát lơ lửng theo tài liệu thuỷ văn lấy: Vll = 2992m3/năm

+ Bùn cát di đẩy lấy bằng 30% lượng bùn cát lơ lửng: Vdđ = 898m3/năm.+ Bùn cát do sạt lở vách núi bờ sông trong lưu vực lấy 15% lượng bùn cát lơlửng: Vsl = 449m3/năm

+ Tổng lượng bùn cát: Vbc= 4339m3/năm

1.3.2.5Đặc trưng khí tượng lưu vực:

- Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất tháng 1: từ 16 - 170C, tháng caonhất tháng 7: từ 19 - 290C Nhiệt độ cao nhất 40oC Bốn tháng trong năm có nhiệt độtrung bình (20OC từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau)

Bảng 1-9: Thống kê nhiệt độ trung bình trong tháng của năm tại trạm ĐH1

Sự chênh lệch giữa các vùng và độ ẩm tương đối ít so với độ ẩm tuyệt đối

Bảng 1-10: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm trạm ĐH1

+ Tốc độ gió bình quân lớn nhất: Vmax = 30m/s.

+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 2%, V2% = 33,7m/s

+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 4%, V4% = 24,8m/s

+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 5%, V5% = 28,2m/s

+ Tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất P = 30%,V30% = 26,4m/s

Bão ảnh hưởng bắt đầu từ tháng VI đến hết tháng XI, hầu hết các trận bão đổ

bộ vào đất liền thường mang theo lượng mưa lớn (200 ÷250mm), kéo dài vềdiện rộng

- Mưa: Mùa mưa từ tháng V ÷ X mùa khô từ tháng XI ÷ IX năm sau.

+ Lượng mưa ứng với tần suất thiết kế 78% là: Xp = 1410mm

Bảng 1-11: Lượng mưa trung bình trạm ĐH1

1.4 Tình hình dân sinh kinh tế:

Theo số liệu điều tra năm 1986 dân số toàn huyện ĐH1 17000 người, đến năm

1990 có khoảng 187000 người và năm 2000 có 198000 người

Riêng vùng phía nam huyện có 14 xã dân số tính đến năm 2000 là 78500 người

Dân số nông nghiệp chiếm 70%, nghề cá chiếm 20%, các nghề khác 10%.Vùng dự án số dân 4 xã: X1, X2, X3 và X3 Tính đến năm 2000 là 19800người chủ yếu là nghề nông nghiệp chiếm 90% còn lại 10% là nghề khác, tỷ lệ pháttriển dân số 2,2%.

Bảng 1-13: Dân sinh lao động của 4 vùng dự án.

Nghề nông nghiệp(%)

Nghề khác(%)

Duy trì tốc độ tăng trưởng kinh tế ở mức cao, cải thiện và nâng cao mức sốngcủa nhân dân Xây dựng nền nông nghiệp bền vững, dần chuyển dịch cơ cấu kinh tếsang nâng cao tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ.Theo kế hoạch phát triển kinh tế củađịa phương thì đây là vùng có tiềm năng để phát triển kinh tế nông nghiệp, có điềukiện thổ nhưỡng, khí hậu thích hợp với các loại cây công nghiệp có hiệu quả kinh tếcao, là vùng đất đai còn rộng nhưng đời sống của nhân dân còn gặp khó khăn vìkhông có hệ thống thủy lợi phục vụ tưới nên năng suất thấp Vì vậy việc cần thiếtphải có sự đầu tư của nhà nước để xây dựng công trình với quy mô thỏa đáng Với

kế hoạch là tưới phục vụ tổng diện tích là 722ha, kết hợp với nuôi trồng thủysản.Với điều kiện đủ nước thì đưa giống mới vào sản xuất nông nghiệp, năng suất

từ đó nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho nhân dân trong vùng

Vùng hồ được bao bọc bởi các dãy núi cao trên 30m, đáy hồ phủ các lớp pha tàntích á sét dày 1,0  10 m, hệ số thấm nhỏ (10-5  10-6cm/s) ngăn giữ được nước.

2.2 Hiện trạng thủy lợi và quy hoạch nguồn nước

2.2.1 Hiện trạng thủy lợi

Xây dựng hồ chứa ĐH1 để đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sản xuất, sửa chữanâng câng cấp các hồ đập nhỏ để có nhiều nguồn nước phục vụ cho nhu cầu ngàycàng phát triển trong vùng Định hướng phát triển kinh tế xã hội vùng dự án vàvùng lân cận Xây dựng hồ ĐH1 từng bước đưa năng suất nông nghiệp đạt bìnhquân 6 ÷ 7 tấn/ha Ngoài ra xây dựng cơ sở hạ tầng phấn đấu 90% các hộ gia đình

có nhà kiên cố và bán kiên cố không có hộ đói, giảm hộ nghèo

2.2.2 Quy hoạch nguồn nước

2.2.2.1 Lượng nước yêu cầu:

Trên cơ sở giải pháp công trình, diện tích, cơ cấu, thời vụ cây trồng điều kiệnthổ nhưỡng và khí hậu qua tính toán thuỷ nông, xác định mức tưới, hệ số tưới và lượngnước yêu cầu đối với hồ chứa tĩnh Gia Vùng dự án nằm sát vùng tưới của hệ thốngthuỷ nông N, điều kiện thổ nhưỡng, cây trồng và khí hậu giống nhau Tính toán thuỷnông cho hồ H1 đã được kiểm định thực tế những năm qua cho thấy các chỉ tiêu kỹthuật thuỷ nông của hồ H1 phù hợp với thực tế áp dụng tính cho hồ ĐH1

- Hệ số lợi dụng kênh mương hệ thống: ht  0 , 65

Bảng 2-1: Mức tưới cho 1 ha lúa và màu

1 12

Tổn g W.10 3 (m 3 )/

1ha lúa

2,70 9

2,63 9

2,24 3

2,53 3

0,17

3,39 5

2,4 4

1,04 4

2,17

1,76 3

20,8 5

W.10 3 (m 3 )/

1ha màu

0,83 5

0,71 7

0,67 9

0,76 7

0,05

0,53 5

3,58 6

2 2.2.2 Nhu cầu dùng nước tưới cho 722ha; trong đó 442ha lúa, 280ha hoa màu.

Bảng 2-2: Nhu cầu dùng nước của vùng

2.2.2.3 Diện tích tưới vùng dự án các loại cây trồng:

Vùng dự án diện tích tưới có 2 khu: Tại khu tưới phía Bắc diện tích 110ha,trong đó tưới cho màu 46ha từ cao độ (+10,0 ÷ +12,0) Tưới cho lúa 64ha từ cao độ(+11÷+9,8) Tại khu tưới phía Nam diện tích 612ha Trong đó tưới cho màu 234ha từcao độ (+12,5 ÷ +8,5) Tưới cho lúa 378ha từ cao độ (+9,5 ÷+5,5)

2.3 Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình

Huyện ĐH1 gồm 34 xã tổng diện tích 44244ha số dân 170000 người trong

đó nghề nông nghiệp chiếm 70% Tổng diện tích canh tác trên 10000ha

Vùng phía bắc sông S gồm 20 xã, diện tích tự nhiên trên 23 ngàn ha Diệntích canh tác 6 ngàn ha nguồn nước tưới chủ yếu là hồ H1 Hồ này theo nhiệm vụtưới cho 5840ha, những năm trước đây chỉ đảm bảo 60÷70% nhiệm vụ Nguyênnhân là do kênh mương không đảm bảo, các công trình trên kênh không đồng bộtưới tràn mất nhiều nước Do đó phải có đầu tư để làm lại kênh chính, kênh Bắc,kênh nhánh Ngoài ra còn có một số hồ đập nhỏ nhưng chỉ tưới khoảng 100ha.Vùng này thiếu nước mà không có nguồn Do vậy để đáp ứng các yêu cầu trên thìxây dựng công trình hồ ĐH1 là rất cần thiết

2.4 L a ch n m c tiêu v nhi m v c a công trình ựa chọn mục tiêu và nhiệm vụ của công trình ọn mục tiêu và nhiệm vụ của công trình ục tiêu và nhiệm vụ của công trình à nhiệm vụ của công trình ệm vụ của công trình ục tiêu và nhiệm vụ của công trình ủa công trình

X2, X3 và X4 cấp nước sinh hoạt cho 4000 người vùng dự án 4 xã nói trên, giảmbớt lũ cho sông S, tạo cảnh quan môi trường, tươi xanh, sạch đẹp vùng dự án, góp

phần tích cực vào mục tiêu xây dựng kinh tế hạ tầng cơ sở, ổn định đời sống nhândân, an ninh quốc phòng vững mạnh.

PHẦN 2 : PHƯƠNG ÁN CÔNG

TRÌNH ĐẦU MỐI

CHƯƠNG 3 : GIẢI PHÁP, THÀNH PHẦN VÀ QUI MÔ CÔNG TRÌNH

ĐẦU MỐI3.1 Lựa chọn vùng tuyến, tuyến công trình đầu mối

Trong thực tế có rất nhiều phương án đáp ứng yêu cầu dùng nước phục vụnông nghiệp, nhưng căn cứ vào điều kiện thực tế cho phép của từng khu vực mà talựa chọn phương án có lợi nhất

Qua phân tích thấy rõ phương án xây dựng hồ chứa khống chế tưới tự chảy

là phương án thích hợp nhất đối với khu vực mà điều kiện tự nhiên cho phép Tạikhu vực dự định xây hồ chứa ĐH1 ta thấy nguồn cung cấp vật liệu gần và thuậntiện, tình hình địa chất của nền đảm bảo độ an toàn của đập Tuy nhiên xét trongđiều kiện cụ thể của tuyến công trình ta thấy chọn loại đập đất có nhiều thuận lợihơn 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 đápứng được yêu cầu về chất lượng làm đập đất Về trữ lượng có khả năng khai thácđược 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 thuậtcũng như kinh nghiệm quản lý thi công đều có Vì vậy ta chọn hình thức xây dựngđập dâng nước là đập đất.Việc xây dựng hồ chứa ĐH1 là giải pháp tốt nhất giảiquyết nhu cầu dùng nước và tưới cho nông nghiệp của xã Đây là phương án tiếtkiệm nhất cho đồng bào cho khu vực.

3.2 L a ch n hình th c công trình ựa chọn mục tiêu và nhiệm vụ của công trình ọn mục tiêu và nhiệm vụ của công trình ức công trình đầu mối: đầu mối: u m i: ối:

3.2.1 Đập dâng:

Qua khảo sát nghiên cứa, các tài liệu địa chất cung cấp tại tuyến công trìnhcho thấy mỏ vật liệu đất đắp đập – đất diệp thạch sét được tìm thấy trong lòng hồ ởtrên đồi núi bờ trái Trữ lượng tại đây có thể lấy đến hàng chục triệu khối, thừa đủ

để đắp thân đập Lùi phía sau một ít là mỏ vật liệu đất sét, trữ lượng trên ba triệukhối cũng thừa khối lượng dùng để đắp các bộ phận chống thấm của đập Vớinhững thuận lợi như phân tích ở trên, để kinh phí đầu tư công trình nhỏ ta chọn hình

thức là đập đất đồng chất.

3.2.2 Tràn xã lũ:

Tràn làm nhiệm vụ xả lũ từ hồ chứa Căn cứ vào các yêu cầu về tính chất làmviệc của tràn cũng như tình hình địa hình, địa chất khu vực để bố trí Ta chọn xâydựng tràn ở bờ trái

Tràn tính toán là tràn đỉnh rộng không có cửa van điều tiết

Theo QCVN 04 - 05: 2012/BNNPTNT – “ Quy chẩn kỹ thuật quốc gia công

trình thủy lợi – các quy định chủ yếu về thiết kế”

- Dự án hồ chứa nước ĐH1 có nhiệm vụ cấp nước tưới cho722 ha (200 ha

<722 ha < 2000 ha ) đất nông ngiệp và hoa màu ta tra được cấp côngtrình là cấp IV

- Chiều cao đập Hđ = 27,5 m (15÷ 35) m,nền địa chất loại B: nền là đất cát,

đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng; ta tra được công trìnhcấp II

- Theo dung tích hồ chứa

Với công trình cấp II tra:

 QCVN 04- 05: 2012/BNNPTNT Công trình có các chỉ tiêu thiết kế sau:

1 Mức đảm bảo tưới của công trình (Bảng 3 ): 85%

2 Lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế (Bảng 4 ): : 1%

3 Lưu lượng, mực nước lớn nhất kiểm tra (Bảng 4 ):: 0,2%

4 Thời gian phục vụ công trình (Bảng 11 ):: 75 năm

5 Hệ số tin cậy Kn = 1,15

6 Hệ số điều kiện làm việc: m = 1,0

7 Hệ số tổ hợp tải trọng nc:

- Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất

 Nc =1 – Đối với tổ hợp tải trọng cơ bản

 Nc =0,9 – Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt

 Nc =0,95 – Đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa

- Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai nc = 1

1 Tần suất gió lớn nhất (Bảng 3 ): : 4%

2 Tần suất gió tính toán ứng với MNLTK (Bảng 3 ): : 50%.

3 Mức đảm bảo tính toán chiều cao sóng : i = 2%

4 Hệ số an toàn ổn định trượt với tổ hợp lực cơ bản và đặc biệt :

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HỒ CHỨA

Xác định mực nước chết ( MNC) và Dung tích chết của hồ chứa (V c ) 4.1.1 Các tài liệu phục vụ tính toán

- Tuổi thọ công trình T = 75 năm

- Tài liệu địa hình đặc trưng quan hệ lòng hồ chứa W ~ F ~ Z

4.1.2 Khái niệm về mực nước chết ( MNC) và Dung tích chết ( Vc )

MNC là mực nước thấp nhất mà hồ chứa có thể làm việc bình thường

Các yếu tố ảnh hưởng tới MNC của hồ : đảm bảo yêu cầu lấy nước tưới tự chảy, đảm bảo cột nước cho khu tưới, tại cửa lấy nước không bị bồi lấp trong thời gian tuổi thọ của công trình Dung tích chết Vc là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy

Mực nước chết là mực nước tương ứng với dung tích chết Mực nước chết và dungtích chết có quan hệ với nhau qua đường đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V

4.1.3 Nguyên tắc xác định mực nước chết và dung tích chết

Với hồ chứa có nhiệm vụ tưới và chủ yếu thì việc xác định MNC và dung tíchchết tuân theo các nguyên tắc sau :

1 Xác định dung tích chết theo điều kiện lắng đọng bùn cát :

Dung tích chết ( Vc) phải chứa được hết bùn cát lắng đọng trong hồ chứa trong

thời gian công trình hoạt động : V c ≥ V bc T

Trong đó :

- Vbc : Thể tích bồi lắng hằng năm của bùn cát

- T : Số năm hoạt động của công trình( tuổi thọ công trình) Theo QCVN 04-05 : 2012/BNNPTNT,công trình hồ chứa cấp II có thời gian tính toán dung tích bồi lắng lấp đầy ( tuổi thọ công trình) T = 75 năm

2 Xác định dung tích chết theo điều kiện khống chế tưới tự chảy :

Mực nước chết ( MNC) không nhỏ hơn cao trình mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy MNC ≥ Zmin+ΔZZ

Trong đó:

- Zmin : Cao trình mực nước tối thiểu để đảm bảo tưới tự chảy.

- ΔZZ : Tổng tổn thất qua cống lấy nước

4.1.4 Nội dung tính toán

1 Tính toán bồi lắng hồ chứa :

Lượng bùn cát bồi lắng hằng năm tại vị trí tuyến công trình bao gồm :

- Bùn cát lơ lửng

- Bùn cát di đẩy

- Bùn cát do sạt lở vách núi bờ sông trong lưu

Theo tài liệu thủy văn lượng bùn cát lắng đọng trong 1 năm là :

Vn

bc = Vll + Vdđ + Vsl = 2992 + 898 + 449 = 4339 (m3/năm)

=> Vn

bc = 4339 (m3/năm)Thể tích bùn cát trong thời gian hoạt động của công trình T = 75 năm:

- a: độ cao an toàn để bùn cát không vào cống lấy nước, sơ bộ chọn: a = 0,5 m;

- h: là chiều sâu dòng chảy ở cửa vào của cống lấy nước, sơ bộ chọn: h = 1,0m

Ta có: MNC= 10.06 + 0,50 + 1.00 = 11.56 (m).

ha

Z CốngMNC

BC

3 Xác định MNC theo yếu cầu khống chế tưới tự chảy

MNC theo điều kiện khống chế tưới tự chảy phải thoả mãn điều kiện sau:

Vậy ta chọn cao trình MNC là: ZMNC = 11,56 (m) Tra trên đường quan hệ đặc trưnglòng hồ (Z~V), xác định được dung tích chết là: Vc = 0,517*106 m3

4 Kết quả tính toán:

Kết hợp cả hai điều kiện trên ta chọn : MNC = 11,56(m) V c = 0,517x10 6 (m 3 ).

4.2 Tính toán MNDBT v Dung tích h (V à nhiệm vụ của công trình ồ (V hi )

4.2.1 Tài liệu lượng nước đến và nhu cầu dùng nước:

Bảng 4-1: Nhu cầu dùng nước của vùng

Bốc hơi mm) 62,7 41,9 32,5 37,2 38,4 32

dung tích chết Dung tích hiệu dụng làm nhiệm vụ điều tiết cấp nước, về mùa lũnước được tích vào phần dung tích Vhd để bổ sung nước cho thời kỳ mùa kiệt khinước đến không đủ cho hộ dùng nước

- Mực nước dâng bình thường ( MNDBT) là mực nước trong kho khống chếphần dung tích chết và dung tích hiệu dụng VMNDBT

VMNBT = Vc + Vh (3 - 9) Mực nước dâng bình thường ( MNDBT) được xác định theo quan hệ ( Z ~ V),khi biết VMNDBT

Tính toán điều theo phương pháp lập bảng

1 Nguyên lý của phương pháp:

Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào phương trình cân bằng nước viếtcho các thời đoạn t khác nhau, khi so sánh lượng nước đến và lượng nước yêu cầu Phương trình tổng quát của nguyên lý:

 Q – (q + qf + qZ + qx).t = V

Trong đó:

 t: Thời đoạn tính toán (S)

 Q: Lưu lượng dòng chảy đến hồ chứa bình quân trong thời đoạn t (m3/s)

 qf: lưu lượng tổn thất do thấm ( m3/s)

 qz : Lưu lượng tổn thất do bốc hơi ( m3/s)

 qx: Lưu lượng xả thừa ( m3/s).

 V: Sự thay đổi dung tích nước trong thời đoạn V ( m3); V = Vc – Vđ

( Vc , Vđ là dung tích đầu và cuối thời đoạn)

V  0 : Tích nước mùa lũ; V < 0 : Tích nước mùa kiệt

Ta thấy phương trình tổng quát có hai ẩn số: Các thành phần tổn thất ( qf, qz ), vàdung tích cuối thời đoạn Vc

Vậy giải phương trình này bằng phương pháp thử dần qua hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Tính Vhd khi không kể tổn thất Giai đoạn 2: Tính Vhd khi có kể tổn thất, trong giai đoạn này phải tính nhiều lần sau

đó nếu so sánh Vh của hai lần liên tiếp sai khác không quá 5% thì đó chính là trị

số Vhd cần tìm

2 Nội dung phương pháp:

Để xác định dung tích hiệu dụng và MNDBT ta dùng phương pháp tính toán lập bảng Quá trình tính toán được ghi ở các bảng sau:

Giai đoạn 1: Tính Vh khi chưa kể tổn thất

Wq (10 6 m 3 )

Lượng nước thừa (ΔV+) hoặc thiếuV+) hoặc thiếu (ΔV+) hoặc thiếuV-) (10 6 m 3 )

W trữ (10 6 m 3 )

W xả (10 6 m 3 ) ΔV+) hoặc thiếuV+ ΔV+) hoặc thiếuV-

tương ứng với tháng mà lượng nước đến lớn hơn lượng nước dùng.

 Cột (2): Số ngày từng tháng

 Cột (3): Lượng nước đến của tháng ứng với tần suất thiết kế =85%

 Cột (5): Lượng nước thừa ( Khi Wđến>Wdùng): (5)=(3)-(4)

 Cột (6): Lượng nước thiếu ( Khi Wđến<Wdùng): (6)=(4)-(3)

Tổng cột (6) là dung tích nước cần trữ để điều tiết đảm bảo yêu cầu cấp nước và đây

chính là dung tích hiệu dụng chưa kể tổn thất V hd = 5,440.10 6 (m 3 )

 Cột (7): khi tích nước thì lũy tích cột (5) nhưng không để vượt quá Vhd Phần

xả thừa ghi ở cột (8) Khi cấp nước thì lấy lượng nước có trong hồ trừ đilượng nước cần cấp ở cột (6)

 Giai đoạn 2: Tính V hd có kể tổn thất lần 1.

Z (m)

F tb (10 6 m 2 )

ΔV+) hoặc thiếuZ (mm )

W bh (10 6 m 3 )

K (1%

)

W th (10 6 m 3 )

W tt (10 6 m 3 )

 Cột 1: Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ lợi;

 Cột 2: Vi là dung tích kho nước ở mỗi cuối thời đoạn tính toán ti ;(2) = (7)bảng 4-1 + VC (0.517.106m3);

 Cột 3: Vtb

i dung tích bình quân trong hồ chứa nước;

 Cột 5: Fhitb Diện tích mặt hồ tương ứng với Vtb

i tra quan hệ địa hình (Từ Z traquan hệ Z~F);

 Cột (1): Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ lợi;

 Cột (2): Tổng lượng nước đến của từng tháng: (2)= cột (3) bảng 4-1;

 Cột (3): Tổng lượng nước dùng từng tháng: (3) = cột (4) bảng 4-1;

 Cột (4): Lượng nước yêu cầu = Cột (3) bảng 4.3 + cột (10) ở bảng 4.2;

 Cột (5): Lượng nước thừa (Khi lượng nước cần dùng >Wq): (5) = (2) –(4);

 Cột (6): Lượng nước thiếu (Khi lượng nước cần dùng <Wq): (6) =(4) –(2);

 Cột (7), cột (8) dung tích hồ và lượng nước xả đã kể đến tổn thất trong từngtháng

Z (m)

F tb (10 6 m 2 )

ΔV+) hoặc thiếuZ (mm)

W bh (10 6 m 3 )

K (1%)

W th (10 6 m 3 )

W tt (10 6 m 3 )

Bảng 4-5: Tính Vhd có kể đến tổn thất trong lần 2

Tháng

W đến W dùng

Lượng nước cần dùng

 Với bảng 4-5 tính tương tự như bảng 4-3 Cột (4): Lượng nước yêu cầu

= Cột (3) bảng 4-5 + cột (10) ở bảng 4-4.

 Vhd= 5,825.106 (m3)

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

và trường hợp chưa kể tổn thất) theo công thức (9-25) trang 351-Giáo trìnhthủy văn, ta có

1

x V

V V

h

n h

n h

 Tra quan hệ (Z-V) được ZMNDBT = 24,12m, Diện tích mặt hồ lớn nhất F = 0,94ha.

Bảng 4.8 CÁC THÔNG SỐ CỦA HỒ CHỨA

mô kích thước công trình đập tràn.

2 Nguyên lý tính điều tiết lũ bằng hồ chứa:

Điều tiết lũ nói chung là quá trình làm thay đổi dòng chảy lũ dọc theo đườngvận chuyển của nó, cụ thể là đỉnh lũ giảm nhỏ, thời gian lũ dài ra Xây dựng hồchứa nước là một nguyên nhân làm cho quá trình dòng chảy lũ thay đổi vì nó giữ lạimột phần lượng nước của trận lũ rồi sau đó xả từ từ, tức là giảm đỉnh lũ trước khixuống hạ lưu

Dựa vào phương trình vi phân viết cho kho nước trong khoảng thời gian dt

Q.dt – q dt = F.dh (4-1)

 q: Lưu lượng ra khỏi kho nước

 F: Diện tích mặt thoáng của kho nước

 Dt: Khoảng thoài gian vô cùng nhỏ

 Dh: Vi phân của cột nước trên công trình xả lũ

Hình minh họa nguyên lý tính toán điều tiết lũ

Nếu ta thay F.dh = dv thì ta được : (Q – q).dt = dv và nếu thay dt bằng khoảng thời gian dủ lớn t = t2 – t1 , ở đây t1 là thời điểm đầu , t2 là thời điểm cuối khoảng thời gian tính toán thì chúng ta có phương trình cân bằng nước dạng sai phân sau đây :

 1 2 .  1 2 .

   = V2-V1 (4-2)Trong đó:

 Q1 và Q2 là lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính toán

 q1, q2 là lưu lượng xả tương ứng

 V1 V2 là lượng nước trong hồ ở đầu và cuối thời đoạn t

Với mục đích là tìm quá trình xả lũ (q~t) thì phương trình (4-2) chưa thể giảitrực tiếp được vì có hai số hạng chưa biết là q2 và V2 Vậy chúng ta cần có mộtphương trình nữa, đó chính là phương trình thủy lực của công trình xả lũ với dạngtổng quát:

Q = f(Zt,Zh,C) (4-3)Trong đó:

- Zt: Mựcnước thượng lưu công trình xả lũ;

- Zh: Mựcnước hạ lưu;

- C: Tham số biểu thị công trình

Đường quá trình lũ đến và q xả

- Tại to có Q = q = 0 nên dq dt = 0 đường q~t tiếp tuyến với trục hoành.

- Từ to  t1 vì Q > q >0 nên dq dt >0 cũng có nghĩa là mực nước trong kho

tăng, khi to = t1 thì q = Q nên

4.3.2 Phân tích đề xuất các phương án.

Khi thiết kế đầu mối công trình thủy lợi,cần nghiên cứu nhiều phương án để

chọn cách bố trí,hình thức, kích thước công trình tháo lũ hợp lý nhất về mặt kĩ thuật(tháo lũ tốt, an toàn,chủ động) và kinh tế

Tràn xả lũ là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trong quá trình

hồ chứa nước, nhiệm vụ chủ yếu của nó là tháo lưu lượng lũ thừa khi mực nướctrong hồ cao hơn mực nước dâng bình thường

Tràn xả lũ có thể có cửa van khống chế, cũng có thể không có Khi không

có cửa van cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình mực nước dâng bình thường, lúcmực nước trong hồ bắt đầu dâng lên và cao hơn ngưỡng tràn thì nước trong hồ tựđộng chảy xuống hạ lưu, khi tràn xả lũ có cửa van khống chế, ngưỡng tràn thấp hơnmực nước dâng bình thường Lúc đó cần có dự báo lũ, quan sát mực nước trong hồchứa đề xác định thời điểm mở cửa tràn và điều chỉnh lưu lượng tháo Về giá thànhcủa tràn xả lũ thì loại không có cửa van thường rẻ hơn Muốn giảm thấp mực nướctrong hồ cần tăng chiều rộng đường tràn, như vậy tăng khối lượng đào Giá thànhcủa công trình đầu mối có thề tăng lên Nên với hệ thống công trình tương đối lớn,dung tích phòng lũ lớn, khu vực ngập ở thượng lưu rộng thì thường dùng loại đườngtràn có cửa van khống chế Đối với hệ thống công trình nhỏ tổn thất ngập lụt khônglớn, thường dùng tràn xả lũ không có cửa van

Từ những phân tích trên, vận dụng cho hồ chứa nước ĐH1 ta thấy hồ có quy

mô nhỏ, tổn thất ngập lụt lòng hồ không lớn, để thuận lợi và dễ dàng hơn trongcông tác quản lý vận hành, chọn loại tràn tự động không có cửa van Về hình thứcngưỡng tràn cũng có nhiều loại: ngưỡng tràn thực dụng, ôfixêrôp, đỉnh rộng Căn

cứ vào điều kiện địa hình của khu vực cụm đầu mối hồ chứa nước ĐH1 Để giảmbớt khối lượng đào đắp ta chọn hình thức ngưỡng tràn là tràn đỉnh rộng

4.3.3 Phương pháp tính toán.

- Dựa vào nguyên lý điều tiết dòng chảy đã trình bày ở trên Tính toán điều tiết lũnhằm tìm ra các phương án hợp lý về dung tích phòng lũ cần thiết của kho nước,lưu lượng xả lũ lớn nhất, vị trí kích thước của công trình xả lũ và phương thức vậnhành kho nước

- Để hoàn thành nhiệm vụ và đạt được mục đích nêu trên Việc tính toán điềutiết lũ phải dựa trên cơ sở phân tích, xác định một số tham số đặc trưng như:Tiêu chuẩn phòng lũ, mực nước thiết kế, lưu lượng xả an toàn, mực nước khốngchế ở hạ lưu

- Để lựa chọn hợp lý ta phải tính toán sao cho tràn phải tháo được lưu lượng lũthiết kế Để đảm bảo an toàn cho hồ chứa mà giá thành xây dựng là thấp nhất.Nếu Btr lớn thì giá giá thành xây dựng tràn sẽ lớn, nhưng giá thành xây dựng đập

và cống sẽ nhỏ do đập thấp Ngược lại nếu Btr nhỏ thì giá thành xây dựng tràn sẽnhỏ nhưng giá thành xây dựng đập và cống sẽ lớn do đập phải xây dựng caohơn Kinh phí đền bù giải phóng mặt bằng lòng hồ sẽ lớn hơn do ngập lụt nhiềuhơn Do đó phải tính toán với nhiều Btr để chọn được Btr kinh tế Đảm bảo yêucầu về mặt kỹ thuật và có giá trị xây dựng cụm công trình đầu mối nhỏ nhất

- Có nhiều phương án tính Btr khác nhau nhưng trong phạm vi đồ án này vàđược sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn em chỉ tính toán với một kích thước Btr

= 45m đây là phương án hợp lý nhất

Có nhiều phương pháp tính toán điều tiết lũ khác nhau,theo giáo trình thủy văn công trình có 3 phương pháp sau:

+ Phương pháp thử dần

+ Phương pháp Pôtapôp

+ Phương pháp đơn giản Kôtrêrin

+ Phương pháp Runge – Kutta bậc ba

Hồ chứa nước ĐH1 có diện tích lưu vực nghiên cứu nhỏ, đường quá trình lũ

là hình tam giác như vậy ta sử dụng phương pháp đơn giản của Kôtrêrin để tính toán đều tiết lũ Phương pháp này xem đường quá trình là một đường thẳng

a.Tài liệu tính toán

- Mực nước trong kho trước khi xả lũ bằng cao trình ngưỡng tràn (cao trình ngưỡng = cao trình MNDBT =24,12 m);

Wp = 8,12.106 (m3)+ Lưu lượng lũ thiết kế ứng với tần suất P = 0,2%

Qp = 538 (m3/s)+ Tổng lượng lũ thiết kế ứng với tần suất lũ P = 0,2%

Wp = 9,55.106 (m3)+ Đường quan hệ đặc trưng của hồ chứa ZF; ZV

+ Thời gian được xác định theo dạng đường quá trình tam giác

b. Lựa chọn hình thức tràn

- Dựa vào các tài liệu địa hình, địa chất đặc trưng lũ thiết kế, quy mô tổchức, cao trình MNDBT, ta chọn phương án xây dựng đập tràn đỉnh rộng không cửavan, cửa vào thuận, có cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT.

- Tràn bố trí dạng kênh kết hợp dốc nước Ta có phương trình lưu lượng đậptràn đỉnh rộng chảy tự do:

3/2 0

+ H0: Cột nước tràn bỏ qua lưu tốc tới gần

2 0

.02

v g



Bảng 4-5: Quá trình lũ đến ứng với các tần suất

10.0 31.14 10.0 43.27

c Tính toán điều tiết lũ

Tính toán với trường hợp mực nước trước lũ là MNDBT, lũ đến có dạng tamgiác Trong trường hợp này ta có thể xác định dung tích phòng lũ và lưu lượng xảlớn nhất theo công thức:

+ Lưu lượng xả lớn nhất: Qxả max = Qmax 1

W

m p

+ Qxả max: Lưu lượng xả lũ lớn nhất

+ Vm: Dung tích phòng lũ của kho nước

Cột nước tràn thiết kế (H) là cột nước tràn ứng với lưu lượng lớn nhất thỏa mãnđồng thời:

+ Cột 3: ứng với H giả thiết ta có: ZMNLTK = ZMNDBT + H

+ Cột 4: tra quan hệ Z ~ V tìm được VMNLTK

+ Cột 5: dung tích phòng lũ: Vm = VMNLTK – VMNDBT

+ Cột 6: Qxả max = Qmax 1

W

m p

TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ VỚI CÁC THÔNG SỐ SAU

Cao trình MNDBT = Cao trình ngưỡng tràn = 24,12 (m);

Chiều rộng ngưỡng tràn: BT = 45 (m); Vh = 6,34.106 (m3) với MNDBT;

Bảng 4-6: Bảng tính toán điều tiết lũ ứng với tần suất TK P=1%

Kết quả tính toán điều tiết lũ kiểm tra P=1%

Bảng 4-7: Bảng tính toán điều tiết lũ ứng với tần suất LKT P=0,2%

Kết quả tính toán điều tiết lũ kiểm tra P=0,5%

Cao trình ngưỡng tràn ΔZngưỡng = 24.125 (m)

Chiều rộng ngưỡng tràn Btràn = 45.000 (m)

Cột nước trước tràn Htr max = 3,2 (m)

Lưu lượng xả qua tràn qxả = 447,70 (m3/s)

Cao trình MNLKT ΔZMNLTK= 27,28 (m)

Dung tích tổng của hồ chứa Vh = 7,944 (103m3)