CHƯƠNG 10: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

Khái niệm chung Điều tiết lũ là toàn bộ công việc nhằm giảm lượng dòng chảy trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho công trình ven sông và khu vực hạ lưu...  Biện pháp phi công trình: B

Chương 10

TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

I Khái niệm chung

 Điều tiết lũ là toàn bộ công việc nhằm giảm lượng dòng chảy trong mùa lũ để đảm bảo

an toàn cho công trình ven sông và khu vực

hạ lưu.

 Biện pháp phi công trình:

 Bảo vệ và trồng rừng đầu nguồn

 Là biện pháp tích cực nhất

 Giảm được sự khốc liệt của lũ

 Chống xói mòn, bảo vệ nguồn nước

 Đảm bảo sự cân bằng sinh thái

 Phòng tránh lũ

 Quy hoạch khu dân cư và khu vực sản xuất

 Tăng cường công tác dự báo và cảnh báo lũ

 Sống chung với lũ

1 Các biện pháp phòng chống lũ (tiếp)

2 Chống lũ và Phòng lũ

 Nhiệm vụ chống lũ:

 Là nhiệm vụ được đặt ra theo đó cần đảm bảo an toàn cho hệ thống công trình (hồ chứa, đê, …) khi xảy ra trận lũ thiết kế tại tuyến công trình

 Nhiệm vụ phòng lũ:

 Là nhiệm vụ được đặt ra theo đó cân bảo đảm an toàn cho vùng phòng lũ khi xảy ra trận lũ thiết kế ở vùng phòng lũ

3 Bài toán điều tiết lũ bằng hồ chứa

 Bài toán thiết kế:

 Biết

 Quá trình lũ đến hồ ứng với tần suất thiết kế (Q~t)p

 Kích thước của các công trình xả lũ

 Tìm (qxả~t)p và kích thước của các công trình xả lũ?

 Bài toán tìm tần suất đảm bảo chống lũ P

4 Các tài liệu cần thiết

 Tài liệu khí tượng thủy văn

 Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p

 Tài liệu địa hình địa chất

 Các quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V~F

 Tài liệu địa chất vùng lòng hồ

 Tài liệu dân sinh kinh tế

 Tài liệu về các công trình xả lũ

 Kích thước B, ω , m

 Quan hệ qxả ~Ztl và qxả ~Zhl

 Tài liệu về lưu lượng an toàn (qat) hoặc mực nước khống chế (Hkc)

II Nguyên lý tính toán điều tiết lũ

 Dòng chảy trong sông trong thời kỳ có lũ là dòng không ổn định được mô tả bởi hệ phương trình Saint-Venant:

 Pt liên tục:

 Pt động lực:

q t

A x

Q

=

∂

∂+

v v g t

v g

∂

Trong đó:

Q- lưu lượng dòng chảy trong sông (m 3 /s) Z- mực nước tại mặt cắt tính toán (m)

v – lưu tốc bình quân mặt cắt K- mô đun lưu lượng

q- lượng gia nhập trên 1m chiều dài đoạn sông

x – tọa độ đoạn sông

t – thời gian (giờ)

A – Diện tích mặt cắt ướt (m 2 )

g – gia tốc trọng trường

α – hệ số sửa chữa động năng

α0 – hệ số sửa chữa động lượng

II Nguyên lý tính toán điều tiết lũ

 PT liên tục ⇒ PT cân bằng nước;

 PT động lực được thay bằng các công thức thủy lực tính lưu lượng xả qua công trình

II Nguyên lý tính toán điều tiết lũ

(tiếp)

 Nguyên lý tính toán điều tiết lũ bằng hồ chứa chính là sự hợp giải hệ hai phương trình cơ bản sau:

 PT cân bằng nước

 PT động lực q = f[A, Z, Zh]

 Các quan hệ phụ trợ:

 Đường quan hệ mực nước dung tích Z~V

 Đường quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu: H~Q

q

Q dt

dV

−

=

Q- lưu lượng lũ đến (m 3 /s) q- lưu lượng xả xuống hạ lưu

II Nguyên lý tính toán điều tiết lũ

(tiếp)

 Viết lại PT cân bằng nước theo dạng sai phân:

 PT động lực có dạng cụ thể tùy theo hình thức công trình xả lũ Ví dụ:

 Đối với đập tràn chảy tự do

 Đối với đập tràn chảy ngập

 Đối với lỗ chảy tự do

 Đối với lỗ chảy ngập

1

V t

) q Q

2

3

2 h g mB

2

3

2 h g mB

gh

q = µω 2

) (

2 g Zt Zh

III Phân tích dạng quá trình xả lũ

dh F

q

Q − =

1 Công trình xả lũ là đập tràn chảy tự do

1 1

3 / 2

3 / 1

) (

q dq

dh

3 / 2

)

(MB

3 / 1 1

)

(

q F

K

q

Q dt

2 Công trình xả lũ là cống ngầm chảy tự do

q dq

dh

2 2

) (

2

µω

q F K

q

Q dt

dq

2

) ( −

=

IV Các phương pháp tính toán điều tiết lũ

1 Phương pháp lặp trực tiếp

 Viết lại hệ phương trình cơ bản dưới dạng:

( ) ( )2)

,,

(

12

2

2 1

2

1 1

2

A Z

Z f q

t

q

q t

Q

Q V

V

h t

=

Sơ đồ khối tớnh toỏn

Bắt đầu I=1 Giả định giá trị q(I)

Quá trình tính toán

Tại thời đoạn tính toán bất kỳ

 Bước 1: Giả định giá trị q2gt ở cuối thời đoạn tính

toán, tính giá trị V2 theo phương trình (1)

 Bước 2: Tra quan hệ Z~V xác định Z2

 Bước 3: Tính giá trị q2tt theo phương trình (2) và kiểm tra điều kiện:

Với ε là số dương tùy ý được ấn định trước, chính là sai số cho phép giữa hai lần tính.

 Nếu sai số thỏa mãn thì chuyển sang thời đoạn tiếp theo

2 Phương pháp đồ giải Pô-ta-pốp

 Xuất phát từ hệ pt cơ bản:

 Tác giả viết lại pt (1) dưới dạng:

( ) ( )2)

,,

(

12

2 1

2 1

A Z

Z f q

V V

t

q

q t

Q Q

h t

( )

Q f

f hay

Q

q t

V

q t

1 1

Cột (4): lưu lượng xả được xác định theo công thức thủy lực

Cột (5): dung tích hồ chứa tương ứng với mực nước Z (tra Z~V)

q(m3/s)

Vk(m3)

V(m3/s)

V/∆t-q/2(m3/s)

V/∆t+q/2(m3/s)

Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p đã biết, tức là biết Q1, Q2, …Qn.

Tại thời điểm t1 đã biết q1

Từ A(t1,q1) dóng ngang cắt f1(q) tại B

Từ B dóng vuông góc cắt trục hoành tại C

Từ C nối sang ngang một đoạn bằng được điểm D

Từ D dóng lên cắt f2(q) tại E

Từ E dóng ngang cắt trục tung tại q2 cần tìm.

Điểm F(t2, q2) chính là điểm tiếp theo trong quá trình xả lũ

Q (m 3 /s) q

C D

C D

Cột (1): số thứ tự hay thời đoạn tính toán

Cột (2): thời gian (h)

Cột (3): quá trình lưu lượng lũ đến thiết kế

Cột (4): lưu lượng lũ đến tính bình quân trong thời đoạn tính toán Cột (5): lưu lượng xả tại đầu thời đoạn

Cột (6): Giá trị hàm f1 tra từ quan hệ f1~q

Cột (7): f2 = f1 + Qtb

Cột (8): Lưu lượng xả tại cuối thời đoạn

Bảng ghi kết quả tính toán điều tiết lũ

TT T

(h)

Q(m3/s)

Qtb(m3/s)

q1(m3/s)

f1(m3/s)

f2(m3/s)

q2(m3/s)(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Ghi chú: Lưu lượng xả tại đầu thời đoạn kế tiếp chính là lưu lượng xả tại cuối thời đoạn trước đó.

3 Phương pháp giản hóa Kô-tre-rin

t

W

V Q

qmax max 1

max max max max

max max

1

'

1

2

1 '

2 1

Q

q W

t T

T Q

q W

T q Q

t T V

L L m

Sử dụng quan hệ qmax ~ Vmax

 Giả thiết một số giá trị qm1, qm2, …

 Theo pt (1) tính được Vm1, Vm2, …

 Tra Z~V xác định Z1, Z2,…

 Tính cột nước trên ngưỡng tràn hm1, hm2,…

 Theo ct thủy lực tính qmT1, qmT2, …

 Xây dựng quan hệ qmi ~ Vmi và qmTi ~ Vmi

 Giao điểm của 2 đường cong là giá trị cần tìm

qm, qmT

q

m ~V m

q mT

~Vm