Bài giảng công trình trên hệ thống thủy lợi công trình lấy nước

Vùng trước cửa lấy nước phát sinh hiện tượng chảy vòng hướng ngang và tạo thành các xoáy gây nên bồi lắng ở mép thượng lưu và xói lở ở mép hạ lưu của CLN -Bđ ≈ 2Bm => bất lợi vì dòng đáy

CHƯƠNG 2 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC

GIỚI THIỆU CHUNG

CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP

CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP

CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP

CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC

2-1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1.Mục đích:

- Lấy nước từ sông, kênh, hồ => phục vụ tưới, phát điện, cấp nước,=

2.1.2.Yêu cầu:

- Lấy đủ nước theo biểu đồ đã định (số lượng),

- Đảm bảo chất lượng nước lấy vào kênh (ngăn bùn cát có hại, vật nổi),

- Kiểm soát được ảnh hưởng đến môi trường

chung,

- Các yêu cầu chung khác: ổn định, thuận tiện thi công, quản lý, mỹ quan ( sử dụng )

The intake structure with dam

2.2 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP

2.2.1 Khái niệm chung

• Bố trí: CLN bên bờ sông, không làm đập chắn ngang

sông

• Điều kiện sử dụng:

- Khi mực nước sông đủ lớn => lấy nước tự chảy

- Khi lưu lượng trong sông đủ cấp theo yêu cầu

- Khi lưu lượng trong sông đủ cấp theo yêu cầu

• Ưu điểm: Kết cấu và bố trí đơn giản, rẻ

• Nhược:

- Sự làm việc chịu ảnh hưởng nhiều của sông thiên nhiên

- Quản lý phức tạp, chi phí quản lý lớn

- Chất lượng lấy nước khó cải thiện

•Các ví dụ:

•Cống Xuân Quan, Liên Mạc,=

Cèng Xu©n Quan

2.2.2 Điều kiện làm việc của CLN không đập

1 Bố trí cửa lấy nước ở đoạn sông cong

• Hiện tượng: Tại đoạn cong có chảy vòng hướng ngang:

Trên mặt → bờ lõm; dưới đáy → bờ lồi

∆

Hình 2.3 Sơ đồ dòng chảy ở đoạn sông cong

• Sông cong => lưu tốc dọc đổi hướng => lực li tâm

gR

v H R

mv p

2 2

(1)

•Giải thích hiện tượng và tính độ dốc ngang J

lõm => tạo độ dốc hướng ngang

• Xét cân bằng của 1 cột chất lỏng có F = 1

Lực thủy tĩnh hướng về bờ lồi:

H H H

2α

• Biểu đồ lưu tốc ngang đồng dạng với biểu đồ hợp lực => trên mặt → bờ lõm

dưới đáy → bờ lồi

• Kết hợp dòng chảy dọc + ngang => chảy xoắn

* Vị trí mép trên (thượng lưu) của CLN:

180

R

r cos ar

R

π

=

3 -

•Sơ đồ làm việc:

- Chiều rộng dòng chảy đáy:

k

d 1,17(K 0,40)B

2.2.2 Điều kiện làm việc của CLN không đập (tiếp)

2 Cửa lấy nước ở đoạn sông thẳng

- Chiều rộng dòng chảy mặt:

- Nhận xét: Bđ ≈ 2B≈ m => bất lợi??

k

m 0,73(K 0,05)B

• Hiện tượng và diễn biến:

-Khi một bộ phận dòng chảy tách khỏi dòng chủ lưu vào CLN sẽ hình thành dòng chảy cong Vùng trước cửa lấy nước phát sinh hiện tượng chảy vòng hướng ngang và tạo thành các xoáy gây nên bồi lắng ở mép thượng lưu và

xói lở ở mép hạ lưu của CLN

-Bđ ≈ 2Bm => bất lợi vì dòng đáy mang bùn cát vào kênh-

c

B

đê dẫn

3 Cửa lấy nước ở đoạn sông có bờ không ổn định

+ Đặc điểm diễn biến:

bờ sông diễn biến liên tục

• Biện phỏp xử lý:

-Chọn vị trí đoạn sông ổn định (hinh dạng lòng sông ít thay đổi, không xói lở, bồi lấp)

-Bố trí tại đoạn sông có điều kiện địa chất tốt, không bị xói lở

- Gia cố, bảo vệ phía trước cửa lấy nước

1- Lấy nước bên cạnh

* Loại không có cống (1 cửa, nhiều cửa):

- Đơn giản nhất nhưng không khống chế được Qlấy nước,

- Bùn cát kéo vào cửa nhiều, CLN dịch xuống hạ lưu

- Loại nhiều cửa: có thể luân phiên nạo vét

*Loại có cống:

Hoàn thiện hơn loại không có cửa

Khống chế được lưu lượng lấy nước vào kênh

TH1: Cống đặt ở bờ sông: Khó khống chế bùn cát vào kênh

TH2: Cống đặt ở cách xa bờ sông(1-2km): Hạn chế bùn cát vào kênh

*Loại có cống + bể lắng cát: hoàn thiện nhất

Khống chế được lưu lượng + chất lượng nước vào kênh

c Ưu nhược điểm chung của CLN bên cạnh không đập

• Đơn giản, khi lưu lượng yêu cầu nhỏ thì kinh tế;

• Lượng bùn cát bồi lắng nhiều trước CLN (phải xử lý bằng cách đặt xa bờ hoặc làm bể lắng cát);

• Hạn chế khả năng điều chỉnh lưu lượng lấy nước khi mực nước sông thay đổi nhiều;

• Cửa lấy nước có thể bị dịch chuyển về phía hạ lưu làm giảm hiệu quả của công trình

d Biện pháp khắc phục???

2 Lấy nước chớnh diện

a Loại có đê hướng dòng (tạo thành đoạn sông dẫn)

b Loại có đê hướng dòng + cửa tháo nước thừa trên đê

c Loại có đê hướng dòng + cửa tháo nước thừa + cống xả cát

d Loại có đê hướng dòng + cửa tháo nước thừa + hệ thống lái dòng

e Loại có đê hướng dòng + cửa xả cát + đê dẫn hạ lưu

f Lợi dụng b?i giữa làm đoạn đê dẫn (khi sông rộng)

b Cỏc hỡnh thức bố trớ

• a Loại có đê hướng dòng tạo thành đoạn sông dẫn

• b Loại có đê hướng dòng + cửa tháo nước thừa trên đê

1 Kờnh lấy nước 2 Tường hoặc đờ hướng dũng

3 Đoạn sụng dẫn 4 Cửa thỏo nước thừa trờn đờ 6 Cống lấy nước

b Cỏc hỡnh thức bố trớ

• c Loại có đê hướng dòng + cửa tháo nước thừa + cống xả cát

• d Loại có đê hướng dòng + cửa tháo nước thừa + hệ thống lái dòng

1 Kờnh lấy nước 2 Tường hoặc đờ hướng dũng

3 Đoạn sụng dẫn 4 Phần thỏo nước 5 Cống xả cỏt

6 Cống lấy nước

b Cỏc hỡnh thức bố trớ

e Loại có đê hướng dòng + cửa xả cát + đê dẫn hạ lưu

f Lợi dụng b?i giưa làm đoạn đê dẫn (khi sông rộng)

1 Kờnh dẫn 2 Tường hoặc đờ hướng dũng

3 Đoạn sụng dẫn 4 Phần thỏo nước 5 Cụng trỡnh xả cỏt

6 Cửa cống 7 Đờ dẫn hạ lưu 8 Ngưỡng ở đỏy

c Xác định kích thước đoạn sông dẫn:

* Chiều dài đoạn sông dẫn (tường dẫn hoặc đê quai):

Lđ = (1.5 – 3.0)b

* Chiều rộng đoạn sông dẫn:

b1 = 1.5bb: bề rộng cửa lấy nước

2.3.1 Đặc điểm và điều kiện ứng dụng

1 Đặc điểm:

CNL đặt ở bờ sông phía thượng lưu của đập chắn ngang sông

2 Điều kiện ứng dụng:

a Trường hợp tất yếu:

Mực nước sông (mùa kiệt) không đủ cao để tự chảy vào CLN.

2-3 CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP

Mực nước sông (mùa kiệt) không đủ cao để tự chảy vào CLN.

b Các trường hợp so sánh, lựa chọn:

- Làm đập => rút ngắn chiều dài kênh chính

- Khi cần lấy nước ở cả 2 bờ

- Khi lưu lượng cần lấy (mùa kiệt) lớn

- Khi cần cải thiện chất lượng nước lấy vào kênh

-Cần đảm bảo giao thông thủy

2.3.2 Sơ đồ diễn biến lòng sông sau khi xây dựng đập

1 Đập; 2, 3: Đáy sông và mặt nước sông cũ;

4 Bùn cát lắng đọng 5 Mặt nước dâng;

6 Đáy sông hạ lưu thời kỳ đầu xây dựng đập

7.,8: Đáy sông và mực nước phía HL ở thời kỳ cuối

L: Chiều dài nước dâng do xây đập

2.3.2 Diễn biến lòng sông sau khi xây dựng đập

1 Thượng lưu:

•Thời gian đầu: h tăng => V giảm => bồi lắng mạnh Bùn cát bồi lắng nhiều, đáy thượng lưu dâng lên, mực nước thượng lưu càng dâng cao và kéo dài thêm khu nước dâng về phía

thượng lưu

•Phía thượng lưu bị bồi lắng dần làm cho đáy có độ dốc thoải hơn so với trước khi xây dựng đập

hơn so với trước khi xây dựng đập

•Khi độ cao đáy được dâng lên bằng với độ cao nước dâng do xây dựng đập tạo ra thì khả năng vận chuyển bùn cát của

dòng chảy sẽ khôi phục gần giống như tình trạng trước khi xây dựng đập

•Chiều dài của đường nước dâng được tính:

L = K

i H

∆

2.3.2 Diễn biến lòng sông sau khi xây dựng đập

2 Hạ lưu:

* Thời gian đầu: bùn cát lắng mạnh ở thượng lưu => nước về

hạ lưu trong => xói mạnh (nhất là vùng gần chân đập) làm

giảm cao trình đáy hạ lưu, chiều dài đoạn xói có thể rất lớn tùythuộc vào quy mô đập

* Khi ở thượng lưu đã ổn định => bùn cát sẽ được vận chuyểnxuống hạ lưu và ở hạ lưu sẽ bồi trở lại và nâng đáy hạ lưu lên xuống hạ lưu và ở hạ lưu sẽ bồi trở lại và nâng đáy hạ lưu lên Tuy vậy đáy hạ lưu sẽ không trở về đúng đáy sông như trướckhi xây dựng đập

2.3.3 Những ảnh hưởng bất lợi tới hạ, thượng lưu

* Thượng lưu:

-Bồi lắng trước đập gây: chia lạch, đổi dòngj

-Mực nước lũ dâng cao trên 1 đoạn dài => ảnh hưởng đến các công trình đã có (cửa lấy nước, cầu, đường,j).

2.3.4 Các hình thức bố trí CLN có đập

1- Lấy nước bên cạnh + xả cát chính diện

Sơ đồ ngưỡng bậc (a), ngưỡng bản công xôn (b)

Hình 2.16: Hình thức lấy nước bên cạnh, bùn cát xả qua lỗ đặt ở thân đập

2a Lấy nước bên cạnh + xả cát bên cạnh (không có túi chứa cát)

Đặt đường hầm tháo xả bùn cát luồn dưới ngưỡng cống lấy nước và tháo xả

về hạ lưu Khi cống lấy nước có nhiều cửa thì lỗ xả cát chỉ đặt tương ứng

dưới các cửa lấy nước trên cùng theo chiều dòng chảy trong sông

2b Lấy nước bên cạnh + xả cát bên cạnh (có túi chứa cát)

6 Túi chứa cát phía trước

7 Ngưỡng túi chứa

Hình thức này gồm có ngưỡng 5 vào đặt ở đầu túi đựng cát, bùn cát bị giữ lại

ở ngưỡng 5 sẽ được xói theo chu kỳ qua lỗ xả đặt trong thân đập, còn bùn cát lắng đọng trong túi chứa cát sẽ được xả ra theo đường hầm 3

3 Lấy nước chính diện + xả cát chính diện

a Sơ đồ: (a): loại có khoang lắng cát; (b): loại có máng dẫn nước

Hình 2.19: Hình thức lấy nước chính diện có lỗ xả cát chính diện

1 Đập; 2 Lỗ xả cát; 3 Máng dẫn; 4 Kênh; 5 Ngưỡng vào;

6 Túi lắng cát; 7 Tường cánh 8 Cống lấy nước

b Sự làm việc và đặc điểm của mỗi hình thức

Loại có khoang lắng cát:

Quá trình làm việc?

•Phổ biến trong công trình tưới;

•Khi khoang lắng cát ngắn và hẹp thì hiệu quả lăng đọng bùn cát không cao;

;

•Không phù hợp cho sông sâu và rộng.

Loại có máng dẫn nước:

Quá trình làm việc?

•Phù hợp cho sông sâu và rộng

•Bùn cát ít bị xáo động

4 Lấy nước chính diện + xả cát bên cạnh (Kiểu Phergan)

a Sơ đồ:

1.Đập

2 Cống lấy nước

3 Kênh 4.Ngưỡng cong

6 Cống luồn

7 Đê hướng dòng

b Đặc điểm và quỏ trỡnh làm việc: 1.Đập

2 Cống lấy nước

3 Kờnh 4,5.Ngưỡng cong

- Công trình lấy nước đặt ở phía bờ lõm

- Phía trước cống làm ngưỡng cong để hướng bùn cát đến cửa xả

- Bùn cát được xả qua các cửa trên đập tràn

* Quá trình làm việc

- Cửa lấy nước đặt ở bờ lõm nên lấy được nước trong

- Bùn cát đáy được hướng ra khỏi cửa lấy nước nhờ dòng chảy cong và nhờ ngưỡng cong trước cửa lấy nước

- Có thể vừa lấy nước vừa xả cát liên tục

5 Lấy nước qua lưới chắn đáy

7 5

12

4

6

3 1

5

5

10

8 8 9

Hình 2-23: Công trình lấy nước có lưới chắn đặt ở đỉnh đập

1 Đập tràn; 2 Lưới chắn; 3 Đoạn đập lấy nước; 4 Hào thu bùn cát;

5 Thép bảo vệ; 6 Cống lấy nước ở bờ; 7 Xi phông; 8 Cống xả cát đáy;

9 Cống lấy nước đầu kênh; 10 Kênh lấy nước; 11 Hào lấy nước;

12 Lưới chắn ở mép trụ; 13 Ống tháo bùn cát.

1 Mục đích: + Hướng chủ lưu vào CLN

2-4 CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚC

Hình 2-25: Hệ thống lái dòng M.V.Pôtapốp

1 Dòng mặt; 2 Dòng đáy; 3; Lạch sông; 4 Cửa lấy nước; 5 Đập tràn

* Sử dụng cồn cát để cải tạo đoạn sông cong trước CLN

Sử dụng kè nhân tạo (chẳng hạn như cồn cát) để tạo ra độ cong

mong muốn đối với dòng chảy tại cửa lấy nước

* Đặt tấm hướng dòng ở đoạn sông cong trước CLN

Các kè hướng dòng tại cửa lấy nước đối với việc ngăn bùn cát