CSThietKeCTT chuong4 dapdat

Các thành phần dung tích và mực nước của hồ chứa – Nguyên tắc lựa chọn 2 Nhiệm vụ - Nguyên tắc lựa chọn  Dung tích hiệu dụng được xác định theo kết quả điều tiết dòng 3... Các thành phầ

Trang 1

KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC

2 Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường

3 Dung tích siêu cao và mực nước siêu cao

II Xác định các thành phần dung tích và mực nước hồ

chứa điều tiết năm.

1 Nguyên lý tính toán điều tiết

2 Tính toán điều tiết năm bằng phương pháp lập bảng

1

Trang 2

1 Dung tích chết và mực nước chết

3 Ths.NCS Lê Ngọc Anh

Khái niệm

 Dung tích chết (Vc): là phần dung tích không tham gia vào quá

trình điều tiết dòng chảy

 Mực nước chết (Zc,Hc): là mực nước trong hồ chứa tương ứng

với dung tích chết

I Các thành phần dung tích và mực nước của hồ chứa –

Nguyên tắc lựa chọn (1)

Nhiệm vụ - Nguyên tắc lựa chọn

 Tích phần bùn cát lắng động trong hồ chứa trong thời gian

hoạt động của hồ Điều kiện: Vc ≥ Vb.T (Vb: thể tích bồi lắng

hàng năm của bùn cát (m3/năm), T: tuổi thọ công trình)

 Đối với hồ có nhiệm vụ tưới tự chảy: Zc≥ Zcống

2 Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường

Khái niệm

 Dung tích hiệu dụng (Vh): là phần dung tích nằm trên phần

dung tích chết

 Mực nước dâng bình thường (ZMNBT,Hbt): là mực nước khống

chế phần dung tích chết và dung tích hiệu dụng

 Dung tích hiệu dụng được xác định theo kết quả điều tiết dòng

3

Trang 3

3 Dung tích siêu cao và mực nước siêu cao

Khái niệm

 Dung tích siêu cao (Vsc): còn gọi là dung tích gia cường Vgclà

phần dung tích nằm phía trên dung tích hiệu dụng

 Mực nước siêu cao (Zsc,Hsc,MNGC): là mực nước khống chế

toàn bộ phần dung tích của hồ chứa (Vtoànbộ= Vc+ Vh+ Vsc)

 Tích một phần nước lũ để giảm lưu lượng nước tháo xuống

hạ lưu Dung tích siêu cao chỉ tích nước tạm thời khi có

lũ, lượng nước này phải được tháo hết khi lũ kết thúc.

 Zscđược xác định thông qua tính toán điều tiết lũ và phải đảm

bảo các điều kiện: địa hình, không gây ngập hạ lưu, kinh tế …

1 Nguyên lý tính toán điều tiết

chứa điều tiết năm (1)

 Phương trình cân bằng nước đối với hồ chứa (kho nước)

• qth(t): là lưu lượng tổn thất do bốc hơi

• V(t): dung tích trong hồ chứa tại thời điểm t

qr(t) = qb(t) + qth(t) + q(t) + qx(t)

Lưu lượng nước ra khỏi hồ:

Tổng lượng nước ra khỏi hồ: Wr(t) = Wb(t) + Wth(t) + W(t) + Wx(t)

5

Trang 4

1 Nguyên lý tính toán điều tiết (tt)

 Trường hợp điều tiết một lần:Trong một năm chỉ có 1 thời

kỳ thừa nước liên tục (V+) và 1 thời kỳ thiếu nước liên tục

(V-).

Dung tích hiệu dụng V h = V

- Trường hợp điều tiết hai lần không độc lập: Trong một

năm có 2 thời kỳ thừa nước và 2 thời kỳ thiếu nước.

 Trường hợp 1: > , >

=

 Trường hợp 2: > , <

 Bước 1: Tính toán dung tích chết Vc

 Bước 2: Lập bảng tính toán cân bằng nước chưa kể đến tổn

thất Sắp xếp dòng chảy đến theo năm thủy văn

 Bước 3: Tính toán cân bằng hồ chưa tính đến tổn thất (lượng

nước ra khỏi hồ W(t) = lượng nước dùng Wq(t) Xác định V+

và V-theo công thức V+/V-= (Q – q)*∆t

7

Trang 5

 Bước 6: Xác định lại dung tích hiệu dụng Vh = ∑V-có kể đến

 Bước 7: Kiểm tra lại sai số dung tích hiệu dụng giữa 2 lần

tính theo công thức bên dưới Sai số cho phép thường là

5%

9

Trang 6

III Ví dụ áp dụng (1)

Cho số liệu như sau:

 Phân phối dòng chảy năm thiết kế Q(t), yêu cầu dùng nước

Cho số liệu như sau:

 Tuổi thọ của công trình T = 50 năm

 Thể tích bùn cát bồi lắng trong lòng hồ Vb= 82.000 m3/năm

 Cao trình yêu cầu tưới tự chảy [Z] = 11.72 m

 Yêu cầu:

hiệu dụng V h , mực nước hiệu dụng Z mnbt

11

Trang 7

PHẦN 2 – THIẾT KẾ ĐẬP

4.1 Giới thiệu chung

4.2 Nguyên tắc và các bước thiết kế đập đất

I Nguyên tắc thiết kế

II Các bước thiết kế

III Kích thước mặt cắt ngang đập

4.3 Tính toán thấm qua đập đất

I Khái niệm cơ bản

II Tính thấm qua đập đất bằng phương pháp thủy lực – sơ

đồ cơ bản.

III Tính toán thấm qua đập đất trên nền không thấm theo

phương pháp thủy lực

I Đặc điểm làm việc của đập đất

1 Thấm qua thân đập và nền

Đập đất thường là loại không tràn nước Để đảm bảo tháo lũ, lấy

nước tưới hoặc cung cấp nước phải xây dựng những công trình

riêng như đường tràn tháo lũ, cống lấy nước

4.1 Giới thiệu chung (1)

Khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình

thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu

Đường bão hòa thấm Khu nước mao dẫn

18

Trang 8

 Dưới đường bão hoà đất chịu lực đẩy nổi của nước và chịu

lực thủy động do thấm

 Lực thủy động do thấm phát sinh trong khối đất khi có dòng

thấm trong đất gặp lực cản của hạt đất Phương của lực thuỷ

động trùng với phương dòng thấm, điểm đặt tại trọng tâm khối

đất

Lực thấm thủy động: =

Trong đó:

• ω: diện tích mặt cắt ngang của khối đất (bài toán phẳng)

• γ : trọng lượng riêng của nước

• J: gradient trung bình trong diện tích đó

 Mực nước thượng hạ lưu, đập có thể gây phá hoại đất ở mái

đập

 Dưới tác dụng của sóng các kết cấu bảo vệ mái đập có thể bị

phá vỡ, gây xói lở thân mái, làm trôi các tầng lọc bảo vệ

2 Ảnh hưởng của mực nước thượng hạ lưu đối với mái đập

20

Trang 9

 Khi mưa, một phần nước sẽ thấm vào đập và một phần chảy

trên mái đập có thể gây bào mòn và xói đất, gây biến dạng

 Đập đất cần có hệ thống thoát nước mưa ở đỉnh và mái đập

nhằm tập trung nước vào các rãnh và chuyển xuống hạ lưu

không cho chảy tràn lan trên đập

 Khi nhiệt độ thay đổi có thể gây nứt nẻ thân đập, nhất là các

loại đất sét, pha sét, có tính co ngót lớn

3 Tác hại của nước mưa và nhiệt độ

 Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, đất thân đập và nền bị

biến dạng Chuyển vị đứng làm giảm chiều cao đập

 Biến dạng làm đập và các thiết bị chống thấm bằng đất nứt nẻ

gây nguy hiểm cho đập

4 Biến dạng của nền và thân đập

Đập đất thường có các bộ phận sau đây: thân đập, thiết bị chống

thấm (tường lõi, tường nghiêng, sân trước v.v ), thiết bị thoát

nước, thiết bị bảo vệ mái đập

 Thân đập là bộ phận chủ yếu bảo đảm ổn đỉnh của đập đất

 Thiết bị chống thấm làm bằng vật liệu ít thấm nước, có tác

dụng giảm lưu lượng thấm

 Thiết bị thoát nước có tác dụng tập trung nước thấm dần về

hạ lưu, tăng ổn định mái đập hạ lưu Thiết bị thoát nước làm

bằng vật liệu không dính như vải lọc cát, sỏi, cuội, đá hộc v.v

 Thiết bị bảo vệ mái đập chủ yếu có tác dụng chống sóng,

phòng ngừa tác hại do nhiệt độ biến đổi, do nước mưa chảy

tràn gây ra

II Các bộ phận của đập đất

22

Trang 10

III Phân loại đập đất

1 Theo biện pháp thi công

1 Đập đầm nén: khi đắp đất người ta trải từng lớp đất và đầm

nén chặt

2 Đập đất bồi: dùng máy thuỷ lực và phương pháp thuỷ lực để

thi công đập

3 Đập nửa bồi: dùng máy móc để đào và vận chuyển đất Khi

đắp đất thân đập thì dùng máy thuỷ lực

4 Đập đắp đất trong nước: Người ta đổ đất trong nước tĩnh

không phải đầm nén Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

đất sẽ được nén chặt

5 Đập đất bằng phương pháp nổ mìn định hướng: dùng bộc phá

hắt đất từ 2 bên bờ sông xuống tạo thành đập ngăn sông

2 Theo cấu tạo

1 Đập đồng chất (a); 2 Đập đất không đồng chất (b,c); 3 Đập có

tường nghiêng (d,e); 4 Đập có tường lõi (f,g); 5 Đập hổn hợp (h)

24

Trang 11

3 Theo điều kiện tháo nước

1 Đập đất không tràn nước

2 Đập đất tràn nước: chỉ sử dụng trong những điều kiện

hạn chế, áp dụng đối với đập thấp và có các kết cấu bảo

vê chống xói trên đỉnh và mái đập ( Ít sử dụng )

4.2 Nguyên tắc và các bước thiết kế đập đất (1)

I Nguyên tắc thiết kế

1 Đập và nền phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc (trong

thời gian thi công và khai thác)

2 Thấm qua nền đập và thân đập không làm tổn thất một lượng

nước quá lớn từ hồ chứa, không gây xói ngầm Nước thấm

thoát ra hạ lưu không làm hư hỏng đập Ở chỗ nối tiếp giữa

đập với nền và bờ cũng như các công trình khác cần đề

phòng hiện tượng thấm tập trung gây nguy hiểm cho sự an

toàn của công trình

3 Đập đất phải đủ cao, phải có công trình tháo lũ đảm bảo cho

hệ thống làm việc an toàn trong mùa lũ (như không cho nước

vượt qua đỉnh đập đất không tràn nước v.v )

26

Trang 12

I Nguyên tắc thiết kế

4 Đập đất phải đủ cao, phải có công trình tháo lũ đảm bảo cho

hệ thống làm việc an toàn trong mùa lũ (như không cho nước

vượt qua đỉnh đập đất không tràn nước v.v )

5 Có các thiết bị bảo vệ đập, chống tác hại của sóng, gió, mưa,

nhiệt độ v.v

6 Giá thành đập và kinh phí quản lý rẻ nhất

7 Việc lựa chọn loại đập đất, cấu tạo các bộ phận, thời gian và

phương pháp thi công phải dựa vào tình hình của hệ thống

công trình và thoả mãn các yêu cầu thi công, sử dụng và

quản lý

II Các bước thiết kế

 Lọc ngược và thiết bị tiêu nước,

 Ổn định mái, tường nghiêng và các lớp bảo vệ,

 Lún của thân, nền đập và chuyển vị ngang,

28

Trang 13

III Kích thước mặt cắt ngang của đập

1 Cao trình đỉnh đập

Khi thiết kế đập cần xét điều kiện không cho nước tràn qua đỉnh

đập trong mọi trường hợp làm việc; đập không quá cao để đảm

bảo điều kiện kinh tế

 Tính toán tương ứng với mực nước dâng gia cường (MNGC)

Khi xả lưu lượng lũ lớn nhất tính toán, xét tới chiều cao sóng leo

lên mái đập và nước dềnh do gió bình quân lớn nhất

 Tính toán tương ứng với mực nước dâng bình thường (MNBT)

Ở thượng lưu, có xét tới chiều cao sóng leo và nước dềnh do

gió lớn nhất tính toán

Cao trình đỉnh đập chọn là cao trình đỉnh đập lớn nhất trong

cả 2 trường hợp

III Kích thước mặt cắt ngang của đập

1 Cao trình đỉnh đập

 Độ vượt cao đỉnh đập

d = ∆h + hsl+ St+ a

Trong đó:

 ∆h: chiều cao mực nước dềnh do gió

 hsl: chiều cao sóng leo

Trang 14

2 Bề rộng đỉnh đập

 Chiều rộng đỉnh đập được xác định theo yêu cầu cấu tạo, theo

điều kiện giao thông và quốc phòng

 Khi sử dụng đỉnh đập làm đường giao thông thì chiều rộng

đỉnh phải xác định theo các quy định của giao thông, có xét tới

nhu cầu quản lý khai thác

 Khi không sử dụng đỉnh đập làm đường giao thông thì chiều

rộng đỉnh phải xác đinh theo kích thước các máy móc dùng

trong xây dựng và quản lý, đảm bảo đi lại thuận lợi cho công

cụ vận chuyển, cầu trục thi công

 Chiều rộng đỉnh đập không nhỏ hơn 3m đối với đập thấp và 5m

đối với đập cao và vừa

3 Mái đập và cơ đập

 Độ dốc mái đập phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại

đất đắp, tính chất nền v.v Khi thiết kế có thể tạm thời chọn hệ

số mái theo bảng dưới, sau đó chọn lại hệ số mái sau khi tính

ổn định mái

32

Trang 15

Một số lưu ý:

 Mái thượng lưu xoải hơn mái hạ lưu

 Thông thường cao khoảng 10 ÷ 15m, độ dốc mái đập nên

thay đổi Trị số thay đổi độ dốc mái không nên quá lớn,

thường khoảng ∆m = 0,25 ÷ 0,50

 Trên mái đập hạ lưu ngoài biên pháp thay đổi độ dốc còn bố

trí các cơ rộng 1,5 ÷ 2,0m để làm đường đi lại kiểm tra, đặt

rãnh thoát nước mưa

4.3 Tính toán thấm qua đập đất (1)

Mục đích và nhiệm vụ tính toán

 Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền Trên cơ sở

đó tìm lượng nước tổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện

pháp phòng chống thấm thích hợp

 Xác định vị trí đường bão hoà, từ đó sẽ tìm được áp lực thấm

dùng trong tính toán ổn định của mái đập

 Xác định gradien thấm (hoặc lưu tốc thấm) của dòng chảy

trong thân, nền đập, nhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu

để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, đẩy trồi đất và xác định kích

thước cấu tạo của tầng lọc ngược

I Khái niệm cơ bản

34

Trang 16

1 Công thức Duypuy (Dupuit)

II Tính toán thấm qua đập đất bằng phương pháp thủy lực

– các sơ đồ cơ bản

Xét tại một mặt cắt bất kỳ,

gradient cột nước của thấm:

dy J dx

 Theo Darcy: V = K.J

h

h y qdx Ky dy qx K  C

đường bão hòa là một parabol

bậc 2, nhận điểm đầu của thiết

bị thoát nước làm tiêu điểm F

Chọn hệ trục Oxy, OF=lo= ao/2

Theo tính chất của đường Parabol:

 PT đường bão hòa: = 2

 Độ dốc của đường bão hòa tại vị trí tiêu điểm F: J F dy 1

dx

36

Trang 17

2 Dòng thấm đổ vào vật thoát nước (tt)

 Nhắc lại kiến thức: Tính chất của đường Parabol

Cho một điểm F cố định và đường thẳng ∆ không đi qua F Tập hợp các

điểm cách đều F và ∆ được gội là đường Parabol

 Điểm F: là tiêu điểm của Parabol

 ∆: đường chuẩn của Parabol

 Khoảng cách từ F đến ∆ gọi là tham số tiêu của parabol

3 Dòng thấm ở nêm hạ lưu (đập không có vật thoát nước)

Đường bão hòa đỗ ra mái hạ lưu

đập tại điểm O, aogọi là độ cao hút

nước OE là đường thế phân chia

miền thấm giữa thân đập và miền

thấm nêm hạ lưu Xem như OE là

đoạn thẳng có độ nghiêng 1:0,5 Sơ đồ tính toán thấm

Xét một ống dòng tại tọa độ z, chiều cao dz, chiều dài l =

(0,5+m2).z Cột nước tổn thất từ đầu ống dòng đến cuối ống dòng

Lưu lượng qua ống dòng:

Lưu lượng qua toàn miền:

o a

o

Kdz Ka q

Trang 18

4 Dòng thấm ở nêm thượng lưu

Miền thấm (abc) được biến đổi về

miền thấm hình chữ nhật (adec) có

chiều dài ∆L Đường bão hòa (af)

được thay bằng đường bão hòa

m m

 



Theo kết quả thực nghiệm:

Theo giáo sư G.X.Mikailốp:

III Tính thấm qua đập đất trên nền không thấm

1 Đập đồng chất, không có thiết bị thoát nước

 Xác định lưu lượng thấm qua thân đập

40

Trang 19

 Xác định lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu

Khi h2 > 0, chia phần nêm hạ lưu

Z l

o

 Xác định lưu lượng thấm qua nêm hạ lưu (tt)

Trang 20

 Xác định lưu lượng thấm qua toàn bộ đập

2 2

2

o o

Để xác định các ẩn số q và aocần giải hệ phương trình sau:

 Phương trình đường bão hòa thấm

12

2 Đập đồng chất, có thiết bị thoát nước

 Khi hạ lưu không có nước

Theo bài toán thấm cơ bản:

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	590,6 KB