Luận văn thạc sỹ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY Lực MIKE 11 VÀ KOD TÍNH TOÁN THỦY LỰC CHO HỆ THỐNG THỦY LỢI CẦU SẬP, TỈNH BẾN TRE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỢI
MIKE 11 VÀ KOD TÍNH TOÁN THỦY LỰC CHO HỆ
THỐNG THỦY LỢI CẦU SẬP- TỈNH BẾN TRE
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
TP HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG I
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC
I Vò trí, giới hạn, diện tích:
1. Vò trí, giới hạn:
Vùng hưởng lợi của “Hệ thống thủy lợi Cầu Sập - tỉnh Bến Tre” bao
gồm phạm vi hành chánh của 2 huyện (gồm 12 xã và 1 thò trấn) như sau :
- Huyện Ba Tri (6 xã và 1 thò trấn) : Xã An Đức, An Bình Tây, An
Hiệp, An Ngãi Trung, An Ngãi Tây, Tân Hưng và thò trấn Ba Tri.
- Huyện Giồng Trôm (6 xã) : Xã Thạnh Phú Đông, Tân Đại Thạnh,
Tân Hào, Tân Thanh, Hưng Lễ, Hưng Nhượng.
Khu dự án được giới hạn bởi :
+ Phía đông bắc giới hạn bởi đường 885
+ Phía tây nam giới hạn bởi sông Hàm luông
+ Phía đông nam giới hạn bởi rạch Ba Tri
+ Phía tây bắc giới hạn bởi đường Liên Xã
2. Diện tích:
Tổng diện tích tự nhiên khu dự án là 10.938 Ha (kể diện tích sông
Hàm Luông). Đây là vùng đất đã được khai thác sớm của tỉnh Bến Tre; trong
đó đất sử dụng chủ yếu cho sản xuất nông nghiệp : 7.788 Ha (chiếm 71,2%
DTTN), kế đến là đất xây dựng cơ bản và đất thổ cư : 1.237 Ha (chiếm
11,3% DTTN), đất lâm nghiệp : 186 Ha.
II Đòa hình:
+ Vùng dự án do kiến tạo của hệ thống sông MeKong mà trực tiếp là sông

Hàm Luông, đây là vùng đồng bằng nên khá bằng phẳng, cao trình mặt
ruộng trung bình 0,7m, vùng thấp từ 0,4 - 0,6m (chiếm khoảng 40% diện
tích), vùng cao 0,8 - 0,9 (30% diện tích) cặp theo sông Hàm Luông va. Xu
thế đòa hình cao ở ven sông và thấp dần từ Tây Nam sang Đông Bắc. Với đòa
hình như trên thuận lợi cho cơ giới hóa nông nghiệp. Song, để tận dụng tưới
tiêu tự chảy nhờ thủy triều, cần phân khu và tổ chức vận hành bằng các biện
pháp thích hợp.
Vùng đất thấp thường là đất mặn trung bình, đất có độ cao từ 0,5 - 0,7m phát
sinh chủ yếu là đất mặn ít. Đất cát giồng và đất xáo trộn ở đòa hình cao do
lập líp làm vườn, trồng hoa màu.
+ Kết hợp đòa hình với xây dựng thủy lợi, có thể chia làm 3 khu vực :
- Khu vực 1 : Nằm ở phía Tây rạch Ba Tri tới rạch Sơn Đốc.
- Khu vực 2 : Nằm phía Tây rạch Sơn Đốc tới đầu rạch Cái Mít.
III Khí tượng, Thủy văn:
1. Khí Tượng:
Khí hậu vùng dự án mang đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa. Các số liệu
này lấy theo tài liệu của trạm Ba Tri và Giồng Trôm nằm trong vùng dự án
a.Nhiệt độ và ánh sáng :
Nhiệt độ trung bình hàng tháng khá cao (26,8 - 27,3
o
C) và tương đối ổn đònh
trong năm, tháng I, II nhiệt dộ thấp nhất trong năm cũng bình quân 25,2 -
25,5
o
C. Các trò số trên là khoảng nhiệt độ tối ưu mà nhiều loại cây trồng đạt
hiệu suất quang hợp lớn nhất.
Bảng 1: Bảng nhiệt độ trung bình tháng (
o
C)
Trạm Tháng TB cả

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm
Ba Tri 25.2 25.9 27.1 28.6 28.5 27.6 27.2 27 26.9 26.8 26.4 25.5 26.8

Bảng 2: Bảng số giờ nắng trung bình cả ngày của tháng (giờ/ngày)
Trạm Tháng TB cả
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm
Ba Tri 8.52 9.29 9.29 8.4 6.81 6.2 6.19 6.19 5.3 6.0 7.0 7.71 7.18
Đối với ánh sáng thì số giờ nắng luôn luôn > 5 giờ trong ngày như vậy cây
trồng có đủ ánh sáng để thực hiện quá trình quang hợp vào bất cứ vụ mùa nào.
b/ Độ ẩm:
Độ ẩm không khí có liên quan mật thiết đến chế độ mưa.
- Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 là mùa ẩn ướt độ ẩm trung bình từ 83% -
86%.
- Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4, độ ẩm trung bình 76% - 80%, thấp nhất
là tháng 2 đến tháng 4 độ ẩm trung bình là 77%.
Bảng 3: Bảng độ ẩm không khí trung bình tháng
Trạm Tháng TB cả
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm
Ba Tri 81 81 80 80 83 85 86 86 88 88 86 82 84
c/ Bốc hơi:
Tổng lượng bốc hơi trong toàn năm từ 959 mm đến 1126 mm, mùa mưa bốc
hơi ít, lượng bốc hơi trung bình mỗi tháng từ 55 - 90 mm.
Mùa khô bốc hơi nhiều, hầu hết các tháng mùa khô lượng bốc hơi trung bình
mỗi tháng lớn hơn 100 mm.
- Lượng bốc hơi trung bình ngày 2,9 mm.
- Lượng bốc hơi trung bình ngày của tháng lớn nhất 4,2 mm.
- Lượng bốc hơi trung bình ngày của tháng ít nhất: 2,2 mm.
- Tháng bốc hơi lớn nhất: tháng 2.
- Tháng bốc hơi ít nhất: tháng 10.
Bảng 4: Bảng bốc hơi trung bình tháng (mm/7 ngày)

Trạm Tháng TB cả
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm
Ba Tri 3.7 4.2 4.0 4.1 3.0 3.0 2.7 2.5 2.3 2.2 2.6 3.1 2.9
2. Mưa và phân bố mưa :
Mưa là yếu tố chi phối và cũng có ý nghóa quan trọng đối với sản xuất nông
nghiệp vùng dự án. Vũ lượng bình quân : 1.404 mm/năm, xếp vào loại thấp
ở ĐBSCL.
Phân bố mưa theo mùa là một đặc trưng của Nam bộ nói chung và vùng dự
án nói riêng. Mùa mưa thực sự bắt đầu từ 4 - 18/V, kết thúc 13 - 30/X. Tổng
số ngày mưa trong mùa mưa thực sự : 156 - 164 ngày; song lượng mưa đã
chiếm đến 75 - 82% tổng lượng mưa cả năm.
Tóm lại, về mặt khí hậu, cơ bản rất thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, nhất
là các yếu tố : nhiệt độ, ánh sáng, ẩm độ, khó khăn duy nhất phải khắc
phục là mưa, đặc biệt mưa rất ít vào mùa khô, gây đình đốn sản xuất do
thiếu nước ngọt.
Bảng 5: Bảng mưa trung bình tháng (mm)
Trạm Tháng TB cả
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm
Ba Tri 0.4 0.7 4.4 38.5 157. 207 174 174 286 278 93 9.9 1404
Bảng 6: Bảng số ngày mưa trung bình trong các tháng (ngày)
Trạm Tháng TB cả
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm
Sóc Trăng 2 1 1 4 15 20 20 20 20 19 11 4 132
Trong mùa mưa đôi khi cũng thường xảy ra hạn, các đợt hạn này kéo dài từ 5
- 10 ngày trong các tháng 5, 6, 7 nhân dân đòa phương thường gọi là hạn Bà Chằng.
3. Nguồn nước và chế độ thủy văn :
a. Nguồn nước mặt :
Nguồn nước mặt ở vùng dự án được xem là khá dồi dào do được bao bọc bởi
sông Hàm Luông về phía Tây và Tây-Nam với tổng chiều dài : 22,5 Km
(thuộc phạm vi vùng dự án) và phía Đông-Bắc, cách vùng dự án 10 - 15 Km

là sông Ba Lai. Đây là hai nhánh của sông Tiền, song chất lượng nước lại rất
kém do nhiễm mặn nên khả năng khai thác nước mặt phục vụ cho nông
nghiệp và sinh hoạt lại rất hạn chế.
Sông Hàm Luông có lưu lượng mùa kiệt : 829 m
3
/s, nhưng mặn 4 g/l đã ảnh
hưởng vào tháng II và tăng dần nồng độ cũng như phạm vi ảnh hưởng lên
vượt khỏi ranh giới phía Tây-Bắc vùng dự án. Do đó, chất lượng nước của
sông Hàm Luông chỉ có thể sử dụng cho nông nghiệp bắt đầu từ cuối tháng
VI đấn đầu tháng I, nên hầu hết diện tích canh tác dọc theo sông hàm Luông
của vùng dự án chỉ mới canh tác được một vụ lúa mùa mưa.
Vùng dự án còn được hưởng nguồn nước mặt dẫn từ sông Ba Lai qua rạch
Cây Da (dự án thủy lợi Cây Da) nên đã có một số diện tích canh tác 2 - 3 vụ
lúa/năm; song cũng không ổn đònh do lượng nước hạn chế.
Xét về tổng quan, vùng dự án có mật độ sông rạch tự nhiên và kênh mương
khá dày đặc, diện tích đất sông rạch lên đến 1.728 Ha (chiếm 15,79%
DTTN), đặc biệt phần huyện Ba Tri trong vùng dự án tỷ lệ đất sông rạch lên
đến 20,16% DTTN; song nguồn nước có chất lượng để phục vụ cho sản xuất
và sinh hoạt rất thiếu. Muốn tận dụng khai thác hợp lý và có hiệu quả nguồn
nước ngọt phải tiến hành xây dựng đồng bộ hệ thống công trình thủy lợi mà
quan trọng hàng đầu là cống lấy nước kết hợp ngăn mặn và hệ thống kênh
mương nội đồng hoàn chỉnh, căn cứ vào chất lượng nước của từng chu kỳ
hoạt động của thủy triều mà mở cống dẫn nước vào nội đồng.
b. Nguồn nước ngầm :
Theo tài liệu nước ngầm của Liên đoàn Đòa chất-Thủy văn (bản đồ tỷ lệ
1/250.000) và kết quả khoan khai thác của Chương trình nước sạch nông
thôn, trong vùng dự án nước ngầm được chia ra 2 loại : Nước ngần
Pleitocene trên đất cát giồng có số lượng và chất lượng tốt, đảm bảo cho sinh
hoạt. Nước ngầm tầng sâu khoan ở các vùng đất mặn có chất lượng rất kém,
độ khoáng hóa cao, không sử dụng được cho sinh hoạt và trồng trọt.

c. Chế độ thủy văn :
* Xâm nhập mặn :
Do vùng dự án nằm sát sông Hàm Luông, cách biển 15 - 25 Km nên chòu
ảnh hưởng trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông.
Sông Hàm Luông vừa sâu và rộng nên cường độ truyền triều rất mạnh, đã
đưa mặn xâm nhập sâu vào nội đòa. Số liệu quan trắc của đài khí tượng -
thủy văn Bến Tre trên sông Hàm Luông từ năm 1980 - 1991 cho thấy :
+ Trạm Sơn Đốc (Thời gian xuất hiện và kết thúc mặn 3%o) :
Năm Bắt đầu xuất hiện Kết thúc
1980 09/II 27/V
1989 17/III 13/VI
1990 10/I 11/VI
1991 18/II 21/VI
Diễn biến mặn tại Sơn Đốc đạt mức cao nhất vào tháng IV (năm1982) là
13,4 g/l.
+ Trạm Tân Thủy :
Năm Bắt đầu xuất hiện Kết thúc
1981 11/XI 21/VII năm 1982
1983 01/XI 21/VII năm 1984
1986 01/XI 21/VII năm 1987
1990 05/XI 01/VIII năm 1991
Khoảng cách xâm nhập mặn từ biển vào sông Hàm Luông ở nồng độ 4 g/l
tháng II cách biển 16 Km, tháng III là 25 Km, tháng IV là 30 Km, tháng V là
19 Km và tháng VI là 19 Km.
* Thủy triều :
Vùng dự án chòu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông
qua sông Hàm Luông với biên độ triều lớn. Một ngày triều có thời gian 24
giờ 50 phút, một chu kỳ triều 13 - 14 ngày và một ngày nước triều lên xuống
có hai đỉnh triều và chân triều.
Đỉnh triều cao nhất tại Sơn Đốc là : 1,5m và chân triều thấp nhất là : - 1,0m,

cho nên vùng dự án có khả năng lợi dụng thủy triều để tiêu tự chảy. Đồng
thời, một khi hoàn chỉnh hệ thống thủy lợi cũng có thể tận dụng biên độ triều
để tưới tự chảy.
Thủy triều được xem là tác động chủ yếu đưa mặn xâm nhập sâu vào nội đòa
trong mùa kiệt và gia tăng ngập úng vào mùa mưa.
Do gần với sông lớn thông ra biển biên độ triều lớn 2,5 - 3,0m nên cường độ
truyền triều mạnh, đặc biệt là vào các tháng mùa khô.
IV. Đòa chất công trình :
Căn cứ vào kết quả các hố khoan khảo sát đòa tầng khu vực xây dựng công
trình ta có được các kết quả sau :
• Lớp 1a :
Đất mắt, đất đắp : Sét màu xám nâu vàng

PHAÀN II
SO SAÙNH CHOÏN
PHÖÔNG AÙN
CHƯƠNG I
CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH
I. CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN
Việc lựa chọn vò trí cống thích hợp phải xem xét các điều kiện sau :
− Phù hợp với quy hoạch chung về sản xuất nông nghiệp, thủy sản cũng
như giao thông thủy bộ.
− Chế độ thủy lực tốt, hạn chế tối đa việc gây xói lở công trình
− Đòa chất nền móng tốt để bảo đảm ổn đònh công trình
− Điều kiện thi công, Mặt bằng thi công thuận lợi, chi phí đền bù & i2đònh
cư nhỏ.
− Vốn đầu tư công trình hợp lý.
II. HÌNH THỨC CỐNG
Có 2 loại cống là cống lộ thiên (cống hở) và cống ngầm, mỗi loại đều có ưu khuyết
điểm riêng. Trong thiết kế, việc so sánh phương án giữa cống ngầm và cống lộ

thiên là điều cần thiết để có phương án hợp lý nhất.
1) Cống ngầm :
Cống ngầm có thân là loại ống ngầm đặt sâu dưới thân đập, thân đê; được dùng
khá rộng rãi để lấy nước, tháo nước từ hồ chứa, từ sông hoặc tháo ra sông,… Dọc
các kênh tưới hoặc trên các trục đường giao thông phía dưới cũng hay dùng cống
ngầm lấy nước hoặc tiêu nước.
Về mặt hình thức, cống ngầm cũng rất phong phú, có thể chia theo chế độ thủy lực
gồm cống chảy không áp, có áp, bán áp; hoặc chia theo hình dạng mặt cắt và kết
cấu.
2) Cống lộ thiên :
Cống lộ thiên (cống hở) là kết cấu nằm lộ trên mặt đất thường dùng trong cống lấy
nước ven sông, cống điều tiết, cống phân nước, cống phân lũ, cống ngăn triều
Đặc điểm của cống lộ thiên là cột nước thượng hạ lưu thường không lớn, ngay cả ở
các cống phân lũ.
Khi thiết kế việc lựa chọn các hình thức, kết cấu và kích thước các bộ phận của
cống cần dựa vào tình hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cống làm việc an toàn
về ổn đònh trước, về phòng chống thấm, phòng xói, về sức chòu của các kết cấu và
nền công trình, thỏa mãn yêu cầu về dẫn, tháo nước qua cống.
III. CÁC LOẠI CỬA VAN
Thông thường sử dụng 2 loại chính là cửa van phẳng và cửa van cung.
1)
Van cung
Đây là loại cửa van có bản chắn nước cong mặt trụ, sau tấm chắn là hệ thống dầm
tựa vào càng, chân càng tựa vào trục quay, thường bố trí tâm quay, trùng tâm vòng
tròn của mặt chắn.
• Ưu điểm
− Điều tiết lưu lượng khá tốt
− Lực đóng mở nhỏ, đóng mở nhanh và dễ dàng
− Mố trụ nỏng so với van phẳng do ke van của van cung nông.
• Nhược điểm

− Mố trụ phải dày do có càng van
− Cửa van có cấu tạo phức tạp, chế tạo lắp ráp khó khăn.
− Tình hình chòu lực của mố trụ phức tạp do áp lực nước tác dụng
tập trung lên mố (qua càng van) làm cho ứng suất phát sinh trong mố.
Do đó việc bố trí cốt thép cũng phức tạp hơn mố phẳng.
− Thường bò rò rỉ hay bò kẹt khi vận hành
2)
Van phẳng
Cửa van phẳng được sử dụng rộng rãi gồm 2 loại nhỏ :
• Van đóng mở bằng máy (thủ công)
• Van đóng mở tự động : có các hình thức sau :
− Cửa van Cláp-pê : cần 2 van ở 2 phía thượng hạ lưu cống
− Cửa van hình chữ nhân : dễ gặp trường hợp cắt thuyền
− Cửa van hình chữ nhất :
• Ưu điểm
− Tác dụng chắn nước và điều tiết khá tốt
− Có thể chòu áp lực lớn, có thể sử dụng với nhòp lớn
− Có cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng
− Trụ pin ngắn
− Dùng được cả trên mặt và dưới sâu.
− Van đóng mở tự động thì thời gian đóng mở nhanh, thời gian
quản lý ít.
− Van đóng mở tự động tháo được các vật dưới đáy và vật nổi dễ
dàng.
• Nhược điểm
− Khe van tương đối sâu nên mố trụ phải dày
− Đối với van đóng mở bằng tay hoặc máy thì lực kéo khi mở cửa
van tương đối lớn, tốc độ đóng mở chậm.
− Việc tháo vật nổi ở van đóng mở bằng tay hoặc máy gặp khó
khăn.

Qua phân tích 2 loại cửa van em đề nghò chọn cửa van phẳng làm bằng thép
đóng mở tự động. Theo tài liệu thuỷ văn ta biết đồng bằng sông Cửu Long nói
chung cũng như khu vực của dự án đều chòu ảng hưởng của biển đông có dạng bán
nhật triều. Do đó nếu chọn cửa van kiểu đóng mở bằng tay hoặc máy thì việc quản
lý sẽ gặp khó khăn khi phải đóng mở nhiều lần trong ngày do ảnh hưởng của thuỷ
triều. Vì vật ta thấy việc chọn cửa van phẳng đóng mở tự động là hợp lý nhất đối
với điều kiện ở đây.
CHƯƠNG II
PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN
 Đặc điểm thủy lực ĐBSCL
ĐBSCL là phần cuối cùng của châu thổ sông MeKong tiếp giáp với hai vùng
biển khác nhau -biển Đông và biển Tây (vònh Thái Lan). Sông MeKong bắt nguồn
từ các vùng núi cao thuộc tỉnh Vân Nam (Trung Quốc) chảy qua Lào, CPC và chảy
qua Việt Nam ra biển Đông, có chiều dài 4.200 km và diện tích lưu vực
795.000km
2
. Phần sông MeKong chảy qua Việt Nam, theo nhánh sông Tiền, có
chiều dài 217 km và diện tích 39.000km
2
. Sau khi ra khỏi Phnôm Pênh, nơi nhập
lưu của dòng chính từ Kratie xuống nhánh Tonlesap từ biển Hồ ra, sông MêKông
chia làm hai nhánh lớn chảy vào ĐBSCL, là sông Tiền và sông Hậu. Từ Vónh Long
đến Mỹ Tho, sông Tiền lần lượt hình thành các chi lưu lớn kế tiếp nhau là Cổ
Chiên, Hàm Luông, Ba Lai và Mỹ Tho. Sông Hậu chảy thành một dòng thẳng tắp
và chỉ chia hai trước khi đổ ra biển chừng 30 km qua cửa Đònh An và Trần Đề.
Ngoài các nhánh sông chính, ĐBSCL còn có một hệ thống sông rạch nhỏ tự nhiên
như Cái Lớn, Cái Bé, Mỹ Thanh, Gành Hào, Bảy Háp, Ông Đốc… Trước đây, các
hệ thống sông này tạo thành lưu vực riêng, với diện tích từ vài chục đến vài trăm
nghìn hecta. Ngày nay, hệ thống kênh mương nhân tạo liên kết sông lớn với các
sông rạch nhỏ thành một mạng lưới sông - kênh rất phức tạp, có quan hệ thủy văn -

thủy lực với nhau.
Do tiếp giáp với 2 vùng biển khác nhau, ĐBSCL chòu ảnh hưởng của 2 chế độ triều
: triều biển Đông và triều biển Tây.
Thủy triều biển Đông là chế độ bán nhật triều , mỗi ngày có 2 kỳ triều lên và triều
xuống. Trong một tháng cũng có 2 thời kỳ triều : thời kỳ triều cường và thời kỳ
triều kém.
Thủy triều biển Tây nói chung thuộc loại triều hỗn hợp thiên về nhật triều. Hình
dạng triều ở đây gần như ngược lại với dạng triều ở vùng biển phía Đông. Biên độ
triều nhỏ, tối đa chỉ đạt 1,1 ± 0,1m. Vì vậy hướng triều của vònh Thái Lan vào
ĐBSCL yếu hơn nhiều so với triều biển Đông.
 Nguyên lý tính toán bài toán thủy lực mạng cho các công trình thủy lợi ở
Đồng bằng sông Cửu Long
Về nguyên lý, để giải bài toán thủy lực mạng ở ĐBSCL phải sơ đồ hoá mô hình
thủy lực và được giải trên cơ sở hệ phương trình Saint Venant :







=+






∂
∂

+






∂
∂
+
∂
∂
=−
∂
∂
+
∂
∂
0
0
0
J
w
Q
lgw
Q
w
Q
lgl
z

q
t
w
l
Q
c
α
α
Các đại lượng trong phương trình trên :
Q : lưu lượng
l : chiều dài sông
w : diện tích mặt cắt sông
t : thời gian tính toán
z : cao trình mực nước
α : hệ số động năng
q : lưu lượng gia nhập hay mất đi
J : độ dốc
g : gia tốc trọng trường
Về nguyên tắc, để giải bài toán thủy lực dòng không ổn đònh thay đổi dần trên một
hệ thống kênh – sông có thể dùng phương pháp đặc trưng cũng như sai phân hoặc
các phương pháp khác.
Khi các lòng dẫn đơn nối với nhau sẽ tạo thành một hệ thống hay còn gọi là một
mạng lưới kênh – sông. Chỗ giao nhau của các lòng dẫn trong mạng lưới sông được
gọi là các điểm nút. Nếu các lòng dẫn của hệ thống không tạo thành một vòng kín
nào thì được gọi là hệ thống hở; ngược lại được gọi là hệ thống kín. Việc tính toán
cho mạng lưới kín hay hở nói chung không có gì khác nhau.
 Phương pháp tính toán
Sử dụng kết quả tính toán thủy lực toàn mạng tiểu dự án Ô Môn – Xà No do Công
ty Tư vấn Xây dựng thủy lợi II tính toán trên máy tính bằng chương trình VRSAP
( Vietnam River System and Plain). Trong tính toán, áp dụng phương pháp sai phân

4 điểm của Preissman để giải hệ phương trình Saint Venant.
 Kết quả tính toán
A. PHƯƠNG ÁN – CỐNG LỘ THIÊN
B. PHƯƠNG ÁN – CỐNG NGẦM
PHAÀN III
THIEÁT KEÁ
PHÖÔNG AÙN CHOÏN
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN THỦY LỰC
IV.TÍNH THỦY LỰC KÊNH
3)
Chọn kích thước kênh
− Chiều rộng đáy kênh dẫn b
k
= 24 m
− Cao trình đáy kênh = -3.0 m
− Độ dốc mái kênh m = 2
4)
Kiểm tra mặt cắt kênh
a) Kiểm tra điều kiện không xói
Điều kiện đảm bảo kênh không bò xói
[ ]
kx
VV =
max
V
max
là lưu tốc lớn nhất trong kênh
max
max

max
ω
Q
V =
( )
kkk
hhmb
max
+=
ω
h
k
= ∇
đk
+ Z
S
[V
kx
] là lưu tốc đảm bảo kênh không bò xói, [V
kx
] = K*Q
0.1
trong đó K phụ
thuộc đất lòng kênh = 0.57.
Ta chọn được các trò số V
max
. Kết quả tính toán trong bảng sau :
Bảng kiểm tra điều kiện xói lở trong kênh
Giờ Zs (m) h
k

(m) Q (m
3
/s) m

 V (m/s) [V
kx
]
120 0.46 3.46 97.9 106.98 0.92 0.91
121 0.06 3.06 117.7 92.17 1.28 0.90
122 -0.29 2.71 118.8 79.73 1.49 0.88
123 -0.55 2.45 111.9 70.81 1.58 0.87
124 -0.77 2.23 103.7 63.47 1.63 0.86
125 -0.90 2.1 94.6 59.22 1.60 0.86
126 -0.90 2.1 83.7 59.22 1.41 0.86
Bảng 3. –Kiểm tra điều kiện xói lở
So sánh ta thấy kênh thỏa mãn điều kiện không xói lở.
b) Kiểm tra điều kiện bối lắng.
Về điều kiện bồi lắng, do đặc điểm của cống vùnh triều, mực nước thay đổi liên tục, lưu
tốc dòng chảy trong kênh dao động từ 0 ÷ V
max
cho nên khi dòng chảy với lưu tốc nhỏ sẽ
có thời điểm xảy ra bồi lắng nhưng thời gian xảy ra không lâu.Tuy vậy cần có biện pháp
nạo vét đònh kỳ.
V. XÁC ĐỊNH KHẨU DIỆN CỐNG
1)
Tài liệu tính toán
− Đường quá trình mực nước trước và sau cống trong các trường
hợp
− Chiều rộng thông nước Bc = 15m
− Cao trình ngưỡng cống : ∇-3,2 m

− Chiều dài ngưỡng cống L = 17m
− Chiều rộng đáy kênh dẫn b
k
= 24 m
− Cao trình đáy kênh : ∇
k
-3,0m
5)
Trường hợp tính toán
Qua số liệu mực nước trước và sau cống ta chọn trường hợp tổ hợp mực nước bất lợi nhất
để tính.
6)
Công thức tính toán
a) Xác đònh chế độ chảy trong cống
Hình 3. - Sơ đồ xác đònh chế độ chảy
Theo QPTL C8-76, dòng chảy qua ngưỡng cống chảy ngập khi :
on
n.Hh ≥
Trong đó :
h
n
: độ sâu chảy ngập
h
h
: chiều cao cột nước ở hạ lưu cống.
n : hệ số ngập.
H
o
: cột nước trên đỉnh tràn có kể đến lưu tốc tới gần
1. Xác đònh cột nước H

0
g.2
α.V
HH
2
o
o
+=
(
α
= 1,0 )
mà : H = Z
đồng
– Z
đáy kênh

k
o
Q
V
ω
=
(m/s)
ω
k
: diện tích mặt cắt ướt trước tràn
ω
k
= b
stn

* h
stn
2. Xác đònh hệ số ngập n
Hệ số ngập n chính là trò số
pg
0
n
H
h








phụ thuộc hệ số lưu lượng m và hệ số mở rộng dòng
chảy khi chảy ra hạ lưu; trò số υ
n
tính theo công thức
H
n
H
hB
Ω
=
*
ν

trong đó
B - chiều rộng thông nước của cống;
Ω
H
- diện tích mặt cắt ướt của kênh hạ lưu.
Chỉ số ngập được n cho ở đồ thò hình 17 “Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn” QPTL C
-8 - 76.
3. Xác đònh hệ số lưu lượng m , tra theo bảng
Cumin “Bảng tra thủy lực” ta được m = 0.35.
Từ hệ số lưu lượng m và υ
n
tra bảng được hệ số ngập n.
Bảng xác đònh chế độ chảy trong cống
Giờ
Z
S
(m)
Z
đ
(m)

m 
Q
(m
3
/s)
H
0

(m)

h
n
(m)
h
h
(m)
Ω
h
(m
2
)
ν
H
n =
f(m,ν
H
)
n*H
0
(m)
Nhận xét
120 0.46 0.71 0.25 97.90 3.91 3.66 4.96 128.03 0.69 0.858 3.35 Chảy ngập
121 0.06 0.54 0.48 117.70 3.74 3.26 4.56 110.12 0.71 0.857 3.21 Chảy ngập
122 -0.29 0.33 0.62 118.80 3.53 2.91 4.21 95.24 0.73 0.858 3.03 Chảy ngập
123 -0.55 0.12 0.67 111.90 3.32 2.65 3.95 84.67 0.75 0.864 2.87 Chảy ngập
124 -0.77 -0.07 0.7 103.70 3.13 2.43 3.73 76.03 0.77 0.867 2.71 Chảy ngập
125 -0.90 -0.25 0.65 94.60 2.95 2.3 3.6 71.07 0.78 0.868 2.56 Chảy ngập
126 -0.90 -0.39 0.51 83.70 2.81 2.3 3.6 71.07 0.78 0.867 2.44 Chảy ngập
b) Kiểm tra khả năng tháo
Lưu lượng tháo được tính theo công thức đập tràn đỉnh rộng có các mố trụ :

)(2
101
hHghBQ
cng
−=
ϕϕ

trong đó
B
C
= 15 m : chiều rộng thông nước
ϕ
g
hệ số co hẹp bên, tính theo công thức
ϕ
g
= 0.5*
ε
0
+0.5 với
93.0
2.17
2.12.17
0
=
−
=
−
=
∑

B
dB
ε
với :
B = 17.2 m : chiều rộng toàn bộ lỗ cống
d = 1.2 m : tổng trchiều dày trụ pin giữa
⇒

ϕ
g
= 0.965
ϕ
n
hệ số lưu tốc chảy ngập, phụ thuộc hệ số lưu lượng m, tra trong bảng tra
thuỷ lực, với m= 0.35 ⇒ ϕ
n
= 0.93
h
1
- chiều cao cột nước trên ngưỡng cống
h
1
= h
n
– Z
hp
Z
hp
– chiều cao hồi phục, trò số của nó là
Z

hp
=
ξ
hp
* h
k

ξ
hp
– độ cao hồi phục tương đối xác đònh theo biểu đồ hình 20 QPTL C – 8
- 76 phụ thuộc vào hệ số mở rộng khi dòng chảy đi xuống hạ lưu
H
n
H
hb
Ω
=
.
ν
và phụ thuộc vào độ ngập tương đối ξ
n
.
Trò số ngập tương đối ξ
n
bằng :
k
n
n
h
h

=
ξ
trong đó
3
2
k
g
q
h
α
=
.
Bảng kiểm tra khả năng tháo
Giờ
Q
(m
3
/s)
q
(m
3
/s.m)
H0
(m)
h
n
(m)
h
K
(m)

ν
H
ξ
n
ξ
hp
Z
hp
(m)
h
(m)
Q
th
(m
3
/s)
120 97.9 6.53 3.91 3.66 1.63 0.69 2.24 0.022 0.036 3.62 115.55
121 118 7.85 3.74 3.26 1.84 0.71 1.77 0.019 0.035 3.22 138.01
122 119 7.92 3.53 2.91 1.86 0.73 1.57 0.017 0.032 2.88 138.54
123 112 7.46 3.32 2.65 1.78 0.75 1.49 0.015 0.027 2.62 130.57
124 104 6.91 3.13 2.43 1.70 0.77 1.43 0.013 0.022 2.41 122.01
125 94.6 6.31 2.95 2.3 1.59 0.78 1.44 0.013 0.021 2.28 111.31
126 83.7 5.58 2.81 2.3 1.47 0.78 1.57 0.014 0.021 2.28 99.00
 KL : Trong tất cả các trường hợp tính toán trên, khẩu diện cống đã chọn đều
đảm bảo khả năng tháo (Q
th
>Q) yêu cầu.
VI. TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG
1)
Trường hợp tính toán

Dưới đây là các số liệu để tính toán tiêu năng được chọn từ các số liệu về thủy lực của
công trình :
Bảng số liệu tính toán tiêu năng
Giờ
Z
S
(m)
Z
đ
(m)

m 
Q
(m
3
/s)
120 0.46 0.71 0.25 97.90
121 0.06 0.54 0.48 117.70
122 -0.29 0.33 0.62 118.80
123 -0.55 0.12 0.67 111.90
124 -0.77 -0.07 0.7 103.70
125 -0.90 -0.25 0.65 94.60
126 -0.90 -0.39 0.51 83.70
7)
Xác đònh chế độ chảy sau cống
Ta xác đònh trò số h
c
” so sánh với h
H
, từ đó xác đònh được chế độ chảy sau cống.

Trước tiên ta tính F(τ
c
) theo công thức :
( )
2/3
0
.E
q
F
c
ϕ
τ
=

trong đó
b
Q
q
∑
=
m
3
/s
ϕ : hệ số lưu tốc lấy theo bảng Pavơxlốpki ϕ = 0,95
1
2
0
100
2
P

g
V
HPHE ++=+=
α
(do P
1
=1.3 m)
với :
P
1
=1.3 m
k
Q
V
ω
=
0
m/s
8)
Kết quả tính toán :
Bảng tính tiêu năng sau cống
Giờ
Q
(m
3
/s)
q = Q/b
(m
3
/s.m)

H
0
(m)
E
0
(m)
h
h
(m)
Fτc
τc
hc
(m)
"
c
τ
"
c
h
(m)
hc
hh −
"
(m)
Trạng thái
nhảy
120 97.9 4.079 3.91 5.21 4.96 0.361 0.0852 0.444 0.4896 2.551 -2.409 Nhảy ngập
121 117.7 4.904
3.7
4

5.04 4.56 0.456 0.1091 0.550 0.5402 2.723 -1.837 Nhảy ngập
122 118.8 4.950
3.5
3
4.8
3
4.21 0.491 01180 0.570 0.5566 2.688 -1.522 Nhảy ngập
123 111.9 4.663
3.3
2
4.62
3.9
5
0.494 01188 0.549 0.5582 2.579 -1.371 Nhảy ngập
124 103.7 4.321
3.1
3
4.4
3
3.7
3
0.488 01172 0.519 0.5552 2.460 -1.270 Nhảy ngập
125 94.6 3.942 2.95 4.25 3.6 0.474 01136 0.483 0.5485 2.331 -1.269 Nhảy ngập
126 83.7 3.488 2.81 4.11 3.6 0.441 01052 0.432 0.5224 2.147 -1.453 Nhảy ngập
 Kết luận :
Ta thấy trong tất cả các trường hợp tính h
h
>
"
c

h
. Vậy hình thức nối tiếp sau cống là nước
nhảy ngập.
Theo lý thuyết, ta chỉ cần bố trí tiêu năng theo cấu tạo.Tuy nhiên, do lưu tốc xoáy sinh ra
trước và sau cống vì dòng chảy mở rộng hay co hẹp đột ngột, do tính chất không ổn đònh
của dòng chảy trong kênh cùng với ảnh hưởng của mực nước triều thay đổi liên tục vẫn
bố trí các bộ phận tiêu năng ở thượng hạ lưu cống.
Dựa vào thực tế rút ra từ các công trình đã xây dựng và kết quả thí nghiệm mô hình các
cống trong khu vực, ta chọn kết cấu tiêu năng như sau :
CHƯƠNG II
BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN
VII. THÂN CỐNG
Thân cống là phần chủ yếu của cống bao gồm ngưỡng đáy, các mố giữa, mố bên,
cửa van và các bộ phận bố trí bên trên như cầu giao thông, cầu công tác,
Nhằm thuận lợi trong xây dựng công trình, đảm bảo tiến độ thi công ta chọn lọai
cửa van đã được chế tạo sẵn.
1) Mố cống
Các mố cống bao gồm mố giữa và các mố biên. Trên mố bố trí các khe van và khe
phai.
Xác đònh cao trình đỉnh mố (cao trình đỉnh cống)
Cao trình đỉnh cống được xác đònh từ điều kiện làm việc :
Z
đc
= Z
max
+
∆
h +
η
s

+ a
trong đó
∆h : độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất
η
s
: độ dềnh cao nhất của sóng
a : độ cao an toàn
Theo điều kiện tự nhiên ta có
−
Mực nước lớn nhất trong trường hợp Z
max
= +1.17 m;
−
Vận tốc gió lớn nhất V
max
= 23 m/s
−
Thời gian gió thổi liên tục t = 6h;
−
Đà gió D = 250 m
♦ Tính ∆h
Độ dềnh do gió xác đònh theo công thức :
β
cos10*2
2
6
gH
DV
h
−

=∆
H = Z
max
= +1.13 - ∇
đ
= 1.17 – (-3) = 4.17 m
β là góc hợp giữa trục dọc công trình và hướng gió => cosβ =1.
⇒
===∆
−−
1*
17.4*81.9
250*23
10*2cos10*2
2
6
2
6
β
gH
DV
h
0.0065 m.
♦ Xác đònh ηs
Theo công thức tính độ dềnh sóng trong “Giáo trình thủy công 1” :
η
s
= K
η
s

* h
s0.5%
• Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0.5λ
Từ các số liệu đã biết tính được các đại lượng :
==
23
3600*6*81.9
V
gt
9212.9
==
22
23
250*81.9
V
gD
4.63
Tra bảng phụ lục P2-1 “Đồ án môn học Thủy công” xác đònh các đại lượng sau :















=
=
⇒=
9.3
078.0
9.9212
2
V
g
V
hg
V
gt
τ
;















=
=
⇒=
64.0
0042.0
63.4
2
2
V
g
V
hg
V
gD
τ
Chọn cặp trò số nhỏ hơn trong 2 cặp trò số trên tiếp tục tính được :
==
81.9
0042.0*
2
V
h
0.226 m
==
g
V 64.0*
τ
1,5 m
Tiếp tục tính được bước sóng λ và kiểm tra điều kiện sóng nước sâu :

===
14.3*2
5,1*81.9
2
2
2
π
τ
λ
g
3.51 m
Kiểm tra điều kiện sóng nước sâu theo H = 4.17 >
λ
5.0
=
76,1
2
51.3
=
m
=> thỏa mãn điều kiện sóng nước sâu.
Chiều cao sóng với mức đảm bảo 0.5%
h
0.5%
= K
0.5%
*
h

Trong đó K

0.5%
tra theo đồ thò P2-2 ứng với
==
22
23
250*81.9
V
gD
4.63
⇒ K
0.5%
= 2.25 ⇒ h
0.5%
= K
0.5%
*
h
= 2.25*0.226 = 0.51 m
• Hệ số K
s
tra đồ thò P2-4a “Đồ án môn học thủy công”

=









=
λ
λ
η
h
H
fK
s
;
(0.842 ; 0.064) K
s
= 1.17
Vậy η
s
= K
s
* h
0,5%
= 1.17*0.51 = 0.6 m.
♦ Độ cao an toàn a xác đònh tùy theo bảng 5-1 “Giáo trình thủy công I” tùy
thuộc cấp công trình. Đối với công trình cấp III, xác đònh được a = 0.5 m.
♦ Từ các kết quả đã tính, ta có cao trình đỉnh cống bằng :
Z
đc
= Z
max
+ ∆h + η
s
+ a = +1.17 + 0.0065 + 0.6 + 0.5 = 2.28 m

Vậy chọn cao trình đỉnh mố cống ∇
đm
= +2.5m.
Mố giữa
Mố giữa phân lỗ cống thành 2 khoang, việc phân chia này thuận tiện cho việc điều
tiết, quản lý vận hành cống khi đưa vào sử dụng. Mố giữa còn để đỡ cầu giao thông
, cầu công tác.
−
Hình dạng đầu mố ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy vào ra cửa cống.
Để dòng chảy thuận lợi, chọn đầu mố giữa lượn tròn.
−
Chiều dày mố tùy thuộc chiều cao mố, bề rộng khoang và loại cửa van.
Chọn chiều dày mố bằng 1.2m.
−
Chiều dài mố phải bằng chiều dài bản dáy L = 17 m.
−
Đấu mố có dạng vừa vát vừa tròn có bán kính R = 0.3 m để thuận chiều
dòng chảy.
Hình 3.5 - Trụ pin giữa
Mố bên
Mố bên là loại tường trọng lực cùng một khối với ngưỡng đáy. Ngoài tác dụng như
mố giữa, mố bên còn có tác dụng liên kết thân cống với 2 bờ và chòu tác dụng của
đất ở hai bờ.
Mố bên gồm 2 mố, hình dạng đầu mố vuông.
Chiều dày mố cần đủ để chòu áp lực đất nằm ngang nên chọn d = 0.9 m.
Hình 3.6 - Trụ pin biên
2) Cửa van
Chọn hệ thống cửa van tự động bằng thép gồm 2 cửa van, mỗi cửa van rộng 8m.
Bố trí 2 cửa van nằm 2 bên, bản lề đặt trên 2 trụ pin biên.
Chiều cao cửa van được tính từ cao trình ngưỡng cống đến cao trình đỉnh cống bằng

5.5 m.
Chiều dày cửa van : 0.5 m
3) Cầu giao thông
Bề rộng và kết cấu cầu chọn theo yêu cầu giao thông.
Cao trình mặt cầu chọn theo yêu cầu giao thông thuỷ, phụ thuộc vào chiều cao của
thuyền bè đi lại. Chọn cao trình mặt cầu : + 5.51 m
Bề rộng và kết cấu chọn theo yêu cầu gaio thông.
Bề rộng hành lang đi bộ : 1.0 (m) x 2 bên = 2.0 m
Bề rộng lòng cầu : 5 m
Hình 3.7 – Cầu giao thông
4) Dàn kéo van và cầu công tác
Dàn kéo van (dàn thả phai) là nơi bố trí hệ thống ròng rọc kéo van đồng thời đi lại
kiểm tra cửa van.
Cầu công tác bao gồm các cột chống, các dầm đỡ, cầu trục, đường ray.
Chiều cao cầu công tác phải đủ cao đảm bảo kéo cửa van lên vẫn còn chỗ trống
cần thiết để cửa van ra khỏi vò trí cống khi cần.
Cao trình đáy dàn đảm bảo an toàn khi cửa van kéo lên đáy cầu .
Chọn kích thước dàn kéo van và cầu công tác như hình vẽ :
Hình 3.8–Hệ thống dàn kéo van
5) Khe van, khe phai
Khe phai có tác dụng khi sửa chữa van hay một số bộ phận thân cống. Khe van
dùng để thả van để điều tiết lưu lượng cũng như mực nước. Trên các mố biên và
mố trụ ta bố trí các khe phai và khe van. Kích thước khe van (0.55 x 0.4)m, kích
thước khe phai (0.45 x 0.3)m.
VIII.NỐI TIẾP THƯNG HẠ LƯU CỐNG
1) Tường cánh
Tường cánh có nhiệm vụ hướng dòng chảy từ kênh dẫn vào được xuôi thuận, chống
thấm và chống xói vòng quanh bờ.
Góc mở của tường cánh phía sông tgα
1

= , phía đồng tgα
2
=
Hình thức tường cánh là tường thẳng,các tường làm hạ thấp dần.
Hình 3.9 – Tường cánh
2) Sân tiêu năng
Do điều kiện cống làm việc hai chiều nên ta thiết kế sân tiêu năng ở cả hai phía
đồng và phía sông. Tuy nhiên do phía sông làm việc nhiều hơn nên một phần bản
đáy cống được thiết kế như sân tiêu năng.
Sân tiêu năng làm bằng bêtông cốt thép có bố trí các lỗ thoát nước, khoảng cách
giữa các lỗ thoát nước là 2m. Cuối sân bố trí tầng lọc ngược.
Chiều dài bể tiêu năng theo kết quả thí nghiệm mô hình : L
b
= 15 m
Chiều dày sân có thể tính theo công thức Đônburốpxki :

11
**15.0 hVt =
V
1
: lưu tốc chỗ đầu đoạn nước nhảy
h
1
: chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy, theo kết quả phần tính toán tiêu
năng ta có : nước nhảy sau cống nhảy ngập
=> h
1
= h
c
= τ

c
* E
0
= 0.1136*4.25 = 0.483 m.
===
483.0*20
6.94
1
ω
Q
V
9.79 m/s
Chiều dày sân tiêu năng tính được :
t = 0.15*9.79*
483.0
= 1 m.
Tuy nhiên trên thực tế mực nước thượng hạ lưu cống thay đổi liên tục do đó lưu tốc
V
1
tính toán trên chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn. Do đó có thể chọn chiều dày
sân tiêu năng mỏng hơn chiều dày trên để tiết kiệm vật tư mà vẫn đảm bảo ổn đònh
không xói lở. Theo kinh nghiệm các cống ở ĐBSCL chọn sân tiêu năng dày 0.6m.
Hình 3.10 – Sân tiêu năng phía đồng
3) Sân sau
Bố trí sân sau để tiêu hao năng lượng còn lại sau khi đi qua bể tiêu năng.
Sân sau làm bằng các tấm bêtông đục các lỗ thoát nước, phía dưới có lớp đệm theo
hình thức lọc ngược.
Chiều dài sân sau căn cứ vào tình hình tổ hợp mực nước và lưu lượng bất lợi nhất
có khả năng xuất hiện để tiến hành tính toán. Tính theo công thức kinh nghiệm :
HqKL

ss
∆=
q : lưu lượng đơn vò cuối sân tiêu năng
===
24
6.94
k
b
Q
q
3.942 m
3
/m.s
∆H : chênh lệch cột nước thượng hạ lưu, ∆H = 0.65 m
K : hệ số phụ thuộc tính chất lòng kênh, chọn K = 6.5.
58.1165.0*942.3*5.6 ==
ss
L
m