ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY LỰC CÔNG TRÌNH

Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
ĐỒ ÁN MÔN
THUỶ LỰC CÔNG TRÌNH
GVHD: Nguyễn Thị Việt Hồng
Lớp: C
1
TK
2

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thiên Định
STT: 07
A.NỘI DUNG
Trên một sông S được xây một đập tràn T để nâng cao mực nước lấy vào
kênh K. Đầu kênh K có một cống lộ thiên A để điều tiết lưu lượng.
B.YÊU CẦU
1. Xác định cao trình đập tràn Z
od
ứng với Q
tk
và Z
tk
trên sông. Đập tràn
hình congkhông chân không. Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn. Lưu lượng đơn
vị cho phép đối với nền sau đập là [q].
2. Xác định hình thức nối tiếp sau đập với mọi cấp độ tlưu lượng. Nếu có
nước nhảy xa, thiết kế công trình tiêu năng với lưu lượng tính toán tiêu năng.
Loại công trình tiêu năng tuỳ chọn (2 trong 3 loại công trình tiêu năng)
Sông S

Zo
Đập tràn T

Z
A
K
T
Z
Z
Q
Z


Z
1
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
3. Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính A. kênh có mặt cắt nganglà hình thang
cân với m = 1,5 và n = 0,025 dẫn lưu lượng Q
( )k tk
.
Kiểm tra với
min 1
Q k=
.Q
( )k tk
và Q
max
= k
2
. Q
( )k tk
. mặt cắt kênh thiết kế phải
thoả mãn 2 yêu cầu sau:

0.3 / 1 /m s v m s≤ ≤
và
3 / 6b h≤ ≤
. Độ dốc kêng là i.
Với mặt cắt kênh đã chọn xây dựng quan hệ Q ~h trên kênh từ
min
Q
tới
max
Q
4. Xác định cao ttrình đáy cống và bề rộng cống để lấy được lưu lượng thiết
kế của kênh khi mực nước trong sông là nhỏ nhất. Chênh lệch mực nước qua
cống là
Z∆
. Lúc đó cống làm việc như một đập tràn đỉnh rộng. Vẽ mặt cắt
ngang và dọc của cống. Với cống đã chọn, xây dựng quan hệ Q~a của cống
úng với mứ nước thiết kế của sông
tk
Z
Các số liệu chung:
1. Quan hệ Q~Z
h
ở ngay sau đập tràn cho trong bảng dưới đây
Q(m
3
/s) 2400 2800 3200 3600 4000 4200 4500 5000
Zh(m) 24.45 25.30 26.04 26.78 27.47 27.68 28.05 28.65
2. Bề rộng ở thượng lưu lấy bằng 1,3 lần bề rộng toàn bộ đập (kể cả mố)
3. Bề rộng công trình tiêu năng bằng bề rộng toàn bộ đập
4. Mỗi khoang đập có thể lấy từ 10

÷
30m; mố đập lấy từ 2
÷
3m
5. Bề rộng mỗi lỗ cống lấy từ 2
÷
4m; chiều dầy mố cống lấy 0,6
÷
0,8m
6. Cao trình đáy cống lấy bằng cao trình đáy kênh
Các số liệu của đề
1. số liệu về đập tràn:
[q](m
3
/s)
Z
01
(m) Z
0
(m) Z
tk
(m) Q
tk
(m
3
/s)
29,9+0,1n 20 19 47+0,1n 3190+10n
2. Số liệu về kênh và cống:
Q
tk

(m
3
/s)
i
K
1
K
2
∆
Z(m)
34,9+0,1n 0.0001 0.7 1.3 0.3
2
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
Bµi lµm
I, Tính toán đập tràn
1. xác định cao trình đỉnh đập tràn Zođ
a. Chọn các yếu tố của đập
* chọn kích thước mặt bằng đập
Với [q] = 29,9 + 0,1n = 29,9+0,1
×
7 = 30,6 (m
3
/s)
Q = 3190 + 10n = 3190+10
×
7 = 3260 (m
3
/s)
Từ đó ta suy ra:
[ ]

3260
106,54
30.6
Q
q
= =
mặt cắt ngang của đập phải thoả mãn điều kiện
[ ]
Q
b
q
>
∑
do đó ta có thể
chọn
+ số khoang đập n = 9 khoang 
106,54
11,84
9
b
= =
b
≈
12m

[ ]
12 9 108
Q
b n b
q

= × = × = >
∑
= 106,54
+ Chiều rộng mố trụ d = 2m
+ Chiều rộng mố bên
b
d
= 3,5m
+ Chiều rộng sông ở thượng lưu:
B = 1,3 [n.b+(n-1).d+2
b
d
] = 107,3 m
* Hệ số co hẹp bên
( )
0
1
1 0,2
mb mt
n
H
n b
ξ ξ
ε
+ −
= −
(1)
Chọn kích thước mặt cắt ngang đập :
45
o

α
=
,
60
o
β
=
,
1
0,9
e
P
=
(e là chiều dài đoạn thẳng đứng phía thượng
lưu)
b, Tính toán
giả thiết ban đầu:
+ GT1: bỏ qua cột nước lưu tốc
lấy Ho = H (
4 .H b H
Ω >
∑
)
+ GT2: dòng chảy qua đập là chảy không ngập
1
n
σ
=
+ GT3: dòng chảy qua đập là chảy tự do
* Xuất phát từ quan hệ hình học Zođ = Ztk – H

có Ztk = 47+0,1n = 47+0,1
×
7 = 47,7(m)  tính H
3
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
2
3
. . 2
tk
Q
H
m b g
ε
 
=
 
 
 
∑
(2)
+ Ban đầu 1 chọn
1
ε
= 0,995
. .
hd H tc
m m
σ σ
=
trong đó:

1
H
σ
=
(H = Htk)
tc
m
= 0,504 (đập loại 1, theo ophirêxôp)
tra bảng 14.7 ta được hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng theo cấu tạo khác
đập tiêu chuẩn :
hd
σ
Có:
45
o
α
=
,
60
o
β
=
,
1
0,9
e
P
=

hd

σ
= 0,978

. .
hd H tc
m m
σ σ
=
=
1 0,978 0,504
× ×
=
0,493

2
2
3
3
1
3260 3260
5,78( )
234,662
0,995.0,493.9.12. 2.9,81
H m
 
 
= = =
 
 
 

 
Thay
1
H
vào (1)
tra được
0,7
mb
ξ
=
,
0,45
mt
ξ
=

( )
1
2
1
1 0,2
mb mt
n
H
n b
ξ ξ
ε
+ −
= −
( )

1
0,7 9 1 0,45
5,78
1 0,2 0,954
9 12
ε
+ −
= − = ≠
Thay
2
ε
vào (2) ta được
2
H
2
3
2
2
. . 2
tk
Q
H
m b g
ε
 
=
 
 
 
∑

2
2
3
3
2
3260 3260
5,943( )
224,993
0,954.0,493.9.12. 2.9,81
H m
 
 
= = =
 
 
 
 
Thay
2
H
vào (1) ta được
3
ε
4
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
( )
2
3
1
1 0,2

mb mt
n
H
n b
ξ ξ
ε
+ −
= −
( )
0,7 9 1 0,45
5,943
1 0,2 0,953
9 12
+ −
= − =
Ta thấy rằng
2
ε
≈
3
ε
. Vậy ta có thể lấy H = Htk = 5,943m
Các kích thước khác nhau:
Zođ = Ztk – Htk = 47+0,1n – 5,943 = 47,7 – 5,943 = 41,76 m
P1 = Zođ – Z01 = 41,76 – 20 = 21,76 m
P = Zođ – Zo = 41,76 – 19 = 22,76 m
Chiều dài đoạn thẳng đứng phía thượng lưu:
e = 0,9P
1
= 0,9

×
21,76 = 19,58m
+ Đối với giả thiết 1
( ) ( )
2
01
47,7 20 107,3 2972,21( )
tl tk
Z Z B m
Ω = − = − =
3
4 4.108.5,943 2567,38( )bH m
= =
∑
4
tl
bH
⇒ Ω >
∑
 giả thiết 1 đúng
+ Đối với giả thiết 2
Tính
47,7 19
1,261
41,76 19
tk o
od o
Z Z Z
P Z Z
− −

= = =
− −

- tính
pg
Z
P
 
 ÷
 
:
pg
Z
P
 
 ÷
 
=
,
H
f m
P
 
 ÷
 
Ta có m = 0,493
5,943
0,26
22,76
H

p
= =
Tra biểu đồ hình 14-14ta được:
pg
Z
P
 
 ÷
 
= 0,76
ta thấy :
Z
P
>
pg
Z
P
 
 ÷
 
 Dòng chảy qua đập là không ngập
 Giả thiết 2 là đúng
+ Đối với giả thiết 3
Độ sâu nước ở hạ lưu ứng với
tk
Q
= 3260 (m
3
/s) 
htk

Z
dựa vào bảng quan hệ Q ~ Zh
Ta có:
htk
Z
= 26,151 (m)
5
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
h
h
=
htk
Z
- Zo = 26,151 – 19 = 7,151 (m)
Ta thấy:
h
h
< p = 22,76 (m)  đo đó đập chẩy tự do  Giả thiết 3 đúng
Kết luận : Ứng với Qtk và Ztk thì cao trình đỉnh đập tràn tính được là
Zođ = 41,76 (m) ; H = 5,943 (m)
Vẽ mặt cắt ngang đập tràn
o
x
o
y
X
o tk
x H
= ×
Y

o tk
y H
= ×
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,7
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0,126
0,036
0,007
0,000
0,007
0,060
0,147
0,256
0,393
0,565

0,873
1,235
1,960
2,284
3,818
4,930
6,220
0,000
0,594
1,189
1,783
2,377
3,566
4,754
5,943
7,132
8,320
10,103
11,886
14,858
17,829
20,801
23,772
26,744
0,749
0,214
0,042
0,000
0,042
0,357

0,874
1,521
2,336
3,358
5,188
7,340
11,648
13,574
22,690
29,299
36,965
Phần chân đập chỗ nối tiếp với sân đập có lượn theo một cung tròn để dòng
chảy xuống chân đập được thuận. Bán kính cung tròn này phụ thuộc vào H
và P
Với H = 5,943 m , P = 22,76 m
Tra bảng 14.6 có thể lấy R = 11,7 m
II, Tính toán tiêu năng
6
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
1, xác định hình thức nối tiếp sau đập
a, tính
h
h
Công thức tính
h
h
= Zh – Zo
+ Zo = 19m
+ Zh: cao trình mực nước hạ lưu tra bảng quan hệ Q ~ Zh
Q = 3260 m

3
/s  Zh = 26,151 m

h
h
= 26,151 – 19 =7,151 m
b, tính
''
c
h
:
'' "
0c c
h E
τ
= ×
;
( )
3/2
c
o
q
F
E
τ
ϕ
=
+
k
Q

q
b
=
mà:
( )
( )
1 108 (9 1)2 124
k
b b n d
= + − = + − =
∑
(m)
Từ bảng quan hệ Q ~ Zh ta chọn Q
+
ϕ
: hệ số lưu tốc
ϕ
= 0,9
2
3
;
. . 2
o o
o
k
E P H
Q
H
m b g
ε

= +
 
=
 
 
 
P = 22,76(m) ;
ε
= 0,953 ; m = 0,493
 bảng tính toán kích thước nối tiếp sau đập
Q
( )
3
/m s
Zh
(m)
h
h
(m)
k
Q
q
b
=
( )
3
/ .m s m
Ho
(m)
Eo

(m)
( )
c
F
τ
''
c
τ
''
c
h
(m)
''
c
h
-
h
h
(m)
2400 24.45 5.45 19.355 4.422 27.182 0.152 0.313 8.508 3.058
2800 25.30 6.30 22.581 4.901 27.661 0.172 0.332 9.183 2.883
3200 26.04 7.04 25.806 5.357 28.117 0.192 0.349 9.813 2.773
3260 26.151 7.151 26.290 5.424 28.184 0.195 0.351 9.893 2.742
3600 26.78 7.78 29.032 5.795 28.555 0.211 0.364 10.394 2.614
4000 27.47 8.47 32.258 6.217 28.977 0.230 0.357 10.345 1.875
4200 27.68 8.68 33.871 6.422 29.182 0.239 0.340 9.922 1.242
4500 28.05 9.05 36.290 6.725 29.485 0.252 0.381 11.234 2.184
5000 28.65 9.65 40.323 7.214 29.974 0.273 0.417 12.499 2.849
Theo kết quả của bảng tính trên ta có:
7

Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2

"
( )
c h
h h−
max = 3,058 (m) có
tn
Q
= 2400
( )
3
/m s
Chiều cao cột nước tràn tương ứng là:
4,422
o
H H
= =
(m)
Ta thấy
''
c
h
= 8,508 (m) >
h
h
= 5,45 (m)  nối tiếp là nước nhảy xa
* Tính toán bể tiêu năng
Ta thấy
''

c
h
= 9,893 (m) >
h
h
= 7,151(m)  nối tiếp là nước nhảy xa. Để
đảm bảo an toàn trong xây dựng công trình tiêu năng, chọn biện pháp tiêu
năng là đào bể tiêu năng
* Giả thiết chiều sâu đào bể:
"
1 c h
d h h
= −
= 9,893 – 7,151 = 2,742 (m)
'
1o o
E E d
= +
= 28,184 + 2,742 = 30,926 (m)
( )
'3 2 3 2
26,290
0,17
0,9 30,926
c
o
q
F
E
τ

ϕ
= = =
×

Có
( )
0,17
0,9
c
F
τ
ϕ
=



=


 tra phụ lục 15-1 
"
c
τ
= 0,330
" ' "
30,926 0,33 10,205( )
c o c
h E m
τ
= × = × =

"
b c
h h
σ
=
= 1,05
×
10,205 = 10,715 (m)
2 2
'2 2 2
.
2 . . 2 .
h b
q q
Z
g h g h
α
ϕ
∆ = −

có:
'
0,9
ϕ ϕ
= =

2 2
2 2 2
26,29 1.26,29
0,544

2.9,81.0,9 .7,151 2.9,81.10,715
Z∆ = − =
( )
( )
2
10,715 7,151 0,544 3,02( )
b h
d h h Z m= − + ∆ = − + =
Ta thấy:
2 1
3,02( ) 2,742( )d m d m= ≠ =
Ta giả thiết lại
2
3,02( )d m
=
"
2o o
E E d
= +
= 28,184 + 3,02 = 31,204 (m)
( )
"3 2 3 2
26,290
0,168
0,9 31,204
c
o
q
F
E

τ
ϕ
= = =
×
Có
( )
0,168
0,9
c
F
τ
ϕ
=



=


 tra phụ lục 15-1 
"
c
τ
= 0,328
8
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
" " "
31,204 0,328 10,235( )
c o c
h E m

τ
= × = × =
"
b c
h h
σ
=
= 1,05
×
10,235=10,747 (m)
2 2
'2 2 2
.
2 . . 2 .
h b
q q
Z
g h g h
α
ϕ
∆ = −


2 2
2 2 2
26,29 1.26,29
0,545
2.9,81.0,9 .7,151 2.9,81.10,747
Z∆ = − =
( )

( )
3
10,747 7,151 0,545 3,05( )
b h
d h h Z m= − + ∆ = − + =
Ta thấy
2 3
3,02( ) 3,05( )d m d m= ≈ =
Vậy chiều sâu của bể là
3
3,05( )d d m
= =
Tính chiều dài bể tiêu năng:
b
L
ADCT:
1
0,8.
b n
L L L
= +
Đập hình cong:
1
"
0
4,5. 4,5 10,235 46,058
n c
L
L h
=

= = × =
b
L
= 0,8
×
46,058 = 36,846 (m)
III, Tính toán kênh
*) Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính
Chọn v = 0,68 (m/s)
[đảm bảo 0,3(m/s) < v = 0,68(m/s) < 1(m/s)]
* tính b và h
Có:
3
34,9 0,1 34,9 0,1 7 35.6( / )
tk
Q n m s= + = + × =

2
35,6
52,353( )
0,68
Q
m
v
ω
= = =
Có:
( )
3
3

2
2
3
2
. 0,68 0,025
1,7 2,22( )
0,001
v n
R m
i
 
×
 
= = = =
 ÷
 ÷
 
 
52,353
23,582( )
2,22
m
R
ω
χ
→ = = =
mà:
( )
2
2 1

b mh h
b h m
ω
χ
= +


⇔

= + +


( )
1,5 52,353
2 1 2,25 23,582
b h h
b h
+ =



+ + =


9
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
Giải hệ phương trình ta được:
1
2
8,15

(1)
5,81
3,05
(2)
12.58
h
b
h
b
=




= −


=




=


Trường hợp (1) không thoả mãn điều kiện  Loại
Trường hợp (2) có h=3,05 m và b = 12,58 m thảo mãn điều kiện
3 4,12 6
b
h

< = <
 Vậy ta có thể chọn h = 3,05m và b = 12,58 m để thiết
kế mặt cắt ngang kênh chính.
* Xây dựng quan hệ Q ~h
Công thức tổng quát :
. 0,68( 1,5 )Q v b h h
ω
= = +
(3)
Có
3
1 ( )
min . 0,7 35,6 24,92( / )
k tk
Q K Q m s
= = × =

1
h

3
2 ( )
max . 1,3 35,6 46,28( / )
k tk
Q K Q m s
= = × =

2
h
Quan hệ lưu lượng Q với chiều sâu h trên kênh với lưu lượng từ

QminQmax tương ứng với chiều sâu h từ
1
h

2
h
Với b =12m 
1
h
là: từ phương trình (3) ta có:
24,92 = 0,68 (12 + 1,5
1
h
)
1
h
 (12 + 1,5
1
h
)
1
h
- 36,65 = 0

1
h
= 2,36 (m)

2
h

sẽ bằng:
46,28 = 0,68 (12 + 1,5
2
h
)
2
h
 (12 + 1,5
2
h
)
2
h
- 68,06 = 0

2
h
= 3,83 (m)
Trong đoạn [2,36;3,83] chia thành nhiều đoạn có chiều sâu đều nhau. ứng
với mỗi chiều sâu có một giá trị Q tương ứng
Với n = 9 
2 1
3,83 2,36
0.163( )
9
h h
h m
n
− −
∆ = = =

Quan hệ giữa Q ~ h được thể hiện ở bảng sau:
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
h (m) 2,36 2,523 2,686 2,849 3,012 3,175 3,338 3,501 3,664 3.83
10
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
Q(m3/s) 24,92 27,0
8
29,28 31,53 33,83 36,19 38,6
0
41,07 43.59 46,28
IV Tính toán cống
1) Xác định cao trình đáy cống
dc
Z
khi mực nước trong sông là nhỏ
nhất
Với các dữ liệu đã cho ta có:
( )
mindc S otk
Z Z h Z
= − + ∆
Trong đó:
otk
h
là độ sâu chảy đều của kênh K ứng với
+
3
35.6( / )
tk
Q m s=

+
3,05( )
otk tk
h h m
= =
+
0,2( )Z m
∆ =
:chênh lệch mực nước thượng lưu và hạ lưu trên kênh
K
+
minS
Z
: cao trình mự nước thấp nhất trên sông S
Mực nước nhỏ nhất trong sông S tương ứng với lưu lượng tràn qua đập ; T
nhỏ nhất
3
min
2400( / )
S
Q m s
=
à ứng với
minS
Q
ta tính được chiều cao cột
nước tràn
min
4,422( )
o

H m
=


min min
4,422 41,76 46,182( )
S o od
Z H Z m
= + = + =

( )
46,182 3,05 0,2 42,93( )
dc
Z m
= − + =
Vậy cao trình đáy cống khi mực nước sông thấp nhất là: 42,93(m)
2)Xác định bề rộng cống
- Cống làm việc như đập tràn đỉnh rộng, do đó khi tính toán cống sử dụng
phương pháp tính toán cho đập tràn đỉnh rộng
- Lưu lượng thiết kế
3
35.6( / )
tk
Q m s=
- Độ sâu nước ngang trước cửa cống
3,05 0,2 3,25( )
otk
H h Z m
= + ∆ = + =
- Bề rộng kênh trước cống : b = 12,58 (m)

a) Xác định chế độ chảy của cống (chảy ngập)
Lập tỷ số:
0,85
n n
o o
pg
h h
H H
 
> =
 ÷
 
Mà :
2
2
o
o
v
H H
g
α
= +
;
11
Trường cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ Lớp C1TK2
( ) ( )
35,6
0,628
12,58 1,5 3,25 3,25
tk

o
Q
v
b mH H
= = =
+ + ×
(m/s)

2
1 0,628
3,35 3,27( )
2 9,81
o
H m
×
= + =
×
vì do
otk
h
là độ sâu chảy đều sau cống do
dc daykenh
Z Z
=
nên lấy
3,05( )
n otk
h h m
= =
Vậy ta có tỷ số

3,05
0,933
3,27
n
o
h
H
= =

0,85
n
o
pg
h
H
 
> =
 ÷
 
Chế độ chảy của cống là chảy ngập
b)Chiều rộng cống
- Do cao trình đỉnh cống bằng cao trình đáy kênh nên cống coi như đập tràn
không có ngưỡng, chọn cửa vào cống có co hẹp bên (
45
o
α
=
)
Giả thiết hệ số lưu lượng m = 0,358 tra phụ lục 14-4 
n

ϕ
= 0,954
Với bề rộng kênh trước cống là b = 12,58 (m)
Và giả thiết bề rộng của mỗi cống lấy từ 2
÷
4 (m) ta chia thành 2 cửa vào
(n=2)
 lưu lượng thiết kế qua một cửa cống là
3
35,6
17,8( / )
2
tk
ctk
Q
Q m s
n
= = =
mà
( )
. . . 2
ctk n n o n
Q b h g H h
ϕ
= −
( )
( )
0
. . 2
17,8

2,45( ) (2 4)
0,954 3,05 2 9,81 3,368 3,05
ctk
c
n n n
Q
b
h g H h
m
ϕ
→ =
−
= = ∈ ÷
× × × × −
Vậy chiều rộng của cống là : 2,45m
12