Bài giảng thủy năng và thủy điện chương 5 PGS nguyễn thống

TRƯỜNG
ĐẠI HỌC
BÁCH
TPỒ
CHÍ MINH
THỦY
NĂNG
&KHOA
THỦY
ĐIỆN
KỸdâng
THUẬT
DỰNG
ChươngKHOA
5: Đập
& XÂY
Công
trình tháo lũ
BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
Email: or

Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/
(08)
PGS. TS. NguyễnTél.
Thống

38 640 979 - 098 99 66 719

1

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
THUỶ
NĂNG & THUỶ ĐIỆN
Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ
Chương 1 : Tổng quan.
Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch
khai thác.
Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng
lượng nước.
Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện.
Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ.
Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước.
Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp.
Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng
nước va.
Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện.

2

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐẬP DÂNG & CÔNG TRÌNH
THÁO LŨ

ĐẬP DÂNG

1. Tổng quát.
2. Đập dâng.
3. Công trình tháo lũ.
3

PGS. TS. Nguyễn Thống

4/4/2013

4

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

TAØI NGUYEÂN NÖÔÙC VIEÄT NAM

TAØI NGUYEÂN NÖÔÙC VIEÄT NAM

5

PGS. Dr.
Thống
PGS.
TS.Nguyễn
Nguyễn
Thống

6

PGS. TS. Nguyễn Thống

1


THY NNG & THY IN

THY NNG & THY IN

Chng 5: p dõng & Cụng trỡnh thỏo l

Chng 5: p dõng & Cụng trỡnh thỏo l

TAỉI NGUYEN NệễC VIET NAM

TNG QUAN V P DNG

Nhim v: p dõng l mt cụng trỡnh
thu c xõy dng nhm gi

nc nhm mc ớch:
i hng dũng chy.
Nõng cao mc nc.
To h cha.
7

PGS. TS. Nguyn Thng

8

PGS. TS. Nguyn Thng

THY NNG & THY IN

THY NNG & THY IN

Chng 5: p dõng & Cụng trỡnh thỏo l

Chng 5: p dõng & Cụng trỡnh thỏo l

TNG QUAN V P DNG

H lu sau NM:
iu ho dũng chy.
Gim lu lng nh l.
Tng cng lu lng mựa kit.
H lu on sụng sau p NM
Khỳc sụng cht (nu khụng cú lu
lng hon tr ngay sau p, nht l
9

v mựa khụ).

PGS. TS. Nguyn Thng

ng nc dõng

Mc nc khi
cha co p

10

PGS. TS. Nguyn Thng

THY NNG & THY IN

THY NNG & THY IN

Chng 5: p dõng & Cụng trỡnh thỏo l

Chng 5: p dõng & Cụng trỡnh thỏo l

CHN V TR P DNG

CC NH NGHA V THễNG S
H CHA

Wp.l

Ph thuc vo:
iu kin a hỡnh;

iu kin a cht;
iu kin thu vn;
iu kin dõn sinh;
iu kin hiu qu kinh t-xó hi, ti
chớnh.

MNGC
MNDBT
Whi

MNC
MN KHI THO CN H

WCHấT

11

PGS. TS. Nguyn Thng

12

PGS. TS. Nguyn Thng

2


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH
Thường sử dụng bản đồ tỷ lệ 1/10.000 (bản
đồ không ảnh).
Nguyên tắc chọn vị trí đập:
 Tạo thành hồ chứa phía thượng lưu lớn
nhất có thể,
 Tuyến công trình ngắn (kết hợp đủ chổ
để bố trí các công trình khác: tháo lũ, lấy
nước,...).
13

PGS. TS. Nguyễn Thống

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT
 Ít hoặc không bị nứt nẻ,
 Đàn hồi nhỏ,
 Chịu lực cao.
Các bước nghiên cứu:
 Đi thực địa quan sát trực giác (giai đoạn quy
hoạch),
 Khảo sát thăm dò với mật độ hố khoan, hố đào
phù hợp với yêu cầu theo quy phạm theo từng
giai đoạn, (giai đoạn Lập dự án đầu tư).
 Thí nghiệm trong phòng, hiện tường (thiết kế
14
kỹ thuật).

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐIỀU KIỆN THUỶ VĂN

ĐIỀU KIỆN DÂN SINH

 Lưu vực đủ lớn (càng lớn càng tốt về
mặt thu nước).
 Lưu lượng bùn cát nhỏ có thể (dung tích
chết  MNC  cao trình cửa lấy nước).

 Hiện tượng đường nước dâng khi có lũ
kiểm tra  di dân.

Mực nước khi
chưa có đập
15

PGS. TS. Nguyễn Thống

16

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Ví dụ: Sơ bộ với đập cao 60m, độ dốc mặt
thoáng TB là 4m/km  chiều dài ảnh
hưởng về thượng lưu hồ là:
60/4 = 15km.
 Mất đất ở và nông nghiệp
 Ngập đường giao thông
 Ngập lòng hồ (môi trường)
 Bảo đảm lưu lượng tối thiểu ở hạ lưu đập
nếu cần sau khi xây dựng hồ (hiện tượng
đoạn sông chết).

ĐẬP DÂNG
Định nghĩa: Là một kiến trúc giới
hạn bởi 2 mặt (thượng lưu và hạ
lưu). Phía trên là kết cấu của một
đường giao thông. Phía dưới là
giới hạn nền và 2 bên bờ.

17

PGS. TS. Nguyễn Thống

18

PGS. TS. Nguyễn Thống

3


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

TL

Đê quay TL

PHÂN LOẠI

Đập dâng

Kênh dẫn
nước

 ĐẬP TRỌNG LỰC
 ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

 ĐẬP VÒM
 ĐẬP DI ĐỘNG.

NMTĐ

HL
PGS. TS. Nguyễn Thống

BÌNH ĐỒ KHU ĐẦU MỐI

19

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

LỰC TÁC DỤNG

ĐẬP TRỌNG LỰC

P

20

PGS. TS. Nguyễn Thống

Wn
Wn

A’

G

Biểu đồ thấm t/h có bố
trí thoát nước TL

21

PGS. TS. Nguyễn Thống

Trọng lượng bản thân
 Áp lực nước thượng (hạ) lưu
 Áp lực khe rỗng (vật liệu sét, trong giai đoạn
đầu)
 Áp lực thấm (chênh lệch MN thượng & hạ lưu)
 Áp lực đẩy nổi (có MN hạ lưu)
 Ứng suất nhiệt
 Lực do động đất
………..
 PHẢN LỰC NỀN.
22
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG

ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

- Nền đá.
- Tuyến đập ngắn.
- Vật liệu xi măng đến hiện trường (điều
kiện về vận chuyển vật liệu).
VẬT LIỆU
Hàm lượng xi măng: từ 100 đến 250kg/m3 
có thể thay đổi tùy vị trí trong thân đập.

285m !

23

PGS. TS. Nguyễn Thống

24

PGS. TS. Nguyễn Thống

4

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

TÍNH ỔN ĐỊNH
Cân bằng (khơng bị trượt, lật dưới tác dụng
của nước và các lực khác)
Thơng thường: độ dốc TK là m=0 và HL là
m=0.85
Đảm bảo điều kiện chịu lực của thân đập
(khơng sinh ra ứng suất kéobê tơng
khơng thiết kế để chịu kéo nếu có cục
bộ  bố trí cốt thép chịu) và nền.

MỘT SỐ KẾT CẤU KHÁC
- Vật thốt nước nền  giảm áp lực thấm.
- Màng chống thấm  giảm lưu lượng thấm
qua nền.
- Thốt nước nền  lỗ khoang d=75mm, cự
ly 1,5m đến 3m.
- Khe lún, khe nhiệt.

25

26

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Bài tập 1: Cho đập bê tông như hình sau.
H=20m, chiều rộng đỉnh b=4m, hệ số ma
sát f=0.7, bt=2.5T/m3, hệ số giảm áp =0.6.
Tính hệ số ổn đònh trượt phẳng.
(=pA/H, <=1)
B
H m1=0.1

m2=0.75

Bài tập 2: Cho đập bê tông có H=15m, b=12m.
Hệ số ma sát f=0.75, bt=2.5T/m3, hệ số
giảm áp =0.7, [k]truot_phang=1.2.
a. Kiểm tra ổn đònh theo điều kiện trượt
phẳng.
B
b. Tính klật (quanh C).
H

m1=0

m2

H1=4m
PGS. TS. Nguyễn Thống

pA A

C

A

27

PGS. TS. Nguyễn Thống

b

C

28

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

ĐẬP ĐẤT & ĐÁ ĐỖ
(Đập bằng VLĐP)

4/4/2013

PGS. TS. Nguyễn Thống

29

30

PGS. TS. Nguyễn Thống

5


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ
ĐẬP ĐẤT

31

PGS. TS. Nguyễn Thống

32

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG
Yêu cầu chất lượng nền thấp so với đập
bê tông,
 Vật liệu sự dụng có thể là đất, đá,
 Có màng chống thấm trong thân đập (có
thể ở thượng lưu),
 Khối lượng đất đá sử dụng lớn (tiết diện
lớn hơn đập bê tông cùng chiều cao).
33

PGS. TS. Nguyễn Thống

34

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

TÍNH ỔN ĐỊNH
Khác với đập bê tông:
- Tính ổn định trượt mái dốc cục
bộ,
- Tính ổn định không xói ngầm
thân đập,
- Hiện tượng đùn đất ở hạ lưu.

ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

SOFTWARE GEO-SLOPE

35

PGS. TS. Nguyễn Thống

36

PGS. TS. Nguyễn Thống

6

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ
HIỆN TƯỢNG XÓI NGẦM VÀ & ĐỀ PHÒNG

HIỆN TƯỢNG XÓI NGẦM

Đề phòng xói ngầm: Tầng lọc ngược, vải địa chất

37

PGS. TS. Nguyễn Thống

38

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐẬP ĐÁ ĐỖ

ĐẬP ĐÁ ĐỖ
Hmax>(40-50)m

39

PGS. TS. Nguyễn Thống

40

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐẬP ĐẤT ĐÁ HỖN HỢP

CÔNG TRÌNH
THÁO LŨ
41

PGS. TS. Nguyễn Thống

4/4/2013

42

PGS. TS. Nguyễn Thống

7


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

NHIỆM VỤ
Chủ động tháo nước ra khỏi hồ
chứa khi cần (vào mùa lũ, hồ đã
đầy nước (MNDBT) & nước tiếp
tục vào hồ với lưu lượng ‘lớn’).

CÔNG TRÌNH THÁO LŨ TỰ TRÀN

43

44

PGS. Dr.
Thống
PGS.

TS.Nguyễn
Nguyễn
Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

CÔNG TRÌNH THÁO LŨ TỰ TRÀN

CÔNG TRÌNH THÁO LŨ CÓ CỬA VAN

45

PGS. TS. Nguyễn Thống

46

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐẬP
DÂNG

COÂNG TRÌNH ĐẦU MỐI

TL

ĐƯỜNG
HẦM DẪN
DÒNG
PGS. TS. Nguyễn Thống

HL

ĐƯỜNG
TRÀN
DỌC

CT NỐI TIẾPDỐC NƯỚC
47

H

Đập tràn dạng Creager

Tiêu năng dạng phun

(dòng nước khuếch tán vào
không khí để tiêu năng)
48

PGS. TS. Nguyễn Thống

8


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

TL

ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG

TIÊU NĂNG
MŨI PHUN

ĐẬP VÒM

HỐ XÓI
49

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

HL

50

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Tràn mặt

Tràn dưới sâu

NHÌN TỪ HẠ LƯU
51

PGS. TS. Nguyễn Thống

52

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Mục đích: Tháo lưu lượng ra khỏi
hồ chứa khi cần thiết (mùa lũ &
hồ đã đầy nước).
PHÂN LOẠI
 Chảy tràn mặt (không áp)
 Chảy dưới sâu (có áp)
53

PGS. TS. Nguyễn Thống

CHẢY TRÀN MẶT  Không áp
 Đập tràn thực dụng Creager (có
hoặc không có cửa van  tự tràn
 cao trình ngưỡng tràn
=MNDBT). Khả năng tháo lưu
lượng tốt.
 Đập tràn đỉnh rộng. Khả năng
tháo lưu lượng nhỏ hơn loại trên.
54

PGS. TS. Nguyễn Thống

9

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG

Q   n mB 2g H

z
h

3/ 2
o

h2

V

Với m hệ số lưu lượng [0.35 0.45], B
chiều rộng tràn, H0=H+V2/2g với H chiều
cao cột nước tràn, V vận tốc đến gần, n hệ
số ngập [01], =1  chảy KHÔNG ngập

L

ĐẬP TRÀN ĐỈNH RỘNG

55

PGS. TS. Nguyễn Thống

z1

56

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

THÁO LŨ DƯỚI SÂU (CHẢY CÓ ÁP)

ĐẬP TRÀN ĐỈNH RỘNG

Q   2gZ

Q  hB 2gZ0
Với B chiều rộng tràn, h chiều sâu cột
nước tràn (trên đập),  hệ số ngập [01],
z chênh lệch mực nước thượng & hạ lưu

& z0 = z + V2/2g, V vận tốc đến gần.





1
1   i
i

tổng các tổn thất thủy lực dòng chảy
i
qua cống.
Với  hệ số tổn thất,  tiết diện ướt, z
chênh lệch mực nước thượng & hạ lưu.
i

57

PGS. TS. Nguyễn Thống

58

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Công trình tháo lũ

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TRÀN
 Giả thiết các tổ hợp (B,H)  quy
mô tràn,
 Tính điều tiết lũ (lũ với tần suất
thiết kế & kiểm tra),


 Xác định MNGC,
 Xác định cao trình đỉnh đập dâng
 quy mô đập,
 Tổng đầu tư T ($) công trình đầu
mối (chú ý đến đập & tràn),
 Chọn tổ hợp (B,H) có T ($) min

59

PGS. TS. Nguyễn Thống

60

PGS. TS. Nguyễn Thống

10


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

 T ($)

Tđập=f2(B,H)
Tđập+Ttràn=g(B,H)

Tmin

Ttràn=f1(B,H)

(Bop,Hop)

(B,H)

Bài tập 1: Một đập tràn thực dụng được xây
dựng để tháo lưu lượng lũ max là
1000m3/s. Cho biết cột nước tràn H=8m,
đập có m=0.4, chảy khơng ngập. Tính
chiều rộng B tràn. Bỏ qua ảnh hưởng vận
tốc đến gần.
Bài tập 2: Một đập thực dụng cao H1=20m,
cột nước tràn H=6m, chiều rộng B=40m,
hệ số lưu lượng m=0.4. Tính lưu lượng
tháo lớn nhất với sai số 2 lần tính liên tiếp
của Q là <1%.

61

PGS. TS. Nguyễn Thống

62

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Bài tập 3: Một đập tràn đỉnh rộng
(i=0) được xây dựng để tháo lưu
lượng lũ max là 200m3/s. Cho biết
cột nước tràn khi hồ ở MNDBT là
H=4m & chiều sâu nước hạ lưu là
3.6m, chảy ngập có =0.8. Tính
chiều rộng B tràn. Bỏ qua ảnh
hưởng vận tốc đến gần.

Bài 4: Tính lưu lượng qua đập tràn thực dụng
với sai số 2 lần tính liên tiếp < 1%(chảy
không ngập):
Cột nước tràn H=6m, hệ số lưu lượng m=0.42,

chiều rộng tràn B=25m, đập cao H1= 25m.
Bài 5: Tính chiều rộng tràn B để tháo lưu lượng
Q=800m3/s. Đập có m=0.4, cột nước tràn
H=5m. Đập cao 15m. Bỏ qua vận tốc đến
gần. Giả thiết chảy không ngập qua đập.

63

PGS. TS. Nguyễn Thống

64

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ

Bài 6: Tính lưu lượng tháo lớn nhất
của một đập tràn tháo sâu có độ
chênh mực nước thượng & hạ lưu là
25m, cống tháo lũ hình vng có
cạnh b=3m. Tổng tổn thất năng
lượng tại cửa vào, cục bộ & đường
dài trong cống là =8.

65

4/4/2013

66

PGS. TS. Nguyễn Thống

11