Bài giảng thủy năng và thủy điện chương 6 PGS nguyễn thống

TRƯỜNG
ĐẠI HỌC
BÁCH
KHOA TPỒ
CHÍ MINH
THỦY
NĂNG
& THỦY
ĐIỆN
KHOA
KỸ
THUẬT
DỰNG
Chương 6:
Công
trình
lấy XÂY
nước
& dẫn nước
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

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước
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.

1

2

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC, DẪN NƯỚC

TỔNG QUÁT

1. Tổng quát.
2. Lấy nước từ sông.
3. Lấy nước từ hồ chứa.
4. Công trình dẫn nước.

 Lấy nước từ sông hoặc hồ chứa
với lưu lượng yêu cầu nhằm
cung cấp cho tuabin.
 Loại bỏ được các hạt lơ lửng
(kích thước >= 0.1 mm).
3

PGS. TS. Nguyễn Thống

4

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Van xã cát

LẤY NƯỚC TỪ SÔNG
- Cửa lấy nước,
- Cửa van điều tiết lưu lượng,
mực nước,
- Công trình lắng.
 Cửa lấy nước nên đặt tại vị trí có
lợi về mặt thuỷ lực (có chú ý về
mặt điạ chất).

BỐ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC
Công trình nâng mực nước
Bể lắng cát
Lưới chắn
rác “thô”

5

PGS. TS. Nguyễn Thống

Lưới chắn
rác “tinh”

6

PGS. TS. Nguyễn Thống

1

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

BỂ LẮNG CÁT

7

PGS. TS. Nguyễn Thống

8

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

BỂ LẮNG CÁT Lưới chắn rác “mịn”

Bùn cát lắng đọng
PGS. TS. Nguyễn Thống

Vị trí nạo vét
bùn cát lắng
9
đọng

Kè hướng
dòng (tạo
dòng chủ
lưu)

LẤY NƯỚC Ở ĐOẠN SÔNG THẲNG
10

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

CÔNG TRÌNH NÂNG MỰC NƯỚC
Chủ yếu sử dụng đập dâng để tạo mực
nước cần thiết cho phép lấy nước.

LẤY NƯỚC TỪ HỒ CHỨA

CÔNG TRÌNH LẮNG CÁT
Nhằm mục đích loại các hạt (vật) lơ lửng
(0.05 1.5mm) và bùn cát đáy ra khỏi
nước.
11

PGS. TS. Nguyễn Thống

Khi xây dựng đập tạo hồ chứa:
 Tạo hiện tượng lắng đọng bùn cát trong
hồ bắt đầu từ cuối hồ và di chuyển về
phía đập.
 Hạt lớn lắng đọng trước và các hạt bé
theo sau.
 Bùn cát lơ lửng sau khi lắng đọng có thể
được nén chặt theo thời gian.
 Dung tích chết.
12
PGS. TS. Nguyễn Thống

2


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

LẤY NƯỚC TỪ HỒ CHỨA
MNDBT
“Lưởi” bùn cát
MNC
Cát, sỏi thô
Cao trình cửa lấy nước
Dung tích chết

13

PGS. TS. Nguyễn Thống

LẤY NƯỚC TỪ HỒ CHỨA
 Thường là dòng chảy có áp qua cửa lấy
nước DƯỚI SÂU (mực nước hồ dao
động nhiều).
 Cao trình ngưỡng cửa lấy nước phụ
thuộc vào DUNG TÍCH CHẾT
 Cao trình trần cửa nằm ĐỦ SÂU để
không xảy ra hiện tượng không khí bị lôi
vào cửa lấy nước (hồ ở MNC) 
a=(35)V2/2g.
14
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

CỬA LẤY NƯỚC TỪ HỒ

CỬA LẤY NƯỚC TỪ HỒ

MNC
a>(3-5)V2/2g

Lưới chắn
rác

Q, V
Lưới chắn rác
PGS. TS. Nguyễn Thống

Cao trình max bùn cát lắng đọng

15

16

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Khe van
RM (MNC)

Lưới chắn rác
(bê tông cốt thép)

Ống thép
D=5.75m
18

17

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

3


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Cơng trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Cơng trình lấy nước & dẫn nước

CƠNG TRÌNH DẪN NƯỚC
 Kênh dẫn (chảy khơng áp). Dùng khi mực
nước hồ dao động bé. Địa hình đường
dẫn đi qua tương đối bằng phẳng.
 Đường hầm (chảy có áp). Dùng khi mực
nước hồ dao động lớn.
Mục đích: Đưa nước từ cửa lấy nước đến bể
áp lực (kênh dẫn) hoặc giếng điều áp
(đường hầm với dòng chảy có áp)  đi
vào NMTĐ.
19
PGS. TS. Nguyễn Thống

KÊNH DẪN NƯỚC
 Hình dạng kênh phụ thuộc vào điều kiện đòa
chất, đòa hình kênh đi qua.
 Thông thường có dạng hình thang cân.

m=ctg()

h

m



b

20

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Cơng trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Cơng trình lấy nước & dẫn nước

KÊNH DẪN
KÊNH ĐẮP

KÊNH ĐÀO
21

PGS. TS. Nguyễn Thống

22

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Cơng trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Cơng trình lấy nước & dẫn nước

Cơng thức Manning:

V  C RJ  C Ri (chảy đều  J=i)

C
Kênh

Đường ống áp lực

V

R 2 / 3i 1 / 2
n

V: vận tốc TB, J : độ dốc thuỷ lực.
R: bán kính thuỷ lực, i: độ dốc đáy kênh.
n: hệ số nhám

BỂ ĐIỀU ÁP
PGS. TS. Nguyễn Thống

1 1/ 6
R
n

23

24

PGS. TS. Nguyễn Thống

4


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

VẼ ĐƯỜNG MẶT NƯỚC CHẢY ỔN
ĐỊNH KHÔNG ĐỀU

i=0,0061
D=3,5m, L=9065m

Phương pháp cộng trực tiếp (TL 2 Ch.1):

l 



Đường hầm dẫn nước


Q
voi  h 
iJ

2g2
2

 Năng lượng riêng đơn vị của mặt cắt
25

PGS. TS. Nguyễn Thống

26

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC

CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC CÓ ÁP

Đường hầm
vừa thi
công thô

Đường hầm
đã xử lý đáy

Đường hầm dẫn nước

27

PGS. TS. Nguyễn Thống

28

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

ĐƯỜNG HẦM DẪN NƯỚC

TIẾT DIỆN
ĐƯỜNG HẦM
HOÀN CHỈNH
LOẠI BÊ TÔNG
CỐT THÉP

Mặt cắt dạng
móng ngựa
Mặt cắt

dạng tròn

Thu và thoát
nước thấm

29

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

Đường hầm
kiểm tra

30

5


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

TRẮC DỌC ĐƯỜNG HẦM

ĐƯỜNG KÍNH KINH TẾ DOP

Gia cố bê
tông cốt thép
Ngách thi
công
PGS. TS. Nguyễn Thống

Ngách thi
công

Gia cố
thép

31

Giả thiết đường hầm đã xác định L và lưu lượng
đi qua Q:
 Thiết kế D  lớn  chi phí xây dựng hầm LỚN
& TỔN THẤT năng lượng  BÉ  TIẾT KIỆM
năng lượng do ma sát dòng chảy và hầm 
TĂNG thu tiền điện.
 Thiết kế D  bé  chi phí xây dựng hầm BÉ &
TỔN THẤT năng lượng  LỚN  MẤT năng
lượng do ma sát dòng chảy và hầm  GIẢM
thu tiền điện.
32
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

KHÁI NIỆM VỀ MẶT CẮT KINH TẾ
Kích thước đường hầm xác định theo quan
điểm kinh tế:
C: chi phí xây
(e+C)
F($)
dựng
e=f(D)
e: chi phí do (e+C)
min
C=f(D)
mất năng ma
D(m)
sát giữa nước
và thành
D
33

TRÌNH TỰ XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH KINH TẾ
DOP

PGS. TS. Nguyễn Thống

op

 Bắt đầu với giả thiết DMIN theo yêu
cầu thi công.
ă
 Giả thiết D1  tính đầu tư đường
hầm và tính năng lượng phát ra của
NM  tiền thu từ điện.
 Giả thiết D2 =D1+d  Tính gia số
đầu tư cho đường hầm (Ij với j=1,k ).
34

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

 Tính năng lượng điện  Tính
gia số tiền thu từ điện (Bj, j=k,N).
 Tính chỉ tiêu tài chính của dòng
tiền I & B (ví dụ chỉ tiêu IRR),
xem đồ thị sau.
 Nếu IRR đáng giá (>=MARR) 
chọn D2 và tiếp tục tính với gia
số D3 =D2+d  trở lại bước 2.

CHUỖI DÒNG TIỀN GIA SỐ ĐẦU TƯ
ĐƯỜNG HẦM & GIA SỐ LỢI NHUẬN
THU TỪ TIẾT KIỆN ĐIỆN
Bk+1
0
I1

Ik

BN
T

Gia số lợi nhuận
Gia số đầu từ đường hầm

35

PGS. TS. Nguyễn Thống

Bj

36

PGS. TS. Nguyễn Thống

6


THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước
XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC SAU NM

ĐƯỜNG DẪN
SAU NM

Dùng trong xác định năng lượng nước.
Đường quan hệ q=f(Z) được thiết lập bằng
p/p thuỷ lực (chảy đều, không đều,…)
Từ lưu lượng qua NM, tra quan hệ giữa Q &
Z để xác định Z. Trong trường hợp dòng
không đều  vẽ đường mực nước từ
biên HL về NM.
37

PGS. TS. Nguyễn Thống

38

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

Chương 6: Công trình lấy nước & dẫn nước

XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC SAU NM
Z(m)
z1
Z=f(Q)

Q1

Q(m3/s)

ĐƯỢC THIẾT LẬP TRONG
NGHIÊN CỨU THỦY VĂN

40

39

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

7