Bài giảng tổng quan về hệ thống thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

XIN CHÀO
CÁC BẠN NAM NỮ SINH VIÊN
Khoá 52


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Môn học : CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI
+Số tín chỉ: 2

+Giáo trình: Công trình trên hệ thống Thủy lợi- NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ 2012
+ Đánh giá: Quá trình 30%; Điểm thi cuối kỳ (thi viết) 70%
+Tài liệu tham khảo:
-Thủy công Tập 1 ( C1-C5) và tập 2 (C20-C22)
- Hướng dẫn đồ án môn học Thủy công
- Quy phạm: công trình thủy lợi- các quy định chủ yếu về thiết kế TCXDVN 285:2002 và QCVN 04-05/2012
- TiCVN- tính toán thủy lực đập tràn
- TCVN- tải trọng và lực tác dụng lên công trình thủy lợi (do sóng và tàu)
- TCVN- nền các công trình thủy công
- TCVN- Tải trong và các tác động
- Ljubomir Tancev – Dams and appurtenant Hydraulic Structures
- P.Novak, Á.I.B mo, C.Moffat, C.Nalluri, Narayanan Hydraulic Structures
- Giáo trình các môn chuyên môn, cơ sở đã, đang và sẽ học;
- các công trình thực tế; các tạp chí và các sách chuyên môn tham khảo


Chương1

HỆ THỐNG THUỶ LỢI VÀ CÁC CÔNG TRÌNH
TRÊN HỆ THỐNG THUỶ LỢI

GS. TS. Phạm Ngọc Quý


1.1 Các khái niệm chung
1.1.1. Công trình thuỷ lợi (CTTL)
Được xây dựng cho các mục đích sử
dụng nguồn nước, phòng chống tiên tai.
Đặc điểm chịu sự tác động trực tiếp của
nước dưới các hình thức khác nhau
CTTL rất đa dạng. Theo chức năng có:


1.1 Các khái niệm chung
1.Công trình ngăn nước
*Dùng để chắn, ngăn nước, nước được dâng cao ở một phía để
trữ nước vào hồ, lấy nước; giữ nước ngọt, ngăn nước mặn, ngăn
triều…
*Tạo ra sự chênh lệch mực nước (gọi là cột nước công tác) giữa
thượng lưu và hạ lưu:
H = MNTL – MNHL,
*Tác dụng của cột nước công tác lên công trình thể hiện ở các
mặt sau: - Gây ra lực đẩy ngang
- Tạo ra dòng thấm: làm mất nước; gây ra áp lực thấm;
gây ra các biến hình thấm
- Có thể gây ra lầy hoá, sạt lở
*Dạng phổ biến: các loại đập, các cống.


1.1 Các khái niệm chung

2.Công trình điều chỉnh dòng chảy
*Chức năng điều chỉnh dòng chảy trong sông, làm thay đổi
hướng chảy, trạng thái dòng chảy
*Gồm các loại đê, đập mỏ hàn, kè bảo vệ bờ, tường chắn cát
ở đáy và các công trình lái dòng đặc biệt, kè bảo vệ mái
dốc…
*Không làm dâng nước. Tác dụng của nước gây ra xói và
sóng;
*Ngoài ra đối với các kè bảo vệ bờ, khi nước sông rút
nhanh, có thầm từ bờ ra


1.1 Các khái niệm chung
3.Các công trình dẫn nước
*Dẫn nước phục vụ các yêu cầu khác nhau như tưới, cấp nước, tiêu thoát nước
* Gồm các hệ thống kênh, máng hở và hệ thống đường ống (kín).
*Kênh hở là phổ biến nhất. Kênh có kênh đào, đắp và phối hợp.
*Vật liệu: đất, gia cô đá, BT; bê tông cốt thép, xi măng lưới thép (kênh máng).
*Trên kênh hở thường có các công trình: báo vệ, kè, cầu máng, xi phông, dốc,
cống….
*Đường ống là loại công trình dẫn nước có mặt cắt kín. Có thể lộ thiên hoặc
ngầm. Ống bằng thép, bê tông cốt thép, nhựa tổng hợp…
*So với kênh đường ống có lưu lượng dẫn nước nhỏ, ít công trình trên hệ
thống, ít chiếm đất.
*Nước trong kênh hở chảy bằng trọng lực, trong đường ống bằng trọng lực và
bằng động lực


1.1 Các khái niệm chung
4.Các công trình chuyên môn

-Công trình trạm thuỷ điện: nhà máy thuỷ điện, bể áp lực, tháp
điều áp, kênh xả…
-Công trình giao thông thuỷ: âu thuyền, công trình nâng tàu,
đường chuyển gỗ, bến cảng..
-Công trình thuỷ nông: hệ thống tưới, tiêu, thoát nước trên đồng
ruộng…
-Công trình cấp, thoát nước: công trình lấy nước, xử lý nước,
trạm bơm, hệ thống đường dẫn và tháo nước…
-Công trình thuỷ sản: hồ nuôi cá, đường chuyển cá…
-Công trình đồng muối: hệ thống điều tiết, cấp thoát nước mặn…


1.1 Các khái niệm chung
1.1.2.Hệ thống thuỷ lợi
*Hệ thống thuỷ lợi (HTTL) là một tập hợp nhiều công trình trong một không
gian nhất định và phục vụ cho một số nhiệm vụ thuỷ lợi nhất định.
*Ví dụ các HTTL Bắc-Hưng-Hải, Cầu Sơn, Bái Thượng, Đô Lương, Linh
Cảm, Thạch Nham,..
*Thành phần của HTTL
gồm: công trình đầu mối,
hệ thống chuyển nước
( hở hay kín ) và
các công trình trên đó.

Hình 1-1. Cống Liên Mạc-đầu mối của HTTL Sông Nhuệ.


1.1 Các khái niệm chung

1.1 Các khái niệm chung
+Cấp của hệ thống được xác định theo quy phạm hiên hành (trướ clà
TCXDVN 285-2002, hiện là QCVN 04-05: 2012 )
+Công trình chuyển nước của HTTL là bộ phận quan trọng để vận chuyển
nước từ nguồn (đầu mối) đến các hộ sử dụng nước.
+Một hệ thống dẫn nước phục vụ tưới, tiêu,
cấp nước thường gồm kênh (ống) chính
và các kênh (ống) nhánh.
Đối với hệ thống kênh tưới:
sơ đồ đánh số các kênh
như hình 1-4 [7].

Hình 1-4. Sơ đồ bố trí hệ thống kênh tưới.


1.1 Các khái niệm chung
1.1.3.Các công trình trên hệ thống thuỷ lợi
1.Các cống lấy nước, cống điều tiết
-Cống lấy nước: bố trí đầu các kênh nhánh để lấy nước từ kênh cấp trên
xuống kênh cấp dưới.
-Cống điều tiết: bố trí trên các kênh chính hoặc kênh nhánh cấp cao để
điều tiêt, làm dâng cao mực nước trước cống


1.1 Các khái niệm chung
2.Các công trình chuyển nước:
-Xi phông ngược (cống luồn): Chuyển nước vượt qua sông, kênh,
hoặc đường giao thông
-Cầu máng: chuyển nước vượt qua sông, kênh hoặc đường giao
thông

1.1 Các khái niệm chung
3.Các công trình nối tiếp
-Bậc nước: khi độ dốc đìa hình lớn
-Dốc nước: khi độ dốc địa hình khá lớn.
4.Công trình đo nước
Để xác định mực nước, lưu lượng, lưu tốc, xói , bồi
phục vụ cho công tác quản lý, sử dụng .
Trên một hệ thống, có thể tận dụng các công trình
thuỷ công để đo nước.


1.1 Các khái niệm chung
5.Các công trình bảo vệ kênh
*Các công trình này có chức năng bảo vệ bờ kênh khỏi bị bồi, xói
lở .
*Bao gồm:
-Tràn bên: để giữ cho nước trong kênh không tràn bờ gây xói
lở bờ.
-Cống tháo cuối kênh: để giữ cho nước trong kênh không tràn
bờ, hay để tháo cạn nước
- Kênh tách nước.
-Cống tiêu qua kênh (cống luồn dưới kênh).
-Tràn băng qua kênh: dùng khi cần chuyển nước từ sườn dốc
băng qua kênh.


1.1 Các khái niệm chung
6.Bể lắng cát

Bể lắng bùn cát là một đoạn kênh được mở rộng và khơi
sâu lắng đọng các hạt bùn cát đủ lớn.
Bùn cát trong bể đưa ra khỏi bể bằng: nạo vét (thủ công,
cơ giới), tháo xả bằng thủy lực…
7.Công trình vận tải thuỷ trên kênh
Với các kênh có kết hợp vận tải thuỷ, tại các vị trí có mực
nước trên kênh thay đổi nhiều thì cần bố trí âu thuyền để
cho thuyền bè đi lại được an toàn.


1.1 Các khái niệm chung
8.Cầu giao thông qua kênh
Đường giao thông khi gặp kênh thì có cầu giao
thông
Cao trình đáy dầm cầu phải cao hơn mực nước
lớn nhất trong kênh.Tính thuỷ lực kênh phải chú ý
tới mố cầu.
Trong thiết kế HTTL, có thể áp dụng thiết kế
mẫu cống, cầu giao thông, kênh xây, cầu máng..


1.2. Một số ví dụ

về các hệ thống thuỷ lợi ở Việt Nam

1.2.1. Hệ thống thuỷ lợi Bắc - Hưng - Hải
Nhiệm vụ cấp nước cho 124.000 ha, tiêu úng cho 185.000 ha thuộc các
tỉnh Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương và một phần huyện Gia Lâm.
Các công trình đầu mối chủ yếu gồm cống lấy nước Xuân Quan; cống
tiêu Cầu Xe, An Thổ.

Hệ thống được xây dựng từ những năm 1960. Ngày nay, hệ thống đang
phát huy tác dụng.


1.2. Một số ví dụ

về các hệ thống thuỷ lợi ở Việt Nam

1.2.2. Hệ thống thuỷ lợi sông Chu
Nhiệm vụ tưới nước cho 50.000 ha Nam Sông Mã, cấp nước 1,25 m³/s ,giao
thông thuỷ.
Đầu mối là đập Bái Thượng. Kênh chính dài 19,33 km và các kênh nhánh
dài hàng trăm km.
Hệ thống được xây dựng từ năm 1936. Đầu năm 1996, công trình được nâng
cấp và hiện đại.


1.2. Một số ví dụ

về các hệ thống thuỷ lợi ở Việt Nam

1.2.3. Hệ thống thuỷ lợi Thạch Nham
Thuộc tỉnh Quảng Ngãi, trên Sông Vệ. Xây dựng những năm 1980. Đang
hiện đại hoá
Nhiệm vụ của hệ thống là tưới 50.000 ha, cấp nước sinh hoạt cho nhân
dân vùng với Q=1,7 m³/s. Đập dâng Thạch Nham. Kênh chính dài 35,2
km. Xiphông Sông Vệ dài 226m gồm 2 ống thép đường kính 1,6 m, Qmax=
15 m³/s.

1.2. Một số ví dụ

về các hệ thống thuỷ lợi ở Việt Nam

1.2.4. Hệ thống thuỷ lợi Dầu Tiếng
Đầu mối là hồ Dầu Tiếng thuộc tỉnh Tây Ninh và hệ thống tưới ở Tây
Ninh, Long An, Bình Dương và thành phố Hồ Chí Minh.
Nhiệm vụ là tưới 93.000 ha, cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp 100
triệu m³/năm.
Dung tích toàn bộ hồ là 1,58 tỷ m³; đập chính dài 1,1 km, cao 28 m; đập
phụ dài 27 km; kênh chính dài 114 km. Hệ thống được xây dựng và hoàn
thành sau ngày thống nhất đất nước


1.2. Một số ví dụ

về các hệ thống thuỷ lợi ở Việt Nam

1.2.5. Hệ thống thuỷ lợi Tứ giác Long Xuyên
Nhiệm vụ của hệ thống là tiêu úng, phòng lũ, cải tạo đất cho 488.935 ha; cấp
nước tưới cho 282.400 ha khu vực Tây Sông Hậu thuộc các tỉnh An Giang,
Kiên Giang và một phần của tỉnh Hậu Giang. Xây dựng những năm 1980
Hệ thống kênh chính dài 708,3 km là kênh kết hợp tưới tiêu và giao thông
thuỷ.
Hệ thống có các tuyến đê và bờ bao ngăn lũ, các cống tưới, tiêu, kiểm soát
lũ, trong đó quan trọng nhất là các cống- đập cao su Trà Sư, Đầm Chính,cống
Tuần Thống, T6, Lung Lớn, Ba Hòn…


1.3. Các nguyên tắc chung

về thiết kế công trình trên HTTL
1.3.1. Cấp thiết kế của công trình
Cấp thiết kế của một công trình là một thông số chính nói lên vai trò quan
trọng của công trình.
Từ cấp công trình sẽ xác định được các chỉ tiêu thiết kế và các thông số
khác
Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế được xác định theo các quy phạm,
tiêu chuẩn hiện hành.
Theo QCVN 04-05:2012, :
a) Xác định cấp công trình theo năng lực phục vụ:
-Đối với kênh chính và các công trình trên kênh chính: cấp công trình lấy
theo cấp của hệ thống.
-Đối với kênh nhánh và công trình trên kênh nhánh: cấp công trình lấy
theo năng lực phục vụ của kênh nhánh đang xét (không cao hơn cấp của hệ
thống)


1.3. Các nguyên tắc chung
về thiết kế công trình trên HTTL
b)Xác định cấp công trình theo đặc tính kỹ thuật của công trình:
Các đặc tính kỹ thuật được xét khi xác định cấp công trình bao gồm:
-Loại công trình: đập chắn, tường chắn…(kể cả các cống, khi đóng van để
ngăn nước)
-Vật liệu xây dựng: là đất, đá hay bê tông, bê tông cốt thép…( đá xây
được xét như là bê tông).
-Loại nền, thường được chia làm 3 nhóm:
Nhóm A: nền đá.
Nhóm B: nền đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa
cứng.
Nhóm C: nền đất sét bão hoà nước ở trạng thái dẻo.

-Chiều cao công trình: lấy theo chiều cao lớn nhất của đập chắn, tường
chắn, tính từ đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình.


1.3. Các nguyên tắc chung
về thiết kế công trình trên HTTL
1.3.2.Những yêu cầu chủ yếu về thiết kế công trình trên HTTL
1.Các yêu cầu chung
-Đủ độ bền, ổn định, hạn chế thấm và thoả mãn các điều kiện khai thác
lâu dài.
-Bố trí tổng thể công trình phải phù hợp với cảnh quan xung quanh và
kiến trúc đặc trưng của khu vực.
-Sử dụng vật liệu tại chỗ ở mức tối đa có thể.
-Biện pháp thi công tối ưu, thời gian thi công hợp lý, phù hợp với lịch
khai thác sinh lợi của toàn hệ thống.
-Sử dụng các thiêt bị đóng mở hiện đại, đảm bảo kín khít nước, vận hành
thuận lợi an toàn.
-Quy chuẩn hoá bố trí thiết bị, kết cấu, kích thước và phương pháp thi
công xây lắp nhằm đẩy nhanh tiến độ, hạ giá thành và tạo thuận lợi cho
công tác quản lý.