Đồ Án Tốt Nghiệp Thủy Lợi Thiết Kế Hồ Chứa Nước Bắc Quang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.2 MB, 170 trang )
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN..................................................................4
1.1VỊ TRÍ ĐỊA LÝ.
1.2ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH.
1.3ĐẶC ĐIỂM THỔ NHƯỠNG.
1.4ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT.
1.5ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG, THUỶ VĂN.
1.6 VẬT LIỆU XÂY DỰNG:
4
4
4
5
5
8
CHƯƠNG 2.ĐIỀU KIỆN DÂN SINH, KINH TẾ..................................................10
2.1TÌNH HÌNH DÂN SINH KINH TẾ:
2.2HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP.
2.3HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI TRONG VÙNG.
2.4HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA VÙNG DỰ ÁN.
2.5PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN KINH TẾ, XÃ HỘI:
2.6NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH
2.7CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ
2.8BỐ TRÍ CỤM CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI
10
10
10
11
11
12
13
14
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ...............17
3.1TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA
3.2TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ.
17
25
CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐẬP ĐẤT VÀ TRÀN XẢ LŨ.................................41
4.1 HÌNH THỨC ĐẬP CHẮN CHÍNH.
4.2CÁC TÀI LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ.
4.3XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP.
4.4CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT ĐẬP.
4.5THIẾT KẾ SƠ BỘ TRÀN XẢ LŨ VỚI CÁC PHƯƠNG ÁN BTR
4.6 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
41
41
42
46
49
63
CHƯƠNG 5.THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT...................................................................67
5.1TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
5.2THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
5.3TÍNH TOÁN THẤM
5.4TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT.
67
73
80
92
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ............................................................105
6.1HÌNH THỨC VÀ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN ĐƯỜNG TRÀN
6.2TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN XẢ LŨ.
6.3TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRÁN XẢ LŨ.
105
107
123
CHƯƠNG 7.THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC......................................................130
7.1VỊ TRÍ VÀ HÌNH THỨC CỐNG
7.2THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG
7.3TÍNH KHẨU DIỆN CỐNG
7.4KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY VÀ TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG.
7.5MỘT SỐ CHI TIẾT CẤU TẠO CỐNG
7.6TÍNH TOÁN NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN CỐNG NGẦM
130
131
133
139
149
151
CHƯƠNG 8.TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT MỐ BIÊN TRÀN XẢ LŨ..........................157
8.1MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU
8.2CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN
8.3MẶT CẮT VÀ CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
8.4TÍNH TOÁN NỘI LỰC
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
157
157
157
158
Trang 1
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
8.5TÍNH TOÁN CỐT THÉP
8.6TÍNH TOÁN KIỂM TRA NỨT:
163
168
PHẦN MỞ ĐẦU
Trong suốt 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo TS Lê Xuân Khâm cùng sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Thuỷ
Công – Trường Đại Học Thuỷ Lợi, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của
mình với đề tài được giao: “Thiết kế hồ chứa Bắc Quang (PA3) ”.Nằm trong địa
phận huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn.
Với những kiến thức đã được học dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo em
đã thiết kế công trình hồ chứa nước Bắc Quang (PA3) với 4 phần chính như sau:
-
Phần thứ nhất: Thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu
-
Phần thứ hai: Thiết kế sơ bộ và chọn phương án thiết kế .
-
Phần thứ ba: Thiết kế kỹ thuật phương án chọn
-
Phần thứ tư: Chuyên đề kỹ thuật: Tính toán cốt mố bên tràn xả lũ
Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS.Lê Xuân Khâm đã tận tình giúp đỡ em
trong suốt quá trình làm đồ án. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy
cô trong trường Đại Học Thủy Lợi đã tận tình dạy dỗ em trong suốt thời gian học tập
vừa qua.
Em trân thành cảm ơn tất cả các thầy cô!
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 2
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
PHẦN THỨ NHẤT
TÀI LIỆU CƠ BẢN HỒ CHỨA NƯỚC BẮC QUANG
TỈNH BẮC KẠN
Hà Nội, Tháng 06 năm 2014
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 3
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
CHƯƠNG 1.
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
1.1
Vị trí địa lý.
Hồ Bắc Quang là một công trình thuộc cụm công trình trong dự án đầu tư xây
dựng công trình thuỷ lợi 6 xã của huyện Bạch Thông – tỉnh Bắc Kạn bằng nguồn
vốn ADB.
Toạ độ địa lý nằm trong khoảng: - Từ 22o05’ đến 22o15’ vĩ độ bắc.
Từ 105o45’ đến 105o55’ kinh độ đông.
1.2
Đặc điểm địa hình.
Vùng dự án có địa hình tương đối phức tạp, địa hình chủ yếu là đồi núi được
chia cắt bởi các thung lũng, khe lạch, sông suối thành nhiều loại địa hình khác nhau,
chia căt các cánh đồng màu mỡ, gây khó khăn cho việc thiết kế bố trí các công trình
thuỷ lợi. Chi tiết có thể chia địa hình toàn vùng thành 2 loại địa hình như sau:
- Địa hình bị chia cắt bởi các sông suối và thung lũng nhỏ hẹp và ruộng bậc
thang được hình thành trên các sườn dốc, chênh lệch độ cao 5÷15 m, có nơi lên đến
20m. Đại diện cho loại địa hình này là khu vực Pò Deng, Vang Ngần thuộc xã Tú
Trĩ; khu vực – xã Vũ Muộn; khu vực Nà Đinh xã Quang Thuận.
- Địa hình có độ chênh cao 2÷5 m. Đại diện cho loại điạ hình này là khu vực
thuộc xã Quân Bình. Ruộng đất trong khu vực tương đối bằng phẳng và tập chung,
độ dốc trung bình 1o÷3o. Đây là loại địa hình rất thích hợp cho canh tác đất nông
nghiệp.
Trong vùng có sông Cầu chảy giữa huyện và trung tâm thị xã Bắc Kạn vì vậy
địa hình khu vực này có hướng dốc về phía sông Cầu.
Độ cao trung bình của khu vực lớn, trung bình là 350 m, cao nhất là 1350m và
thấp nhất là 300m.
Có thể thấy địa hình khu vực dự án là phức tạp, tuy ruộng đất ở đây màu mỡ
và tập chung, song việc xây dựng công trình thuỷ lợi cấp nước sinh hoạt và phục vụ
sản xuất khá khó khăn.
1.3
Đặc điểm thổ nhưỡng.
1.3.1 Nhóm đất phù sa.
Đất phù xa bao gồm: Đất phù xa được bồi lắng hang năm bởi hệ thống sông
suối và đất phù xa không bồi lắng hàng năm. Các loại đất này có màu vàng tươi, độ
phì trung bình, rất thích hợp cho việc trồng các cây lương thực như lúa, lạc…. và
cây công nghiệp ngắn ngày.
1.3.2 Đất feralit phủ trên nền:
Đất feralit mùn trên núi, có độ cao từ 200÷700 m. Đất này có màu vàng, vàng
nhạt ,vàng đỏ, đỏ nâu phủ trên phù xa cổ, sa thạch, đá granit, đá biến chất, đá vôi….
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 4
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Đất này phù hợp với sự phát triển của cây lương thực, cây ăn quả và cây công
nghiệp.
1.3.3 Đất feralit mùn:
Nằm ở trên núi ở độ cao trên 700m. Loại đất này hầu như chỉ phù hợp với
trồng rừng.
1.4
Đặc điểm địa chất.
1.4.1 Địa chất vùng tuyến đập.
Địa chất vùng tuyến đập có thể chia thành các lớp địa chất như sau:
Lớp 1: Lớp cuội, sỏi lòng sông, có chiều dày 0.5÷1 m. Lớp này có hệ số thấm
nước lớn.
Lớp 2: Là lớp đá phong hoá có chiều dày khoảng 8m. Hệ số thấm tương
đối lớn (K = 10-4 m/s). Đây là tầng gây mất nước nhiều nhất khi xây dựng
đập.
Lớp 3: Là lớp đá phong hoá ít, có chiều dày nhỏ 0.2÷0.5 m.
Lớp 4: Lớp đá gốc cứng và nứt nẻ ít, hệ số thấm của lớp này nhỏ, gần như không
thấm nước.
1.4.2 Địa chất tuyến tràn và tuyến cống:
Địa chất 2 khu vực này không có gì thay đổi nhiều so với địa chất tuyến đập,
tuy nhiên tuyến tràn có điạ hình cao, và nằm hoàn toàn trên núi nên dưới lớp đá
phong hóa là lớp đá bị phong hoá ít.
1.5
Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn.
Toàn tỉnh Bắc Kạn có 4 trạm đo đạc là : trạm Chợ Rã, trạm Ngân Sơn, trạm
Chợ Đồn, trạm Thị xã Bắc Kạn. Tuy nhiên trạm gần nhất và đáng tin cậy nhất là
trạm đo đạc thị xã Bắc Kạn, vì vậy ta lấy số liệu đo đạc của trạm này để tính toán
thiết kế sau này.
1.5.1
Khí tượng.
a) Nhiệt độ:
Nhiệt độ trung bình, cao nhất và thấp nhất của thị xã Bắc Kạn như sau:
Bảng 1-1: Nhiệt độ trung bình nhiều năm của thị xã Bắc Kạn.
TT
1
2
3
Đặc
trưng
TTB
Tmax
Tmin
1
2
3
4
14.4
30.8
-0.9
16.0
33.2
3.6
19.2
34.4
5.3
23.0
37.8
10.4
Nhiệt độ trung bình các tháng.
5
6
7
8
26.2
38.8
15.3
27.2
39.4
16.5
27.4
37.8
18.7
27.0
37.4
19.8
năm
9
10
11
12
25.8
36.6
13.7
23.0
34.1
8.5
19.3
33.6
4.0
15.8
30.7
-1.0
22.0
39.4
-1.0
Qua bảng thống kê nhiệt độ trên ta thấy rằng: Khí tượng khu vực xây dựng
công trình có thể chia thành 2 mùa nóng, lạnh rõ rệt:
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 5
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
-
Mùa nóng bắt đầu từ tháng IV đến tháng X, nhiệt độ trung bình 22 oC, tháng
nóng nhất là tháng VI có nhiệt độ tới gần 40oC.
- Mùa lạnh bắt đầu từ tháng XI đến tháng III năm sau, nhiệt độ trung bình
tháng lạnh nhất là -1 oC vì vậy nhiệt độ có ảnh hưởng không tốt tới trồng trọt và
chăn nuôi trong khu vực.
b) Độ ẩm.
Bảng 1-2: Độ ẩm không khí trung bình năm tại trạm thị xã Bắc Kạn.
Tháng
Độ ẩm(%)
1
82
2
82
3
83
4
84
5
82
6
84
7
86
8
86
9
85
10
83
11
83
12
82
Năm
84
c) Bốc hơi.
Bảng 1-3: Lượng bốc hơi bình quân tháng, năm tại trạm thị xã Bắc Kạn.
Tháng
∆Z
(mm)
1
55.8
2
54.4
3
58.1
4
60.5
5
78.4
6
66.5
7
61.3
8
55.8
9
61.1
10
65.7
11
59.8
12
57.9
Năm
73.53
d) Nắng.
Trong khu vực công trình mặt trời chiếu sáng quanh năm và phân bố không
đồng đều. Bình quân mỗi ngày có 4÷5 giờ nắng. Mùa đông cũng có 2 giờ/ngày,
mùa hè có tới 6 giờ/ ngày.
e) Mưa.
Qua tài liêu quan trắc nhiều năm của trạm đo thị xã Bắc Kạn ta thấy khu vực
xây dựng công trình có 2 mùa mưa nắng rõ rệt. Mùa mưa bắt đầu từ tháng V đến
tháng IX, mùa khô bắt đầu từ tháng X đến tháng IV năm sau. Lượng mưa mùa mưa
chiếm 70÷80 % lượng mưa cả năm.
Bảng 1-4: Kết quả quan trắc lượng mưa trung bình tháng trạm thị xã Bắc Kạn
Tháng
1
X (mm)
22.2
2
31.
5
3
4
50.8
110
5
173.
7
6
7
8
9
261.9
282.8
291.1
161.9
10
83.
4
11
44.
6
12
Năm
18.6
1532.0
Lượng mưa trung bình năm ở Bắc Kạn thuộc vùng mưa nhỏ, phân bố không
đồng đều. Chính vì vậy nó ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất và phát triển kinh tế của
tỉnh, đồng thời cũng là nguyên nhân gây ra hạn hán, lũ lụt kéo dài.
- Lượng mưa bình quân năm: Xo = 1532.0 mm.
- Lượng mưa năm ứng với tần suất 85%: X85% = 1342.08 mm.
f) Gió.
Vận tốc gió theo hướng chủ yếu tại tuyến đập ứng với các tần suất thiết kế
được thể hiện trong bảng.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 6
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Bảng 1-5: Vận tốc gió ứng với các tần suất thiết kế
p%
V (m/s)
2
32
3
30
5
29
30
23
50
16
1.5.2 Thuỷ văn.
a) Dòng chảy năm.
-
Dòng chảy bình quân năm: Qo=0.127 m3/s
Dòng chảy năm ứng với tần suất 85%: Q85% = 0.104 m3/s.
Bảng 1-6: Bảng phân phối lượng nước với tần suất 85%
Tháng
W
(106m3)
1
0.025
2
0.037
3
0.052
4
0.084
5
0.133
6
0.882
7
0.655
8
0.513
9
0.468
10
0.283
11
0.058
12
0.044
b) Đường quá trình lũ.
Đường quá trình lũ đến tuyến đập ứng với các tần suất thiết kế được thể hiện
trong bảng 1.7
Bảng 1-7: Đường quá trình lũ đến tuyến đập
TT
Thời gian
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
Lưu lượng đến
p = 0.2%
p = 1%
0.80
0.80
13.63
11.00
26.77
21.50
39.94
32.00
53.13
42.50
46.55
37.25
39.97
32.00
33.39
26.75
26.81
21.50
20.24
16.25
13.66
11.00
6.88
5.75
0.80
0.80
c) Đường đặc tính lòng hồ.
Bảng 1-8: Đường đặc tính quan hệ lòng hồ Bắc Quang.
Z(m)
F(104m2)
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
V(105m3)
Z(m)
Trang 7
F(104m2)
V(105m3)
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
(1)
501
503
505
507
509
511
513
515
(2)
0
0.1290
1.0105
1.9780
3.0100
3.6550
5.2675
6.2565
(3)
0
0.009
0.109
0.402
0.896
1.563
2.451
3.601
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
(4)
517
519
521
523
525
527
529
531
(5)
7.3100
8.8150
11.1800
13.2440
14.8990
16.8770
18.7910
20.7260
(6)
4.956
7.488
9.486
11.930
14.740
17.938
21.478
25.428
Hình 1-1: Biểu đồ quan hệ: Z~V
Hình 1-2: Biểu đồ quan hệ: Z~F
1.6
Vật liệu xây dựng:
Vật liệu xây dựng thiên nhiên sử dụng cho công trình bao gồm: cát, đá các
loại, đất đắp… vì vậy cần nghiên cứu khảo sát các loại vật liệu tại chỗ, nếu không
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 8
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
có thể phải mua tại các mỏ vật liệu gần nhất nhằm giảm giá thành xây dựng. Nhu
cầu vật liệu xây dựng thiên nhiên chủ yếu cho công trình bao gồm:
- Đất đắp các loại.
- Đá các loại.
- Cát xây dựng.
1.6.1 Bãi vật liệu đất đắp đập:
- Yêu cầu: Đảm bảo trữ lượng, đạt yêu cầu chất lượng, gần đập và đền bù giải
toả dễ dàng.
- Nguồn gốc đất đắp: Lớp phủ bởi rời đệ tứ (edQ) á sét bột pha cát lẫn dăm sạn
màu nâu đỏ dày 5.0m tương ứng với chiều sâu khai thác (5-5.5)m.
- Chất lượng: Đạt yêu cầu (xem phụ lục kết quả phân tích mẫu đất đắp)
- Khối lượng đất bóc bỏ thuộc lớp thổ nhưỡng (dQIV)
120.000m2 x 0.5 m (sâu) = 60.000m3
- Khối lượng đất đắp (edQI-III)
120.000m2 x 5.0m (sâu) = 600.000m3
1.6.2 Đá xây dựng các loại
Đá xây dựng có thể khai thác tại mỏ cách công trình khoảng 12km
1.6.3 Cát xây dựng các loại
Yêu cầu: Đủ trữ lượng, chất lượng và gần công trình
Vị trí có hai mỏ gồm: Mỏ một ở đáy suối nhánh bờ trái tại vị trí ngã ba chảy
vào suối lớn từ cao trình 548 - 560m thuộc lớp 2a1/aQII - III , bồi tích cát lòng sông
cổ thêm bậc II dày 5 - 6m, mỏ hai ở bờ phải cùng thuộc lớp cát bồi tích lòng sông
cổ thềm bậc II 2a1/aQII - III dày 2.0m. Chất lượng cát hai mỏ là rất tốt chủ yếu là
cát thạch anh hạt mịn đến trung, hai mỏ đều có điều kiện khai thác thuận lợi và trữ
lượng thì vô cùng lớn đặc biệt là mỏ một và có thể khai thác bằng máy hút cát.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 9
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
CHƯƠNG 2.
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
ĐIỀU KIỆN DÂN SINH, KINH TẾ
VÀ HIỆN TRẠNG THỦY LỢI
2.1
Tình hình dân sinh kinh tế:
Dân số hưởng lợi trực tiếp từ công trình hồ chứa nước Bắc Quang bao gồm:
thôn Bắc Quang, thôn Nà Lạng và thôn Nà Cạp thuộc xã Vũ Muộn với tổng dân số
là 1500 người, trong đó thành phần dân tộc chủ yếu là người kinh, ngoài ra có một
số dân tộc thiểu số khác.
Đời sống nhân dân trong vùng: Người dân trong vùng sống chủ yếu dựa vào
trồng trọt và chăn nuôi, gần như không có một nghề phụ nào. Nguồn sống chủ yếu
của người dân trong vùng là trồng lúa nước và hoa màu như: đỗ tương, ngô, sắn,
khoai và một số loại cây trồng khác.
2.2
Hiện trạng sản xuất nông nghiệp.
2.2.1 Tình hình sản xuất:
Khu vực dự án có tổng diện tích đất nông nghiệp là 1153.45 ha, chiếm 8.8%
đất tự nhiên. Hiện tại việc phát triển sản xuất lúa 2 vụ chủ yếu tập chung vào 3 xã:
Quân Bình, Tân Tiến và Bình Sỹ, các xã còn lại có rất ít. Nguyên nhân chủ yếu là
chưa chủ động được nguồn nước tưới phục vụ sản xuất.
Năng suất bình quân đạt được 37÷38.5 tạ/ha. Nhìn chung năng suất cây trồng
còn thấp, chưa đáp ứng được tình hình sản xuất lương thực hiện nay.
2.2.2 Hiện trạng sử dụng đất.
Tổng diện tích đất tự nhiên của xã là 2715 ha. Trong đó,
+ Đất sử dụng cho nông nghiệp khoảng 200 ha.
+ Đất trồng cây hàng năm khoảng 120 ha.
+ Đất trồng lúa, hoa màu khoảng 100 ha.
+ Đất nương dẫy khoảng 14 ha.
+ Đất lâm nghiệp có rừng khoảng 2250 ha.
Ngoài ra còn đất chưa sử dụng và sông suối.
Bảng 2-1: Bảng phân phối nhu cầu dùng nước 85%
Tháng
Wq
(106m3)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.310
0.368
0.315
0.388
0.114
0.198
0.239
0.244
0.248
0.241
0.117
0.125
2.3
Hiện trạng công trình thuỷ lợi trong vùng.
Hiện trạng công trình thuỷ lợi của xã Bắc Quang:
Trong 2 năm qua nhà nước đã đầu tư xây dựng 4 đập dâng trên suối để lấy
nước tưới cho diện tích đất nông nghiệp của xã, tuy nhiên do đập dâng không có
khả năng điều tiết về mùa khô nên không đáng kể.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 10
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
2.4
Hiện trạng môi trường của vùng dự án.
Đặc điểm thảm phủ trong lưu vực các công trình thuộc vùng dự án:
- Thảm thực vật trong lưu vực là kiểu rừng dậm nhiệt đới, có nhiều tán,
tầng. Vùng thượng lưu thực vật chủ yếu là các cây thân gỗ, mọc dày trên sườn núi
xen lẫn song mây. Vùng thấp ven theo suối là rừng tre gai và nứa. Trong lưu vực có
xen một số diện tích rừng trồng.
Chất lượng nước.
- Theo tài liệu thí nghiệm của các mẫu nước lấy trong vùng, nhìn chung
chất lượng nước tương đối tốt rất phù với việc cung cấp nước tưới và sinh hoạt, tuy
nhiên để cung cấp cho sinh hoạt cần phải sử lý.
Hiện trạng khoáng sản.
- Theo bản đồ địa chất khoáng sản thì vùng ngập lụt của lòng hồ gần như
không có khoáng sản gì. Mặt khác theo điều tra khảo sát ta thấy khu vực lòng hồ
không có công trình kiến trúc và văn hóa có giá trị. Vì vậy việc xây dựng công trình
không ảnh hưởng đến nguồn tàì nguyên khoáng sản và công trình có giá trị.
2.5
Phương hướng phát triển kinh tế, xã hội:
2.5.1 Phương hướng phát triển nông, lâm nghiệp
a) Mục tiêu và nhiệm vụ.
- Ổn định dân cư, phát triển sản xuất trên cơ sở giải quyết lương thực cho nhân
dân trong khu vực, tiến tới xoá đói - giảm nghèo.
- Thâm canh, tăng vụ, mở rộng diện tích cây lương thực nếu có điều kiện, kết
hợp chuyển đổi đa dạng hóa loại cây trồng vật nuôi cho phù hợp với từng địa bàn
do công trình phụ trách.
- Phát triển mạnh cây ăn quả và cây công nghiệp theo hướng sản xuất hàng
hoá như: cam, mận, mơ, chè, thuốc là và một số loại cây khác.
- Đưa mức thu nhập bình quân đầu người hiện tại là 400 kg/người/ năm phấn
đầu lên 500 kg/người/năm vào năm 2010 và 550 kg/người/ năm vào năm 2015.
b) Mục tiêu cụ thể.
- Nâng cao diện tích tưới.
- Thâm canh tăng vụ từ 1 vụ lên 2, 3 vụ.
- Hỗ trợ tưới cho hoa màu và cây công nghiệp.
- Cấp nước sinh hoạt.
- Góp phần xoá đói, giảm nghèo cho gần 320 hộ tương đương 1500 người
thuộc vùng hưởng lợi.
c) Phương hướng phát triển lâm nghiệp.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 11
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Tiếp tực thực hiện giao đất, giao rừng để bảo vệ rừng hiện có. Trồng và
khoanh nuôi bảo vệ rừng, phấn đấu đến năm 2010 nâng độ che phủ của rừng lên
đến 75% tổng diện tích 5 triệu ha rừng.
2.5.2 Phương hướng phát triển nghành kinh tế khác:
a) Công nghiệp.
Xây dựng nghành công nghiệp dựa trên tài nguyên, khoáng sản nông – lâm
sản sẵn có. Phát triển công nghiệp gắn và phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nông
thôn. Xây dựng công nghiệp theo hình thức, quy mô vừa và nhỏ. Khuyến khích phát
triển theo nhiều thành phần. Đầu tư trọng điểm nghành công nghiệp sản xuất và
khai thác vật liệu, công nghiệp chế biến lâm sản.
b) Giao thông.
Đầu tư nâng cấp sửa chữa đường giao thông đi lại trong xã và đường từ quốc
lộ vào trung tâm xã.
Xây dựng mới 1 số cầu, cống vượt suối hoặc qua đường.
c) Y tế.
Tăng cường đào tạo các cán bộ y tế có chuyên môn cao để phục vụ việc chăm
sóc sức khỏe cho bà con nhân dân trong vùng. Nâng cấp cơ sở hạ tầng, trang thiết bị
cho các trạm y tế của xã.
d) Giáo dục
Đào tạo đội ngũ giáo viên các cấp, đặc biệt là giáo viên cấp 1, 2 để phục vụ
cho giảng dạy, tránh tình trạng thiếu giáo viên. Xây dựng them các phòng học cho
các trường, nâng cấp các trường học đã cũ nát.
2.6
Nhiệm vụ công trình
2.6.1 Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình:
Vùng dự án đất đai màu mỡ, có tiềm năng nông nghiệp thích hợp cho các cây
lương thực, cây công nghiệp và cây ăn quả, tuy nhiên diện tích đất được khai thác
còn hạn chế mà nguyên nhân chủ yếu là do thiếu nước cung cấp cho sản xuất nông
nghiệp.
Việc nghiên cứu xây dựng công trình thuỷ lợi tạo nguồn nước tưới và cấp cho
các nhu cầu khác sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vùng dự án phát triển mạnh, tăng
diện tích sản xuất nông nghiệp, tăng năng suất và sản lượng các loại cây trồng, góp
phần cải tạo môi trường và thay đổi đời sống kinh tế - xã hội cho một vùng rộng lớn
thuộc 6 xã thuộc huyện Bạch Thông - tỉnh Bắc Cạn.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 12
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
2.6.2 Giải pháp về công trình:
a) Sử dụng trạm bơm
Qua tài liệu thuỷ văn cho thấy lượng nước đến trong mùa kiệt rất nhỏ so với
nhu cầu dùng nước mùa kiệt vì vậy phương án này không khai thác triệt để nguồn
đất đai màu mỡ vào trong sản xuất. Phương án dùng trạm bơm không hiệu quả.
b) Sử dụng nguồn nước ngầm bằng các giếng khoan
Nước ngầm trong khu vực khá nghèo nàn, có quan hệ trực tiếp đến nước sông
và nước mặt trong vùng vì vậy đào giếng khoan để lấy nước phục vụ cho sản xuất là
hết sức khó khăn. Hơn nữa nếu sử dụng nguồn nước này cạn kiệt nhanh chóng và
làm ảnh hưởng đến nước mặt trong lưu vực.
c) Sử dụng hồ chứa
Đây là biện pháp thuỷ lợi phổ biến, lợi dụng địa hình được bao bọc bởi các
thung lũng; kết hợp với điều kiện địa chất, vật liệu xây dựng và kinh tế cho phép,
tiến hành xây dựng hồ chứa để tích nước mùa mưa, xả nước phục vụ tưới mùa khô;
tích nước ở năm nhiều nước phục vụ cho năm ít nước.
Thành phần công trình: Công trình bao gồm các thành phần chính sau:
- Đập chắn chính.
- Tràn xả lũ.
- Cống lấy nước
2.7
Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế
2.7.1 Cấp công trình
Theo nhiệm vụ của công trình:
Nhiệm vụ chính của công trình là cấp nước tưới cho 145 ha lúa và 60 ha cây
ăn quả, theo bảng 1 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT cấp công trình là cấp IV.
Theo đặc tính kĩ thuật của công trình:
Sơ bộ ta chọn chiều cao lớn nhất của đập chắn là 15÷35m, đập được đặt trên
nền B, theo bảng 1 QCVN 04-05:2012/BNNPTNT cấp công trình là cấp II.
Dựa trên 2 điều kiện thì cấp công trình là cấp II.
2.7.2 Các chỉ tiêu thiết kế:
Theo quy chuẩn QCVN 04-05:2012/BNNPTNT với công trình cấp II ta có:
Mức bảo đảm thiết kế của công trình (%) :Theo Bảng 3 QCVN 0405:2012/BNNPTNT. Với công trình cấp IV phục vụ tưới thì mức bảo đảm thiết kế
của công trình là P% = 85%.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 13
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
- Lưu lượng mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra: (Bảng 4 QCVN 04-05:
2012/BNNPTNT)
+ Tần suất thiết kế: p = 1%.
+ Tần suất kiểm tra: p = 0.2%.
Tần suất gió lớn nhất khi tính toán sóng do gió gây ra ( Bảng 3 TCVN 82162009)
+ Ở MNDBT : p = 4%
+ Ở MNLTK : p = 50%
Hệ số tổ hợp tải trọng nc :Theo phụ lục B QCVN 04-05:2012/BNNPTNT.
Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất :
+ nc = 1,00 - đối với tổ hợp tải trọng cơ bản.
+ nc = 0,9 - đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt.
+nc = 0,95 - đối với tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công và sửa chữa.
Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số nc = 1,00.
Hệ số độ tin cậy Kn :Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT công trình cấp II :
+ Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ nhất : Lấy hệ số K n = 1,15.
+ Khi tính toán với trạng thái giới hạn thứ hai : Lấy hệ số K n = 1,00.
Hệ số vượt tải n : Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT khi tính ổn định
công trình và độ bền công trình, do công trình chủ yếu chịu tác dụng của trọng
lượng bản thân nên lấy : n = 1,05.
Hệ số điều kiện làm việc: Theo phụ lục B QCVN 04-05:2012/BNNPTNT
Các mái dốc tự nhiên và nhân tạo => m = 1,00.
Hệ số an toàn cho phép về ổn định của mái đập đất [K] :
Theo bảng 7 TCVN 8216-2009 Công trình cấp II :
+ Tải trọng chủ yếu [K] = 1,30.
+ Tải trọng đặc biệt [K] = 1,10.
Thời gian tính toán dung tích bồi lắng hồ ( Theo bảng 11 QCVN 0405:2012/BNNPTNT) : T = 75 năm
2.8
Bố trí cụm công trình đầu mối
2.8.1 Đập chắn chính
Tinh toán sơ bộ cho thấy chiều cao đập không lớn lắm, khoảng 15÷35 m, có
thể xây dựng đập đất. Theo tài liệu khảo sát vật liệu xây dựng đảm bảo đủ đất xây
dựng đập. Xây dựng đập đất tận dụng được vật liệu địa phuơng, làm giảm chi phí
cho công trình. Đập đất thi công nhanh chóng giúp sớm đưa công trình vào sử dụng
phục vụ.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 14
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
2.8.2 Tràn xả lũ.
- Vị trí của tràn: Dựa vào điều kiện địa hình ta thấy nơi đây rất thuận tiện cho
bố trí tràn dọc ở phía bờ phải đập dâng để thuận tiện cho việc nối tiếp với sông ở hạ
lưu giảm được chiều dài đoạn dốc nước.
- Hình thức tràn:
+ Tràn có cửa van: ưu điểm là có thể tận dụng một phần dung tích hiệu
dụng để trữ nước, cao trình đỉnh tràn thấp nên giảm khối lượng công tác tăng khả
năng tháo. Tuy nhiên loại này cần có hệ thống dự báo khí tượng thuỷ văn tốt.
+ Tràn tự do: Ưu điểm là không cần dự báo khí tượng, thuỷ văn chính xác,
công tác vận hành đơn giản.
Tài liệu thuỷ văn cho thấy lưu lượng đỉnh lũ không lớn lắm, lũ không đột
ngột do đó ta chọn hình thức tràn là tràn đỉnh rộng, có đáy phẳng, không có cửa
van.
- Cao trình ngưỡng tràn: Chọn bằng mực nước dâng bình thường.
- Bề rộng tràn: Nghiên cứu cho 3 phương án về bề rộng tràn là 8m, 11m và
14m. Bề rộng tràn được xác định thông qua tính toán kinh tế, kĩ thuật.
2.8.3 Cống lấy nước
- Vị trí cống: Nằm dưới đập bên bờ trái để thuận tiện cho việc cung cấp nước
tưới cho hạ lưu.
- Hình thức cống: Cống ngầm không áp, có kết cấu cống hộp, điều tiết bằng
tháp van.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 15
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
PHẦN THỨ HAI
THIẾT KẾ SƠ BỘ HỒ CHỨA NƯỚC BẮC QUANG
TỈNH BẮC KẠN
Hà Nội, Tháng 06 năm 2014
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 16
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
CHƯƠNG 3.
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU
TIẾT LŨ
3.1
Tính toán điều tiết hồ chứa
Những tài liệu cần có:
Hàm lượng bùn cát lơ lửng
Đặc trưng địa hình hồ chứa: quan hệ Z & F, Z &V.
Dòng chảy năm thiết kế
Phân phối dòng chảy năm thiết kế
Lượng bốc hơi hồ chứa
Yêu cầu cấp nước
Tuổi thọ của công trình
3.1.1 Xác định các thông số hồ chứa
3.1.1.1 Xác định mực nước chết
• Các khái niệm:
Dung tích chết (Vc) là phần dung tích dưới cùng của hồ chứa không tham gia
vào quá trình điều tiết dòng chảy, còn gọi là dung tích lót đáy.
Mực nước chết (MNC): là giới hạn trên của dung tích chết Vc.
MNC và Vc có quan hệ với nhau theo quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ
Z~V.
• Nguyên tắc lựa chọn:
Chứa đựng toàn bộ bùn cát đến hồ chứa trong thời gian hoạt động của công
trình Vc ≥ Vbl (1)
Bảo đảm đầu nước tưới tự chảy MNC = Zyc + hw (2)
Bảo đảm cột nước tối thiểu để phát điện
Bảo đảm mực nước tối thiểu để giao thông trong mùa kiệt
Bảo đảm dung tích tối thiểu để nuôi trồng thuỷ sản
Bảo đảm dung tích tối thiểu để du lịch và vệ sinh môi trường
Trong phạm vi đồ án này chỉ xét tới điều kiện (1) và (2). MNC lấy bằng giá trị lớn
nhất khi tính theo 2 điều kiện.
a) Xác định mực nước chết theo điều kiện lắng đọng bùn cát
- Theo nguyên tắc lắng đọng bùn cát, mực nước chết được xác định theo công
thức:
Vc ≥ Vbl (1)
Xác định tuổi thọ của hồ chứa: Với công trình cấp II, tra bảng 11 QCVN 0405:2012/BNNPTNT, ta có tuổi thọ của công trình là T = 75năm.
Tính toán thể tích bùn cát:
Vbl = Vll+Vdđ
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 17
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Trong đó:
Vll: Dung tích bùn cát lơ lửng. Được xác định dựa vào lượng bùn cát đến
tuyến đập trong thời gian tuổi thọ công trình.
Lượng bùn cát lơ lửng đến tuyến đập trong thời gian tuổi thọ của công trình là:
M 1 = ρ0 × Q0 × T (3-1)
Trong đó:
ρ 0 : hàm lượng bùn cát lơ lửng bình quân. Theo tài liệu thuỷ văn ta có:
ρ o = 488,2 g/m 3
-
Q 0 : Lưu lượng trung bình nhiều năm đến hồ chứa. Q 0 = 0.127 m 3 / s
T: Tuổi thọ của công trình T= 75 năm.
Thay vào công thức (3-1) ta được:
M 1 = 488,2.10-6.0,127.75.365.3600.24 = 146645,71 ( T)
Ngoài bùn cát lơ lửng còn lượng bùn cát di đẩy tới lòng hồ, lượng bùn cát do
sạt lở, lượng bùn cát do cây cối mọc ven bờ. Bùn cát đến hồ không giữ lại hoàn toàn
mà 1 phần qua công trình xả xuống hạ lưu. Theo kinh nghiệm đối với sông miền núi
lượng bùn cát đọng lại trong hồ lấy 0,78 lần lượng bùn cát lơ lửng.
M = M1. 0,78 = 146645,71 x 0,78 = 114383,65 (T)
Khối lượng riêng trung bình của bùn cát lấy bằng 1,35 T/m 3
Thể tích bùn cát lắng đọng là: Vbc =
M
114383, 65
=
= 84728,63( m3)
1,35
1,35
Tra trên quan hệ Z ~ V ta có cao trình bùn cát tương ứng là: Zbc = +508.8 m.
MNC
h
a
Zbc
Cao trình mực nước chết được xác định:
MNC = Zbc + h + a (3-2)
h:cột nước trước cống để lấy đủ lưu lượng thiết kế, sơ bộ chọn h= 1 (m).
a : là chiều cao an toàn, chọn a = 0,5 (m)
Thay vào công thức (3-2) ta được MNC = 508,8 + 1 + 0,5 = 510,3( m)
b) Xác định mực nước chết theo điều kiện tưới tự chảy
Theo kết quả tính toán thuỷ nông, để đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy mực nước
đầu kênh chính là: Zyc = +510,1 (m).
Theo điều kiện tưới tự chảy, MNC được xác định như sau:
MNC = Zyc + hw
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 18
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Trong đó:
+ Zyc : cao trình yêu cầu tưới tự chảy đầu kênh: Zyc = 510,1 (m)
+ hw : tổng tổn thất cột nước qua cống, sơ bộ chọn hw =0,5
MNC = 510,1 + 0,5 = 510,6 (m) (2)
Từ (1) và (2) chọn Max(MNC) = 510,6 (m). MNC = 510,6 (m)
Tra quan hệ Z~V Vc = 142960 (m3)
3.1.1.2 Xác định dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường
• Các khái niệm:
Dung tích hiệu dụng (Vh) là phần dung tích nằm phía trên dung tích chết V c,
làm nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho các đối tượng dùng nước. Còn gọi là dung tích
hữu ích.
Mực nước dâng bình thường là giới hạn trên của dung tích hiệu dụng.
Dung tích khống chế phần dung tích chết và dung tích hiệu dụng là:
Vbt = Vc + Vh
MNDBT và Vbt có quan hệ theo đường cong Z~V.
• Nguyên tắc xác định:
Căn cứ vào đường quá trình nước đến thiết kế ;
Căn cứ vào đường quá trình nước dùng thiết kế;
Căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất của vùng hồ chứa;
Tính toán điều tiết cấp nước xác định các đặc trưng hồ chứa ;
Lựa chọn các đặc trưng thiết kế của hồ chứa theo các điều kiện kinh tế và kỹ
thuật.
• Phương pháp tính toán:
Phương pháp lập bảng ;
Phương pháp đồ giải;
Phương pháp thống kê.
Trong đồ án này ta chọn phương pháp lập bảng: Đây là phương pháp xuất hiện
sớm nhất và cách giải đúng theo nguyên lý cân bằng nước .
Nguyên lý cân bằng nước được phát biểu như sau: Hiệu số giữa lượng nước
đến và lượng nước ra khỏi hồ bằng sự thay đổi dung tích trong khoảng thời gian đó.
Tức là:
[ Q( t ) − q( t ) ]dt = dV
Trong đó:
Q(t): Lưu lượng nước đến tại thời điểm t.
q(t): Lưu lượng nước dùng tại thời điểm t.
dV: Lượng nước trữ vào trong hồ trong thời gian diều tiết.
Khi tính toán cân bằng nước trong một thời đoạn, ta có thể viết phương trình
cân bằng nước dưới dạng sai phân như sau:
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 19
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
( Q i − q i ).∆t i = ( Vi − Vi−1 )
Trong đó:
Vi-1 : Là dung tích kho ở thời điểm ti-1, đây là thời đoạn tính toán nên Vi-1 là
trị số đã biết.
Vi : Là dung tích kho ở thời điểm ti, đây là cuối thời đoạn tính toán nên Vi là
trị số cần tìm.
∆t = ti – ti -1: là thời đoạn tính cân bằng thứ i, thường lấy cố định là 1 tháng.
Qi: Lưu lượng nước đến trong thời đoạn.
qi : Lưu lượng nước dùng trong thời đoạn.
-
q i = q iy / c + q ibh + q ith + q ixt
-
qiy/c: Lưu lượng nước yêu cầu của hệ thống trong thời đoạn (đã biết theo kế
hoạch dùng nước).
qibh: Tổn thất do bốc hơi.
Giá trị này phụ thuộc khả năng bốc hơi từ mặt nước (∆Z) và diện tích mặt hồ
tại thời đoạn đang xét. Ở đây ta xác định diện tích mặt hồ ứng với dung tích trung
bình thời đoạn
Vitb =
( Vi−1 + Vi )
2
bh
Do Vi là trị số cần tìm nên qi sẽ phải tính theo phương pháp thử dần.
qith : Tổn thất do thấm.
Lượng tổn thất này phụ thuộc điều kiện địa chất lòng hồ, hình dạng bờ, loại
công trình ngăn nước, lượng nước ở trong kho... Do đó việc xác định q ibh là vấn đề
khó khăn. Theo Pôtapốp có thể xác định gần đúng q ith theo phần trăm lượng nước
chứa bình quân trong hồ hoặc lớp thấm tính theo mặt nước hồ bình quân. Ở đây ta
lấy qith=1%Vitb, tức là qith cũng phải tính thử dần.
qixt: Lưu lượng nước xả thừa trong thời đoạn.
Khi tích nước, nếu với dòng chảy đến ta tích nước vượt quá dung tích hiệu
dụng của hồ đã tính được, thì về nguyên tắc ta chỉ được phép tích đến khi bằng
dung tích hiệu dụng, lượng nước còn lại sẽ phải xả xuống hạ lưu. Đó chính là lượng
nước xả thừa.
• Các bước tính toán:
Thực chất việc tính toán là ta tính đúng dần. Ban đầu, khi chưa biết quá trình
tích nước của hồ chứa qua các thời đoạn, ta giả sử lưu lượng tổn thất của hồ chứa do
thấm, do bốc hơi là không có nhằm đơn giản việc tính toán, tìm được đường quá
trình tích nước của hồ. Sau đó, dùng đường quá trình đó tính toán khi có kể đến tổn
thất theo các công thức đã trình bày ở trên. Cuối cùng ta tìm được dung tích hiệu
dụng của hồ chứa qua một số lần tính toán đúng dần, lấy đường quá trình tích nước
của lần tính trước để tính toán cho lần tính tiếp theo.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 20
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
-
-
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Bước1: Tính Vh chưa kể tổn thất. So sánh ΔV+ và ΔV+ Nếu ΣΔV+ ≥ Σ ΔV- thì ta tính toán điều tiết năm.
+ Nếu ΣΔV+ ≤ Σ ΔV- thì ta tính toán điều tiết nhiều năm.
Bước 2: Tính tổn thất trong kho nước.
Bước 3: Tính Vh có kể tổn thất.
Bước 4: Tra đường quan hệ Z ~ V ứng với VBT ta tra được Zbt.
a) Xác định dung tích hồ khi chưa kể đến tổn thất
Bảng 3- 1: Tính dung tích hồ chứa chưa kể đến tổn thất
Tháng
WQ
Wq
∆V+
∆V-
Lượng nước
Lượng xả thừa
(1)
(106 m3)
(2)
(106 m3)
(3)
(106 m3)
(4)
(106 m3)
(5)
(106 m3)
(7)
0.133
0.882
0.655
0.513
0.468
0.283
0.058
0.044
0.025
0.037
0.052
0.084
0.114
0.198
0.239
0.244
0.248
0.241
0.117
0.125
0.310
0.368
0.315
0.388
0.019
0.684
0.416
0.269
0.220
0.042
(106 m3)
(6)
0.000
0.019
0.703
1.119
1.323
1.323
1.323
1.264
1.183
0.898
0.567
0.304
0.000
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
II
III
IV
Tổng
0.065
0.220
0.042
0.059
0.081
0.285
0.331
0.263
0.304
1.650
1.323
0.327
+
3
3
Dựa vào bảng 3-1 ta thấy ΔV = 1650000 m > ΔV = 1323000 m nên với hồ
chứa Bắc Quang chỉ cần điều tiết năm.
• Giải thích các cột trong bảng 3-1
Cột (1): Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn:
+ Năm thủy văn là năm có lượng nước đến lớn hơn lượng nước dùng, bắt
đầu từ tháng lũ đầu tiên và kết thúc vào tháng kiệt cuối cùng.
Cột (2): Tổng lượng nước đến của từng tháng
Cột (3): Lượng nước cần dùng
Cột (4): Lượng nước thừa (khi WQi >Wq ) thì (4) = (2) – (3)
Cột (5): Lượng nước thiếu (khi WQi
cầu cấp nước và đó chính là dung tích hiệu dụng chưa kể tổn thất.
Cột (6): Lượng nước trữ trong hồ chứa.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 21
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
-
Cột (7): Lượng nước thừa cần xả.
Dựa vào kết quả tính toán ở bảng 3- 1 ta có Vh = 1,323 x 106 ( m3)
b) Tính toán tổn thất hồ chứa:
Bảng 3-2: Tính toán tổn thất kho nước
Tháng
(1)
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
II
III
IV
Cộng
Vi
(106m3)
(2)
0.143
0.162
0.846
1.262
1.466
1.466
1.466
1.407
1.326
1.041
0.710
0.477
0.143
Vitb
(106m3)
(3)
Fh
(106m2)
(4)
Wb
(106m3)
(5)
Wt
(106m3)
(6)
Wtt
(106m3)
(7)
0.153
0.504
1.054
1.364
1.466
1.466
1.437
1.367
1.184
0.876
0.579
0.295
0.036
0.074
0.121
0.143
0.148
0.148
0.147
0.142
0.132
0.103
0.078
0.057
0.0028
0.0049
0.0074
0.0080
0.0090
0.0097
0.0088
0.0082
0.0074
0.0056
0.0045
0.0034
0.0799
0.00153
0.00504
0.01054
0.01364
0.01466
0.01466
0.01437
0.01367
0.01184
0.00876
0.00579
0.00295
0.1174
0.0044
0.0100
0.0180
0.0216
0.0237
0.0244
0.0232
0.0219
0.0192
0.0144
0.0103
0.0064
0.1973
• Giải thích các cột trong bảng 3-2.
-
Cột (1): Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn.
Cột (2): Là cột (6) của bảng 3-1 cộng với dung tích V c, vậy Vt là dung tích
của kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán Δt i. Khi kho bắt đầu tích nước, trong
thiết kế thường giả thiết trước đó kho nước đã tháo cạn đến H c (trong bảng là đầu
tháng V dung tích trong kho chính là Vc).
-
-
Cột (3): Vi là dung tích bình quân trong hồ chứa nước, xác định bằng công thức:
Vi =
-
Vi −1 + Vi
2
Cột (4): Fhi là diện tích mặt hồ tương ứng với Vi (tra từ quan hệ địa hình V ~ F).
-
Cột (5): Wbi là lượng tổn thất bốc hơi
Wbi =ΔZi. Fhi.
Trong đó: ΔZi : lượng bốc hơi.
Fhi : đã xác định ở cột (4) trong bảng này.
Cột (6): Wti là lượng tổn thất thấm.
Wti = k. Vi
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 22
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Trong đó: Vi : đã xác định ở cột (3) bảng này.
k : là tiêu chuẩn thấm trong kho nước, lấy k = 1% lượng nước bình quân.
Cột (7): Wtti là lượng tổn thất tổng cộng.
Wtti = Wbi + Wti
c) Tính toán Vh khi có tổn thất:
Ta lập bảng giống như bảng 3-1 nhưng ở bảng này lượng nước yêu cầu là
lượng nước cần tưới cộng với lượng nước tổn thất vừa tính ở bảng 3-2:
Bảng 3-3: Tính dung tích hiệu dụng hồ chứa có kể đến tổn thất
Tháng
WQ
Wq
∆V+
∆V-
Lượng nước
(1)
106m3
(2)
106m3
(3)
106m3
(4)
106m3
(5)
106m3
(6)
V
0.133
0.118
0.015
0.015
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
II
III
IV
Cộng
0.882
0.655
0.513
0.468
0.283
0.058
0.044
0.025
0.037
0.052
0.084
0.208
0.257
0.266
0.272
0.265
0.140
0.147
0.329
0.382
0.325
0.394
0.674
0.398
0.247
0.196
0.018
0.689
1.087
1.334
1.417
1.417
1.335
1.232
0.928
0.583
0.310
0.000
Lượng nước
xả thừa
106m3
(7)
0.113
0.018
0.082
0.103
0.304
0.345
0.273
0.310
1.548 1.417
0.131
• Giải thích các cột trong bảng 3-3 giống như bảng 3-1.
Riêng cột (3) = cột (3) bảng 3-1 + cột (7) bảng 3-2.
Theo kết quả tính toán ở bảng 3-3 ta có V h = 1,417 x 106 (m3). So sánh với
Vh khi chưa kể tổn thất nếu sai số quá 5% thì phải tính tiếp lại lần nữa, nếu nhỏ hơn
5% thì ta lấy kết quả tính được.
1, 417 − 1,323
= 6, 633% > 5%. ( Không thỏa mãn). Vì vậy ta phải tính điều tiết
1, 417
hồ lần 2 khi có xét đến tổn thất.
d) Tính toán điều tiết hồ lần 2
Cách tính toán tương tự như tính tổn thất lần 1 (bảng 3-2 và 3-3).
Chú ý : Cột (2) (bảng 3-4) = Vc + cột (6) (bảng 3-3)
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 23
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Bảng 3-4: Tính toán tổn thất kho nước (lần 2)
Tháng
(1)
Vi
(106m3)
(2)
0.143
0.158
0.832
1.230
1.477
1.560
1.560
1.478
1.375
1.071
0.726
0.453
0.143
Vitb
(106m3)
(3)
Fh
(106m2)
(4)
Wb
(106m3)
(5)
Wt
(106m3)
(6)
V
0.151
0.036
0.0028
0.00151
VI
0.495
0.073
0.0049
0.00495
VII
1.031
0.119
0.0073
0.01031
VIII
1.354
0.142
0.0079
0.01354
IX
1.519
0.152
0.0093
0.01519
X
1.560
0.154
0.0101
0.01560
XI
1.519
0.152
0.0091
0.01519
XII
1.427
0.146
0.0085
0.01427
I
1.223
0.134
0.0075
0.01223
II
0.899
0.106
0.0058
0.00899
III
0.590
0.079
0.0046
0.00590
IV
0.298
0.057
0.0034
0.00298
Cộng
0.0811
0.1207
Bảng 3-5: Tính dung tích hiệu dụng hồ chứa có kể đến tổn thất (lần 2)
Tháng
(1)
WQ
Wq
∆V+
∆V-
(106m3) (106m3) (106m3) (106m3)
(2)
(3)
(4)
(5)
Lượng nước
(106m3)
(6)
V
0.133
0.118
0.015
0.015
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
I
II
III
IV
Cộng
0.882
0.655
0.513
0.468
0.283
0.058
0.044
0.025
0.037
0.052
0.084
0.208
0.257
0.267
0.273
0.267
0.141
0.148
0.330
0.383
0.326
0.394
0.674
0.398
0.246
0.195
0.016
0.689
1.087
1.333
1.422
1.422
1.339
1.235
0.930
0.584
0.310
0.000
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
1.544
0.083
0.104
0.305
0.346
0.274
0.310
1.422
Trang 24
Wtt
(106m3)
(7)
0.0043
0.0098
0.0176
0.0215
0.0245
0.0257
0.0243
0.0227
0.0197
0.0148
0.0105
0.0064
0.2018
Lượng nước
xả thừa
(106m3)
(7)
0.106
0.016
0.122
Lớp: 54LTC2
Thiết kế hồ chứa nước Bắc Quang – PA3
GVHD: TS Lê Xuân Khâm
Theo kết quả tính toán ở bảng 3-5 ta có Vh = 1,422 x 106 (m3). So sánh với Vh
kể đến tổn thất khi tính toán ở lần 1( bảng 3-3) nếu sai số quá 5% thì phải tính tiếp
lại lần nữa, nếu nhỏ hơn 5% thì ta lấy kết quả tính được.
1, 422 − 1, 417
= 0,35% < 5%. ( thỏa mãn).
1, 422
⇒ VBT = Vh + Vc = 1,422 + 0,143 = 1,565 (106 m3)
Tra quan hệ Z ~ V ứng với VBT = 1,565 (106 m3). Ta tra được ZMNDBT = 525,6 (m).
⇒ MNDBT = 525,6 m.
3.2
Tính toán điều tiết lũ.
3.2.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ
Điều tiết lũ có nhiệm vụ cơ bản nhất là nghiên cứu cách hạ thấp lưu lượng lũ,
nhằm đáp ứng các yêu cầu phòng lũ cho cho các công trình ven sông và khu vực hạ
lưu.Mục đích của điều tiết lũ là thông qua tính toán tìm ra biện pháp phòng chống lũ
thích hợp và có hiệu quả nhất, như xác định dung tích phòng lũ cần thiết của kho
nước (hồ chứa), phương pháp trữ và tháo nước thích hợp, từ đó thiết kế công trình
(công trình xả lũ, đường tràn hoặc cửa vào các khu chậm lũ…), phương thức vận
hành công trình thỏa mãn yêu cầu đặt ra (thoả mãn yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật).
Cụ thể, căn cứ vào nước lũ thiết kế và lũ kiểm tra để xác định đường quá trình
lưu lượng xả (qxả &t) sau khi đã qua kho nước điều tiết, khi cần tìm ra dung tích
phòng lũ của kho nước và một số vấn đề khác.
Yêu cầu tính toán điều tiết lũ để xác định:
Lưu lượng xả lũ lớn nhất: qmax
Cột nước xả lớn nhất: Hmax
- Mực nước lũ thiết kế.
- Mực nước lũ kiểm tra.
3.2.2 Nguyên tắc tính toán điều tiết lũ:
Dòng chảy lũ là dòng không ổn định tuân theo hệ phương trình cơ bản sau (hệ
Saint –Venant):
-
-
Phương trình liên tục:
∂Q ∂A
+
=0
∂x ∂t
(3-
3)
Phương trình momen:
∂Zo ∂h v ∂v 1 ∂v Q Q
=
+
+
∂x
∂x g ∂x g ∂t K 2
(3-4)
Trong đó: Q: lưu lượng
x: khoảng cách
A: Diện tích mặt cắt ướt
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng
Trang 25
Lớp: 54LTC2
