Bài giảng thuỷ văn công trình

Thuỷ Văn Cơng Trình
Chương 5: Điều tiết dịng chảy bằng hồ chứa


N i dung chương 5
ồ

ứ

đề

ế

ươ

ồ ắ
ạ ổ

%

&

ả

ấ

'đ ề

ứ đả

ồ

ứ

ế

ươ
ả

ả
ệ

ướ

ế
ơ ả

ế

ằ

ồ

ầ ! ấ

ế

ế

ấ

đề

ế ũ

ứ
ế

"
ồ

$

đề

đị

ướ

ứ

#

ỷ ợ


I. Hồ chứa và điều tiết dòng chảy
1.
2.
3.
4.

5.

Các yêu cầu về nước và phân loại
Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Phân loại điều tiết dòng chảy
Hồ chứa và cơng trình đầu mối
Đặc trưng địa hình hồ chứa và các thơng số chính
của cơng trình


1. Các yêu cầu về nước và phân loại
Các yêu cầu về nước: các hoạt động dân sinh của con
người có những địi hỏi khác nhau về nước.
Các u cầu về nước được đánh giá bởi các đặc trưng:
lượng, chất lượng, động thái và mức đảm bảo. Ví dụ:
Các yêu cầu về tưới được đánh giá bởi lượng nước được
cấp, chất lượng của nước mà nó nhận được, chế độ tưới
và mức đảm bảo cấp.
Yêu cầu về nước cho phát điện được đánh giá bởi công
suất theo thời gian (động thái), tổng điện năng (lượng),
mức đảm bảo của công suất được cấp.

Những đối tượng có yêu cầu về nước gọi chung là các
hộ có yêu cầu về nước


1. Các yêu cầu về nước và phân loại
Phân loại:
Các hộ dùng nước: những hộ có yêu cầu cấp nước
Các hộ tiêu hao nước: là các hộ trong quá trình dùng nước làm

tiêu hao một lượng nước đáng kể mà nó được cung cấp. Ví dụ:
khu tưới, cơng nghiệp, sinh hoạt...
Các hộ sử dụng nước: là các hộ trong quá trình dùng nước khơng
làm tiêu hao hoặc tiêu hao khơng đáng kể lượng nước được cấp.
Ví dụ: thuỷ điện, giao thơng thuỷ, thuỷ sản...

Các hộ có u cầu bảo vệ khỏi mối đe doạ của nước
Khơng có u cầu cấp nước nhưng lại có yêu cầu được bảo vệ
khỏi bị tai hoạ do nước gây ra. Ví dụ: những vùng co nguy cơ bị ô
nhiễm môi trường do nước bị nhiễm bẩn; phòng chống lũ, tiêu
úng...


2. Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Sự cần thiết điều tiết dòng chảy
Các nguồn nước trong tự nhiên có đặc điểm:
phân bố khơng đều theo khơng gian
phân bố không đều theo thời gian

Nhu cầu về nước của con người cũng biến đổi theo không gian
và thời gian
Tuy nhiên, sự biến động nhu cầu về nước của con người và sự
biến động dòng chảy tự nhiên thường lệch pha nhau

Điều tiết dòng chảy là tất cả các tác động của con người
vào dòng chảy tự nhiên nhằm phân phối lại dịng chảy tự
nhiên theo thời gian, khơng gian cho phù hợp với yêu cầu
dùng nước, sử dụng nước và phòng chống lũ lụt

2. Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Nâng cao lưu lượng mùa cạn: cấp nước, phát điện, giao
thông thuỷ...
Giảm bớt lưu lượng của mùa lũ: Phòng lũ cho hạ du...
Phân phối lại dòng chảy cho phù hợp với nhu cầu


2. Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Các biện pháp điều tiết dịng chảy:
Biện pháp cơng trình:
Đê
Kè
Kho nước (hồ chứa)
Trạm bơm
Cống…

Trong đó, hồ chứa là biện pháp cơng trình có khả năng làm
thay đổi sâu sắc chế độ dịng chảy sơng ngịi theo thời gian
và khơng gian. Ngồi ra, hồ chứa còn làm thay đổi thế
năng và động năng ở những vị trí cục bộ. Điều này được
ứng dụng để xây dựng các nhà máy thủy điện.
Biện pháp phi cơng trình:
Biện pháp nơng nghiệp: bờ vùng bờ thửa, ruộng bậc thang
Biện pháp lâm nghiệp: trồng rừng



3. Phân loại điều tiết dòng chảy
ệ

Đề
Đề
Đề
Đề

ụ

ế ụ ụ
ệ
ế ụ ụ
đệ
ế ụ ụ
ệ
ế ợ ụ ổ
ợ

ỳđề
Đề
Đề
Đề
Đề

ế ă
ế
ề ă
ế ầ
ế
đ

đề

Đề
Đề
Đề

ế

ế ũ
ế ổ
ế ậ

ế đặ

ệ


4. Hồ chứa và cơng trình đầu mối
Hồ chứa là cơng trình trữ nước nhân tạo được xây dựng
trên các khe suối, trên sông bằng các đập chắn ngang
sông.
Chức năng chính của hồ chứa là làm ổn định dịng chảy bằng cách
điều tiết khả năng cấp nước của dòng chảy tự nhiên hoặc thỏa mãn
các yêu cầu về nước khác nhau của các hộ dùng nước

Các cơng trình đầu mối:
Đập chắn
Cơng trình lấy nước: cống lấy nước
Cơng trình tháo lũ: đập tràn tự do, cống ngầm, xi phông hoặc kết
hợp. Các cơng trình tháo lũ có hai hình thức: có cửa đóng mở hoặc
khơng có cửa đóng mở.

5. Đ c trưng đ a hình h ch a và các
thơng s chính c a cơng trình
Đặ
ự
!
!
!
!

ư đị
ồ ứ
ầ
ướ đặ ư ủ ồ ứ
ế
ự ướ ế
ệ ụ
ự ướ "
ự ướ
ế ợ
ự ướ ướ ũ
ố
ủ

ườ


a. Các thành ph n dung tích và m c

nư c đ c trưng c a h ch a
$
#
#

$
#
$

$

#
$
$
#

%ơ ọ

ặ ắ ồ

ứ


Dung tích ch t và m c nư c ch t
ế &# '
ầ
ướ ( ủ ồ ứ
)
đề ế *
ả+ * ọ

, đ
-ự ướ ế &$ '
ớ ạ
ủ
ế #
$ # ,)
ệ ớ
)
ệ đặ ư đị
*
0
ắ ự ọ
!

ứ đự
ộ (
≥#
1ả đả đầ ướ ướ
1ả đả ộ ướ ố
1ả đả
ự ướ ố
1ả đả
ố
1ả đả
ố

đế

ồ

ứ

ờ

ạ độ

ự ả $ ≥ . ố 2. ộ 3 . 3
ể để
đệ
ể để
( ệ
ể để
ồ
ỷ ả
ể để
ị
ệ
ườ

ồ ./#
ủ

#


Dung tích hi u d ng và m c nư c dâng bình thư ng

ệ ụ
ệ ụđề
ữ

-ự ướ "
!
ố
!

$
0

ă
ă
ă
5ự
ỹ

&# '
ế ấ

# ,)
ắ ự ọ
ứ
đườ
ứ
đườ
đề ế
ứ
đề
ọ
đặ
ậ

ầ
ướ

ằ

đố ượ

ườ &$ '
ớ ạ
ế ầ
ế
# 2 # 3#
ệ
đườ
./#
)
)
ấ ướ
ệ đị
ư
ế

(

ướ

ủ
ệ

*

ế#+
ọ

ệ

ụ

ụ

ướ đế
ế ế
ướ (
ế ế
4 đị
đặ ư
ồ ứ
đị ấ ủ (
ồ ứ
ế ủ ồ ứ
đề ệ

ế


Dung tích siêu cao và m c nư c siêu cao
Dung tích siêu cao (Vsc) là bộ phận dung tích trên cùng của
hồ chứa, làm nhiệm vụ trữ lũ tạm thời trong thời gian lũ
đến cơng trình với mục đích giảm khả năng tháo lũ về hạ
lưu, giảm kích thước cơng trình xả lũ. Cịn gọi là dung tích

gia cường.
Mực nước siêu cao (Hsc) là giới hạn trên của dung tích siêu
cao.
Gọi VT là dung tích tồn bộ hồ chứa: VT = Vc + Vh + Vsc
Hsc và VT có quan hệ theo đường cong Z ~ V.
Nguyên tắc lựa chọn:
Căn cứ vào đường quá trình lũ thiết kế đến hồ
Căn cứ vào yêu cầu phòng lũ ở hạ du
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế
vùng xây dựng hồ chứa (đảm bảo điều kiện ngập cho
phép)
Giải quyết bài toán kinh tế kỹ thuật


Dung tích k t h p và m c nư c trư c lũ
ế ợ &# '
ừ
ệ ụ ấ ướ ừ
ệ ụ * ũ
Ở ộ ố ồ ứ+
đầ ( ũ ườ
ậ ụ
ộ ầ ủ
ữ ũ+ ọ # 6 đ,+
ệ ụ * ũ ủ ồ
# 2# 3#
# ẽ đượ ấ đầ
ố ( ũ để ấ ướ ấ
ờ ỳ
-ự ướ ướ ũ &. '

ự ướ ớ ạ ướ ủ
ế
7ọ #
ướ ũ # 2# 3# 8#
. # ,)
ệ
đườ
./#
0
ắ ự ọ
Đủ
đề ế ũ
ệ ụ ố ũ
7ả
ệ ạ
ượ ư
ị ậ ụ
Đả ả
ề ặ
ướ
ồ
!

# để
ứ
( ệ
ợ


b. Thơng số chính của cơng trình

Các cơng trình lấy nước và tháo lũ cần được mô tả đầy đủ về hình thức
kết cấu, cao trình ngưỡng, kích thước và chế độ làm việc của nó.Ví dụ:
TT
a.

c

d

Cơng trình
Đập chính
Hình thức đâp
Cao trình đỉnh đập
Bề rộng mặt đập
Chiều dài đập
Chiều cao đỉnh đập (Hmax)
Tràn xả lũ
Tràn chính
Hình thức tràn
Cao trình ngưỡng tràn
Chiều dài tràn
Chiều rộng tràn
Cống lấy nước
Hình thức cống
Khẩu diện cống
Độ dốc đáy cống
Cao độ đáy cửa vào
Chiều dài cống
Lưu lượng thiết kế

Đơn vị
Tuyến
m
m
m
m
Tuyến
m
m
m

m
m
m
m3/s

Trị số
01
Đập đất
+41
4
400
8
1
Tràn tự do
+39,5
31
56
Cống tròn
D = 0,8

0,002
+33
56,25
0,72


II. Phương pháp tính b i l ng h ch a
Phân loại bùn cát trong sông:
Bùn cát lơ lửng: là loại bùn cát ở trạng thái lơ lửng và
bị dòng nước cuốn theo
Bùn cát di đáy: là loại bùn cát chuyển động theo các
phương thức trượt, lăn hoặc nhảy cóc trên mặt đất ở
đáy sông.


1. Tính tốn lư ng bùn cát
Lưu lượng bùn cát lơ lửng trung bình nhiều năm Ro (kg/s)
Lưu lượng bùn cát lơ lửng (suất chuyển cát đơn vị) là trọng lượng bùn cát lơ lửng
chuyển qua một mặt cắt nào đó trong thời gian một giây.
Khi chuỗi tài liệu đo đạc về bùn cát đủ dài thì Ro có thể xác định như trị số trung
bình của tồn chuỗi các trị số lưu lượng bùn cát lơ lửng đo được hàng năm Ri
Khi chuỗi thực đo ngắn cần xây dựng quan hệ giữa lưu lượng bùn cát lơ lửng
hàng năm và lưu lượng trung bình hàng năm để bổ sung và kéo dài tài liệu bùn
cát, sau đó xác định Ro như trường hợp có tài liệu, hoặc có thể dùng cơng thức
đơn giản sau:
Q

R0 =

o

Q

R

Trong đó: Qo: Chuẩn dịng chảy năm (m3/s); Q, R: trị số trung bình của lưu lượng nước và lưu
lượng bùn cát trong thời kỳ đo đạc tương ứng.

Trong trường hợp khơng có tài liệu đo đạc bùn cát người ta thường sử dụng tài
liệu của lưu vực tương tự và bản đồ phân vùng độ đục. Độ đục là trọng lượng bùn
cát được chứa trong một đơn vị thể tích nước, ký hiệu là ρ, đơn vị g/m3
R = ρ.Qo
Trong đó ρ: độ đục trung bình của lưu vực tương tự hoặc xác định theo bản đồ phân khu. Qo: Lưu
lượng nước trung bình nhiều năm


1. Tính tốn lư ng bùn cát
Lưu lượng bùn cát di đẩy trung bình nhiều năm
(kg/s)
Tài liệu đo đạc về bùn cát di đẩy thường khơng có, vì vậy
lưu lượng bùn cát di đẩy thường được tính theo một tỷ lệ
nào đó so với bùn cát lơ lửng:
Rođ = β.Ro
Đối với sông đồng bằng, β = 1 – 10%, trung bình lấy 4%
Đối với sơng miền núi, β = 10 – 80%

Khi xác định tỷ lệ cụ thể cho trường hợp thiết kế cần tham
khảo kết quả thực đo của một số trạm có tài liệu trong khu
vực.

2. Tính b i l ng kho nư c
9 ươ
!
!

ả

ồ ắ

ồ ứ
ộ # # 2# 3#

ồ ắ
(

ổ
ơ ử #

Vll = K bl

Rl 0T

γ

đ

31.5 ×103

6 ệ ố ả

ả ă
ồ ắ ượ
(
ơ ử + ớ
đồ
ằ
6 2: ;8: <
γ
ọ
(
& ấ = >'+ ữ
ă đầ
ồ ứ đ
ạ độ
(
ư ặ + γ = 0.5 − 0.7 tấn/m3; những năm tiếp theo γ
= 1 − 1.5 tấn/m3
ờ
ồ ắ +
ằ
ă &4
?!#0 @ABC
@::@+ ả < D+
>D'
E : ư ượ
(
ơ ử
) "
ề ă & ='

!

đ #

(
ầ đF

ằ

đ

@:G C A:G # + (

đề

ệ

(

4"

ự

ồ

ứ


III. Các lo i t n th t h ch a và
phương pháp xác đ nh

D
@

ổ
ổ

ấ
ấ

ố ơ
ấ

ụ