Chuyên đề Kỹ thuật tính thấm và xử lý thấm qua đập và nền Hồ chứa nước IaM’la - Gia lai

LỜI MỞ ĐẦU Huyện Krông Pa tỉnh Gia Lai là một huyện còn nghèo nàn, lạc hậu, nguồn sống chính của nhân dân ở đây là sản xuất nông nghiệp nhưng sản xuất không ổn định, năng suất thấp vì không có nguồn tưới. Do đó, việc đầu tư xây dựng hệ thống thuỷ lợi Hồ chứa IaM’la là rất cần thiết để tạo điều kiện cho việc phát triển kinh tế dân sinh của huyện, thực hiện đường lối hiện đại hoá, công nghiệp hoá và phát triển nông thôn, xoá đói giảm nghèo,.. . Hồ chứa nước IaM’la được xây dựng có nhiệm vụ chủ yếu là cung cấp nước tưới cho 5150 ha, cấp nước sinh hoạt cho khoảng 36000 dân, ngoài ra còn phục vụ việc lợi dụng tổng hợp công trình như: cải tạo môi trường sinh thái trong vùng, kết hợp giao thông thuỷ hay nuôi trồng thuỷ sản. . . Theo quy hoạch tổng thể kinh tế - xã hội huyện KrôngPa tỉnh Gia Lai với mục tiêu nông nghiệp được xác dịnh là mặt trận hàng đầu trong việc đẩy mạnh phát triển kinh tế của huyện, trong đó thuỷ lợi là yếu tố cơ bản nhất. Công trình sau khi xây dựng đi vào vận hành sử dụng sẽ giúp huyện KrôngPa thực hiện được những mục tiêu về phát triển kinh tế - xã hội đã đặt ra. Chương I Tổng quan về công trình Vị trí và nhiệm vụ công trình Vị trí địa lý. Vùng dự án thuộc vùng lưu vực sông Mla, từ xã Mla đến xã Phú Cần (nơi sông Mla nhập vào sông Ba), cách thành phố Plâyku 120km về phía Đông - Nam, cách thị xã Tuy Hoà 65km về phía Tây - Nam. Toạ độ địa lý của vùng dự án nằm trong khoảng: 13°08’ đến 13°18’ vĩ độ Bắc. 108°35’ đến 108°52’ kinh độ Đông. Thành phần công trình. Hệ thống công trình đầu mối bao gồm các hạng mục công trình sau: Đập đất ngăn sông tạo thành hồ chứa. Công trình tràn xả lũ xuống hạ lưu. Cống ngầm lấy nước vào hệ thống tưới. Nhiệm vụ công trình. Công trình đầu mối IaM 'la với nhiệm vụ chính là cung cấp nước tưới cho 5150 ha, cấp nước sinh hoạt cho khoảng 36000 dân, ngoài ra còn phục vụ việc lợi dụng tổng hợp công trình: nuôi trồng thuỷ sản, kết hợp giao thông thuỷ, cải tạo môi trường... Các điều kiện tự nhiên Đặc trưng địa hình của công trình đầu mối. Công trình đầu mối IaM 'la được xây dựng trên lưu vực sông IaM'la ở thượng nguồn núi cao từ 800m đến 1000m có độ dốc trung bình, với chiều dài suối từ 7 ¸ 8 km. Vùng lòng hồ sông ở cao độ 210m ¸ 183m ở vùng tuyến đập, độ dốc trung bình. Lòng hồ có dạng thung lũng hẹp bằng phẳng xen giữa các dãy núi cao. Tính từ đập đất theo sông M’la lòng hồ dài 2800m, rộng trung bình 1000m. Địa hình khu vực hồ chứa gồm 2 dạng : Dạng địa hình bào mòn và dạng địa hình tích tụ. Vùng tuyến công trình đầu mối nghiên cứu tại đoạn sông hẹp, về phía hạ lưu khoảng 400 m sông uốn cong và có ghềnh đá, hai bờ là núi cao, tương đối dốc, cây cối thưa thớt. Do địa hình sườn núi tương đối dốc nên đập đất ngắn nhưng khối lượng đất đá đào của tràn lớn, việc bố trí đường quản lí khó khăn. Tuyến đập: Từ điều kiện địa hình chọn vị trí xây dựng tuyến đập là chỗ có núi thu hẹp, lòng sông M’la tương đối thẳng và ít thay đổi, chiều rộng khoảng 43m, cao độ đáy sông khoảng 183,5m. Tuyến cống: Bên bờ phải thềm sông có địa hình tương đối phẳng, đặt cống lấy nước và bố trí mặt bằng thi công cống. Tuyến tràn xả lũ: Bên bờ trái sau phần thềm sông tương đối phẳng là sườn núi tương đối dốc, có cao độ từ 200m ¸ 240m, đặt tràn xả lũ tại cao độ 202,9m Cách tuyến đập khoảng 500m về phía hạ lưu là các khu đồi thấp và sườn đồi tương đối bằng phẳng, lại nằm bên đường thi công trục chính nên thuận lợi cho việc bố trí mặt bằng thi công. Địa hình khu tưới: Khu tưới cách tuyến đập khoảng 2 km, dọc hai bên sông M’la, có rất nhiều suối chảy vào sông theo hướng vuông góc, phân cắt khu tưới thành nhiều khu nhỏ, cộng với những dãy đồi trọc bao bọc, nên địa hình khu tưới rất phức tạp. Mặt đất dốc về phía sông, thường 3° ¸ 15°, càng lên cao càng dốc, cao độ từ 183m ¸ 118m. Bảng 1-1:Quan hệ F ~ Z, W ~ Z tính đến tuyến công trình Z (m) 184.0 189.0 192.0 195.0 198.0 201.0 204.0 207.0 210.0 W (10 6m3) 0 0.29 1.19 3.30 6.99 12.17 18.67 26.52 36.00 F (10 4m2) 0 17.22 44.82 99.49 149.0 196.73 273.21 287.01 344.21 1.2.2..Đặc điểm địa chất: Hồ chứa nước IaM 'la được bao bọc xung quanh bởi các dải núi cao > 300m, dày 3 ¸ 5 km. Khu vực lòng hồ phân bố chủ yếu là đá Granit, phần trên bao phủ bởi các trầm tích hiện đại và tầng phủ pha tàn tích với chiều dày trung bình từ 2 ¸ 3m. Đá gốc thuộc loại ít nứt nẻ. Do đó hồ có khả năng giữ nước đến cao trình 206,9m. Phần thượng lưu của lòng hồ có các sườn đồi với tầng phủ mỏng có chỗ lộ đá nên ít có khả năng xảy ra hiện tượng sạt lở và tái tạo bờ hồ . Riêng khu vực thung lũng hẹp trong lòng hồ, các sườn đồi có độ dốc vừa, phía bờ phải tầng phủ dày (5 ¸ 8m) chủ yếu là á cát ¸ á sét nhẹ chứa dăm sạn. Vì vậy, khi dâng nước trong lòng hồ mái dốc bị bão hoà nước, cùng với các tác động của sóng và gió có thể xảy ra hiện tượng tái tạo lại bờ hồ. Tại khu vực đầu mối vùng tuyến đập địa tầng và tính chất địa chất công trình các lớp đất từ trên xuống dưới như sau: Lớp 1: Cát hạt thô chứa nhiều cuội sỏi đến hỗn hợp cát cuội sỏi màu xám, xám vàng, xám trắng, bão hoà nước, kết cấu chặt. Nguồn gốc bồi tích, phân bố chủ yếu ở lòng sông IaM 'la với chiều dày từ 3 ¸ 4m. Đây là lớp thấm rất mạnh với hệ số thấm K = 5,30x10-2 ¸ 7,90x10-2 cm/s. Lớp 4: Đất á cát chứa nhiều dăm sạn đến hỗn hợp dăm sạn á cát màu xám vàng, nâu đỏ. Dăm sạn thành phần chủ yếu là thạch anh, Granit phong hoá, kích thước từ 4 ¸ 10mm; hàm lượng từ 30 ¸ 40%. Đất ẩm, kết cấu chặt. Nguồn gốc pha tàn tích. Trong tầng đôi chỗ chứa các tảng lăn Granit kích thước 0,5 ¸ 1m, cứng chắc. Phân bố chủ yếu ở 2 vai đập với chiều dày thay đổi từ 0,5 ¸ 3m. Đây là lớp thấm vừa đến mạnh, với hệ số thấm K = 1,00x10-2 ¸ 4,00x10-2 cm/s. Đá gốc: Gồm 2 loại chính: Đá Granít màu xám trắng; phớt hồng; khi phong hoá mạnh đá có màu nâu đỏ; phong hoá vừa có màu xám vàng. Đá có cấu tạo khối; kiến trúc nửa tự hình. Thành phần khoáng vật chủ yếu là Plagioclaz; thạch anh; felspat Kali; biotit; ngoài ra còn có một số thành phần khoáng vật phụ và quặng như Canxit, Apatit, Zircon. Đá có tuổi Trias giữa đến muộn thuộc hệ tầng Vân Canh, pha 2. Đá mạch Lamprophyr màu xám sẫm, xám đen, khi phong hoá mạnh có màu xám nâu, phong hoá vừa có màu xám xanh. Đá có cấu tạo khối, kiến trúc nổi ban. Thành phần khoáng vật chủ yếu là Plagiclaz; Clorit thứ sinh, Pyroxen, Sunphur, ngoài ra còn có một số khoáng chất phụ và quặng như khoáng vật màu, thuỷ tinh... Đá có tuổi Trias giữa đến muộn thuộc hệ tầng Vân Canh, pha 2. Khi đá gốc bị phong hoá biến đổi mạnh mẽ, đá phong hoá không đều từ trên xuống dưới từ đá phong hoá hoàn toàn đến đá phong hoá nhẹ tươi: Đá phong hoá hoàn toàn gồm đất á sét chứa dăm sạn màu xám vàng, xám xanh trong đất đôi chỗ lẫn các mảnh đá chưa phong hoá hết. Hàm lượng đất chiếm 70 ¸ 80%, các mảnh đá chiếm 30 ¸ 20%; trạng thái thiên nhiên cứng, kết cấu chặt. Trong nõn khoan đôi chỗ còn giữ nguyên hình dạng của đá gốc chưa phong hoá hết. Chiều dày của đới phong hoá thay đổi từ 2 ¸ > 20 m. Đây là lớp thấm yếu đến vừa với hệ số thấm K = 4,66x10-4 ¸ 1,4x10-5 cm/s. Đá phong hoá mạnh bị biến đổi màu sắc, nõn khoai bị vỡ thành các thỏi nhỏ và đất á sét chứa dăm sạn . Đá mềm bở búa đập nhẹ dễ vỡ, chiều dày của đới phong hoá này thay đổi từ 2 ¸ > 5m. Đây là lớp thấm yếu với hệ số thấm K = 3,3x10-5 ¸ 4,4x10-5 cm/s. Đá phong hoá vừa, nứt nẻ mạnh; đá bị biến đổi màu sắc; tương đối cứng; búa đập mạnh mới vỡ. Chiều dày của đới phong hoá này thay đổi từ 2 đến >10m. Đây là lớp thấm yếu đến vừa với hệ số thấm K = 1,14x10-3 ¸ 6,8x10-4 cm/s và lượng mất nước đơn vị q = 0,06 ¸ 0,227 (l/ph.m.m). Đá phong hoá nhẹ đến tươi; ít nứt nẻ; khe nứt kín, nõn khoan nguyên thỏi; rất cứng; búa đập rất mạnh mới vỡ. Chiều dày của đới phong hoá này chưa xác định. Đây là lớp thấm yếu, có chỗ thấm vừa với lượng mất nước đơn vị q = 0,09 ¸ 0,125 (l/ph.m.m). Địa chất tuyến đập: Vùng tuyến đập có phương vuông góc với sông M 'la, hai bên sườn dốc vừa (a = 10 ¸ 15°). Địa tầng gồm các lớp: lớp 1, lớp 4, đá gốc granít, lamprophyr với đầy đủ các đới đá phong hoá hoàn toàn đến nhẹ, tươi. Lớp 1 phân bố ở lòng suối với chiều dày thay đổi từ 3¸4m rộng 30m, đây là lớp có độ bền kháng cắt khá (j1= 34°, C = 0) nhưng thấm mạnh(K = 5x10-2 cm/s). Lớp 4 phân bố ở hai bên thềm sông và vai đập chiều dày từ 0,5 ¸ 3m, đây là lớp có độ bền kháng cắt khá (j1 = 19°, C = 0,12 KG/cm2) nhưng thấm khá mạnh (K = 5x10-3 cm/s). Bên dưới lớp 1 và lớp 4 là lớp đá phong hoá hoàn toàn thành đất với chiều dày từ 2 ¸ > 20m, đây là các lớp có độ bền kháng cắt trung bình (j1=14°, C = 0,16KG/cm2), tính lún khá mạnh; tính thấm yếu đến vừa (K = 1x10-4 cm/s). Nền đập ở khối thượng lưu và đáy móng chân khay chống thấm đặt trên đới đá gốc phong hoá hoàn toàn. Khối hạ lưu đặt trực tiếp trên lớp 1 và lớp 4. Địa chất tuyến cống: Tuyến cống đặt ở bờ phải tuyến đập, móng cống đặt trên lớp đá phong hoá vừa, đây là các lớp đá có độ ổn định và độ bền cao, đảm bảo an toàn lâu dài. Tuy nhiên, trong giai đoạn BVTC cần khoan thăm dò thêm tại phần đầu và phần cuối cống để xác định chính xác bề mặt đá gốc. Địa chất công trình tuyến tràn xả lũ: Tuyến tràn đặt ở bờ trái tuyến đập. Địa tầng của các lớp đất đá tại tuyến tràn là lớp 4 và đá gốc Granit với đầy đủ các đới đá phong hoá hoàn toàn đến nhẹ và tươi. Móng đặt trên nền đá Granit phong hoá vừa và trong đá Granit phong hoá nhẹ đến tươi, đây là các lớp đá có độ ổn định và độ bền cao, đảm bảo an toàn và ổn định lâu dài. 1.2.3.Đặc điểm địa chất thuỷ văn: Trong khu vực nghiên cứu có 2 loại nguồn nước chính là nước mặt và nước ngầm. Nước mặt: Tồn tại ở sông M’la và các khe suối nhỏ. Về mùa mưa nước thường đục do có lượng phù sa lớn, về mùa khô nước vàng nhạt, đục, không mùi vị, ít cặn lắng. Nước mặt có quan hệ thuỷ lực với nước ngầm trong tầng phủ tàn tích ở khu vực nghiên cứu.Về mùa mưa , nước mặt là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho nước ngầm; về mùa khô thì ngược lại, nước ngầm cung cấp cho nước mặt. Mực nước và thành phần hoá học của nước mặt thay đổi theo mùa. Nước ngầm: Bao gồm: Nước ngầm trong các bồi tích và trong tầng phủ pha tàn tích và phong hoá hoàn toàn của đá gốc, phân bố ở độ sâu 5 ¸ 6m kể từ mặt đất, nước vàng nhạt, đục, ít cặn lắng. Nguồn cung cấp chủ yếu là nước mưa, về mùa khô thường cạn kiệt và thường xuất lộ ranh giới giữa tầng phủ và đá gốc. Nước ngầm trong khe nứt của đá gốc: Là loại nước ngầm chủ yếu trong khu vực nghiên cứu, mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu từ 6 ¸ 10m, nước vàng nhạt, đục, ít cặn lắng. Nguồn cung cấp chủ yếu là nước mưa và nước mặt vào mùa mưa; về mùa khô là nguồn cấp nước chủ yếu cho nước sông. Nhìn chung, nước chỉ tập trung ở trong các khe nứt nên nguồn nước nghèo nàn. Mực nước và thành phần hoá học của nước ngầm thay đổi theo mùa. Nước ngầm và nước mặt trong khu vực nghiên cứu có tính ăn mòn khử kiềm. 1.2.4.Vật liệu xây dựng Đất. Vị trí - trữ lượng: Tiến hành khảo sát 3 mỏ vật liệu đất xây dựng cho khu vực đầu mối (kí hiệu VL4, VL5, VL6). Mỏ VL6 nằm trong khu vực lòng hồ, mỏ VL4 và VL5 phân bố ở hạ lưu tuyến đập và đều là khu vực có dân cư, đặc biệt là mỏ VL5 nằm trong khu vực khá đông dân cư. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu: Mỏ VL 4: Lớp 2: Đất á sét nặng đến trung màu xám nâu nhạt, đất ẩm vừa, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa.Nguồn gốc bồi tích, có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0,5 ¸ 1,5m. Lớp 4: Đất á cát chứa nhiều dăm sạn đến hỗn hợp dăm sạn á cát màu xám vàng, nâu đỏ. Đất ẩm, kết cấu chặt. Nguồn gốc pha tàn tích. Không khai thác làm VLXD. Lớp 5: Đất á sét nặng có chỗ là á sét trung màu xám nâu đất ẩm, nửa cứng đến cứng , kết cấu chặt vừa. Nguồn gốc tàn tích. Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 1 ¸ 2m. Mỏ VL 5: Lớp 2: Đất á sét nặng đến trung màu xám nâu nhạt, đất ẩm vừa, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa. Nguồn gốc bồi tích, có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0.5 ¸ 1m. Lớp 5: Đất á sét nặng có chỗ là á sét trung màu xám nâu đất ẩm, nửa cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa. Nguồn gốc tàn tích. Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0,4 ¸ 1,5m . Đá granit phong hoá hoàn toàn gồm đất á sét chứa dăm sạn màu xám vàng, xám xanh, đôi chỗ lẫn các mảnh đá chưa phong hoá hết; trạng thái thiên nhiên của đất cứng, kết cấu chặt. Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng. Mỏ VL 6: Lớp 5: Đất á sét nặng có chỗ là á set trung màu xám nâu đất ẩm, nửa cứng đến cứng, kết cấu chặt vừa. Nguồn gốc tàn tích. Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng với chiều dày 0,4 ¸ 1,5m. Đá Granit phong hoá hoàn toàn gồm đất á sét chứa dăm sạn màu xám vàng, xám xanh, đôi chỗ lẫn các mảnh đá chưa phong hoá hết; trạng thái thiên nhiên của đất cứng, kết cấu chặt. Có thể khai thác làm vật liệu đất xây dựng. Vật liệu xây dựng có tính trương nở, co ngót và tan rã cơ học. Đây là đặc tính bất lợi của vật liệu đất đắp đập. Trong khu vực gần đập không có nguồn thay thế vì vậy cần tiến hành các biện pháp để hạn chế được các tác hại của các tính chất đặc biệt của đất vật liệu như: Tránh cho khối đất tiếp xúc trực tiếp với nước và phải có khối gia tải bảo đảm chống được áp lực trương nở của đất. Do lớp 5 của mỏ VL 4 có tính co ngót mạnh, tính trương nở rất mạnh (41,2%), áp lực trương nở lên tới 0,86 KG/cm2, nên không dùng lớp 5 của mỏ VL 4 để đắp đập. Sử dụng lớp 5 của mỏ VL 6 và lớp 2 của mỏ VL 5 làm lõi chống thấm. Khai thác lớp 6 của mỏ VL5 làm khối thượng lưu, lớp 5 của mỏ VL5 làm khối hạ lưu. Tại khối thượng lưu do lớp 6 của mỏ VL 5 có tính tan rã mạnh và tính trương nở tương đối mạnh nên cần đắp lớp bảo vệ phía trước (ngay sau lớp đá xây ở thượng lưu). Lớp bảo vệ này có thể khai thác lớp 4, lớp đá phong hoá mạnh đến vừa khi đào móng, đập, tràn, cống. Do vật liệu đắp khối thượng lưu và hạ lưu đập đều khai thác từ lớp 5 và 6 của mỏ VL 5, nên cần khai thác lớp 2 của mỏ VL 5 trước để đắp lõi đập, sau đó có thể khai thác lớp 2 từ mỏ VL 4 hoặc VL 6. Mỏ VL 5 hiện nay là khu vực tập trung dân cư của xã IaM'la nên cần khoanh vùng khai thác hợp lý để giảm thiểu đền bù. Vật liệu cát cuội sỏi. Vị trí và trữ lượng: Mỏ cát sỏi VLC 1 và VLC 2 nằm trên sông M’la cách tuyến đập khoảng 2 ¸ 4,5km. Đây là mỏ cát sỏi đã được nhân dân khai thác sử dụng cho việc xây dựng nhà cửa và các công trình xây dựng phúc lợi. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu: Mỏ vật liệu cát sỏi VLC 1: Lớp 1: Cát cuội sỏi màu xám trắng, xám vàng, bão hoà nước; kết cấu chặt vừa, cát thạch anh hạt vừa đến thô chiếm hàm lượng 75 ¸ 100%; cuội sỏi tròn cạnh kích thước từ 5 ¸ 100 mm; chiếm hàm lượng 25 ¸ 0%. Nguồn gốc bồi tích. Khai thác làm vật liệu cát sỏi chiều dày trung bình từ 1 ¸ 2m. Mỏ vật liệu cát sỏi VLC 2: Lớp 1: Cát cuội sỏi màu xám trắng, xám vàng, bão hoà nước; kết cấu chặt vừa, cát thạch anh hạt vừa đến thô chiếm hàm lượng 70 ¸ 95%; cuội sỏi tròn cạnh kích thước từ 5 ¸ 100 mm; chiếm hàm lượng 30 ¸ 5%. Nguồn gốc bồi tích. Khai thác làm vật liệu cát sỏi chiều dày trung bình từ 1,3 ¸ 2,5m. Đánh giá về khả năng khai thác: Khối lượng khảo sát vật liệu cát đủ và đạt chất lượng so với yêu cầu. Trữ lượng thăm dò về sỏi không đạt yêu cầu nên vật liệu sỏi phải thay thế bằng đá dăm. Bảng 1-2: Các chỉ tiêu cơ lý đất nền vùng đầu mối dùng trong tính toán Tên lớp Chỉ tiêu Lớp 1 Lớp 4 Lớp 6 (Đá PHHT) Hạt sét% 7.10 19.30 Hạt bụi% 10.50 17.50 Hạt cát% 45.30 42.50 46.20 Sỏi sạn % 50.50 39.60 16.10 Cuội dăm% 4.20 0.30 0.90 Giới hạn chảy WT 20.50 25.88 Giới hạn lăn WP 14.94 16.46 Chỉ số dẻo WN 5.56 9.42 Dung trọng ướt gw(T/m3) 1.87 1.92 Dung trọng khôgc(T/m3) 1.70 1.74 Tỷ trọng D 2.66 2.64 2.65 Độ lỗ rỗng 35.59 34.25 Lực dính C(KG/cm2) 0.00 0.12 0.16 Góc ma sát trong j(độ) 34 19 14 Hệ số thấm K(cm/s) 5x10-2 5x10-3 5x10-5 Bảng1-3:Các chỉ tiêu cơ lý vật liệu đất dùng trong tính toán Tên lớp Chỉ tiêu Lớp2 MVL4 Lớp 5 MVL4 Lớp 2 MVL5 Lớp 5 MVL5 Lớp 6 MVL5 Lớp 5 MVL6 Hạt sét% 20.5 15.5 21.7 20.0 10.1 20.8 Hạt bụi% 18.3 9.7 31.8 17.1 Hạt cát% 52.1 47.4 45.7 50.5 49.8 53.6 Sỏi sạn % 9.1 27.1 0.8 8.8 20.7 8.7 Cuội dăm% 0.3 Giới hạn chảy WT 28.44 28.35 32.73 22.13 25.37 25.23 Giới hạn lăn WP 17.48 17.67 21.10 15.67 16.56 15.40 Chỉ số dẻo WN 10.96 10.68 11.63 6.46 8.81 9.83 Dungtrọng ướt gw(T/m3) 1.87 1.92 1.91 1.95 1.88 1.95 Dungtrọngkhô gc(T/m3) 1.63 1.72 1.63 1.60 1.70 1.70 Tỷ trọng D 2.66 2.65 2.66 2.66 2.67 2.64 Lực dính C(KG/cm2) 0.16 0.13 0.16 0.13 0.12 0.13 Góc ma sát trong j(độ) 14 15 14 15 18 15 Hệ số thấm K(cm/s) 1x10-5 1x10-4 3x10-5 1x10-4 5x10-4 5x10-5 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn: Khí tượng: Nhiệt độ: Nhiệt độ không khí trung bình của năm là: 25,6°. Nhiệt độ cao nhất là: 40,7° (vào tháng IV). Nhiệt độ thấp nhất là: 8,5° (vào tháng I). Độ ẩm không khí: Độ ẩm tương đối trung bình là: 77%. Độ ẩm thấp nhất là: 15%. Tốc độ gió lớn nhất theo tần suất và theo hướng: Cho theo bảng sau: Bảng1-4: Tốc độ gió lớn nhất theo tần suất và theo hướng Hướng V(m/s) 2% 4% 50% Bắc 22.4 19 10.6 Nam 20.9 19.6 11.5 Đông 23.6 21.6 15.4 Tây 20.9 19.4 12.2 Đông - Bắc 23.4 21.8 12.9 Tây - Bắc 23.6 21.3 11.0 Đông - Nam 27.9 23.9 9.7 Tây - Nam 21.7 20 11.3 Bốc hơi: Lượng tổn thất bốc hơi trung bình nhiều năm hồ IaM'la được tính theo phương trình cân bằng nước: DZ= ZMN – ZLV = ZMN - (Xo -Yo ). Trong đó: DZ: Lượng nước tổn thất bốc hơi trung bình nhiều năm. ZMN: Lượng bốc hơi mặt nước trung bình nhiều năm. ZLV: Lượng bốc hơi lưu vực trung bình nhiều năm. Xo: Lượng mưa lưu vực trung bình nhiều năm (Xo = 1230mm). Yo: Lớp dòng chảy trung bình nhiều năm (Yo = 568mm). Lượng tổn thất bốc hơi: DZ = 961 - (1230 - 568) = 299mm. Lượng tổn thất bốc hơi được phân phối theo tháng: Bảng 1-5: Phân phối tổn thất bốc hơi theo tháng Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm DZ 23.7 29.2 42.8 38.5 32.2 23.3 25.6 23.3 15.3 12.8 13.7 18.6 299 Nắng: Tổng số giờ nắng trung bình trong năm là: 2484.3 giờ. Lượng mưa: Từ tài liệu mưa của trạm CheoReo và Krông pa thấy rằng lượng mưa giữa các trạm tương đối đều. Mùa mưa bắt đầu từ tháng V, tháng VI sau đó lượng mưa lại giảm ở tháng thứ VII đến cuối tháng VIII lượng mưa tăng dần lên và kết thúc vào tháng XI. Lượng mưa trong mùa chiếm khoảng 85% lượng mưa cả năm. Mưa lớn thường tập trung vào các tháng IX, tháng X. Mùa khô từ tháng I đến tháng IV, lượng mưa chiếm 15% lượng mưa cả năm. Lượng mưa bình quân nhiều năm: Lượng mưa bình quân nhiều năm lưu vực hồ IaM 'la được tính từ giá trị bình quân số học lượng mưa bình quân cùng thơì kì của trạm Cheoreo và Krôngpa: Lượng mưa bình quân lưu vực: Xlưu vực = 1230,0mm. Lượng mưa tưới P = 75%: X75% =1029,5mm. Thuỷ văn: Dòng chảy chuẩn: Diện tích lưu vực: 110 km2. Mô đum dòng chảy chuẩn: Mo = 18 (l/s.km2 ). Lưu lượng bình quân nhiều năm: Qo = 1,98 (m3/s). Hệ số thiên lệch Cs = 1,02. Hệ số phân tán Cv = 0,51. Dòng chảy năm thiết kế: Dòng chảy năm thiết kế ứng với mức đảm bảo P = 75% được phân phối cho từng tháng theo tỉ lệ phân phối của mô hình điển hình năm 1988 trạm Krông Hnăng. Bảng 1-6:Phân phối dòng chảy năm thiết kế Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Q75% 0.724 0.578 0.477 0.444 0.453 0.628 0.604 0.821 1.28 3.63 3.87 1.48 1.25 Bảng 1-7:Qúa trình lũ lớn nhất năm ứng với tần suất thiết kế hồ IaM’la Thời đoạn(h) Qp(m3/s) Thời đoạn(h) Qp(m3/s) 0.2% 1% 0.2% 1% 1.2 0.994 31 92.2 76.5 2 2.4 1.99 32 76.7 63.6 3 3.59 2.96 33 63.5 52.7 4 16.8 13.7 34 51.5 42.7 5 84.1 69.2 35 40.7 33.8 6 204 169 36 31.1 25.8 7 395 328 37 22.8 18.9 8 602 497 38 21.0 17.4 9 783 646 39 18.1 15.0 10 949 783 40 15.3 12.7 11 1040 864 41 12.6 10.4 12 1100 924 42 9.73 8.07 13 1070 895 43 6.91 5.74 14 1050 875 44 6.00 4.98 15 997 825 45 5.31 4.40 16 928 765 46 4.60 3.82 17 853 706 47 3.91 3.24 18 743 611 48 3.20 2.65 19 671 558 49 2.49 2.07 20 587 488 50 2.11 1.75 21 515 428 51 1.94 1.61 22 443 369 52 1.76 1.46 23 371 309 53 1.58 1.31 24 311 258 54 1.40 1.16 25 264 219 55 1.23 1.024 26 216 179 56 1.05 0.875 27 180 149 57 0.875 0.726 28 150 124 58 0.707 0.586 29 132 109 59 0.527 0.437 30 110 91.4 60 0.359 0.298 Dòng chảy lũ : Lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất được cho theo bảng sau: Lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất P (%) 0.2 1 5 10 Qmaxp (m3/s) 1100 924 719 605 Wp (106 m3/s) 54.98 45.63 34.89 29.01 Quá trình lũ thiết kế: Lưu lượng lớn nhất các tháng mùa kiệt được cho bởi bảng sau: Bảng 1-8:Lưu lượng lớn nhất các tháng mùa kiệt Tháng XII I II III IV V VI VII Qbq tháng (m3/s) 3.78 2.31 1.6 1.19 1.20 1.49 2.45 1.91 Qbqmax10% 10 ngày đầu (m3/s) 33.4 4.35 Qbqmax10% 10 ngày giữa (m3/s) 7.19 4.00 Qbqmax10% các ngày cuối (m3/s) 5.59 3.66 Qngàymax10% (m3/s) 33.4 4.35 3.10 2.73 7.80 13.6 22.4 9.57 Qmax10% (m3/s) 82.4 4.35 3.10 3.04 17.5 14.5 40.0 13.9 Hàng năm vùng lưu vực sông IaM 'la vào tháng IV đến tháng VI thường xuất hiện các trận lũ tiểu mãn. Dùng tài liệu thực đo của trạm Krông Hnăng tính được các đặc trưng lũ tiểu mãn ứng với tần suất thiết kế cho hồ IaM 'la Bảng 1-9:Đỉnh lượng lũ tiểu mãn ứng với tần suất thiết kế hồ IaM 'la P (%) 5 10 Qmaxp (m3/s) 50.1 40.0 Wp (106m3/s) 2.021 1.588 Dòng chảy rắn: Trong lưu vực không có tài liệu đo độ đục phù sa, dùng tài liệu độ đục phù sa lơ lửng của trạm Củng Sơn có ro = 248 g/m3 để tính cho lưu vực IaM'la. Với: Lưu lượng bình quân nhiều năm: Qo = 1,98m3/s. Trọng lượng riêng của bùn cát lơ lửng: g1 = 0,8 tấn/m3. Trọng lượng riêng của bùn cát di đẩy: g2 = 1,5 tấn/m3. Trọng lượng riêng của bùn cát lơ lửng: g3 = 1,2 tấn/m3. Lượng phù sa lơ lửng trong năm chuyển đến công trình (W1). Lượng phù sa di đẩy lấy bằng 20%lượng phù sa lơ lửng (W2). Lượng bùn cát sạt lở bờ hồ lấy bằng 30% lượng phù sa di đẩy và lơ lửng (W3). Lượng thảo mộc lắng đọng trong hồ lấy bằng 20% lượng phù sa lơ lửng (W4). Bảng 1-10:Thể tích bùn cát lắng đọng hàng năm Đặc trưng Qo (m3/s) ro (g/m3) W1 (m3) W2 (m3) W3 (m3) W4 (m3) W1năm (m3) W75năm (106m3) Trị số 1.98 248 19372 2066 4649 6044 32131 2.41 Điều kiện dân sinh kinh tế và nhu cầu dùng nước Điều kiện dân sinh kinh tế: Huyện Krôngpa có 13 xã và 1 thị trấn, chủ yếu là sản xuất nông nghiệp dân tộc Gia Lai chiếm 67,5%. Dân cư tập trung phần lớn ở vùng nông thôn, tỉ lệ đói nghèo là 25%. Ngành công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp của huyện không phát triển và lạc hậu. Năng suất cây trồng không ổn định do sản xuất không có công trình tưới, phụ thuộc hoàn toàn vào mưa. Nhân dân các xã vùng dự án đã định canh định cư. Đời sống khó khăn, sản xuất chậm phát triển, trình độ văn hoá và dân trí thấp. Phong tục tập quán lạc hậu. Phương hướng phát triển kinh tế: Tốc độ tăng trưởng kinh tế hàng năm theo các giai đoạn sẽ là: 16 ¸ 18%(2000 ¸ 2005) và 18 ¸ 20% (2006 ¸ 2010). GDP bình quân đầu người khoảng 200USD (2000 ¸ 2005) và khoảng 300 USD (2006 ¸ 2010). Nông nghiệp được xác định là mặt trận hàng đầu trong việc đẩy mạnh phát triển kinh tế huyện Krôngpa, trong đó thuỷ lợi là yếu tố cơ bản nhất. Thúc đẩy phát triển xã hội trên cơ sở quan tâm đúng mức về cơ sở hạ tầng, nhất là cho các vùng lõm, vùng sâu, vùng xa, vùng đặc biệt khó khăn. Trước mắt ưu tiên cho đường giao thông thuỷ lợi, trường học, từng bước chuyển đổi cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá, sản xuất hàng hoá trên cơ sở đẩy mạnh chế biến nông sản, nhất là chế biến điều, thuốc lá,vừng là những cây trồng có tính chiến lược lâu dài của huyện. Hiện trạng của công trình thuỷ lợi: Trong khu hưởng lợi không có công trình tưới. Vụ đông xuân trồng cây công nghiệp ngắn ngày và mầu dọc sông Mla, ven sông Ba được tưới bằng bơm xách tay và người gánh, lấy nước từ sông Ba, sông Mla; diện tích còn lại bỏ hoang. Do đó, năng suất cây trồng vùng dự án không ổn định, đời sống nhân dân vô cùng khó khăn. Vì vậy, việc đầu tư xây dựng hệ thống thuỷ lợi Hồ chứa IaM'la là rất cần thiết để tạo điều kiện phát triển kinh tế dân sinh của huyện, thực hiện đường lối hiện đại hoá, công nghiệp hoá nông nghiệp và phát triển nông thôn, thực hiện xoá đói giảm nghèo và chính sách dân tộc, đồng thời thực hiện phương hướng phát triển nông nghiệp, nông thôn của huyện Krôngpa giai đoạn 2000 ¸ 2010. Cụ thể: Là công trình mang lại lợi ích cho vùng rộng, gồm 5 xã và thị trấn Phú Túc. Trong khu tưới ruộng đất đã có, đang sản xuất nhưng không có công trình tưới nên hầu hết chỉ gieo trồng vào vụ mùa, nhờ mưa. Mùa màng bấp bênh, chỉ những năm mưa thuận gió hoà thì thu hoạch khá, nhưng năng suất thấp. Với diện tích canh tác khu tưới 5150 ha thích hợp trồng các cây đạt hiệu quả kinh tế cao như bông, thuốc lá...Nhưng chưa có công trình tưới nên không phát huy được tiềm năng của đất đai. Nguồn sống chính của nhân dân là sản xuất nông nghiệp, nhưng sản xuất không ổn định, năng suất thấp vì không có nguồn nước tưới, nên đời sống còn nhiều khó khăn. Nguồn nước sinh hoạt là nước mặt, mùa khô sông suối nước cạn kiệt, nhân dân phải đi xa hàng cây số để lấy nước sinh hoạt. Nhu cầu dùng nước: Hồ chứa IaM 'la với nhiệm vụ chính là cung cấp nước tưới cho 5150 ha, cấp nước cho 36000 dân, ngoài ra còn phục vụ mục đích lợi dụng tổng hợp và cải tạo môi trường sống.. . Bảng 1-11:Nhu cầu dùng nước tính tại đầu mối Tháng 1 2 3 4 5 6 7 Wyc(106m3) 5.122 6.393 4.65 1.546 3.593 3.264 4.841 Tháng 8 9 10 11 12 Năm Wyc(106m3) 1.700 0.109 0.113 0.109 1.938 33.365 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế Cấp công trình: Theo TCXDVN 285-2002, cấp công trình được xác định từ 2 điều kiện: Theo chiều cao công trình và loại nền: Sơ bộ định chiều cao đập chính là 30m, đất nền thuộc nhóm B, tra bảng P1-1 phụ lục 1, ta được cấp công trình là cấp III. Theo nhiệm vụ tưới: Công trình có nhiệm vụ tưới cho 5150 ha, theo bảng P1-2 xác định được cấp công trình là cấp III. Từ 2 điều kiện trên ta chọn cấp công trình là cấp III. Các chỉ tiêu thiết kế: Theo TCXDVN 285 - 2002, ứng với công trình cấp III ta có các chỉ tiêu sau: Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra: Tra bảng 4.2 ta được: PTK = 1%; PKT = 0,2%. Mức đảm bảo tưới: P = 75%. Tra bảng 8-1/304 GTTV Tuổi thọ của hồ chứa: T = 75 năm (bảng 7.1). Tần suất thiết kế các công trình phụ và dẫn dòng thi công: P = 10% (bảng 4.7). Tần suất gió lớn nhất thiết kế: P = 4%. Hệ số tổ hợp tải trọng: nc = 1 đối với tổ hợp tải trọng cơ bản. nc = 0,9 đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt. Hệ số tin cậy: kn = 1,15. Hệ số điều kiện làm việc: m = 1. Chương 2 Tính toán thuỷ lợi Lựa chọn vùng tuyến xây dựng công trình Đề xuất phương án: Dựa vào điều kiện địa hình địa mạo và nhu cầu cấp nước tưới, vùng tuyến công trình đầu mối được chọn là đoạn sông hẹp để giảm khối lượng đào đắp đập, địa chất tốt, đảm bảo thuận tiện cho việc tưới cho vùng hạ du đồng thời giảm được khối lượng đền bù, giải phóng mặt bằng lòng hồ. Xét trên toàn chiều dài sông Mla đến khu tưới, chỉ có một vùng tuyến thoả mãn yêu cầu này. Trong vùng tuyến nghiên cứu, ta có thể bố trí các phương án tuyến như sau: Tuyến 1: Có vị trí tại đầu thác nước bao gồm một đập đất ngăn sông, một tràn xả lũ đặt tại vai trái đập đất và một cống lấy nước dưới đập tại vai phải. Theo tình hình địa chất khu vực này, từ tuyến 1 về phía hạ lưu, càng về sau thì lớp đất càng dày, nếu chọn tuyến ở đây thì khối lượng xử lý nền lớn nên kinh phí lớn. Do đó ta chọn tuyến 2 lùi về phía thượng lưu vì theo tình hình địa chất khu vực này có lớp đất mỏng hơn nên thuận lợi cho việc xử lý nền đập. Tuyến 2: Có vị trí như trên hình vẽ, gồm một đập đất ngăn sông, một tràn xả lũ đặt tại vai trái đập đất và một cống lấy nước dưới đập tại vai phải, kênh chính sau cống là kênh bêtông. Lựa chọn phương án: Qua so sánh 2 phương án bố trí tuyến trên ta thấy phương án tuyến 1 có vị trí gần khu tưới hơn nhưng phải xử lý nền tốn kém. Phương án tuyến 2 xa khu tưới hơn, có chiều dài đập lớn hơn nhưng nó có địa hình thuận lợi hơn trong việc bố trí tràn xả lũ, dòng chảy vào tràn thuận hơn phương án 1 nhưng dốc nước sau tràn xả lũ sẽ dài hơn. Theo sự phân công của thầy giáo, em chọn tuyến 1 là tuyến xây dựng công trình. Tính toán mực nước chết của hồ MNC là mực nước thấp nhất trong hồ mà vẫn đảm bảo công trình làm việc bình thường. Xác định MNC và dung tích chết nhằm mục đích tính toán điều tiết kho nước sao cho ứng với MNC và dung tích chết thì hồ chứa vẫn làm việc bình thường. Tính toán MNC: Theo các yêu cầu sau: Theo yêu cầu chứa bùn cát: Thể tích bùn cát được xác định theo công thức: Vbc = Vll + Vdđ + Vsl. Trong đó: Vll: Thể tích bùn cát lơ lửng. Vdđ: Thể tích bùn cát di đẩy. Vsl: Thể tích bùn cát sạt lở bờ. Xác định Vll: Vll = . Trong đó: Wll: Lượng bùn cát lơ lửng trong năm chuyển đến công trình. gll: Trọng lượng riêng của bùn cát lơ lửng ( gll = 0,8 T/m3). Wll = R0.T R0: Lượng bùn cát trung bình nhiều năm. T : Thời gian 1 năm ( T = 365 x 24 x 3600 s). R0=r0.Q0 r0: Độ đục phù sa bình quân nhiều năm (r0 = 248 g/m3). Q0: Lưu lượng bình quân nhiều năm(Q0 = 1,98 m3/s). Thay số ta có: Wll = 248.1,98.10-3.365.24.3600 = 15,49.106 (kg). Vll = = 19,357.103 (m3). Xác định Vdđ: Vdd = . Trong đó: Wdd: Lượng bùn cát di đẩy. Theo tài liệu đã cho: Wdd = 20%. Wll = 20%.15,49.106 = 3,098.106 (kg). gdd: Trọng lượng riêng của bùn cát di đẩy (gdd = 1,5 T/m3). Vdd = 2,065.103 (m3). Xác định Vsl: Vsl = . Trong đó: Wsl: Lượng bùn cát sạt lở bờ hồ. Theo tài liệu: Wsl = 30%.(Wdd + Wll) = 30%.(3,098 + 15,49).106 = 5,5764.106 (kg). gsl: Trọng lượng riêng của bùn cát sạt lở bờ (gsl = 1,2 T/m3). Vsl = 4,647.103 (m3). ® Vậy: Vbc = (19,357 + 2,065 + 4,647).103 = 26,069.103 (m3). Sau thời gian T = 75 năm, thể tích bùn cát lắng đọng: V = Vbc.75 = 26,069.103.75 = 1,96.106 (m3). Tra quan hệ Z ~ V ta được: Zbc = 193,1(m). ® MNC thoả mãn điều kiện: MNC : Cao trình bùn cát a: khoảng cách an toàn đảm bảo bùn cát không trôi vào cống lấy nước. H: chiều cao cống khoảng cách từ MNC đến cao trình đỉnh cống đảm bảo không cho không khí vào cống lấy nước. Theo quy phạm thiết kế cống dưới sâu ta có MNC : 0,5.H Vậy ta có : MNC193,1+0,2+2+0,5.2=196,3(m) MNC=196,8(m) Theo yêu cầu tưới tự chảy: MNC phải đảm bảo lớn hơn cao trình khống chế tưới tự chảy: MNC Ñyc + DZ Trong đó: Ñyc: Cao trình tưới yêu cầu được xác định theo cao trình khu tưới cao nhất, theo tài liệu đã cho ta có: Ñyc = 194,8 (m). DZ: Tổng tổn thất cột nước qua cống, sơ bộ lấy = 1 (m). Ñkc = 194,8 + 1= 195,8 m. ® Vậy MNC = 195,8 (m). Từ 2 điều kiện trên ta lấy ÑMNC = 196,8 (m). Tra quan hệ Z ~ V ta xác định được: Vc = 5,514.106 (m3). Xác định mực nước dâng bình thường và dung tích hồ Khái niệm: MNDBT: Là mực nước trong hồ đảm bảo cho công trình làm việc bình thường. Dung tích hồ: Là phần dung tích ứng với MNDBT (hay còn gọi là dung tích hiệu dụng). Phần dung tích này làm nhiệm vụ điều tiết cấp nước hoặc tạo đầu nước cho nhà máy thuỷ điện. Nguyên tắc xác định: MNDBT và Vh phải đảm bảo trữ được lượng nước cần thiết để thoả mãn nhu cầu dùng nước. Ngoài ra, nó còn phải thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật như: Dung tích hồ không thể vượt quá giới hạn cho phép vì có yêu cầu ngập lụt thượng lưu hoặc điều kiện địa chất và điều kiện kỹ thuật khác không cho phép đập cao… Mức độ điều tiết của kho nước do sự thay đổi của dòng chảy hàng năm và yêu cầu cung cấp nước quyết định: Khi yêu cầu cấp nước( kể cả tổn thất) lượng dòng chảy đến( qQ) thì tiến hành điều tiết năm. Ngược lại tiến hành điều tiết nhiều năm. Từ biểu đồ nước dùng và nước đến (p=75%) ta thấy tổng lượng nước đến >tổng lượng nước dùng. Do đó ta sử dụng phương thức điều tiết năm. Các phương pháp tính toán: Phương pháp trình tự thời gian: Gồm: Phương pháp lập bảng. Phương pháp đồ giải. Phương pháp thống kê: Ta sử dụng phương pháp lập bảng để tính MNDBT vàVh: Nguyên lí tính toán: Sử dụng phương trình cân bằng nước để cân bằng cho từng thời đoạn, trên cơ sở đó xác định thời kì thừa nước và thời kì thiếu nước, qua đó xác định được dung tích hồ. Trình tự tính toán: Tính toán điều tiết hồ theo hình thức điều tiết năm hoàn toàn với dòng chảy của năm ít nước đại biểu có tần suất thiết kế 75%. Tính Vh khi chưa kể đến tổn thất: Lập bảng tính toán: Bảng 2-1:Bảng tính điều tiết hồ chưa kể tổn thất Tháng Dt Q WQ Wq V+ V- Vk Vx (ngày) (m3/s) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) VIII 31 0.821 2.1990 1.700 0.4990 0.4990 IX 30 1.28 3.3178 0.109 3.2088 3.7077 X 31 3.63 9.7226 0.113 9.6096 13.3173 XI 30 3.87 10.0310 0.109 9.9220 19.1843 4.0551 XII 31 1.48 3.9640 1.938 2.0260 19.1843 2.0260 I 31 0.724 1.9392 5.122 3.1828 16.0014 II 28 0.578 1.3983 6.393 4.9947 11.0067 III 31 0.477 1.2776 4.650 3.3724 7.6343 IV 30 0.444 1.1508 1.546 0.3952 7.2392 V 31 0.453 1.2133 3.593 2.3797 4.8595 VI 30 0.628 1.6278 3.264 1.6362 3.2232 VII 31 0.604 1.6178 4.841 3.2232 0.0000 Tổng 39.4591 33.378 25.2654 19.1843 6.0811 Cột 1: Tên tháng trong năm (Sắp xếp theo thứ tự tháng thừa nước trước, tháng thiếu nước sau). Cột 2: Số ngày trong tháng tương ứng. Cột 3: Lưu lượng dòng chảy đến trong tháng. Cột 4: Tổng lượng dòng chảy đến trong tháng, được tính theo công thức: WQ = Q. Dt Cột 5: Tổng lượng nước dùng trong tháng, được tính theo công thức: Wq = q. Dt Cột 6: Lượng nước thừa, được tính theo công thức: V+ = (4) - (5) Cột 7: Lượng nước thừa, được tính theo công thức: V- = (5) - (4) Cột 8: Dung tích chứa nước của hồ chứa được tính bằng cách luỹ tích cột 6 nhưng không được vượt quá dung tích của hồ. Cột 9: Dung tích xả nước ( dung tích thừa khi hồ chứa đã tích đủ nước). Trong một năm, ở khu vực này chỉ có một thời kì thừa nước và một thời kì thiếu nước nên kho nước thiết kế là kho nước điều tiết một lần. Từ bảng trên ta xác định được: Vh = V- = 19,1843.106 (m3). Tính Vh khi kể đến tổn thất: Cột 1: Tên tháng trong năm (Sắp xếp theo thứ tự tháng thừa nước trước, tháng thiếu nước sau). Cột 2: Dung tích kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán . Khi kho bắt đầu tích nước, trong thiết kế thường giả thiết trước đó đã tháo cạn đến Hc. Cột 3: Dung tích bình quân của hồ chứa được xác định theo công thức: (Vi+Vi+1)/2 Cột 4: Diện tích mặt thoáng tương ứng với ( tra biểu đồ quan hệ F~V). Cột 5: Phân phối chênh lệch bốc hơi theo thời đoạn tháng. Cột 6: Lượng tổn thất do bốc hơi, xác định theo công thức: Wb=DZ.F Cột 7: Lượng tổn thất do thấm, xác định theo công thức: Wth=k. k: tiêu chuẩn thấm trong kho nước, theo điều kiện đất lòng hồ, k=1% Cột 8: Lượng tổn thất tổng cộng, xác định theo công thức: Wtt= Wb+ Wth Cột 9: Tổng lượng dòng chảy đến trong tháng Cột 10: Tổng lượng nước dùng trong tháng Cột 11: Lượng nước thừa, tính theo công thức: V+=(9)-(10) Cột 12: Lượng nước thiếu, tính theo công thức: V-=(10)-(9) Cột 13: Dung tích chứa nước của hồ chứa được tính bằng cách luỹ tích cột 11 nhưng không được vượt quá dung tích của hồ. Cột 14: Dung tích xả nước ( dung tích thừa khi hồ chứa đã tích đủ nước). Do hồ chứa điều tiết một lần nên dung tích hiệu dụng của hồ chứa đúng bằng tổng lượng nước thiếu trong năm. Vh=V-=20,629.106(m3). Vậy dung tích hồ: Vhồ=Vh+Vc=(20,629+5,514).106=26,143.106(m3) Tra biểu đồ quan hệ Z~V, ta được : MNDBT=206,9(m) Bảng 2-2:Bảng tính điều tiết hồ có kể đến tổn thất Tháng Vi Vitb Fh DZ Wb Wt Wtt WQ Wq V+ (106m3) (106m3) (104m2) (mm) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (106m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) 5.51 VIII 6.01 5.76 132.54 23.3 0.031 0.058 0.089 2.199 1.789 0.410 IX 9.22 7.62 154.78 15.3 0.024 0.076 0.100 3.318 0.209 3.109 X 18.83 14.03 218.57 12.8 0.028 0.140 0.168 9.723 0.281 9.441 XI 24.70 21.76 278.65 13.7 0.038 0.218 0.256 10.031 0.365 9.666 XII 24.70 24.70 283.81 18.6 0.053 0.247 0.300 3.964 2.238 1.726 I 21.52 23.11 281.01 23.7 0.067 0.231 0.298 1.939 5.420 II 16.52 19.02 273.82 29.2 0.080 0.190 0.270 1.398 6.663 III 13.15 14.83 228.08 42.8 0.098 0.148 0.246 1.278 4.896 IV 12.75 12.95 205.92 38.5 0.079 0.130 0.209 1.151 1.755 V 10.37 11.56 191.14 32.2 0.062 0.116 0.177 1.213 3.770 VI 8.74 9.56 172.64 23.3 0.040 0.096 0.136 1.628 3.400 VII 5.51 7.13 150.25 25.6 0.038 0.071 0.110 1.618 4.951 Tổng 24.353 Chương 3 Tính toán chọn phương án Bố trí tổng thể công trình đầu mối: Tuyến công trình được chọn là tuyến I. Phương án đập: Căn cứ vào các điều kiện địa hình, địa chất và nguồn vật liệu xây dựng đã nêu ở trên, chọn loại đập ngăn sông là đập đất. Ta có thể thiết kế đập đất theo các phương án sau: Phương án 1: Đập 3 khối, có ống khói thoát nước. Phương án 2: Đập 1 khối, có lõi bê tông asphalt. Phương án 1 thiết kế đập đất nhiều khối dựa trên nguồn vật liệu dồi dào tại địa phương, do đặc điểm của đất miền Trung là loại đất có dung trọng lớn, đặc biệt là tính trương nở, co ngót, vì vậy việc bố trí hợp lí các loại đất khác nhau vào thân đập không những tận dụng được nguồn vật liệu địa phưong mà còn tăng tính ổn định của thân đập. Khi tiếp xúc trực tiếp với nước hay có độ ẩm thay đổi, loại đất này gây ra những bất lợi cho ổn định của công trình. Do đó, kết hợp với việc bố trí ống khói thoát nước nối tiếp với đống đá tiêu nước ở hạ lưu đập sẽ giúp cho khối đất hạ lưu đập luôn luôn khô ráo. Ta có thể đưa đất xấu, có độ trương nở, tan rã, co ngót lớn ra phía hạ lưu sau ống khói thoát nước để tiết kiệm vật liệu và hạn chế những tính chất bất lợi của đất còn những đất tốt thì ta có thể bố trí ở vùng ngập nước phía thượng lưu và tường lõi. Phương án 2 thiết kế đập đất một khối, khả năng tận dụng vật liệu kém hơn so với phương án 1, chống thấm qua thân đập bằng lõi bê tông asphalt. Phương án này tính thấm qua thân đập sẽ giảm hơn nhiều so với phưong án 1 và không cần hệ thống tiêu nước phức tạp như PA1. Tuy nhiên, lõi bêtông asphalt thi công khó khăn hơn, giá thành cao hơn nhiều so với lõi đất như PA1, khả năng tự vá của lõi bêtông asphalt cũng kém hơn lõi đất nhiều. Như vậy, hai phương án đều có những ưu nhược điểm riêng. Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất, nguồn vật liệu địa phương, yêu cầu thiết kế, ta chọn PA1 để thiết kế đập đất. Do đặc điểm của đất nên ta có thể làm khối gia tải ở mái thượng lưu để khắc phục tính trương nở của đất khi tiếp xúc trực tiếp với nước. Tràn xả lũ: Tuyến tràn xả lũ: Từ địa hình tuyến công trình ta thấy vai trái đập để bố trí tràn xả lũ là hợp lí hơn cả vì ở đây có thể bố trí tuyến tràn từ vai trái đập, đi theo sườn đồi rồi đổ xuống đoạn sông cong ngay sau ghềnh đá. Địa chất của đất đá ở tuyến tràn đảm bảo giữ ổn định cho tràn. Hình thức tràn: có thể có các phương án sau: Phương án 1: Tràn không có cửa van. Cao trình ngưỡng tràn=MNDBT. Phương án 2: Tràn có cửa van. Cao trình ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT. Nếu chọn theo phương án 1 thì xây dựng và vận hành đơn giản nhưng Btr phải lớn, mực nước lũ trong hồ cao do đó đập phải cao. Nếu chọn phương án 2 thì vận hành phức tạp nhưng khả năng tháo lớn, Btr nhỏ, mực nước trong hồ thấp hơn, do đó đập thấp hơn. Chọn phương án 2 để thiết kế. Cống lấy nước: Tuyến cống: Do diện tích tưới nằm chủ yếu bên phảI sông Mla nên bố trí cống lấy nước dưới đập bên phải. Bố trí cống dọc theo sườn đồi dốc thoải đáy cống ở cao trình 193.8m.Cửa vào cống phải đảm bảo nước chảy được thuận dòng, đáy cống đặt trên nền đá gốc, đảm bảo ổn định cho công trình. Hình thức cống: Phương án 1: Cống hộp bằng bê tông cốt thép. Phương án 2: Cống bằng ống thép đặt trong hành lang. Chọn phương án 2 thiết kế cống thép đặt trong hành lang vì ta có thể kết hợp hành lang để dẫn dòng thi công và cống thép có thể tránh được hiện tượng khí thực gây ra rỗ bê tông trong quá trình vận hành . Cống hộp bằng bê tông cốt thép rất dễ gây ra hiện tượng này. Tính toán điều tiết lũ Mục đích-Các tài liệu tính toán: Mục đích-ý nghĩa của tính toán điều tiết lũ: Mục đích của việc tính toán điều tiết lũ là thông qua tính toán làm thoả mãn yêu cầu phòng lũ đã đề ra, tìm được phương án hợp lý nhất về dung tích phòng lũ của kho nước, lưu lượng xả lũ lớn nhất xả xuống hạ lưu, kích thước công trình xả lũ và phương thức vận hành kho nước. Tài liệu tính toán: Tài liệu về đặc trưng địa hình hồ chứa : Z(m) 184 189 192 195 198 201 204 207 210 W(106m3) 0 0.29 1.19 3.30 6.99 12.17 18.67 26.52 36.00 F(104m2) 0 17.22 44.82 99.49 149.0 196.73 273.21 287.01 344.21 Tài liệu về quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế và tần suất kiểm tra: bảng1-7 Các tài liệu khác: MNDBT=206.9m Cao trình ngưỡng tràn = MNDBT - 5= 206.9-5=201.9m Loại ngưỡng tràn : ngưỡng thực dụng me=0.40. Các phương án Btr: PA1: Btr=3x5(m) PA2: Btr=3x6(m) PA3: Btr=3x7(m) Phương pháp tính toán điều tiết lũ: Nguyên tắc tính toán điều tiết lũ: Công thức tính toán điều tiết lũ dựa trên cân bằng lượng nước đến và lượng nước xả của kho nước. Q.dt – q.dt = F .dh Trong đó: Q : Lưu lượng đến trong kho nước q : Lưu lượng ra khỏi kho nước F : Diện tích mặt thoáng của kho nước dt:khoảng thời gian vô cùng nhỏ Thay F.dh=dv thì ta có: (Q-q) dt=dv Trong một thời đoạn tính toán Dt đủ lớn Dt=t2-t1 thì ta có phương trình cân bằng nước dạng sai phân: 0,5. (Q1+Q2) Dt – 0,5 (q1+q2) Dt =V2 –V1 Trong đó: Q1,Q2: Lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn tính toán q1, q2: Lưu lượng xả tương ứng V1,V2: Lượng nước có trong kho ở đầu và cuối thời đoạn tính toán Để tìm quá trình xả lũ q~t , chưa thể giải trực tiếp do có 2 số hạng chưa biết là V2và q2. Kết hợp với phương trình thuỷ lực của công trình xả lũ với dạng tổng quát q= f( Zt, Zh,C ) Trong đó: Zt: Mực nước thượng lưu công trình xả lũ Zh: Mực nước hạ lưu công trình xả lũ C: Tham số biểu thị công trình ( phụ thuộc vào quy mô, kích thước, loại và dạng công trình) Phương pháp tính: Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau được dùng trong tính toán điều tiết lũ bằng kho nước. Với bài toán cho quá trình lũ đến , địa hình kho nước , công trình xả lũ . Yêu cầu xác định quá trình xả lũ và dung tích cắt lũ hoặc mức nước cao nhất đạt tới trong kho nước , ta dùng phương pháp Potapop để tính toán điều tiết lũ. Từ phương trình cân bằng nước ta có: Trong đó : Q1, Q2: lưu lượng lũ đến đầu và cuối thời đoạn Dt q1, q2 : lưu lượng xả lũ đầu và cuối thời đoạn Dt V1, V2 : Dung tích kho đầu và cuối thời đoạn Như vậy với bất kì thời đoạn Dt nào thì vế phải đều đã biết và có : Hai quan hệ này gọi là quan hệ phụ trợ để tính điều tiết lũ Thay vào phương trình trên ta có : f2= +f1 Các bước giải như sau: Xây dựng biểu đồ phụ trợ : Lựa chọn bước thời gian tính toán Dt= 1h , giả thiết các giá trị mực nước trong kho để tính lưu lượng xả tương ứng theo công thức: q= m.e.B. với m : hệ số lưu lượng , me = 0,4 Dựa vào quan hệ Z~V , ứng với các mức nước giả thiết ở trên tìm ra dung tích kho tương ứng Vk và từ đó tìm được V=Vk - Vtl Trong đó : Vtl : dung tích kho ứng với khi lũ đến Vtl=VMNDBT Tính giá trị f1, f2 ứng với các giá trị q vừa tính ở trên rồi vẽ lên biểu đồ . Sử dụng biểu đồ để tính toán điều tiết : Với mỗi thời đoạn Dt tính được = ( Q1+Q2).0,5 Từ q1 đã biết tra trên biểu đồ được giá trị f1 và tính f2 = + f1 Từ f2 tra biểu đồ ngược lại sẽ được q2 . Đó chính là lưu lượng xả lũ ở cuối mỗi thời đoạn . Lập lại bước 2 cho các thời đoạn sau cho đến khi kết thúc Từ quá trình lũ đến và xả ta có thể xác định được dung tích cắt lũ và mực nước lớn nhất trong kho . Các bảng tính và kết quả: Lập bảng xây dựng biểu đồ phụ trợ Cột 1: Giả thiết các mực nước trong hồ chứa Z(m) Cột 2: Độ chênh lệch giữa cao trình mực nước thiết kế với cao trình ngưỡng tràn Cột 3:Lưu lượng xả được tính theo công thức thuỷ lực Cột 4: Dung tích của kho nước ứng với mực nước trong kho và được xác định trực tiếp từ biểu đồ quan hệ Z~V Cột 5: Dung tích tràn ra khỏi hồ chứa ứng với từng giá trị mực nước trong kho và được xác định theo công thức: V=Vk-Vtl Trong đó : Vtl : Dung tích kho ứng với khi lũ đến. Cột 6 và cột 7: Tương ứng là các giá trị bổ trợ hàm f1(q) và f2(q) và được xác định theo công thức: f1 (q)= và f2 (q)=. Bảng 3-1: Bảng tính toán biểu đồ phụ trợ Bảng tính toán biểu đồ phụ trợ (Btr=15m) STT Z(m) Htr(m) q(m3/s) Vk(106m3) V(106m3) f1 f2 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1 206,9 5,0 297,17 26,2583 0,0000 -148,59 148,587 2 207,0 5,1 306,13 26,520 0,2617 -80,37 225,761 3 207,2 5,3 324,32 27,1520 0,8937 86,09 410,408 4 207,4 5,5 342,85 27,7840 1,5257 252,38 595,229 5 207,6 5,7 361,72 28,4160 2,1577 418,50 780,219 6 207,8 5,9 380,92 29,0480 2,7897 584,46 965,376 7 208,0 6,1 400,45 29,6800 3,4217 750,25 1150,698 8 208,2 6,3 420,31 30,3120 4,0537 915,87 1336,181 9 208,4 6,5 440,48 30,9440 4,6857 1081,34 1521,823 10 208,6 6,7 460,96 31,5760 5,3177 1246,66 1707,621 11 208,8 6,9 481,76 32,2080 5,9497 1411,82 1893,573 12 209,0 7,1 502,85 32,8400 6,5817 1576,82 2079,677 13 209,2 7,3 524,25 33,4720 7,2137 1741,68 2265,931 14 209,4 7,5 545,94 34,1040 7,8457 1906,39 2452,332 15 209,6 7,7 567,93 34,7360 8,4777 2070,95 2638,879 16 209,8 7,9 590,20 35,3680 9,1097 2235,37 2825,570 17 210,0 8,1 612,75 36,0000 9,7417 2399,65 3012,402 Cột1:Thời điểm tính toán. Cột 2: Lưu lượng lũ đến đầu thời đoạn( Lấy theo tài liệu quá trình lũ thiết kế) Cột 3: Lưu lượng lũ đến cuối thời đoạn( Lấy theo tài liệu quá trình lũ thiết kế) Cột 4:Lưu lượng lũ đến bình quân thời đoạn xác định theo công thức: Cột 5: Lưu lượng nước xả đầu thời đoạn Cột6: Giá trị f1(q)được xác định dựa trên biểu đồ quan hệ f1(q)~q đã xây dựng ở trên. Cột 7: Giá trị f2(q)được tính theo công thức: f2(q)= f1(q)+ Cột8: Lưu lượng nước xả cuối thời đoạn xác định thông qua biểu đồ quan hệ f2(q)~q với giá trị f2(q) đã được xác định ở trên. Cột 9: Lưu lượng xả trung bình tính theo công thức: Cột 10: Tổng lượng nước lũ tích vào hồ chứa từng thời đoạn được xác định bởi công thức: Wi=()xti Dùng biểu đồ phụ trợ đã lập ở trên để tính toán điều tiết lũ ta được kết quả sau: Dung tích siêu cao của hồ chứa là: Vsc=10,4581.106(m3/s). Vậy : V=VMNDBT+Vsc=(26,143+10,4581).106=36,601.106(m3). Tra biểu đồ quan hệ Z~V ta được: Hsc=3,29(m). Từ biểu đồ ta có : qxảmax=640,728 (m3/s). MNDGC=210,19(m). Kết quả tính toán điều tiết lũ (phương án Btr=15m) Tần suất lũ : 1% MNDBT : 206,9 (m) Cao trình ngưỡng tràn : 201,9 (m) Lưu lượng lũ lớn nhất : 924,0 (m3/s) Lưu lượng xả qua tràn : 640,728 (m3/s) Cột nước siêu cao : 3,29 (m) MNDGC : 210,19 (m) me : 0,4 Thời đoạn tính toán : 1 (h) Kết quả tính toán điều tiết lũ (phương án Btr=18m) Tần suất lũ : 1% MNDBT : 206,9 (m) Cao trình ngưỡng tràn : 201,9 (m) Lưu lượng lũ lớn nhất : 924,0 (m3/s) Lưu lượng xả qua tràn : 681,55 (m3/s) Cột nước siêu cao : 2,71 (m) MNDGC : 209,61 (m) me : 0,4 Thời đoạn tính toán : 1 (h) Kết quả tính toán điều tiết lũ (phương án Btr=21m) Tần suất lũ : 1% MNDBT : 206,9 (m) Cao trình ngưỡng tràn : 201,9 (m) Lưu lượng lũ lớn nhất : 924,0 (m3/s) Lưu lượng xả qua tràn : 715,76 (m3/s) Cột nước siêu cao : 2,19 (m) MNDGC : 209,09 (m) me : 0,4 Thời đoạn tính toán : 1 (h) Kết quả tính toán: Bảng 3-3.Kết quả tính toán điều tiết lũ Phương án Btr Kết qủa tính toán P=1% P=0.2% Btr=15m MNDGC(m) 210.19 211.443 qxmax(m3/s) 640.728 783.47 Htrmax(m) 3.29 4.543 Btr=18m MNDGC(m) 209.61 210.633 qxmax(m3/s) 681.55 823.04 Htrmax(m) 2.71 3.733 Btr=21m MNDGC(m) 209.09 209.957 qxmax(m3/s) 715.76 850.96 Htrmax(m) 2.19 3.057 thiết kế sơ bộ đập dâng. Cao trình đỉnh đập: Cao trình đỉnh đập cần phải đảm bảo trong các trường hợp xảy ra lũ và sóng nước vỗ nước vẫn không tràn qua đỉnh đập được. Đồng thời phải xác định được hợp lí các trường hợp có khả năng xảy ra sự cố, để cao trình đỉnh đập đã được xác định không quá thấp hoặc quá cao. Cao trình đỉnh đập được xác định từ hai mực nước là MNDBT và MNDGC: Z1=MNDBT+h+hsl+a Z2=MNDGC+h’+hsl’+a’ Trong đó: h vàh’:độ dềnh do gió ứng với gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. hsl và hsl’: chiều cao sóng leo ứng với mức đảm bảo 1%. (Tra bảng 2-7/42 QPTLC1-78 ta được mức đảm bảo là 1%) a và a’: độ vượt cao an toàn phụ thuộc vào cấp công trình. ( Tra bảng 3-2/18 QPVN11-77 ứng với công trình cấp III ) Xác định h và h’: Theo QPTL C1-78: h=2x10-6x Trong đó: V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với tần suất 4% (tra bảng3-1QPVN11-77/18 xác định tần suất là 4%) Do hướng gió tính toán là hướng Tây Bắc nên ta có V=21.3(m/s) (bảng 1-4) D: Đà sóng ứng với MNDBT=2,8 km g : Gia tốc trọng trường(m/s2) H: Chiều sâu nước trước đập ứng với MNDBT(m) : Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió (=0) h’=2x10-6x Trong đó: V’: Vận tốc gió bình quân lớn nhất ứng với tần suất 50%; (tra bảng3-1QPVN11-77 xác định tần suất là 50%) V’=15,4(m/s) D’:Đà sóng ứng với MNDGC =2,9km g : Gia tốc trọng trường(m/s2) H’:chiều sâu nước trước đập ứng với MNDGC(m) ’ :góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió (’=0) Xác định hsl và hsl’: T heo quy phạm C1-78 ta có: hsl=K1.K2.K3.K4.hsl% Trong đó: K1,K2: Các hệ số phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái. (Tra bảng 6 QPTLC1-78 ). K3: Hệ số phụ thuộc vào vận tốc gió và hệ số mái m. Sơ bộ chọn m=3. Tra bảng 7 QPTLC1-78 ta được: K3=1,5 K4: Hệ số phụ thuộc vào hệ số mái và trị số . Tra hình 10/15 QPTLC1-78 ứng với hsl%: Chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%. Xác định hsl%: Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: H>0,5 : Chiều dài trung bình của sóng Tính các đại lượng không thứ nguyên: , Trong đó: t :thời gian gió thổi liên tục. Do không có tài liệu lấy t=6 giờ Theo đường cong bao phía trên ở hình 35QPTL1-78, ứng với các đại lượng không thứ nguyên, ta tra được các đại lượng sau: , . :Chu kì trung bình của sóng(s) Chọn trị số nhỏ hơn trong 2 trị số tra được ở trên từ đó có thể xác định được và Trị số được xác định theo công thức: =(m) Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu. Xác định độ vượt cao a và a’: a, a’: độ vượt cao an toàn phụ thuộc vào cấp công trình được xác định theo QPVN11-77/bảng3-2 Trường hợp MNDBT: a=0,5(công trình cấp III) Trường hợp MNDGC: a’=0,4(công trình cấp III)  Bảng 3-4: Bảng tính cao trình đỉnh đập ứng với 3 phương án Btr Thông số tính toán Trường hợp tính toán MNDBT MNDGC Btr=3x5m Btr=3x6m Btr=3x7m MN 206.9 210.19 209.61 209.09 Zđáy 184 184 184 184 H 22.9 26.19 25.61 25.09 D 2800 2900 2900 2900 V 21.3 15.4 15.4 15.4 h 0.0113 0.00535 0.00548 0.00559 gD/V2 60.54 119.96 119.96 119.96 gt/V 9948.169 13759.48 13759.48 13759.48 g./V2 0.0145 0.0182 0.0182 0.0182 g/V 1.35 1.58 1.58 1.58 2.93 2.48 2.48 2.48 0.67 0.44 0.44 0.44 13.4 9.6 9.6 9.6 0.5x 6.7 4.8 4.8 4.8 H>0.5x đúng đúng đúng đúng K1% 2.05 2.1 2.1 2.1 hs1% 1.3735 0.924 0.924 0.924 K1 0.95 0.95 0.95 0.95 K2 0.85 0.85 0.85 0.85 K3 1.5 1.5 1.5 1.5 hs1% 9.76 10.39 10.39 10.39 K4 1.56 1.6 1.6 1.6 hsl 2.595 1.79 1.79 1.79 a 0.5 0.4 0.4 0.4 Zdd 210 212.39 211.8 211.29 Kiểm tra lại cao trình đỉnh đập ứng với tần suất lũ kiểm tra P=0,2: Cao trình đỉnh đập phải thoả mãn điều kiện lớn hơn MNDGC ứng với tần suất kiểm tra. Ta thấy: Trường hợp: Btr=15m MNLTK+a’= 211.443+0,4=211,843 m < Zdd =212.39m Btr=18m MNLTK+a’= 210.633+0,4=211,043m < Zdd=211.8m Btr=21m MNLTK+a’= 209.957+0,4=210,357m < Zdd=211.29m Vậy 3 trường hợp đều thoả mãn điều kiện trên. Bề rộng đỉnh đập: Được xác định dựa vào điều kiện làm việc của bản thân đập, theo điều kiện giao thông và có thể phải đảm bảo yêu cầu về quốc phòng. Do không có các yêu cầu về giao thông nên ta có thể chọn B=5m. Mái đập và cơ: Mái đập: Độ dốc mái phụ thuộc vào hình thức, chiều cao đập, loại đất đắp đập, tính chất nền,... Sơ bộ định hệ số mái theo công thức kinh nghiệm, sau này sẽ được chính xác hoá qua tính toán ổn định. Mái thượng lưu: m1= 0,05H + 2 Trong đó: H :Chiều cao đập ta lấy H =212,66-184=28,66m m1=0,05x28,66+2=3,433 Mái hạ lưu: m2=0,05H+1,5 m2=0,05x28,66+1,5=2,93 Cơ đập: Theo ĐAMHTC : Khi đập cao trên 10m, nên bố trí cơ hạ lưu; khoảng cách giữa 2 cơ theo chiều cao chọn từ 10 ¸ 20 m; bề rộng cơ chọn theo yêu cầu giao thông và không lấy nhỏ hơn 2m. Trường hợp này ta bố trí một cơ có chiều rộng b=4m ở thượng lưu tại cao trình +198m; hệ số mái từ đỉnh đập đến cao trình cơ là m=2,5; từ cao trình cơ đến chân mái thượng lưu là m=3,5 . Bố trí một cơ ở hạ lưu đập có chiều rộng b=4m tại cao trình +198m , hệ số mái từ đỉnh đập đến cao trình cơ lấy m=2,5; từ cao trình cơ xuống dưới là 3,5. Thiết bị chống thấm: Đối với đập: Do tính chất của đất đắp đập là trương nở, co ngót và tan rã nên việc đặt các thiết bị chống thấm là rất cần thiết đảm bảo ổn định cho công trình. Bảo vệ khối thượng lưu bằng các khối đá xây. Bảo vệ thân đập bằng cách bố trí tường lõi chống thấm . Đối với nền: Để chống thấm cho nền, ta có thể dùng phương pháp chống thấm kiểu chân khay giữa kết hợp khoan phụt . Thiết bị thoát nước: Bố trí thiết bị thu nước theo kiểu ống khói nối tiếp với đống đá tiêu nước, giúp cho khối đất đắp đập ở hạ lưu thường xuyên khô. Để tiêu nước trong thân đập, dùng vật thoát nước hạ lưu kiểu áp mái. Gia cố mái hạ lưu bằng ô bêtông trồng cỏ. thiết kế sơ bộ đường tràn. Tràn là công trình để tháo phần nước thừa trong mùa lũ, hoặc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa để kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo hồ chứa làm việc bình thường và an toàn. Bố trí chung đường tràn: Bố trí tràn xả lũ bên bờ vai trái của đập đất, đi theo sườn núi rồi đổ xuống đoạn sông cong ở ngay hạ lưu; dạng tràn hở có cửa van cung, tràn có mặt cắt thực dụng và cửa van khống chế nối tiếp là dốc nước có chiều rộng không đổi, tiêu năng cuối dốc là mũi phun. Ngưỡng tràn: Chọn đập tràn thuộc loại đập tràn thực dụng, cao trình ngưỡng =MNDBT-5(m). Chọn chiều dài ngưỡng tràn là 15m để tiện cho việc bố trí càng van và các thiết bị trên ngưỡng. Bề rộng ngưỡng tràn được chọn thông qua việc tính toán sơ bộ với các phương án: Btr=3x5; 3x6; 3x7(m). Đáy tràn được làm bằng bêtông M200, dày 50cm, bêtông lót dày 10cm, tường bên được làm bằng bêtông dày 1m. Xác định mặt cắt ngưỡng tràn: Chọn loại ngưỡng hình cong kiểu CơrigiơÔphixerop không chân không loại I. Xác định mặt cắt tràn: Chọn hệ trục toạ độ xoy sao cho: Trục ox ngang với cao trình ngưỡng tràn. Trục oy thẳng đứng xuống dưới, gốc O ở mép thượng lưu đập. Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixerop với: x=.Ht y=.Ht Trong đó: Ht: Cột nước trên tràn Bảng3-5:Bảng quan hệ giữa các toạ độ x và y 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.7 0.126 0.036 0.007 0 0.007 0.06 0.147 0.256 0.39 0.565 0.87 x 0 0.829 1.658 2.49 3.32 4.97 6.632 8.29 9.95 11.61 14.0 y 0.36 0.083 0 0.042 0.191 0.746 1.567 2.66 3.98 5.513 8.22 Dốc nước: Tiếp sau ngưỡng tràn là một đoạn có độ dốc tự nhiên tương đối lớn nên ta bố trí dốc nước ở đoạn này, dựa vào mặt cắt địa hình, sơ bộ chọn độ dốc của dốc nước là i=10%; chiều dài đoạn dốc nước là L=90m. Dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật, bề rộng đáy dốc bằng bề rộng ngưỡng tràn, được làm bằng bêtông M200, chiều dày của dốc nước là 50cm, tường dốc nước làm bằng bêtông dày 100cm. Chiều cao tường của dốc nước được tính toán dựa vào việc tính toán đường mặt nước trên dốc nước. Mũi phun tiêu năng: Nối tiếp sau dốc nước là mũi phun. Dòng chảy qua mũi phun với lưu tốc lớn sẽ theo hướng mũi phun phun lên không khí rồi rơi xuống cách xa chân máng. Dòng chảy rơi xuống sẽ tạo ra một hố xói ở đáy kênh hạ lưu. Chiều dài và độ sâu của hố xói sẽ được cụ thể qua việc tính toán thủy lực tràn. Tính toán thuỷ lực tràn: Phương án Btr=15 m Tính toán thuỷ lực ngưỡng tràn: Chiều sâu trên đỉnh ngưỡng tràn: Gọi hk là chiều sâu trên đỉnh ngưỡng tràn: Theo QPTLC8-76/92, hk được tính theo công thức sau: hk== Trong đó: q: Lưu lượng đơn vị (m2/s) được xác định theo công thức: q= B:Chiều rộng tràn(m) Thay số ta có: Với Q =640,728(m3/s) hk=5.71m. Xác định chiều sâu dòng chảy tại cuối ngưỡng tràn: Gọi ho là chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt co hẹp. Chiều sâu mực nước cuối ngưỡng bằng chiều sâu tại mặt cắt co hẹp tính toán. Tính hotheo Argorotxkin: hc= Trong đó: Eo=P+H+ . Bỏ qua lưu tốc Vo ta được: Eo=2+8,29=10,29m F===1,19 Tra bảng tra thuỷ lực ta được: c=0,33 mhc=0,33.10,29=3,39m Tính toán thuỷ lực dốc nước: Xác định độ sâu chảy đều trên dốc: Được xác định theo phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực: f(Rln)= Tra bảng8-1 bảng tra thuỷ lực : mo= 2mo=2 i=0.1 f(Rln)==0.00395 Tra bảng 8-1 bảng tra thuỷ lực ta có: với n=0.017 ta được: Rln=1.75 ==10,29m. Tra bảng 8-3 bảng tra thuỷ lực với m=0 ta được: =0.9228 Vậy: ho=0,9228.1,75=1,6149m Ta thấy: ho<hc<hk do đó đường mặt nước trên đoạn dốc là đường nước đổ bII Tính toán đường mặt nước trên dốc nước: Tính toán thuỷ lực trên dốc nước với mục đích nhằm xác định đường mặt nước trên dốc nước để tính chính xác đường biên và lưu tốc trên dốc cũng như điều kiện thuỷ lực trước khi vào tiêu năng nhằm đảm bảo hợp lý và an toàn cho công trình. Phương trình cơ bản để tính đường mặt nước trong dốc là phương trình động lực Becnuli, viết cho dòng chảy ổn định trong kênh hở có độ dốc đáy iđ được diễn toán theo phương pháp sai phân: Trong đó: E=Ei-Ei+1 Ei,Ei+1:Năng lượng tại mặt cắt đầu và cuối thời đoạn tính toán . Ei=hi+; Ei+1=hi+1+ J:Độ dốc thuỷ lực trung bình giữa hai mặt cắt với :J== C=với n: Hệ số nhám. Do dốc nước bằng bêtông nên ta có n=0,017 (Tra phụ lục 4-1A-Bảng tra thuỷ lực). R: Bán kính thuỷ lực. R= =b.h ; =b+2h v= Cách tính đường mặt nước: định tính đường mặt nước: Chia dốc nước ra làm nhiều đoạn nhỏ,mỗi đoạn có chiều dài l.Xuất phát từ mặt cắt từ đầu dốc , tính xuôi dần xuống dốc sao cho thoả mãn điều kiện: li=Li. Từ kết quả đường mặt nước trong dốc, ta chọn được chiều cao đỉnh tường bên của dốc nước. Chiều cao tường phải đảm bảo an toàn tháo lũ kiểm tra với tần suất 0,2%. Phương án Btr=18 m Tính toán thuỷ lực ngưỡng tràn: Chiều sâu trên đỉnh ngưỡng tràn: Gọi hk là chiều sâu trên đỉnh ngưỡng tràn: Theo QPTLC8-76/92, hk được tính theo công thức sau: hk== Thay số ta có: Với Q =681,55(m3/s) hk=5,27m. Xác định chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt cuối ngưỡng: Chiều sâu mực nước cuối ngưỡng bằng chiều sâu tại mặt cắt co hẹp tính toán. Tính hotheo Argorotxkin: hc= Trong đó: Eo=P+H+ .Bỏ qua lưu tốc Vo ta được: Eo=9.71m F(===1,19 Vậy c=0,33 mhc=0,33.9,71=3,20m Tính toán thuỷ lực dốc nước: Xác định độ sâu chảy đều trên dốc: Được xác định theo phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực: f(Rln)= mo= 2 i=0.1 Bảng3-6: Kết quả tính toán đường mặt nước với phương án Btr=15m Btr=15m h w c v R C E DE J Jtb DL L 3,390 61,020 24,780 10,500 2,462 68,356 9,010 0,0096 0,00 3,300 59,400 24,600 10,787 2,415 68,133 9,230 0,221 0,0104 0,0100 2,452 0,25 3,250 58,500 24,500 10,953 2,388 68,006 9,364 0,134 0,0109 0,0106 1,498 1,75 3,200 57,600 24,400 11,124 2,361 67,877 9,507 0,143 0,0114 0,0111 1,604 3,35 3,150 56,700 24,300 11,300 2,333 67,746 9,659 0,152 0,0119 0,0117 1,718 5,07 3,100 55,800 24,200 11,483 2,306 67,612 9,820 0,162 0,0125 0,0122 1,841 6,91 3,050 54,900 24,100 11,671 2,278 67,475 9,992 0,172 0,0131 0,0128 1,975 8,89 3,000 54,000 24,000 11,865 2,250 67,336 10,176 0,183 0,0138 0,0135 2,119 11,01 2,950 53,100 23,900 12,066 2,222 67,195 10,371 0,195 0,0145 0,0142 2,275 13,28 2,900 52,200 23,800 12,274 2,193 67,050 10,579 0,208 0,0153 0,0149 2,445 15,73 2,850 51,300 23,700 12,490 2,165 66,903 10,801 0,222 0,0161 0,0157 2,631 18,36 2,800 50,400 23,600 12,713 2,136 66,753 11,037 0,236 0,0170 0,0165 2,834 21,19 2,750 49,500 23,500 12,944 2,106 66,600 11,290 0,252 0,0179 0,0175 3,056 24,25 2,700 48,600 23,400 13,184 2,077 66,444 11,559 0,269 0,0190 0,0184 3,301 27,55 2,650 47,700 23,300 13,432 2,047 66,284 11,846 0,287 0,0201 0,0195 3,571 31,12 2,600 46,800 23,200 13,691 2,017 66,122 12,153 0,307 0,0213 0,0207 3,871 34,99 2,550 45,900 23,100 13,959 1,987 65,956 12,482 0,328 0,0225 0,0219 4,204 39,19 2,500 45,000 23,000 14,238 1,957 65,786 12,833 0,351 0,0239 0,0232 4,576 43,77 2,450 44,100 22,900 14,529 1,926 65,612 13,209 0,376 0,0255 0,0247 4,994 48,76 2,400 43,200 22,800 14,832 1,895 65,435 13,612 0,403 0,0271 0,0263 5,467 54,23 2,350 42,300 22,700 15,147 1,863 65,253 14,044 0,432 0,0289 0,0280 6,004 60,23 2,300 41,400 22,600 15,477 1,832 65,068 14,508 0,464 0,0309 0,0299 6,619 66,85 2,250 40,500 22,500 15,820 1,800 64,878 15,007 0,499 0,0330 0,0320 7,328 74,18 2,200 39,600 22,400 16,180 1,768 64,683 15,543 0,536 0,0354 0,0342 8,154 82,34 2,158 38,835 22,315 16,499 1,740 64,514 16,032 0,488 0,0376 0,0365 7,689 90,02 f(Rln)==0.00371 Tra bảng 8-1 bảng tra thuỷ lực ta có: với n=0.017 ta được: Rln=1.7857 ==11,76m.Tra bảng ứng với m=0 ta được: =0.8418 Vậy: ho=0,8418.1,7857=1,503m Ta thấy:ho<hc<hk do đó đường mặt nước trên đoạn dốc là đường nước đổ bII. Phương pháp tính như đã trình bày ở phương án Btr=15m. Kết quả tính toán ghi ở bảng 3-7. Phương án Btr=21 m Tính toán thuỷ lực ngưỡng tràn: Chiều sâu trên đỉnh ngưỡng tràn: Gọi hk là chiều sâu trên đỉnh ngưỡng tràn: Theo QPTLC8-76/92, hk được tính theo công thức sau: hk== Thay số ta có: Với Q =715,76(m3/s) hk=4.91m. Xác định chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt cuối ngưỡng: Chiều sâu mực nước cuối ngưỡng bằng chiều sâu tại mặt cắt co hẹp tính toán. Tính hotheo argorotxkin: hc= Trong đó: Eo=P+H+ .Bỏ qua lưu tốc Vo ta được: Eo=9,19m F===1,189 Vậy c=0,33 mhc=0,33.9,19=3,03m ==13,19m.Tra bảng 8-3 ứng với m=0 ta được: =0.7811 Vậy: ho=0,7811.1,82=1,422m Ta thấy:ho<hc<hk do đó đường mặt nước trên đoạn dốc là đường nước đổ bII Phương pháp tính như đã trình bày ở phương án Btr=15m. Kết quả tính toán ghi ở bảng 3-8. Bảng3-7:Kết quả tính toán đường mặt nước với phương án Btr=18m B=18m h w c v R C E DE J Jtb DL L 3,20 67,20 27,40 10,14 2,45 68,31 8,44 0,0090 0 3,15 66,15 27,30 10,30 2,42 68,17 8,56 0,118 0,0094 0,0092 1,297 2,88 3,10 65,10 27,20 10,47 2,39 68,03 8,69 0,126 0,0099 0,0097 1,394 4,28 3,05 64,05 27,10 10,64 2,36 67,89 8,82 0,135 0,0104 0,0101 1,499 5,78 3,00 63,00 27,00 10,82 2,33 67,75 8,97 0,144 0,0109 0,0107 1,612 7,39 2,95 61,95 26,90 11,00 2,30 67,60 9,12 0,154 0,0115 0,0112 1,734 9,12 2,90 60,90 26,80 11,19 2,27 67,45 9,28 0,165 0,0121 0,0118 1,866 10,99 2,85 59,85 26,70 11,39 2,24 67,29 9,46 0,176 0,0128 0,0124 2,01 13,00 2,80 58,80 26,60 11,59 2,21 67,14 9,65 0,188 0,0135 0,0131 2,166 15,16 2,75 57,75 26,50 11,80 2,18 66,98 9,85 0,201 0,0142 0,0139 2,337 17,50 2,70 56,70 26,40 12,02 2,15 66,82 10,06 0,215 0,0151 0,0147 2,523 20,02 2,65 55,65 26,30 12,25 2,12 66,65 10,29 0,231 0,0160 0,0155 2,728 22,75 2,60 54,60 26,20 12,48 2,08 66,48 10,54 0,477 0,0169 0,0160 5,683 25,70 2,55 53,55 26,10 12,73 2,05 66,31 10,81 0,511 0,0180 0,0170 6,158 28,91 2,50 52,50 26,00 12,98 2,02 66,13 11,09 0,548 0,0191 0,0180 6,683 32,39 2,45 51,45 25,90 13,25 1,99 65,95 11,39 0,588 0,0203 0,0191 7,268 36,18 2,40 50,40 25,80 13,52 1,95 65,77 11,72 0,631 0,0216 0,0204 7,92 40,31 2,35 49,35 25,70 13,81 1,92 65,58 12,07 0,677 0,0231 0,0217 8,651 44,83 2,30 48,30 25,60 14,11 1,89 65,39 12,45 0,728 0,0247 0,0232 9,476 49,78 2,25 47,25 25,50 14,42 1,85 65,19 12,85 0,783 0,0264 0,0248 10,41 55,24 2,20 46,20 25,40 14,75 1,82 64,99 13,29 0,844 0,0283 0,0265 11,48 61,26 2,15 45,15 25,30 15,10 1,78 64,78 13,76 0,909 0,0304 0,0284 12,71 67,94 2,10 44,10 25,20 15,45 1,75 64,57 14,27 0,982 0,0327 0,0305 14,13 75,39 2,05 43,05 25,10 15,83 1,72 64,36 14,82 1,061 0,0353 0,0329 15,8 83,74 2,02 42,34 25,03 16,10 1,69 64,21 15,23 0,952 0,0372 0,0350 14,63 90,02 Bảng3-8:Kết quả tính toán đường mặt nước với phương án Btr=21m B=21m h w c v R C E DE J Jtb DL L 3,03 72,72 30,06 9,84 2,42 68,15 7,97 0,00862 0 3,00 72,00 30,00 9,94 2,40 68,06 8,04 0,07 0,00889 0,0088 0,76 0,49 2,95 70,80 29,90 10,11 2,37 67,91 8,16 0,12 0,00936 0,0091 1,34 1,83 2,90 69,60 29,80 10,28 2,34 67,76 8,29 0,13 0,00986 0,0096 1,45 3,28 2,85 68,40 29,70 10,46 2,30 67,60 8,43 0,14 0,01041 0,0101 1,57 4,85 2,80 67,20 29,60 10,65 2,27 67,44 8,58 0,15 0,01099 0,0107 1,69 6,54 2,75 66,00 29,50 10,84 2,24 67,27 8,74 0,16 0,01162 0,0113 1,83 8,37 2,70 64,80 29,40 11,05 2,20 67,11 8,92 0,17 0,01229 0,0120 1,98 10,35 2,65 63,60 29,30 11,25 2,17 66,93 9,11 0,19 0,01302 0,0127 2,14 12,49 2,60 62,40 29,20 11,47 2,14 66,76 9,31 0,20 0,01381 0,0134 2,32 14,80 2,55 61,20 29,10 11,70 2,10 66,58 9,52 0,22 0,01467 0,0142 2,51 17,32 2,50 60,00 29,00 11,93 2,07 66,40 9,75 0,23 0,0156 0,0151 2,73 20,05 2,45 58,80 28,90 12,17 2,03 66,22 10,00 0,25 0,01661 0,0161 2,97 23,01 2,40 57,60 28,80 12,43 2,00 66,03 10,27 0,27 0,01771 0,0172 3,23 26,25 2,35 56,40 28,70 12,69 1,97 65,83 10,56 0,29 0,01891 0,0183 3,53 29,78 2,30 55,20 28,60 12,97 1,93 65,64 10,87 0,31 0,02022 0,0196 3,86 33,64 2,25 54,00 28,50 13,25 1,89 65,43 11,20 0,34 0,02166 0,0209 4,24 37,88 2,20 52,80 28,40 13,56 1,86 65,23 11,57 0,36 0,02323 0,0224 4,66 42,55 2,15 51,60 28,30 13,87 1,82 65,02 11,96 0,39 0,02496 0,0241 5,15 47,69 2,10 50,40 28,20 14,20 1,79 64,80 12,38 0,42 0,02687 0,0259 5,70 53,40 2,05 49,20 28,10 14,55 1,75 64,58 12,84 0,46 0,02898 0,0279 6,35 59,75 2,00 48,00 28,00 14,91 1,71 64,35 13,33 0,50 0,03132 0,0302 7,10 66,85 1,95 46,80 27,90 15,29 1,68 64,12 13,87 0,54 0,03392 0,0326 7,99 74,84 1,90 45,60 27,80 15,70 1,64 63,88 14,46 0,59 0,03681 0,0354 9,06 83,90 1,87 44,87 27,74 15,95 1,62 63,73 14,84 0,38 0,03872 0,0378 6,11 90,01 Tính toán tiêu năng sau dốc nước: Sử dụng hình thức tiêu năng bằng mũi phun. Do dòng chảy sau khi qua ngưỡng tràn và dốc nước sẽ mang theo một năng lượng lớn , khi đổ về hạ lưu có thể gây nên xói lở, cuốn trôi chân công trình dẫn đến hư hỏng công trình. Vì vậy , cần có biện pháp tiêu năng để tiêu bớt năng lượng dòng chảy đảm bảo an toàn cho công trình. Khi tiêu năng bằng mũi phun, dòng chảy qua mũi phun sẽ hắt vào không khí bị khuyếch tán hai chiều và rơi xuống hạ lưu, lưu tốc sẽ giảm nhỏ nên hạn chế được khả năng xói lở hạ lưu. Khi nước qua mũi phun vào không khí, rơi xuống sẽ gây ra xói ở hạ lưu. Vì vậy để đảm bảo ổn định cho đáy kênh hạ lưu ta phải xác định chiều sâu hố xói và chiều dài từ mũi phun đến tâm hố xói. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ta tính với cấp lưu lượng Qmax Các thông số tính toán : -Cao trình tại cuối mũi phun:+189,7m -Chiều dài nước rơi là khoảng cách từ mũi phun đến trung tâm bó dòng nước rơi chạm vào đáy kênh hạ lưu. -Độ dốc mũi phun:chọn theo kinh nghiệm:imũi=0.2 -Chiều dài mũi phun:chọn theo kinh nghiệm: lmũi=2m -Cao trình đáy kênh xả hạ lưu: +178m -h:Chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun. Do chiều dài cuối mũi nhỏ nên ta có thể coi: hhcd Phương án Btr=3x5(m): Xác định chiều sâu hố xói: Chiều sâu hố xói được xác định theo công thức: dx=K. Trong đó: q:Lưu lượng đơn vị tại mặt cắt cuối mũi phun(m3/s.m). Zo:Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu(m). K: Hệ số xói, với nền đá cứng hoàn chỉnh K=0,9¸1,2.Lấy K=1. hh:Chiều sâu nước trong kênh hạ lưu. hh=182,62-178=4,62m Zo=210,19-182,62=27,57m Vậy:dx=1.. =9,05m Tính chiều dài phóng xa của dòng phun Lp: Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến vị trí tâm làn nước rơi tại cao trình mực nước hạ lưu: Lp=ka.S1. Trong đó: S1:Chênh lệch giữa mực nước thượng lưu với đỉnh mũi phun. ka:Hệ số, xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khi phóng xa Fr===12,85<35.Vậy ka=1 S1=210,19-189,7=20,49(m) :Hệ số vận tốc, xét đến tổn thất cột nước trên toàn tuyến xả . Zm =210,19-189,7=20,49m Vm: Lưu tốc dòng chảy ở mũi phun. ==0,823 :Góc giữa vecto trung bình ở mặt cắt cuối mũi phun và phương nằm ngang, với góc mũi phun không lớn, có thể lấy Z0:Cột nước toàn phần có kể đến lưu tốc tới gần.Z0=27,57m Vậy ta có: Lp=25,49m Góc của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu: tg Trong đó: hm:Độ sâu nước ở mặt cắt cuối mũi phun S2: Khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh mũi phun đến đáy lòng dẫn hạ lưu. hh: Độ sâu mực nước hạ lưu. Thay số ta có: tg=0,806 Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến điểm xói sâu nhất: L=Lp+T.cotg=25,49+13,67.cotg38,86=42,46m T:chiều sâu nước tại điểm xói sâu nhất T=hh+dx=4,62+9,05=13,67m Phương án Btr=3x6(m) Từ bảng tính toán đường mặt nước, ta có các kết quả sau: -Cao trình tại cuối mũi phun:+189,7m -Chiều dài nước rơi là khoảng cách từ mũi phun đến trung tâm bó dòng nước rơi chạm vào đáy kênh hạ lưu. -Độ dốc mũi phun:chọn theo kinh nghiệm:imũi=0.2 -Chiều dài mũi phun:chọn theo kinh nghiệm: lmũi=2m -Cao trình đáy kênh xả hạ lưu: +178m -h:Chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun. Do chiều dài cuối mũi nhỏ nên ta có thể coi: hhcd Xác định chiều sâu hố xói: Chiều sâu hố xói được xác định theo công thức: dx=K. Trong đó: q:Lưu lượng đơn vị tại mặt cắt cuối mũi phun(m3/s.m). Zo:Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu(m). K: Hệ số xói, với nền đá cứng hoàn chỉnh K=0,9¸1,2.Lấy K=1. hh:Chiều sâu nước trong kênh hạ lưu. hh=182,73-178=4,73m Zo=209,61-182,73=26,88m Vậy:dx=1.. =8,24m Tính chiều dài phóng xa của dòng phun Lp: Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến vị trí tâm làn nước rơi tại cao trình mực nước hạ lưu: Lp=ka.S1. Trong đó: S1:Chênh lệch giữa mực nước thượng lưu với đỉnh mũi phun. ka:Hệ số, xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khi phóng xa Fr===13,06<35.Vậy ka=1 S1=209,61-189,7=19,91(m) ==0,814 Zm=209,61-189,7=19,91m :Hệ số vận tốc, xét đến tổn thất cột nước trên toàn tuyến xả . Vm: Lưu tốc dòng chảy ở mũi phun. :Góc giữa vecto trung bình ở mặt cắt cuối mũi phun và phương nằm ngang, với góc mũi phun không lớn, có thể lấy Z0:Cột nước toàn phần có kể đến lưu tốc tới gần.Z0=26,88m Vậy ta có: Lp=24,56m Góc của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu: tg Trong đó: hm:Độ sâu nước ở mặt cắt cuối mũi phun S2: Khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh mũi phun đến đáy lòng dẫn hạ lưu. hh: Độ sâu mực nước hạ lưu. Thay số ta có: tg=0,8165 Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến điểm xói sâu nhất L=Lp+T.cotg=24,56+12,97.cotg39,23=40,44m T:chiều sâu nước tại điểm xói sâu nhất T=hh+dx=4,73+8,24=12,97m Phương án Btr=3x7(m) Từ bảng tính toán đường mặt nước, ta có các kết quả sau: -Cao trình tại cuối mũi phun:+189,7m -Chiều dài nước rơi là khoảng cách từ mũi phun đến trung tâm bó dòng nước rơi chạm vào đáy kênh hạ lưu. -Độ dốc mũi phun:chọn theo kinh nghiệm:imũi=0.2 -Chiều dài mũi phun:chọn theo kinh nghiệm: lmũi=2m -Cao trình đáy kênh xả hạ lưu: +177m h:Chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun. Do chiều dài cuối mũi nhỏ nên ta có thể coi: hhcd Xác định chiều sâu hố xói: Chiều sâu hố xói được xác định theo công thức: dx=K. Trong đó: q:Lưu lượng đơn vị tại mặt cắt cuối mũi phun(m3/s.m). Zo:Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu(m). K: Hệ số xói, với nền đá cứng hoàn chỉnh K=0,9¸1,2.Lấy K=1. hh:Chiều sâu nước trong kênh hạ lưu. hh=182,817-178=4,82m Zo=209,09-182,82=26,27m Vậy:dx=1.. =7,54m Tính chiều dài phóng xa của dòng phun Lp: Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến vị trí tâm làn nước rơi tại cao trình mực nước hạ lưu: Lp=ka.S1. Trong đó: S1:Chênh lệch giữa mực nước thượng lưu với đỉnh mũi phun. ka:Hệ số, xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khi phóng xa Fr===13,86<35.Vậy ka=1 S1=209,9-189,7=20,2(m) ==0,82 Zm=209,09-189,7=19,39m :Hệ số vận tốc, xét đến tổn thất cột nước trên toàn tuyến xả . Vm: Lưu tốc dòng chảy ở mũi phun. :Góc giữa vecto trung bình ở mặt cắt cuối mũi phun và phương nằm ngang, với góc mũi phun không lớn, có thể lấy Z0:Cột nước toàn phần có kể đến lưu tốc tới gần.Z0=26,27m Vậy ta có: Lp=23,78m Góc của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu: tg Trong đó: hm:Độ sâu nước ở mặt cắt cuối mũi phun S2: Khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh mũi phun đến đáy lòng dẫn hạ lưu. hh: Độ sâu mực nước hạ lưu. Thay số ta có: tg=0,8156 Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến điểm xói sâu nhất: L=Lp+T.cotg=23,78+12,36.cotg39,2=38,93m T:chiều sâu nước tại điểm xói sâu nhất T=hh+dx=4,82+7,54=12,36m Chọn cấu tạo các bộ phận: Ngưỡng tràn: Chọn ngưỡng tràn thực dụng, trên mố có bố trí 2 mố trụ và 2 mố biên, đầu mố lượn tròn để tránh tổn thất.Chia ngưỡng tràn thành 3 khoang. Dốc nước: -Mặt cắt ngang dốc nước có dạng chữ nhật , chiều rộng không đổi và bằng chiều rộng của tràn. -Tường biên của dốc nước được nối liền với trụ biên của ngưỡng. Chiều cao tường biên được xác định theo độ sâu dòng có kể đến hàm khí theo công thức: ht=hk+a=h(1+)+a Trong đó: hk: Độ sâu trong dốc có kể đến hàm khí(m) h:Chiều sâu dòng chảy trên thân dốc V: Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán a:Độ cao an toàn(m) Trụ pin: Bố trí trụ pin để đỡ cầu công tác, cửa van và các các thiết bị sửa chữa cần thiết. Đập tràn gồm 3 khoang, bố trí các trụ pin ngăn cách giữa các khoang, mỗi trụ có bề dày khoảng 1,2m. Phía thượng lưu trụ pin có bố trí khe phai để khi cần sửa chữa cửa van, kích thước của khe phai có thể chọn 0.3m. Cửa van: Chọn hình thức cửa van cung, chiều cao của cửa van được tính theo công thức: Hcv=MNDBT-Ñngưỡng Cầu công tác: Cầu công tác phải đảm bảo khoảng không gian cần thiết để dễ dàng cho công tác vận hành và sửa chưã cửa van. Mũi phun: Dùng để tiêu bớt năng lượng dòng chảy đảm bảo an toàn cho công trình. Bố trí mũi phun sau dốc nước với chiều dài mũi phun là 2m, độ dốc mũi phun là 0,2. Kênh dẫn hạ lưu: Là phần nối tiếp giữa hố xói và sông. Chọn mặt cắt kênh có dạng hình thang. tính toán khối lượng –chọn phương án. Khi thiết kế công trình thuỷ lợi, cần phải đưa ra nhiều phương án khác nhau. Vì vậy, việc tính toán khối lượng là một công việc rất cần thiết giúp chọn được phương án tối ưu, vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế. Do trong giai đoạn thiết kế sơ bộ để lựa chọn phương án tối ưu nên chỉ tính cho các hạng mục công trình có sự khác nhau rõ rệt về khối lượng đó là cơ sở để lựa chọn phương án tối ưu, còn các hạng mục công trình có khối lượng thay đổi không đáng kể giữa các phương án, không làm ảnh hưởng đến giá thành chung của công trình thì ta không cần xét đến. Do đập dâng và đường tràn quyết định rất lớn đến sự thay đổi về khối lượng của các phương án nên ta tính khối lượng cho đập dâng và đường tràn. Bảng3-9:Bảng tính sơ bộ giá thành phương án Btr=3x5(m) Stt Hạng mục Khối lượng Đơn giá Thành tiền m3 đồng 106đồng 1 Đào móng đất 41544,786 8000 332,358 2 Đắp đập 350195,600 20000 7003,912 3 Đắp móng 41544,786 25000 1038,620 4 Đá lát ,xếp 60853,804 220000 13387,837 5 Đào đất tràn xả lũ 122036,950 8000 976,296 6 Đắp đất tràn xả lũ 464,826 20000 9,297 7 BêtôngM100 186,840 470000 87,815 8 BêtôngM200 2919,680 650000 1897,792 9 Tổng 24733,926 Bảng3-10:Bảng tính sơ bộ giá thành phương án Btr=3x6(m) Stt Hạng mục Khối lượng Đơn giá Thành tiền m3 đồng 106đồng 1 Đào móng đất 52788,54 8000 422,308 2 Đắp đập 349887,65 20000 6997,753 3 Đắp móng 52788,54 25000 1319,714 4 Đá lát ,xếp 57416,07 220000 12631,534 5 Đào đất tràn xả lũ 125998,00 8000 1007,984 6 Đắp đất tràn xả lũ 336,23 20000 6,725 7 Bêtông M100 217,98 470000 102,451 8 Bêtông M200 3496,50 650000 2272,725 9 Tổng 24761,193 Bảng3-11:Bảng tính sơ bộ giá thành phương án Btr=3x7(m) Stt Hạng mục Khối lượng Đơn giá Thành tiền m3 đồng 106đồng 1 Đào móng đất 53418,25 8000 427,346 2 Đắp đập 339538 20000 6790,760 3 Đắp móng 53418,25 25000 1335,456 4 Đá lát ,xếp 58339,68 220000 12834,730 5 Đào đất tràn xả lũ 127284 8000 1018,272 6 Đắp đất tràn xả lũ 200,98 20000 4,020 7 BêtôngM100 256,59 470000 120,597 8 BêtôngM200 3856,65 650000 2506,823 9 Tổng 25038,004 Từ bảng tính toán giá thành ứng với 3 phương án Btr trên, sau khi so sánh ta chọn phương án Btr=3x5(m) là kinh tế nhất. Chương 4 Thiết kế đường tràn Bố trí chung đường tràn: Chọn tuyến tràn: Dựa vào bình đồ và địa chất khu vực xây dựng công trình ta chọn tuyến tràn tại vị trí vai trái đập đất, móng được đặt trên nền đá có độ ổn định và độ bền cao, đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình. Tuyến tràn thẳng, tim tuyến tràn vuông góc với tim của đập đất. Chọn hình thức và bố trí tràn: Chọn hình thức tràn: Chọn hình thức tràn là tràn thực dụng, ngưỡng cong kiểu CorigioOphixerop không chân không loại I. Bố trí tràn: -Kênh dẫn vào: Có hình dạng đảm bảo dòng chảy vào tràn được thuận dòng, theo địa hình khu vực này, kênh dẫn vào thiết kế có dạng hình cong; mặt cắt kênh tương đối lớn và thu hẹp dần về phía ngưỡng tràn đảm bảo tháo được lưu lượng với lưu tốc không lớn lắm để không sinh ra xói lở, đồng thời giảm được tổn thất cột nước ở cửa vào. Đáy kênh dẫn vào được bố trí ở cao trình 200m. -Sân trước: Có chiều rộng B=18m; m=0; L=30m; Ñđáy=200m -Ngưỡng tràn: Dài 16,4m, đảm bảo đủ để bố trí các bộ phận trên ngưỡng như: cầu công tác, cửa van, ... Tràn được chia thành 3 khoang, mỗi khoang có chiều rộng 5m, giữa các khoang là các trụ pin, chiều dày của trụ pin là 1,5m. Vật liệu làm tràn là BTCTM200. -Dốc nước: Dốc nước dài 90m, độ dốc của dốc nước là 0,1; dốc nước có mặt cắt ngang hình chữ nhật với bề rộng dốc nước không đổi =18m; cao trình đầu dốc nước là 198,6m; cao trình cuối dốc nước là 189,3m. -Mũi phun: Dùng để tiêu bớt năng lượng dòng chảy đảm bảo an toàn cho công trình. Mũi phun có chiều dài là 2m, độ dốc mũi phun là 0,2; cao trình đỉnh mũi phun là 189,7m. tính toán thuỷ lực đường tràn: Tính toán thủy lực tràn nước để xác định lưu tốc và chiều sâu dòng chảy để từ đó có biện pháp công trình sao cho lưu tốc lớn nhất trên tràn bảo đảm không phá hủy vật liệu tại đó. Theo tính toán sơ bộ ta chọn phương án Btr=15m để thiết kế tràn. Tính cột nước trên ngưỡng tràn: Do trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ta mới chỉ chọn các giá trị hệ số co hẹp và hệ số lưu lượng để tính toán điều tiết lũ xác định Qxảnax và cột nước trên tràn. Trong giai đoạn này ta phải tính chính xác cột nước trên tràn có kể đến ảnh hưởng của các đại lượng trên. Theo QPTL C8-76, công thức tính lưu lượng qua đập tràn có dạng: Q=sn.m.e.. (4-1) Þ (4-2) Trong đó: - b: Bề rộng của một khoang tràn .Tràn được thiết kế gồm 3 khoang, mỗi khoang có bề rộng là 5m -H0:Cột nước lưu tốc trước tràn: Cột nước trên tràn có kể đến lưu tốc tới gần. -sn:Hệ số ngập. Vì nối tiếp ngay sau tràn xả lũ là dốc nước nên chế độ chảy qua tràn là chảy tự do. Do đó: sn=1 -m: Hệ số lưu lượng Xác định hệ số lưu lượng m: Theo QPTLC8-76, hệ số lưu lượng được xác định theo công thức sau: m=mtc.sH. sd Trong đó: -mtc: Hệ số lưu lượng xác định cho đập tiêu chuẩn. Với đập tràn thực dụng không chân không loại I ta có mtc=0,504 -shd:Hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng theo cấu tạo khác với đập tiêu chuẩn. shd=f(;;) Với =18°; =32°; =0 .Tra bảng 17 QPTLC8-76 shd= 0,92 -sH:Hệ số sửa chữa cột nước. sH=f(;) =1; =18°. Tra bảng 18 QPTLC8-76 sH= 1. Thay số ta có: m=0,504.1.0,92=0,46 Xác định lưu tốc tới gần: Do mặt hồ phía trước tràn xả lũ rất rộng nên ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của lưu tốc tới gần và lấy Ho~H. Xác định hệ số co hẹp bên : Theo QPTLC8-76, hệ số co hẹp bên được xác định theo công thức sau: =1-0,2. (4-3) Trong đó: -n: Số khoang của đập tràn (n=3). -: Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mép vào tường biên. Do mép vào tường biên lượn tròn nên ta chọn xmb=0,7 (hình 23b QPTLC8-76) -là hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mố trụ trên mặt bằng.Theo bảng tính thuỷ lực ta xác định được : . Do >1 nên theo quy phạm QPTLC8-76 ta tính theo công thức 4-3 nhưng lấy=1 Thay số ta có: =1-0,2.=0,89 Thay vào công thức (4-2) ta được: m Ta thấy : <5%. Vậy kết quả chấp nhận được, không phải điều tiết lũ lại. 4.2.1.Tính thuỷ lực dốc nước: Tính cho các cấp lưu lượng khác nhau, chọn tính cho các cấp lưu lượng sau: 200; 400; 500; 640,728; 783,47(m3/s). a.Định tính dạng đường mặt nước: Xác định độ sâu phân giới hk: Theo QPTLC8-76/92, độ sâu phân giới hk được tính theo công thức sau: hk== Trong đó: -q: Lưu lượng đơn vị (m2/s) được xác định theo công thức: q= -Bd:Chiều rộng dốc nước: Bd=Btr+2.t -t: Chiều dày của trụ pin. Bố trí 2 trụ pin với chiều dày mỗi trụ là 1,5m Tính toán cho các cấp lưu lượng khác nhau ta được bảng kết quả sau: Bảng 4-1: Bảng tính hk ứng với các cấp lưu lượng Bdốc 18 18 18 18 18 Q 200 400 500 640,728 783,47 hk 2.326 3.692 4.284 5,055 5,78 Xác định chiều sâu dòng chảy tại cuối ngưỡng tràn: Gọi ho là chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt co hẹp. Chiều sâu mực nước cuối ngưỡng bằng chiều sâu tại mặt cắt co hẹp tính toán. Tính hotheo Argorotxkin: hc= (4-4) Trong đó: Eo=P+H+ . -P: Chiều cao từ đỉnh ngưỡng tràn đến đầu dốc nước được xác định như sau: P=201,9-198,6=3,3m F= - j là hệ số tra theo bảng (15-1) bảng tra thuỷ lực, đối với các đậptràn có dạng thuận dòng và có cửa van. Ta lấy j = 0.9 -Bd: Bề rộng của dốc nước. Tra bảng tra thuỷ lực ta được: c Thay vào công thức (4-4) ta được hc Lưu lượng tháo qua tràn khi mực nước thượng lưu là MNDBT được xác định theo công thức sau: Q=sn.m.e.. Ho=MNDBT-Ñngưỡng=206,9-201,9=5m Thay số ta có: Q=Qo=0,46.0,89.15.4,43.53/2=304,157(m3/s) - Trường hợp 1: Q>Q0 thì cửa van mở hoàn toàn, tính lưu lượng tháo qua tràn theo công thức chảy qua tràn tự do: Q=sn.m.e.. Trong đó: m=0,46; =0,89 Từ đó ta xác định được cột nước trên tràn Ho ứng với các cấp lưu lượng. -Trường hợp 2:Q<Q0 lúc này ta phải mở một phần cửa van để tháo bớt lũ đến đảm bảo nước trong hồ ở MNDBT. Lưu lượng tháo được xác định theo công thức: Q=m.e..a. Trong đó: a: Độ mở cửa van :Hệ số co hẹp đứng. Tính như trên cho các cấp lưu lượng khác nhau ta được bảng kết qủa sau: Bảng 4-2: Bảng tính độ sâu hc ứng với các cấp lưu lượng Q P Ho Eo F(tc) tc hc 200 3,3 5 8,3 0,516 0,1245 1,033 400 3,3 6,35 9,65 0,823 0,209 2,017 500 3,3 7,37 10,67 0,885 0,2273 2,425 640,728 3,3 8,29 11,59 0,952 0,249 2,99 783,47 3,3 9,54 12,84 1,003 0,261 3,46 Xác định độ sâu chảy đều trên dốc: Được xác định theo phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực: f(Rln)= Tra bảng 8-1 bảng tra thuỷ lực : mo= 2; với m=0 mo=2 i:độ dốc của dốc nước i=0.1 Tra bảng 8-1 bảng tra thuỷ lực ta có: với n=0.017 ta được: Rln .Tra bảng 8-3 bảng tra thuỷ lực với m=0 và ta được: . Từ ta tính được độ sâu chảy đều ho. Tính toán cho các cấp lưu lượng khác nhau ta được bảng kết qủa sau: Bảng 4-3: Bảng tính độ sâu ho ứng với các cấp lưu lượng Qxả Bdốc F(Rln) Rln Bdốc/Rln h/Rln ho 200 18 0,0126 1,12 16,071 0,6863 0,768 400 18 0,0063 1,46 12,328 0,8164 1,191 500 18 0,005 1,593 11,298 0,8659 1,379 640,728 18 0,0039 1,752 10,274 0,924 1,619 783,47 18 0,0032 1,883 9,56 0,9717 1,83 So sánh các giá trị ho, hc, hk ta thấy: ứng với các cấp lưu lượng khác nhau, ho<hc<hk do đó đường mặt nước trên đoạn dốc là đường nước đổ bII. b.Định lượng đường mặt nước trên dốc nước: Tính toán thuỷ lực trên dốc nước với mục đích nhằm xác định đường mặt nước trên dốc nước để tính chính xác đường biên và lưu tốc trên dốc cũng như điều kiện thuỷ lực trước khi vào tiêu năng nhằm đảm bảo hợp lý và an toàn cho công trình. Phương trình cơ bản để tính đường mặt nước trong dốc là phương trình động lực Becnuli, viết cho dòng chảy ổn định trong kênh hở có độ dốc đáy iđ được diễn toán theo phương pháp sai phân: Trong đó: E=Ei-Ei+1 Ei,Ei+1:Năng lượng tại mặt cắt đầu và cuối thời đoạn tính toán . Ei=hi+; Ei+1=hi+1+ `J:Độ dốc thuỷ lực trung bình giữa hai mặt cắt với :J== C= n: Hệ số nhám. Do dốc nước bằng bêtông nên ta có n=0,017 (Tra phụ lục 4-1A-Bảng tra thuỷ lực). R: Bán kính thuỷ lực. R= v: Diện tích mặt cắt ướt : =b.h c: Chu vi ướt : =b+2h v= Cách tính đường mặt nước: định tính đường mặt nước: Chia dốc nước ra làm nhiều đoạn nhỏ,mỗi đoạn có chiều dài l.Xuất phát từ mặt cắt từ đầu dốc , tính xuôi dần xuống dốc sao cho thoả mãn điều kiện: li=Li. Kết quả tính cho các cấp lưu lượng được ghi trên bảng từ 4-4¸4-8 Kiểm tra khả năng xâm thực trên dốc nước: Ta kiểm tra khả năng xói cuối dốc. -Mục đích : Kiểm tra xem ở cuối dốc có bị xói hay không. Nếu xảy ra hiện tượng xói ở cuối dốc thì phải có các biện pháp công trình khắc phục. Để không bị xói ở cuối dốc thì phải thoả mãn điều kiện sau: Vcd < [ Vkx ] Trong đó: Vcd là vận tốc dòng chảy ở cuối dốc nước Vcd = 17.592 (m/s) [Vkx] tra bảng 11.9 - Sổ tay tính toán thuỷ lực với kênh bê tông [Vkx]=25(m/s) Þ Vcd = 17,592 (m/s) < [V=] = 25 (m/s) Vậy việc lựa chọn các kích thước của dốc Bảng 4-4: Đường mặt nước trên dốc (Q=200m3/s) Q=200(m3/s) h w c v R C E DE J Jtb DL L 1,033 18,60 20,07 10,75 0,927 58,08 6,927 0,037 0,00 1,010 18,18 20,02 11,00 0,908 57,89 7,178 0,252 0,039 0,038 4,085 4,09 0,990 17,82 19,98 11,22 0,892 57,71 7,410 0,232 0,042 0,041 3,934 8,02 0,970 17,46 19,94 11,45 0,876 57,54 7,658 0,247 0,045 0,043 4,406 12,43 0,950 17,10 19,90 11,69 0,859 57,36 7,922 0,265 0,048 0,046 4,975 17,40 0,930 16,74 19,86 11,94 0,843 57,17 8,205 0,283 0,051 0,050 5,674 23,07 0,910 16,38 19,82 12,21 0,826 56,98 8,509 0,303 0,055 0,053 6,548 29,62 0,890 16,02 19,78 12,48 0,810 56,79 8,834 0,325 0,059 0,057 7,675 37,30 0,870 15,66 19,74 12,77 0,793 56,60 9,183 0,349 0,064 0,061 9,178 46,48 0,850 15,30 19,70 13,07 0,777 56,40 9,559 0,376 0,069 0,066 11,27 57,75 0,830 14,94 19,66 13,38 0,760 56,19 9,964 0,405 0,074 0,071 14,42 72,17 0,812 14,61 19,62 13,69 0,744 56,00 10,36 0,402 0,080 0,077 17,84 90,01 Bảng 4-5: Đường mặt nước trên dốc (Q=400m3/s) Q=400(m3/s) h w c v R C E DE J Jtb DL L 2,0174 36,313 22,035 11,015 1,648 63,931 8,202 0,0180 0,00 1,9700 35,460 21,940 11,280 1,616 63,724 8,456 0,254 0,0194 0,0187 3,122 3,12 1,9300 34,740 21,860 11,514 1,589 63,545 8,687 0,232 0,0207 0,0200 2,896 6,02 1,8900 34,020 21,780 11,758 1,562 63,362 8,936 0,249 0,0220 0,0214 3,167 9,18 1,8500 33,300 21,700 12,012 1,535 63,175 9,204 0,268 0,0236 0,0228 3,471 12,66 1,8100 32,580 21,620 12,277 1,507 62,984 9,493 0,289 0,0252 0,0244 3,817 16,47 1,7700 31,860 21,540 12,555 1,479 62,789 9,804 0,311 0,0270 0,0261 4,212 20,68 1,7300 31,140 21,460 12,845 1,451 62,589 10,140 0,336 0,0290 0,0280 4,666 25,35 1,6900 30,420 21,380 13,149 1,423 62,384 10,503 0,363 0,0312 0,0301 5,192 30,54 1,6500 29,700 21,300 13,468 1,394 62,175 10,895 0,392 0,0337 0,0324 5,809 36,35 1,6100 28,980 21,220 13,803 1,366 61,960 11,320 0,425 0,0363 0,0350 6,539 42,89 1,5700 28,260 21,140 14,154 1,337 61,739 11,781 0,461 0,0393 0,0378 7,416 50,31 1,5300 27,540 21,060 14,524 1,308 61,513 12,282 0,501 0,0426 0,0410 8,486 58,79 1,4900 26,820 20,980 14,914 1,278 61,281 12,827 0,545 0,0463 0,0445 9,818 68,61 1,4500 26,100 20,900 15,326 1,249 61,043 13,421 0,594 0,0505 0,0484 11,515 80,13 1,4205 25,569 20,841 15,644 1,227 60,863 13,894 0,473 0,0539 0,0522 9,885 90,01 Bảng 4-6: Đường mặt nước trên dốc (Q=500m3/s) Q=500(m3/s) h w c v R C E DE J Jtb DL L 2,4260 43,668 22,852 11,450 1,911 65,528 9,108 0,0160 0,00 2,3500 42,300 22,700 11,820 1,863 65,253 9,471 0,363 0,0176 0,0168 4,365 4,36 2,3000 41,400 22,600 12,077 1,832 65,068 9,734 0,263 0,0188 0,0182 3,215 7,58 2,2500 40,500 22,500 12,346 1,800 64,878 10,018 0,284 0,0201 0,0195 3,527 11,11 2,2000 39,600 22,400 12,626 1,768 64,683 10,326 0,307 0,0216 0,0208 3,880 14,99 2,1500 38,700 22,300 12,920 1,735 64,484 10,658 0,332 0,0231 0,0223 4,279 19,27 2,1000 37,800 22,200 13,228 1,703 64,280 11,018 0,360 0,0249 0,0240 4,736 24,00 2,0500 36,900 22,100 13,550 1,670 64,070 11,408 0,390 0,0268 0,0258 5,262 29,27 2,0000 36,000 22,000 13,889 1,636 63,855 11,832 0,424 0,0289 0,0278 5,873 35,14 1,9500 35,100 21,900 14,245 1,603 63,635 12,293 0,461 0,0313 0,0301 6,589 41,73 1,9000 34,200 21,800 14,620 1,569 63,408 12,794 0,502 0,0339 0,0326 7,438 49,17 1,8500 33,300 21,700 15,015 1,535 63,175 13,341 0,547 0,0368 0,0353 8,458 57,62 1,8000 32,400 21,600 15,432 1,500 62,936 13,938 0,597 0,0401 0,0384 9,703 67,33 1,7500 31,500 21,500 15,873 1,465 62,690 14,592 0,654 0,0438 0,0419 11,25 78,58 1,7063 30,713 21,413 16,280 1,434 62,468 15,214 0,622 0,0473 0,0456 11,43 90,01 Bảng 4-7: Đường mặt nước trên dốc (Q=640,728m3/s) Q=640,728(m3/s) h w c v R C E DE J Jtb DL L 2,9870 53,766 23,974 11,917 2,243 67,300 10,225 0,0140 0,00 2,9300 52,740 23,860 12,149 2,210 67,137 10,453 0,227 0,0148 0,0144 2,656 2,66 2,8800 51,840 23,760 12,360 2,182 66,992 10,666 0,213 0,0156 0,0152 2,518 5,17 2,8300 50,940 23,660 12,578 2,153 66,843 10,894 0,228 0,0164 0,0160 2,710 7,88 2,7800 50,040 23,560 12,804 2,124 66,692 11,136 0,243 0,0174 0,0169 2,920 10,80 2,7300 49,140 23,460 13,039 2,095 66,538 11,395 0,259 0,0183 0,0178 3,151 13,95 2,6800 48,240 23,360 13,282 2,065 66,380 11,672 0,276 0,0194 0,0189 3,406 17,36 2,6300 47,340 23,260 13,535 2,035 66,220 11,967 0,295 0,0205 0,0200 3,687 21,05 2,5800 46,440 23,160 13,797 2,005 66,056 12,282 0,315 0,0218 0,0211 3,999 25,05 2,5300 45,540 23,060 14,070 1,975 65,888 12,619 0,337 0,0231 0,0224 4,348 29,39 2,4800 44,640 22,960 14,353 1,944 65,717 12,980 0,361 0,0245 0,0238 4,737 34,13 2,4300 43,740 22,860 14,649 1,913 65,542 13,367 0,387 0,0261 0,0253 5,176 39,31 2,3800 42,840 22,760 14,956 1,882 65,363 13,781 0,414 0,0278 0,0270 5,673 44,98 2,3300 41,940 22,660 15,277 1,851 65,180 14,226 0,445 0,0297 0,0287 6,240 51,22 2,2800 41,040 22,560 15,612 1,819 64,992 14,703 0,477 0,0317 0,0307 6,890 58,11 2,2300 40,140 22,460 15,962 1,787 64,801 15,217 0,513 0,0340 0,0328 7,643 65,75 2,1800 39,240 22,360 16,328 1,755 64,604 15,769 0,553 0,0364 0,0352 8,524 74,28 2,1300 38,340 22,260 16,712 1,722 64,403 16,365 0,595 0,0391 0,0377 9,565 83,84 2,1007 37,813 22,201 16,945 1,703 64,283 16,735 0,371 0,0408 0,0399 6,170 90,01 Bảng 4-8: Đường mặt nước trên dốc (Q=783,47m3/s) Q=783,47(m3/s) h w c v R C E DE J Jtb DL L 3,4570 62,226 24,914 12,591 2,498 68,518 11,537 0,0135 0,00 3,4000 61,200 24,800 12,802 2,468 68,381 11,753 0,216 0,0142 0,0139 2,510 2,51 3,3500 60,300 24,700 12,993 2,441 68,258 11,954 0,201 0,0148 0,0145 2,354 4,86 3,3000 59,400 24,600 13,190 2,415 68,133 12,167 0,213 0,0155 0,0152 2,508 7,37 3,2500 58,500 24,500 13,393 2,388 68,006 12,392 0,225 0,0162 0,0159 2,674 10,05 3,2000 57,600 24,400 13,602 2,361 67,877 12,630 0,238 0,0170 0,0166 2,854 12,90 3,1500 56,700 24,300 13,818 2,333 67,746 12,881 0,252 0,0178 0,0174 3,048 15,95 3,1000 55,800 24,200 14,041 2,306 67,612 13,148 0,266 0,0187 0,0183 3,260 19,21 3,0500 54,900 24,100 14,271 2,278 67,475 13,430 0,282 0,0196 0,0192 3,491 22,70 3,0000 54,000 24,000 14,509 2,250 67,336 13,729 0,299 0,0206 0,0201 3,742 26,44 2,9500 53,100 23,900 14,755 2,222 67,195 14,046 0,317 0,0217 0,0212 4,018 30,46 2,9000 52,200 23,800 15,009 2,193 67,050 14,382 0,336 0,0228 0,0223 4,322 34,78 2,8500 51,300 23,700 15,272 2,165 66,903 14,738 0,356 0,0241 0,0235 4,656 39,44 2,8000 50,400 23,600 15,545 2,136 66,753 15,116 0,378 0,0254 0,0247 5,027 44,46 2,7500 49,500 23,500 15,828 2,106 66,600 15,518 0,402 0,0268 0,0261 5,439 49,90 2,7000 48,600 23,400 16,121 2,077 66,444 15,946 0,427 0,0283 0,0276 5,900 55,80 2,6500 47,700 23,300 16,425 2,047 66,284 16,400 0,455 0,0300 0,0292 6,417 62,22 2,6000 46,800 23,200 16,741 2,017 66,122 16,884 0,484 0,0318 0,0309 7,002 69,22 2,5500 45,900 23,100 17,069 1,987 65,956 17,400 0,516 0,0337 0,0327 7,667 76,89 2,5000 45,000 23,000 17,410 1,957 65,786 17,950 0,550 0,0358 0,0348 8,428 85,32 2,4742 44,536 22,948 17,592 1,941 65,697 18,248 0,298 0,0369 0,0364 4,685 90,00 4.2.2.Tính tiêu năng sau dốc nước: Do dòng chảy sau khi qua ngưỡng tràn và dốc nước sẽ mang theo một năng lượng lớn , khi đổ về hạ lưu có thể gây nên xói lở, cuốn trôi chân công trình dẫn đến hư hỏng công trình. Vì vậy , cần có biện pháp tiêu năng để tiêu bớt năng lượng dòng chảy đảm bảo an toàn cho công trình. Do dốc nước được xây trên nền đá, địa hình dốc do đó tiêu năng sau dốc nước bằng mũi phun hợp lí và kinh tế hơn. Khi nước qua mũi phun vào không khí, rơi xuống sẽ gây ra xói ở hạ lưu. Vì vậy để đảm bảo ổn định cho đáy kênh hạ lưu ta phải xác định chiều sâu hố xói và chiều dài từ mũi phun đến tâm hố xói để có biện pháp xử lí. Các thông số để tính toán chiều sâu và chiều dài hố xói: -Độ dốc mũi phun: Chọn theo kinh nghiệm: imũi=0.2 -Chiều dài mũi phun: Chọn theo kinh nghiệm: lmũi= 2 m -Cao trình đáy lòng dẫn hạ lưu: +178m -Chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun. Do chiều dài cuối mũi phun nhỏ nên ta có thể coi: hhcd -Cao trình tại cuối mũi phun:+189,7m a.Xác định chiều sâu hố xói: Theo quy phạm tính toán tràn của Trung Quốc: Chiều sâu hố xói được xác định theo công thức: dx=K. Trong đó: q:Lưu lượng đơn vị tại mặt cắt cuối mũi phun(m3/s.m). q= Zo:Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu(m). Zo=MNTL-MNHL K: Hệ số xói, với nền đá cứng hoàn chỉnh K=0,9¸1,2.Lấy K=1. hh:Chiều sâu nước trong kênh hạ lưu. hh=MNHL-Ñđáy MNHL được xác định bằng cách tra biểu đồ Q~Zhạ lưu ứng với các cấp lưu lượng thiết kế. Tính toán với các cấp lưu lượng khác nhau ta được bảng kết quả sau: Bảng 4-9: Bảng tính chiều sâu hố xói Q q MNTL MNHL Zo hh dx 200 11,111 206,900 181,217 25,683 3,217 4,287 400 22,222 208,000 181,960 26,040 3,960 6,689 500 27,778 208,970 182,250 26,720 4,250 7,733 640,7 35,596 210,190 182,620 27,570 4,620 9,051 783,5 43,526 211,443 182,980 28,463 4,980 10,259 b.Tính chiều dài phóng xa của dòng phun Lp: Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến vị trí tâm làn nước rơi tại cao trình mực nước hạ lưu: Lp=ka.S1. Trong đó: S1:Chênh lệch giữa mực nước thượng lưu với đỉnh mũi phun. ka:Hệ số, xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khi phóng xa Fr= S1=MNTL-Ñđỉnh mũi phun :Hệ số vận tốc, xét đến tổn thất cột nước trên toàn tuyến xả . Vm: Lưu tốc dòng chảy ở mũi phun. :Góc giữa vecto trung bình ở mặt cắt cuối mũi phun và phương nằm ngang, với góc mũi phun không lớn, có thể lấy Z0:Cột nước toàn phần có kể đến lưu tốc tới gần. Bảng 4-10: Bảng tính chiều dài phóng xa Lp của dòng phun Q MNTL Ñmũi phun S1 Zo Vcd hcd Fr j Lp 200 206,9 189,7 17,2 25,68 13,69 0,812 23,54 0,745 21,7 400 208 189,7 18,3 26,04 15,64 1,421 17,56 0,826 24,65 500 209 189,7 19,27 26,72 16,28 1,706 15,83 0,837 25,54 640,728 210,2 189,7 20,49 27,57 16,95 2,1 13,94 0,845 26,37 783,47 211,4 189,7 21,74 28,46 17,59 2,47 12,77 0,852 27,14 Từ bảng tính trên ta thấy: Fr<35 nên ta lấy ka=1 Góc của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu: Gọi q là góc của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu ta có: tg Trong đó: hm:Độ sâu nước ở mặt cắt cuối mũi phun S2: Khoảng cách thẳng đứng từ đỉnh mũi phun đến đáy lòng dẫn hạ lưu. S2=189,7-178=11,7m hh: Độ sâu mực nước hạ lưu. Khoảng cách ngang từ cuối mũi phun đến điểm xói sâu nhất: L=Lp+T.cotg T:chiều sâu nước tại điểm xói sâu nhất T=hh+dx Tính với các cấp lưu lượng khác nhau ta được kết quả sau: Bảng 4-11: Bảng tính chiều dài phóng xa L của dòng phun Q Lp cotgq hh dx T L 200 21,7 0,997 3,217 4,278 7,495 29,17 400 24,65 1,159 3,96 6,689 10,649 37 500 25,54 1,214 4,25 7,733 11,983 40,09 640,728 26,37 1,273 4,62 9,051 13,671 43,78 783,47 27,14 1,333 4,98 10,259 15,239 47,45 c.Tính toán xác định đường bao hố xói: Vẽ đường bao hố xói để xác định mức độ xói từ đó có biện pháp xử lý. Tính toán cho các cấp lưu lượng khác nhau. Với mỗi cấp lưu lượng ta xác định được một điểm trên đường bao hố xói, sau đó nối các điểm ứng với các cấp lưu lượng khác nhau đó ta sẽ xác định được đường bao hố xói. Sơ đồ đường bao hố xói 4.3.chọn cấu tạo các bộ phận tràn: 4.3.1.Kênh dẫn thượng lưu: -Được bố trí để dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn. -Hệ số mái kênh:m=1 -Cao trình đáy kênh: +200m -Kênh dẫn có dạng lượn cong đảm bảo dòng chảy vào ngưỡng tràn thuận lợi, giảm tổn thất. -Mặt cắt kênh tương đối lớn và thu hẹp dần về phía ngưỡng tràn đảm bảo tháo được lưu lượng với lưu tốc không lớn lắm để không sinh ra xói lở, đồng thời giảm được tổn thất cột nước ở cửa vào. 4.3.2.Tường cánh thượng lưu: Là bộ phận nối tiếp kênh dẫn thượng lưu với ngưỡng tràn, hướng dòng chảy vào ngưỡng tràn được thuận dòng. Tường được làm bằng BTCTM200; Cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập. Cao trình đáy tường là 200m 4.3.3.Ngưỡng tràn: Do tràn đặt trên nền đá nên để tăng khả năng tháo nước và giảm chiều rộng đường tràn chọn hình thức ngưỡng tràn thực dụng. Mặt cắt tràn có dạng lượn cong kiểu Ophixerop không chân không loai I. Ngưỡng tràn được chia thành 3 khoang, mỗi khoang rộng 5m. Giữa các khoang có bố trí trụ pin với chiều dày mỗi trụ pin là 1,5m. Các đầu mố lượn tròn để tránh tổn thất. -Lưu lượng xả lớn nhất qua ngưỡng tràn: 640,728 m3/s. -Cao trình đỉnh ngưỡng: +201,9m -Bề rộng ngưỡng tràn( kể cả mố trụ) là 18m. -Tràn được làm bằng bêtôngcốtthép M200, bêtônglót M100. 4.3.4.Trụ pin: Trụ pin có tác dụng phân đập thành nhiều khoang để tiện cho việc bố trí cửa van và cầu công tác ,.. Hình dạng trụ pin phải đảm bảo sao cho nước chảy qua đập tràn được thuận. Ta thiết kế đầu trụ pin lượn tròn để giảm tổn thất dòng chảy qua tràn. Phía thượng lưu trụ pin có bố trí khe phai để dùng khi cần sửa chữa cửa van. 4.3.5.Cửa van: Cửa van là bộ phận được bố trí tại các lỗ tháo nước của đập, để khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khác nhau. Trong quá trình sử dụng, cửa van phải đảm bảo khống chế được mọi lưu lượng khác nhau theo yêu cầu khai thác. Chọn loại cửa van thiết kế là van cung do cửa van cung có lực mở nhỏ, mở nhanh và dễ dàng, điều tiết lưu lượng tốt. Chiều cao cửa van: Hv=H+DH Trong đó: H: Cột nước trước cửa van được xác định như sau: H=MNDBT-Zngưỡng H=206,9-201,9=5m Vậy Hv=5+0,5=5,5m DH:Khoảng cách từ điểm đặt tai van đến MNDBT. Chọn DH=0,5m Bán kính mặt chắn nước: Được xác định theo kinh nghiệm: R=(1,21,5)H R=(67,5)m. Chọn R =7,5m. Sơ đồ cửa van 4.3.6.Cầu công tác : Cầu công tác phải