Đề tài Thiết kế hồ chứa Sông Dinh 3 – Phương án 1

LỜI CẢM ƠN. Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được sự dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn thủy công cũng như toàn thể các thầy cô giáo trong trường đã dạy dỗ và chỉ bảo em trong suốt những năm học vừa qua, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến, em đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình. Với đề tài: ’’ Thiết kế hồ chứa Sông Dinh 3 – Phương án 1’’. Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một khoảng thời gian có ích để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học và giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vào thực tế, làm quen với công việc của một kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi. Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thủy lợi và vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học. Dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng vì điều kiện thời gian còn hạn chế nên trong đồ án em chưa giải quyết hết các trường hợp có thể xảy ra. Mặt khác kinh nghiệm bản thân trình độ còn hạn chế nên trong đồ này không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô giáo giúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn, từ đó kiến thức chuyên môn cũng được hoàn thiện và nâng cao. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đặc biệt là thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. MỤC LỤC PHỤ LỤC…………………………………………………………………….......138 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH. 1.1. VỊ TRÍ VÀ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH. 1.1.1. Vị trí địa lý. Công trình hồ chứa nước sông Dinh 3 dự kiến xây dựng trên sông Dinh thuộc các xã Tân Hà, Tân Nghĩa, Tân Minh, Tân Xuân, Tân An và một phần trại cải tạo Z30D, huyện Hàm Tân, tỉnh Bình Thuận. Công trình đầu mối dự kiến nằm tại khu vực hợp lưu của sông Dinh và suối Cát có vị trí địa lí như sau: Từ 10046’20” đến 10047’45” vĩ độ Bắc Từ 107039’00” đến 107040’40” kinh độ Đông 1.1.2. Nhiệm vụ công trình. Dựa vào nhu cầu dùng nước của hồ sông Dinh 3 và các hồ trên thượng nguồn theo qui hoạch; dòng chảy sinh ra trên lưu vực; điều kiện khống chế mực nước không ngập quốc lộ 1A; các kết quả tính toán cân bằng cho các phương án đề nghị nhiệm vụ như sau: Cấp nước với lưu lượng Q=7,3m3/s. Cấp nước cho 2230 ha đất canh tác của các xã Tân Hà, Tân Xuân, Tân Thiện. Cắt lũ và chậm lũ cho hạ du. 1.2. CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN. 1.2.1. Địa hình. 1.2.1.1. Địa hình khu vực. Địa hình vùng có dạng lượn sóng nhẹ nhàng đặc trưng cho vùng đất xám trên nền phù sa cổ. Chia vùng dự án ra làm 2 khu vực như sau: Khu bờ hữu sông Dinh là vùng chuyển tiếp từ Mây Tào có độ dốc theo hướng Tây Đông ( từ Mây Tào xuống sông Dinh). Độ cao biến động từ 45m xuống 16m. Địa hình từ vùng đất xám xuống vùng đất phù xa ven sông biến đổi mạnh. Khu vực này có thể bố trí các tuyến kênh mương. Khu vực bờ tả có hướng dốc chính theo hướng Đông Bắc – Tây Nam. Độ cao biến động từ 40m xuống 16m, nhưng thỉnh thoảng xuất hiện mỏm đồi lượn sóng cao đến 45,0m. Địa hình khu vực này còn đặc điểm đáng chú ý là có quốc lộ 55 chạy qua và khu dân cư chia thành 2 tiểu khu, một tiểu khu dốc từ quốc lộ 55 xuống và tiểu khu kia ngược lại. Do vậy khu vực này bố trí kênh rất phức tạp. Toàn vùng có độ cao tuyệt đối từ 16,0 45,0m. Độ dốc cấp I ( từ 0 30) : 3.449ha , chiếm 77,33 % Độ dốc cấp II ( từ 3 80) : 610ha , chiếm 13,67 % Độ dốc cấp III ( từ 8 150) : 90ha , chiếm 2,00 % Sông suối: 311ha , chiếm 7,00 % Với địa hình như trên hầu hết diện tích không ảnh hưởng ngập úng. Công trình nằm trên đoạn trung lưu sông, địa hình dạng gò đồi cao độ từ 5 20m. Khu vực lòng hồ có bờ dốc thoải nên mặt hồ thoáng rộng (khoảng trên 1000 ha) 1.2.1.2. Quan hệ W~Z, F~Z. Bảng 1.1. Bảng quan hệ Z~F~W. Z(m) F(ha) W(x106m3) 25.7 0 0 <=33 49.94 2.15 34 69.98 2.75 35 114.51 3.66 36 151.67 4.99 37 190.53 6.69 38 244.62 8.86 39 314.08 11.65 40 416.68 15.29 41 512.26 19.93 42 615.28 25.56 43 712.33 32.19 44 826.2 39.88 45 939.35 48.7 46 1063.48 58.71 47 1190.83 69.97 48 1380.35 82.82 49 1544.62 97.43 50 1734.01 113.82 Hình 1.1. Quan hệ F~Z. Hình 1.2. Quan hệ W~Z. 1.2.2. Địa chất. 1.2.2.1. Mô tả địa chất khu vực lòng hồ. Cấu tạo địa chất khu lòng hồ là một điểm nhỏ ở phía Nam của đới cấu trúc hoạt hóa Mezozoi-Keizozoi Đà Lạt Khu hồ chứa nằm gần đứt gãy Hàm Tân - Lộc Ninh. Khu vực công trình có cấp động đất cấp 7. Trong vùng nghiên cứu chỉ có Macma xâm nhập : Granit, Granodirit phức hệ quán tính (). Phủ lên nó là trầm tích eluvi- eduvi. Ngoài ra còn có trầm tích eluvi của sông Dinh (aQ) cũng như trầm tích aluvi của biển (maQ). 1.2.2.2. Mô tả địa chất tuyến đập và tuyến tràn theo phưong án 1. Địa tầng các mặt địa chất dọc và ngang tim đập, tuyến tràn được mô tả và đánh giá: + Lớp 2a: Á cát – á cát nhẹ màu xám nâu vàng nhạt , hồng nhạt, xám tro, x ám nâu, vàng. Trong tầng có chứa mọt số ít sạn sổi nhỏ thạch anh. Hạt cát nhỏ - chặt vừa , kém chặt. Bề dày lớp thay đổI 0,40,3m. + Lớp 2b: Á sét trung - nặng màu nâu xám và vàng nhạt . Trạng thái nửa cứng , kết cấu chặt vừa. Bề dày 2,6m. + Lớp 2: Á sét trung màu xám nâu, xám vàng. Trạng thái nửa cứng- cứng, kết cấu kém chặt. Bề mặt lớp 0,6 – 1m. + Lớp 3a: Hỗn hợp á cát – cát và cuộI sỏi, sạn sỏi thạch anh màu xám trắng, xám vàng, kết cấu kém chặt. Bề dày lớp 1m. + Lớp 4a: Tàn tích granit: á sét nặng – trung màu nâu vàng nhạt, xám xanh, đốm trắng. Trạng thái nửa cứng - cứng, kết cấu chặt vừa. Bề dày lớp 0,42,4m. + Lớp 4: Tàn tích granit: á sét nhẹ - á cát màu xám vàng, xám nâu vàng nhạt, đốm xanh, trắng nhạt, đôi chỗ trong tầng gặp á sét trung. Trong tầng có dăm sạn granit. Hạt cát vừa – thô, kết cấu chạt vừa . Bề dày thay đổI 2,011,5m. + Lớp Ia: Đá granit phong hóa mạnh màu xám nâu vàng, xám trắng, đốm đen, xám nâu đen. Trong tầng đôi chỗ đã phong hóa hoàn toàn á sét – á cát chứa dăm sạn. Đá mềm yếu, nứt nẻ mạnh, nõn khoan vữ thành cục. Bề dày thay đổI 0,25,0m. + Lớp Ib: Đá granit phong hóa màu xám nâu vàng, xám trắng, đốm đen, hồng nhạt. Đá nứt nẻ vừa - mạnh, khe nứt nhỏ vừa, nõn khoan vỡ thành dăm cục, thỏI ngắn 1030 cm. Bề dày lớp thay đổI 0,50,9m, tại lỗ khoan SDII-8, SDII-13,SDII-14, SDII-15 mới khoan vào 1,56m. + Lớp I: Đá granit phong hóa nhẹ - màu tươi xám trắng, đốm đen. Đá ít nứt nẻ, khe nứt kín, nõn khoan thành thỏi dài 10cm, đá cứng chắc. Bề dày lớp chưa xác định, mới khoan vào 0,53,5m. + Kết quả thí nghiệm đổ nứơc tại thực địa cho thấy trong lớp 2a có K=9,3.10-3cm/s, lớp 2 có K=9,3.10-5cm/s, lớp 4 co K=1,6.10-4 3,4.10-4cm/s. + Kết quả ép nước thí nghiệm các lỗ khoan cho thấy lượng mất nước đơn vị q trong đá granit vừa thay đổI 0,04l/pm, trong đá phong hóa nhẹ - tươi thay đổI 0,01l/pm, ép nước trong phạm vi đá phong hóa mạnh và phong hóa vừa - nhẹ có q thay đổi 0,1l/pm0,12l/pm, trong phạm vi đá phong hóa vừa và nhẹ có q thay đổi 0,03 l/pm. 1.2.2.3. Chỉ tiêu cơ lý của đất đá nền tại các tuyến. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đá nền tại các tuyến được thể hiện trong các bảng 1.2,1.3,1.4 như sau: Bảng1.2. Thành phần hạt của đất nền. Số hiệu các lớp đất Số thứ tự Số hiệu Ký hiệu các hố khoan đào Độ sâu lấy mẫu(m) Thành phần hạt(%) Hạt sét Hạt bụi Hạt cát Hạt sỏi Hệ số thấm K 10^ (-6) cm/s Nhỏ Lớn Mịn Nhỏ Vừa Thô Nhỏ Vừa < 0.005 0.005 -0.01 0.01-0.05 0.05-0.1 0.1-0.25 0.25- 0.5 0.5 -2 2 -4 4- 10 mm mm mm mm mm mm mm mm mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 1 435 ĐT10 1.2-1.4 11 5 12 18 38 10 6 420 2 438 ĐCD5 1.0-1.2 12 2 7 5 16 17 35 6 370 3 1114 SD11 2.0-2.2 14 4 6 9 18 15 24 9 1 45 4 1115 SD12 1.8-2.0 15 3 3 7 19 20 26 7 40 5 1127 ĐT4 0.6-0.8 18 4 9 16 36 8 7 1 1 25 Tổng cộng 70 18 37 55 127 70 98 23 2 900 Trung bình 14 3.6 7.4 11 25.4 14 9.6 4.6 0.4 180 2a 1 1131 ĐTR4 1.2-1.4 1 8 15 18 52 4 2 2 1132 ĐCT2 0.5-0.7 1 5 15 29 50 3 1133 ĐCT3 0.5-0.7 1 5 15 28 51 Tổng cộng 1.3 18 45 75 153 4 2 Trung bình 1 6 15 25 51 1.3 0.7 4 1 1665 SDII-5 1.8-2.0 12 8 68 12 6200 2 1666 SDII-5 3.8-4.0 6 6 70 18 3 1669 SDII-8 4.0-4.2 10 12 67 11 6800 4 1671 SDII-9 3.5-3.7 10 10 66 14 5 2226 SDII-3 2.4-.2.6 14 10 71 5 7700 6 2227 SDII12 4.6-4.8 8 9 78 5 9800 7 419 SD2 1.0-1.2 12 2 10 9 20 15 27 5 300 8 434 ĐT9 1.8-2.0 10 2 7 5 9 12 32 23 550 9 1112 SD9 3.7-3.9 13 4 6 7 20 11 32 7 51 10 1116 SD14 0.8-1.0 12 5 10 7 21 10 26 9 66 11 1123 CĐ3 3.0-3.2 13 4 6 7 20 11 32 7 40 12 1125 CT3 2.7-2.9 14 3 7 7 19 15 27 8 42 13 1126 ĐT1 2.0-2.2 16 2 5 9 20 16 25 7 29 Tổng cộng 150 77 51 471 129 90 201 131 Trung bình 11.6 5.9 3.9 36.2 9.9 6.9 15.2 10.1 2870.7 Bảng1.3. Tính chất vật lí của đất nền Số hiệu các lớp đất Số thứ tự Số hiệu mẫu Ký kiệu các mẫu khoan, đào Độ sâu lấy mẫu(m) Từ… đến Tính chất vật lý Giới hạn Atterberg Độ đặc B Độ ẩm tự nhiên We Dung trọng Tỷ trọng Độ khe hở n% Độ khe hở Độ bão hòa G% G.hạn chảy WT G.hạn dẻo WP Chỉ số dẻo WN Thiên nhiên Khô % % % % T/m3 T/m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2 1 435 ĐT10 1.2-1.4 25 13 12 0.23 15.8 1.99 1.72 2.65 35.15 0.542 77.24 2 438 ĐCĐ5 1.0-1.2 24 14 10 -0.37 10.3 1.92 1.74 2.62 33.56 0.505 53.42 3 1114 SD11 2.0-2.2 31 20.3 10.7 0.19 22.3 1.86 1.52 2.68 43.25 0.762 78.41 4 1115 SD12 1.8-2.0 31.9 20.8 11.1 0.23 23.4 1.89 1.53 2.69 43.06 0.756 83.23 5 1127 ĐT4 0.6-0.8 32.4 21.7 10.7 0.23 24.2 1.88 1.51 2.7 43.94 0.784 83.37 Tổng cộng 144.3 89.8 54.5 0.52 96 9.54 8.02 13.34 198.96 3.349 375.67 Trung bình 28.86 17.96 10.9 0.11 19.2 1.91 1.6 2.67 39.99 0.666 76.94 2a 1 1131 ĐTR4 1.2-1.4 2.66 2 1132 ĐCT2 0.5-0.7 2.66 3 1133 ĐCT3 0.5-0.7 2.66 Tổng cộng 7.98 Trung bình 2.66 4 1 1665 SDII-5 1.8-2.0 25.00 13.00 12.00 -0.11 11.70 2.00 1.79 2.60 31.13 0.452 67.29 2 1666 SDII-5 3.8-4.0 12.00 1.96 1.75 2.62 33.21 0.497 63.24 3 1669 SDII-8 4.0-4.2 25.00 14.00 11.00 -0.05 13.50 1.89 1.67 2.66 37.40 0.597 60.11 4 1671 SDII-9 3.5-3.7 30.00 17.00 13.00 -0.24 13.90 1.92 1.69 2.64 36.15 0.566 64.82 5 2226 SDII-3 2.4-2.6 33.00 21.00 12.00 -0.53 14.60 1.71 1.49 2.81 46.90 0.883 46.45 6 2227 SDII-12 4.6-4.8 32.00 20.00 12.00 -0.50 14.00 1.98 1.74 2.64 34.21 0.520 71.08 7 419 SD2 1.0-1.2 26.00 13.00 13.00 -0.22 10.20 1.92 1.74 2.65 34.25 0.521 51.88 8 434 ĐT9 1.8-2.0 23.00 13.00 10.00 -0.18 11.20 1.90 1.71 2.62 34.79 0.533 55.01 9 1112 SD9 3.7-3.9 28.50 18.80 9.70 0.38 22.50 1.86 1.52 2.70 43.76 0.778 78.06 10 1116 SD14 0.8-1.0 29.90 19.60 10.30 0.24 22.10 1.89 1.55 2.69 42.46 0.738 80.57 11 1123 CĐ3 3.0-3.2 29.40 18.20 11.20 0.13 19.70 1.84 1.54 2.68 42.64 0.743 71.01 12 1125 CT3 2.7-2.9 33.70 21.90 11.80 0.30 25.40 1.92 1.53 2.68 42.87 0.750 90.72 13 1126 ĐT1 2.0-2.2 31.50 19.80 11.70 0.27 22.90 1.86 1.51 2.68 43.53 0.771 79.62 Tổng cộng 347.0 209.3 137.7 -0.5 213.7 24.65 21.23 34.67 503.3 8.349 879.86 Trung bình 28.92 17.44 14.48 -0.04 16.44 1.90 1.63 2.67 38.72 0.642 67.68 Bảng1.4.Tính chất cơ học Số hiệu các lớp đất Số thứ tự Số hiệu mẫu Ký hiệu các hố khoan, đào Độ sâu lấy mẫu (m) Từ… đến Tính chất cơ học Sức kháng cắt(t) dưới áp lực P(KG/cm2) Biến dạng lún (ep)dưới áp lực P Lực dính C (KG/ cm2) Góc ma sát trong P1=1 KG/ cm2 P1=2 KG/ cm2 P1=3 KG/ cm2 P1=4 KG/ cm2 P0=0 P1=1 P2=2 P3=3 P4=4 1 2 3 4 5 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 2 1 435 ĐT10 1.2-1.4 0.20 17.11 0.508 0.840 1.130 1.392 0.542 0.515 0.500 0.492 0.485 2 438 ĐCĐ5 1.0-1.2 0.21 17.46 0.530 0.862 1.170 1.481 0.505 0.491 0.484 0.479 0.475 3 1114 SD11 2.0-2.2 0.18 17.17 0.495 0.828 1.116 0.762 0.704 0.668 0.644 0.628 4 1115 SD12 1.8-2.0 0.20 16.58 0.506 0.828 1.116 0.756 0.698 0.660 0.636 0.620 5 1127 ĐT4 0.6-0.8 0.21 17.35 0.529 0.863 1.162 0.784 0.729 0.693 0.669 0.653 Tổng cộng 1.00 2.568 4.221 5.694 2.873 3.349 3.137 3.005 2.920 2.861 Trung bình 0.20 17.21 0.514 0.844 1.139 1.437 0.670 0.627 0.601 0.584 0.572 4 1 1665 SDII-5 1.8-2.0 0.09 27.47 0.621 1.149 1.695 0.452 0.412 0.392 0.379 0.369 2 1666 SDII-5 3.8-4.0 0.09 31.04 0.697 1.299 1.921 0.497 0.441 0.411 0.393 0.380 3 1669 SDII-8 4.0-4.2 0.11 26.05 0.603 1.092 1.586 0.597 0.472 0.427 0.401 0.384 4 1671 SDII-9 3.5-3.7 0.09 29.37 0.655 1.244 1.789 0.566 0.498 0.457 0.434 0.418 5 2226 SDII-3 2.4-2.6 0.06 24.19 0.508 0.960 1.412 0.883 0.747 0.683 0.651 0.626 6 2227 SDII-12 4.6-4.8 0.08 29.27 0.640 1.205 1.766 0.520 0.469 0.445 0.429 0.416 7 419 SD2 1.0-1.2 0.14 18.54 0.486 0.818 1.170 1.503 0.521 0.501 0.491 0.485 0.481 8 434 ĐT9 1.8-2.0 0.17 18.54 0.508 0.682 1.190 1.525 0.533 0.514 0.500 0.487 0.476 9 1112 SD9 3.7-3.9 0.17 19.02 0.518 0.886 1.208 0.778 0.727 0.696 0.677 0.665 10 1116 SD14 0.8-1.0 0.16 19.36 0.518 0.874 1.265 0.738 0.678 0.640 0.617 0.602 11 1123 CĐ3 3.0-3.2 0.18 17.51 0.506 0.828 1.173 0.743 0.685 0.647 0.621 0.604 12 1125 CT3 2.7-2.9 0.19 18.25 0.518 0.851 1.219 0.750 0.694 0.656 0.630 0.612 13 1126 ĐT1 2.0-2.2 0.20 18.10 0.529 0.874 1.185 0.771 0.713 0.673 0.647 0.629 Tổng cộng 1.73 7.307 12.742 18.579 3.028 8.349 7.551 7.118 6.851 6.662 Trung bình 0.13 27.47 0.562 0.980 1.429 1.514 0.642 0.581 0.548 0.527 0.512 1.2.2.4. Địa chất thủy văn. Địa chất thủy văn khá đơn giản vì hầu như các tầng chứa nước đều không áp, nguồn cung cấp nước là nước mưa, miền thoát nước là hệ sông suối. Có thể chia 2 tầng chính: + Tầng chứa nước vỉa,lỗ rộng: trong trầm tích aluvi vớI đặc điểm trữ lượng lớn. Tầng này phân chia được rõ ràng bởi có tầng cách nước granit. + Tầng chứa nước trong đất đá granit: có trữ lượng không lớn, tính thấm của đất và đá thuộc loại trung bình, yếu. 1.2.3. Vật liệu xây dựng. + Đất đắp : khu vực công trình chủ yếu là đất có hàm lượng cát cao. Bãi vật liệu dự kiến tại đồi 51 đã khảo sát cho thấy trữ lượng đảm bảo V=3.767.200m3; tuy nhiên cự ly khá xa ( trung bình 3,5 km) kinh phí tăng lên do vận chuyển. Hệ số thấm K=6.10-5 cm/s là khá lớn, cần có biện pháp chống thấm cho đập. Mỏ VL-I nằm ở hạ lưu, cách tuyến đập khoảng 3km thuận tiện cho khai thác và có trữ lượng khá lớn khoảng 3.438.345 m3. Mỏ VL-VII cách đập khoảng 25km có trữ lượng khoảng 1.246.100m3. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp. Đất đắp có các chỉ tiêu cơ lý sau: Góc ma sát trong: Lực dính đơn vị: Hệ số thấm : K=2.10-5 (cm/s) Dung trọng khô khi thiết kế: Độ ẩm: W=20,3% Dung trọng ướt: Dung trọng bão hòa: Hệ số rỗng: Độ rỗng của đất: + Đá : mỏ đá cách đầu mối khoảng 5km hiện đang khai thác, trữ lượng và chất lượng đảm bảo. + Cát: các mỏ cát ngay khu vực công trinhh hiện đang được khai thác phục vụ xây dựng trữ lượng dồi dào. 1.2.4. Khí tượng thủy văn. 1.2.4.1. Tài liệu khí tượng . * Đặc điểm chung về khí tượng. Lưu vực sông Dinh nằm ở khu Nam Trung Bộ. Hàng năm chịu tác động luân phiên của hai loại gió mùa chủ yếu: gió mùa – mùa hạ và gió mùa – mùa đông. Theo đó hình thành hai loại khí hậu mùa hạ và mùa đông. Tương ứng với mùa hạ và mùa đông là mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng V đến tháng X hàng năm. Mùa khô từ tháng XI đến tháng IV năm sau. Trong đó các tháng I,II,III gần như không mưa. * Các đặc trưng khí tượng thiết kế. + Mưa ( X:mm) - Lượng mưa năm trên lưu vực: Trên lưu vực sông Dinh lương mưa nam biến đổi thuộc vào loại lớn nhất trong khu vực, nó tăng dần từ hạ lưu (Xo=1000mm) lên thượng nguồn (Xo=2300mm). Lượng mưa đo tại Phan Thiết trong 27 năm (1958-1992) bình quân là Xbq=1044mm. Trị số đo tại trạm khí tượng Tà Pao là 2429mm và tai Đại Nga là 2560mm. Lượng mưa chuẩn trên lưu vực chọn một cách bình quân Xo=1700mm và lượng mưa tháng và số ngày mưa hgi trong bảng 1.5 Bảng 1.5 Lượng mưa trên lưu vực sông và số ngày bình quân (Nbq). Đặc trưng Tháng Cả năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII X0(mm) 2 1 13 50 210 252 267 279 294 249 68 14 1700 Nbq(ngày) 6 4 9 15 20 22 25 25 26 21 13 8 194 - Lượng mưa tưới thiết kế: Lượng mưa khu tưới tính trực tiếp từ liệt thực đo tại thị xã Phan Thiết sẽ cho kết quả hợp lý và an toàn. + Gió gần mặt đất: Bảng 1.6 Tốc độ gió theo hướng Đặc trưng Tháng Cả năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Vbq(m/s) 3.55 3.08 3.23 2.69 2.03 2.38 2.30 2.66 2.00 1.98 2.55 2.53 2.58 Vmax(m/s) 20 18 18 18 16 20 20 20 16 14 23 16 23 Hướng Đ Đ Đ Đ Đ;T TN T T;TN T Đ Đ Đ Đ Bảng 1.7 Tốc độ gió max thiết kế không kể hướng. P(%) 1 2 4 5 10 50 Vmaxp(m/s) 26.5 25.5 24.5 24.1 22.8 16 + Nhiệt độ Trị số trung bình khá ổn định trong liệt thống kê ( dao động khoảng 3-40C). Nhưng sự biến động trong ngày là khá sâu sắc (8-100C). Số liệu tại Phan Thiết đại biểu cho khu vực tưới có: nhiệt độ năm bình quân Tbq = 26,80C. Nhiệt độ cao cực trị Tmax=37,70C. Giá trị thấp nhất Tmin=16,40C. + Độ ẩm không khí: Sự dao động của đặc trưng này thích ứng với biến hình mưa trong năm. Mùa mưa độ ẩm khá lớn và ngược lại vào mùa khô. Tại Phan Thiết độ ẩm bình quân nhiều năm Ubq= 79,5%. + Bốc hơi : Tổn thất do bốc hơi hồ chứa(:mm): Khi hình thành hồ chứa sông Dinh một phần lưu vực hồ chiếm chỗ sẽ gia tăng tổn thất do bốc hơi mặt nước so với bốc hơi lưu vực khi chưa có hồ chứa. Vì vậy chính là hiệu số của lượng bốc hơi mặt nước(Zn) so với lượng tổn thất dòng chảy trên lưu vực (Zo): =Zn-Zo Theo kết quả tính toán khí tượng thủy văn ta có =700mm. Phân phối cho các tháng như sau: Bảng 1.8. Bảng phân phối cho các tháng trong năm. Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 70.8 62.0 72.1 64.5 62.0 54.5 51.9 50.7 46.9 43.0 55.7 65.8 1.2.4.2. Tài liệu thủy văn. * Đặc điểm chung. Dòng chảy hình thành trong sông Dinh từ một nguồn duy nhất do mưa rơi trên lưu vực sinh ra. Hàng năm mùa lũ trong sông thường kéo dài 5 tháng (VII-XII). Từ tháng XII – VI năm sau là mùa khô. Trong đó bao gồm cả 2 tháng chuyển tiếp là tháng XII và VI. Hàng năm dòng chảy kiệt nhất thường xuất hiện vào tháng IV. * Dòng chảy năm. Phân phối dòng chảy năm thiết kế như sau. Bảng 1.9. Phân phối dòng chảy năm thiết kế (p=75%). Tháng VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI Q(m3/s) 4.99 11.08 14.04 18.16 7.7 2.57 1.72 0.48 0.29 0.23 1.09 2.6 * Dòng chảy lũ. Quá trình lũ thiết kế và kiểm tra: Bảng 1.10. Quá trình lũ thiết kế tại tuyến đập sông Dinh với P=1%. t(giờ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Q1% 0 29 58 118.5 179 364 549 855 1161 t(giờ) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Q1% 1555 1949 2310 2670 2633 2596 2490 2384 2171 t(giờ) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Q1% 1958 1688 1418 1197 975 811 647 541 443 t(giờ) 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Q1% 390 328 292 239 204 177 168 159 151 Hình 1.3.quan hệ Q~t ứng với tần suất thiết kế P=1%. Bảng 1.11. Quá trình lũ thiết kế tại tuyến đập sông Dinh với P=0.2%. t(giờ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Q0,2% 0 20 65 110 202 340 620 933 1310 t(giờ) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Q0,2% 1730 2200 2600 3020 3005 2930 2810 2690 2500 t(giờ) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Q0,2% 2210 1930 1600 1350 1100 910 730 610 500 T(giờ) 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Q0,2% 440 370 330 270 230 200 190 180 170 Hình 1.4.Quan hệ Q~t ứng với tần suất kiểm tra P=0,2%. * Dòng chảy rắn. Bảng 1.12. Dòng chảy rắn tuyến đập sông Dinh. STT Đặc trưng Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Tổng lượng phù sa lơ lửng W1 103m3/ năm 78,9 2 Tổng lượng phù sa di đẩy Wđ 103m3/ năm 6,3 3 Tổng lượng dòng chảy rắn Wo 103m3/ năm 85,2 1.3. ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ VÀ NHU CẦU DÙNG NƯỚC. 1.3.1. Tình hình dân sinh. Vùng dự án nghiên cứu được xác định gồm 3 đơn vị hành chính xã thuộc huyện Hàm Tân-tỉnh Bình Thuận là: Xã Tân Nghĩa, Tân Hà và Tân Xuân. Tổng diện tích tự nhiên (DTTN) của vùng dự án: 4460 ha. Trong đó: - Tân Nghĩa: 200 ha, chiếm 4,5% DTTN. - Tân Hà : 3250 ha, chiếm 71,75% DTTN. - Tân Xuân : 1060 ha, chiếm 23,75% DTTN. Dân số vùng dự án (tháng 12/2003): 11.847 người; trong đó, nhân khẩu nông nghiệp 10.654 người. Lao động xã hội: 5.959 người (lao động nông nghiệp: 4609 người, chiếm 77,34% lao động xã hội). Số hộ: 2.432 hộ. Bình quân một hộ nông nghiệp có 1,02 ha đất nông nghiệp, 4,87 nhân khẩu/hộ và 2,45 lao động/hộ. Bình quân một nhân khẩu nông thôn có: 2.094 m2 (một lao động nông nghiệp có: 4.160 m2). Đây là con số đáng kể trong khi ruộng đất bình quân ít, đây là sức ép về giải quyết việc làm, thu nhập và đời sống đối với dân cư nông thôn vùng dự án. Nếu chỉ canh tác như hiện nay (hệ số quay vòng đất: 1,16) thì còn dư đến 50% nguồn lực lao động. 1.3.2. Tình hình kinh tế. Hiện nay kinh tế trong vùng dự án là sản xuất nông nghiệp với trên 85% dân số và lao động sống bằng các ngành, các ngành khác như dịch vụ, du lịch chưa được phát triển nhiều. * Sản xuất nông nghiệp +Về sản xuất lương thực Sản xuất cây lương thực ở vùng dự án gồm có lúa và cây hoa màu. - Cây lúa: Qua 4 năm (2000-2003) đã có sự gia tăng cả về diện tích, năng suất và sản lượng. Tính đến năm 2003, diện tích gieo trồng lúa đạt:145 ha, năng suất đạt thấp, bình quân: 2,9 tấn/ha, sản lượng đạt 417,3 tấn. Do cây lúa không phải là cây trồng chính của vùng, cơ cấu diện tích gieo trồng chiếm tỷ lệ thấp, sản xuất kém hiệu quả, đây cũng là cây sử dụng nhiều nước và lợi ích kinh tế thấp nên mức độ đầu tư không được chú trọng. - Bắp và cây màu khác: Sau lúa, cây lương thực chủ yếu kế đến là cây bắp, đang được phát triển trên đất màu. Diện tích Bắp năm 2000 có 361 ha, đến năm 2003 đạt: 401 ha, năng suất không tăng và sản lượng năm 2003: 1906 tấn (tăng gấp 1,1 lần so với năm 2000). Cây Bắp đã và đang được trồng bằng giống Bắp lai đạt năng suất cao là nguyên liệu để chế biến thức ăn gia súc và xuất khẩu, thị trường tương đối ổn định. Cây khoai lang và cây mì vẫn được nông dân chọn trồng trong cơ cấu luân canh, nhằm đa dạng hoá sản phẩm, tận dụng điều kiện tài nguyên thiên nhiên. + Cây công nghiệp ngắn ngày. Gồm đậu phộng, mè, mía đường, bông. Đây là các cây thế mạnh ở vùng đất xám trên phù sa cổ, có thể luân- xen canh hợp lý trên đất phù sa ven sông. + Cây thực phẩm và rau. Cây đậu đỗ năm 2000: 154 ha, đến năm 2003 tăng lên: 162 ha; năng suất 0,6 tấn/ha.; sản lượng năm 2003 đạt 90,2 tấn. Rau các loại, diện tích năm 2003: 79ha, năng suất 13,2 Tấn/ha, sản lượng 1042 tấn. Xu thế ổn định cả về diện tích, năng suất và sản lượng bị hạn chế vì thị trường tiêu thụ vì chỉ cung cấp cho nội bộ vùng, đồng thời chất lượng cũng chưa đảm bảo nên khó mở rộng + Cây lâu năm. - Cây điều: Đây là cây công nghiệp lâu năm trồng chủ yếu ở vùng dự án do chịu hạn tốt, ít vốn đầu tư. Những năm gần đây, cây điều do có thị trường tiêu thụ, giá khá cao, nên nông dân tích cực mở rộng diện tích. -Cây ăn trái: Diện tích trồng cây ăn quả năm 2000 là:168 ha đến năm 2002 tăng lên: 175 ha. Các cây trồng phổ biến ở vùng dự án là nhãn, xoài, thanh long. * Hiện trạng sản xuất ngành chăn nuôi. Chăn nuôi nói chung phát triển khá đang trở thành ngành sản xuất chính trong nông nghiệp. Chăn nuôi mô hình phổ biến là trong hộ gia đình nhằm tận dụng sức lao động, phụ phẩm trồng trọt, dùng làm sức kéo, nuôi lấy thịt,…và tăng thêm thu nhập cho kinh tế gia đình. 1.3.3. Hiện trạng các công trình thuỷ lợi. Trên dòng sông chính của sông Dinh, ở phần thượng nguồn có hồ Lâm Trường với diện tích lưu vực 13,5 Km2 thiết kế tưới cho gần 200 ha đất của lâm trường sông Dinh. Dung tích hồ là 2,3 triệu m3. Thượng lưu hồ sông Dinh 3 còn có hồ núi Le, Flv=14,7 km2, Ftưới=400 ha, Vhồ=4.106 m3. Hồ Gia Ui có Flv=17,7 km2, Ftưới=1000ha, Vhồ=11,8.106 m3. Phần trung và hạ lưu sông Dinh có trạm thuỷ điện Tân Xuân có công suất 120KW và đập đá dựng lấy nước cấp cho thị trấn Lagi. Hiện tại trong vùng chỉ có hồ Tân Hải thuộc xã Tân Hà khả năng tưới bổ sung cuối vụ khoảng 50 ha lúa mùa, hệ thống kênh được kiên cố hoá 2000m. Nhìn chung công trình còn sử dụng được, hệ thống kênh tưới có thể sử dụng tót khi tiếp nước từ kênh chính hồ Sông Dinh 3. 1.3.4. Nhu cầu dùng nước. bảng 1.13. Nhu cầu dùng nước tính tại đầu mối. T(tháng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Wq (106m3) 9.281 8.885 7.340 7.271 7.301 7.756 7.082 6.427 87.121 6.447 7.756 7.936 Hình 1.5. Biểu đồ nhu cầu dùng nước. 1.4. CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ. 1.4.1. Cấp công trình. 1.4.1.1. Theo nhiệm vụ công trình. Hồ có nhiệm vụ tưới cho 2230 ha >2000ha, cấp nước với lưu lượng là Q =7,30 m3/s, tra bảng 2.1 TCXDVN 285-2002 ta được cấp công trình là cấp III. 1.4.1.2. Theo chiều cao của công trình và loại nền. Theo kết quả nghiên cứu của giai đoạn lập dự án, chiều cao đập là 25,73m, đất nền thuộc nhóm A. Tra bảng 2.2 TCXDVN 285-2002 ta được cấp công trình là cấp III. Tổng hợp 2 kết quả trên ta có: Cấp công trình là cấp III. 1.4.2. Các chỉ tiêu thiết kế. Các chỉ tiêu thiết kế được xác định theo TCXDVN 285-2002, theo đó đối với công trình cấp III các chỉ tiêu thiết kế gồm: 1.4.2.1. Tần suất tính toán. - Tần suất lũ thiết kế: P=1% - Tần suất lũ kiểm tra: P=0,2% - Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất: Pmax=4%; Pbq=50% - Tần suất tưới bảo đảm: P=75% - Tần suất lưu lượng lớn nhất để thiết kế chặn dòng: P=10% 1.4.2.2. Hệ số tính toán. - Hệ số tin cậy khi tính ổn định, độ bền: Kn=1,15 - Hệ số điều kiện làm việc: m=1,0 - Thời gian tính toán dung tích bồi lắng hồ: T=75 năm - Hệ số an toàn cho phép về ổn định mái đập đất: + Tổ hợp tải trọng cơ bản: K=1,3 + Tổ hợp tải trọng đặc biệt: K=1,1 - Độ vượt cao an toàn: + Với MNDBT: a=0,7m + Với MNLTK: a=0,5m + Với MNLKT: a=0,2m. CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THUỶ LỢI. 2.1.LỰA CHỌN VÙNG TUYẾN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH. Sau khi khảo sát địa chất trên lòng sông Dinh từ hồ núi Le xuống hạ lưu chỉ có một khu vực có ưu điểm lớn khi xây đập tạo hồ chứa sông Dinh 3 là vị trí hợp lưu của sông Dinh và suối Cát. Tại vị trí này đã khảo sát kỹ hai tuyến đập chính: - Tuyến I: Vị trí tại gần ngã ba hợp lưu của sông Dinh và suối Cát, thuộc xã Tân Hà, Tân Nghĩa, Tân Minh, Tân Xuân, Tân An thuộc huyện Hàm Tân, tỉnh Bình thuận. - Tuyến II: Cách tuyến I khoảng 200m về phía hạ lưu sông Dinh. Xét về điều kiện kinh tế và kỹ thuật ta thấy : Tuyến II có điều kiện địa chất tốt, đá gốc phong hoá nhẹ xuất hiện với mật độ cao nên việc đặt móng tràn trên nền đá ít phải xử lý và thuận lợi cho bố trí các hạng mục công trình đập, tràn, cống lấy nước. Khối lượng xây lát kênh và các công trình trên kênh ít vì chiều dài tuyến nhỏ hơn so với tuyến I. Vậy ta chọn vị trí đập chính tại tuyến số II. 2.2. TÍNH TOÁN MỰC NƯỚC CHẾT CỦA HỒ (MNC). 2.2.1. Khái niệm về mực nước chết và dung tích chết. Dung tích chết Vc là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy. Dung tích chết chính là giới hạn dưới của hồ chứa. Mực nước chết là mực nước tương ứng với dung tích chết. Mực nước chết và dung tích chết có quan hệ với nhau qua đường đặc trưng địa hình hồ chứa Z~V. 2.2.2. Nội dung tính toán. 2.2.2.1. Xác định MNC theo điều kiện lắng đọng bùn cát. MNC= Trong đó: : Cao trình bùn cát lắng đọng trong suốt quá trình làm việc của hồ, : Tổng thể tích bùn cát lắng đọng bình quân trong 1 năm, Theo bảng 1.12 ta có: =85,200 m3 T: Tuổi thọ công trình, T=75 năm. (cấp 3) =36,82 m (Tra quan hệ Z~V với V=). : Chiều dày lớp nước đệm từ cao trình bùn cát đến đáy cống. Theo kinh nghiệm =, chọn =0,5m. h: Độ sâu cột nước trước cống để lấy đủ lượng nước thiết kế. sơ bộ chọn h=1,2 m. MNC=36,82+0,5+1,2=38,52 m. 2.2.2.2. Xác định MNC theo yếu cầu khống chế tưới tự chảy. MNC theo điều kiện khống chế tưới tự chảy phải thoả mãn điều kiện sau: MNC= Trong đó: - Mực nước khống chế đầu kênh tưới phải thoả mãn yêu cầu khống chế tưới tự chảy theo tài liệu tính toán thuỷ nông =38,5 m. -Tổng tổn thất tính từ đầu kênh tưới đến cửa vào của cống lấy nước (bao gồm tất cả tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường) =0,5m. Vậy: MNC==39,0 m Kết hợp 2 trường hợp trên ta chọn MNC=39m.Tương ướng ta có dung tích chết Vc=11.650.000 m 2.3. XÁC ĐỊNH MNDBT VÀ DUNG TÍCH HỒ. 2.3.1. Khái niệm. MNDBT là thông số chủ chốt của công trình. Đây là mực nước trữ cao nhất trong hồ ứng với các điều kiện thủy văn và chế độ làm việc bình thường. Dung tích hiệu dụng (Vh) là phần dung tích được giới hạn bởi MNDBT và MNC. Đây là phần dung tích cơ bản làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy 2.3.2. Xác định hình thức điều tiết hồ. Theo tài liệu thủy văn về phân phối dòng chảy năm thiết kế và nhu cầu dùng nước trong năm ta có: Wđến ==171.715.000 m3 Wdùng = 90.603.000 m3. Ta thấy Wđến>Wdùng , do đó trong một năm lượng nước đến luôn đáp ứng đủ lượng nước dùng. Vậy đối với hồ chứa Sông Dinh 3 ta tiến hành điều tiết năm. Khi tính toán điều tiết năm thường sử dụng năm thủy lợi để tính, tức là đầu năm mực nước trong hồ là MNC, đến cuối mùa lũ mực nước trong hồ là MNDBT và cuối năm nước trong hồ trở về MNC. 2.3.3. Tính toán điều tiết theo phương pháp lập bảng. Việc xác định MNDBT thực chất là việc xác định dung tích hiệu dụng của kho nước. Ở đây xác định dung tích hiệu dụng một cách đúng dần thông qua 2 bước tính là chưa kể tổn thất và có kể đến tổn thất kho nước. 2.3.3.1.Xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa chưa kể đến tổn thất hồ chứa Phương pháp và cách tính được thể hiện cụ thể qua bảng tính sau: Bảng 2.1. Tính dung tích hiệu dụng của hồ chứa chưa kể đến tổn thất hồ chứa. Tháng QTK75% Tổng lượng nước =WQ-Wq Phương án tích sớm Nước đến Nước dùng Nước thừa Nước thiếu Vkho Vxả thừa Ngày m3/s WQ (106m3) Wq (106m3) V+ (106m3) V- (106m3) (106m3) Wx(106) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 11.65 VII 31 4.99 13.365 7.082 6.283 17.933 VIII 31 11.08 29.677 6.427 23.25 41.183 IX 30 14.04 36.392 7.121 29.271 43.737 26.717 X 31 18.16 48.64 6.447 42.193 43.737 42.193 XI 30 7.70 19.958 7.756 12.202 43.737 12.202 XII 31 2.57 6.884 7.936 1.052 42.685 I 31 1.72 4.607 9.281 4.674 38.011 II 28 0.48 1.161 8.885 7.724 30.287 III 31 0.29 0.777 7.34 6.563 23.724 IV 30 0.23 0.596 7.271 6.675 17.049 V 31 1.09 2.919 7.301 4.382 12.667 VI 30 2.60 6.739 7.756 1.017 11.65 Tổng 365 171.715 90.602 113.199 32.087 81.112 Khi chưa kể đến tổn thất: Vhd=32,087.106 m3; Vkho= Vc+ Vhd=43,737.106 m3. Trong đó: Cột 1: Ghi thứ tự các tháng sắp xếp theo thủy văn. Cột 2: Ghi số ngày của từng tháng. Cột 3: Ghi lượng nước đến theo tần suất thiết kế của tháng tương ứng với cột 2. Cột 4: Ghi tổng lượng nước đến của tháng tương ứng với cột 2. WQ=Q.. Cột 5: Ghi tổng lượng nước dùng. Cột 6: Ghi tổng lượng nước thừa. Cột 7: Ghi tổng lượng nước thiếu. = WQ- Wq Tổng cột 7 chính là lượng nước còn thiếu và chính là dung tích hiệu dụng của hồ chứa. Cột 8: Ghi lượng nước tích trong hồ chứa kể cả dung tích chết. Cột 9: Ghi tổng lượng nước xả thừa. 2.3.3.2. Xác định dung tích hiệu dụng hồ chứa có kể đến tổn thất hồ chứa * Tính tổn thất hồ chứa thể hiện trong bảng sau: Bảng 2.2.Bảng tính tổn thất hồ chứa Tháng Chưa kể tổn thất Bốc hơi Thấm Tổng tt Wtt (106m3) V2 (106m3) F2 (106m2) Vtb (106m3) Ftb (106m2) Zbh (m) Wbhơi (106m3) K Wthấm (106m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 11.65 3.14 VII 17.933 4.71 14.7915 4.03 0.052 0.21 1%Vtb 0.148 0.357 VIII 41.183 8.43 29.558 4.74 0.051 0.242 1%Vtb 0.296 0.537 IX 43.737 8.76 42.46 8.59 0.047 0.404 1%Vtb 0.425 0.828 X 43.737 8.76 43.737 8.76 0.043 0.377 1%Vtb 0.437 0.814 XI 43.737 8.76 43.737 8.76 0.056 0.491 1%Vtb 0.437 0.928 XII 42.685 8.65 43.211 8.69 0.066 0.574 1%Vtb 0.432 1.006 I 38.011 7.98 40.348 8.32 0.071 0.591 1%Vtb 0.403 0.994 II 30.287 6.81 34.149 7.41 0.062 0.459 1%Vtb 0.341 0.801 III 23.724 5.81 27.0055 6.36 0.072 0.458 1%Vtb 0.27 0.728 IV 17.049 4.53 20.3865 5.2 0.065 0.338 1%Vtb 0.204 0.542 V 12.667 3.43 14.858 4.05 0.062 0.251 1%Vtb 0.149 0.4 VI 11.65 3.14 12.1585 3.28 0.055 0.18 1%Vtb 0.122 0.302 Tổng 4.573 3.664 8.237 Trong đó: Cột 1: Ghi thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thủy lợi. Cột 2: Ghi dung tích hồ chứa kể cả dung tích chết khi chưa tính tổn thất (bằng cột 8 ở bảng 2.1) (106 m3). Cột 3: Ghi diện tích hồ chứa tương ứng với dung tích hồ ở cột 4 (Tra quan hệ V~F) Cột 4: Ghi dung tích bình quân của hồ chứa (106 m3).: Cột 5: Ghi diện tích mặt hồ tương ứng với Vbq (tra theo đường đặc trưng địa hình kho nước) (106 m2). Cột 6: Là lượng tổn thất phân phối trong năm. Cột 7: Là tổn thất bốc hơi tương ứng với các tháng ở cột 1 (106 m3). Cột 8: Chỉ tiêu tổn thất thấm, ta lấy k=1%Vtb. Cột 9: Là tổn thất thấm tương ứng với các tháng ở cột 1(106 m3). W=k.Vtb Cột 10: Là tổng tổn thất (106 m3). Wtt=Wthấm+Wb.hơi Xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổn thất của hồ chứa Bảng 2.3.Bảng tính dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổn thất hồ chứa Tháng Tổng lượng nước =WQ-Wq’ WQ Wq Wq’ (+) (-) Vt Vx 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 11.65 VII 13.365 7.082 7.439 5.9255 17.576 VIII 29.677 6.427 6.964 22.713 40.288 IX 36.392 7.121 7.949 28.443 48.509 20.222 X 48.64 6.447 7.261 41.379 48.509 41.379 XI 19.958 7.756 8.684 11.274 48.509 11.274 XII 6.884 7.936 8.942 2.058 46.451 I 4.607 9.281 10.28 5.668 40.783 II 1.161 8.885 9.686 8.525 32.258 III 0.777 7.34 8.068 7.291 24.967 IV 0.596 7.271 7.813 7.217 17.75 V 2.919 7.301 7.701 4.782 12.969 VI 6.739 7.756 8.058 1.319 11.65 Tổng 98.84 109.73 36.859 72.875 Vhd=36,859.106 m3; V=V+V=(11,65+36,859).10=48,509.10 m Cột 1: Ghi thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thủy lợi. Cột 2: Tổng lượng nước đến trong từng tháng. Cột 3: Tổng lượng nước dùng trong từng tháng chưa kể đến tổn thất. Cột 4: Tổng lượng nước dùng trong từng tháng có kể đến tổn thất. Cột 5: Lượng nước còn thừa trong kho trong từng tháng khi WQ>Wq’. Cột 6: Lượng nước còn thiếu trong kho trong từng tháng khi WQ<Wq’. Cột 7: Dung tích kho chứa Dấu (+) khi tháng thừa nước. Dấu (-) khi tháng thiếu nước. Cột 8: Lượng nước xả thừa. So sánh Vhd của hồ khi có tổn thất va không có tổn thất thông qua sai số =%=12.9%>5% nên ta phải tính lại Bảng 2.4: Bảng tính lại tổn thất hồ chứa Tháng Chưa kể tổn thất Bốc hơi Thấm Tổng tt Wtt (106m3) V2 (106m3) Diện tích F2 (106m2) Vtb (106m3) Ftb (106m2) Zbh (m) Wbhơi (106m3) K Wthấm (106m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 11.65 3.14 VII 17.576 4.64 14.61 3.98 0.052 0.207 1%Vtb 0.146 0.35 VIII 40.288 8.31 28.93 6.64 0.051 0.339 1%Vtb 0.289 0.63 IX 48.509 9.37 44.4 8.84 0.047 0.415 1%Vtb 0.444 0.86 X 48.509 9.37 48.51 9.37 0.043 0.403 1%Vtb 0.485 0.89 XI 48.509 9.37 48.51 9.37 0.056 0.525 1%Vtb 0.485 1.01 XII 46.451 9.1 47.48 9.23 0.066 0.609 1%Vtb 0.475 1.08 I 40.783 8.376 43.62 8.74 0.071 0.621 1%Vtb 0.436 1.06 II 32.258 7.13 36.52 7.76 0.062 0.481 1%Vtb 0.365 0.85 III 24.967 6.04 28.61 6.6 0.072 0.475 1%Vtb 0.286 0.76 IV 17.75 4.67 21.36 5.38 0.065 0.35 1%Vtb 0.214 0.56 V 12.969 3.51 15.36 4.18 0.062 0.259 1%Vtb 0.154 0.41 VI 11.65 3.14 12.31 3.33 0.055 0.183 1%Vtb 0.123 0.31 Tổng 4.867 3.902 8.77 Bảng 2-5.Bảng tính lại dung tích hiệu dụng của hồ chứa có kể đến tổn thất hồ chứa. Tháng Tổng lượng nước =WQ-Wq’ WQ Wq Wq’ (+) (-) Vt Vx 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 106 m3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 11.65 VII 13.365 7.082 7.435 5.9299 17.58 VIII 29.677 6.427 7.055 22.622 40.2 IX 36.392 7.121 7.98 28.412 48.77 19.843 X 48.64 6.447 7.335 41.305 48.77 41.305 XI 19.958 7.756 8.766 11.192 48.77 11.192 XII 6.884 7.936 9.02 2.136 46.63 I 4.607 9.281 10.34 5.731 40.9 II 1.161 8.885 9.731 8.57 32.33 III 0.777 7.34 8.101 7.324 25.01 IV 0.596 7.271 7.834 7.238 17.77 V 2.919 7.301 7.714 4.795 12.98 VI 6.739 7.756 8.062 1.323 11.65 Tổng 99.37 109.46 37.12 72.341 Ta tính lại sai số của Vh:=%=0,7% <5% thoả mãn Từ bảng 2.5 ta thấy để đảm bảo yêu cầu điều tiết thì hồ chứa phải thảo mãn: + Dung tích hiệu dụng : Vhd=37,12.106m3. + Dung tích kho chứa :Vkho= (37,12+11.65).10= 48,7.106 m3. + Cao trình MNDBT = 45 m. (Tra quan hệ V~Z). CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN. 3.1. BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI. 3.1.1.Đập dâng nước. - Phương án 1: Đập đồng chất không có tường lõi, có lăng trụ thoát nước. Trên đỉnh đập làm tường chắn sóng cao 1m. - Phương án 2: Đập đồng chất có tường lõi ở giữa, sau tường có ống lọc nghiêng bằng cát.Trên đỉnh đập làm tường chắn sóng cao 1m. Qua so sánh hai phương án ta thấy phương án 1 thi công đơn giản hơn phương án 2. Mặt khác nền của công trình có hệ số thấm nhỏ hơn (2.10cm/m) nên ta chỉ cần làm theo phương án 1. Vì vậy,phương án chọn là phương án 1 3.1.2. Tràn xả lũ. 3.1.2.1. Phương án tràn. Từ việc bố trí tuyến tràn ta đưa ra 2 phương án thiết kế như sau: - Phương án 1: Tràn đỉnh rộng. Sau tràn là dốc nước. Tiêu năng sau dốc bằng mũi hắt. - Phương án 2: Tràn đỉnh rộng. Sau tràn là dốc nước. Tiêu năng sau dốc bằng bể tiêu năng. Qua so sánh 2 phương án, ta thấy phương án 1 thích hợp với nền địa chất là nền đá rắn chắc nên ta chọn phương án thiết kế là phương án 1 3.1.2.2. Hình thức tràn Căn cứ vào điều kiện địa hình có hai phương án hình thức tràn: Đập tràn có cửa van điều tiết và đập tràn không có cửa van điều tiết. Cả 2 phương án đều có ưu nhược điểm khác nhau: - Đập tràn có cửa van điều tiết: + Do ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT nên giảm được diện tích ngập lụt thượng lưu. + Điều tiết lũ tốt và mực nước lũ không vượt qua nhiều so với MNDBT, có thể kết hợp xả bớt 1 phần mực nước hồ khi cần thiết, quản lý vận hành phức tạp. - Đập tràn không có cửa van điều tiết. + Tăng mức độ ngập lụt thượng lưu, không thể kết hợp xả bớt một phần nước hồ khi cần thiết. + Quản lý vận hành đơn giản. Ta thấy với mặt bằng công trình đầu mối hiện nay và địa chất lớp mặt đã khảo sát việc bố trí tràn không cửa van rất khó và không hiệu quả. Do những ưu điểm của đập tràn có cửa van nên ta chọn hình thức đập tràn có cửa van điều tiết. 3.1.3. Cống lấy nước. 3.1.3.1. Tuyến cống + Cống kênh Tây nhiệm vụ tưới cho 1320 ha bên bờ phải sông Dinh và cấp nước sinh hoạt + Cống kênh Đông nhiệm vụ tưới cho 910 ha bên bờ trái sông Dinh. 3.1.3.2. Hình thức cống Có 2 phương án: - Phương án 1: Cống có áp, mặt cắt tròn bằng ống thép, có tháp van điều tiết lưu lượng - Phương án 2: Cống không áp, mặt cắt hình chữ nhật bằng bê tông cốt thép, có tháp van điều tiết lưu lượng. So sánh 2 phương án ta thấy phương án 1 phức tạp, giá thành cao hơn.Do vậy chọn phương án 2 để thiết kế 3.2. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ. 3.2.1. Mục đích tính toán 3.2.1.1. Mục đích: Thông qua tính toán tìm ra biện pháp phòng lũ thích hợp và hiệu quả, phải xác định lưu lượng xả lớn nhất, cột nước siêu cao, dung tích phòng lũ. Tìm ra phương án hạ thấp đỉnh lũ, phòng lũ cho các công trình ven sông. Xác định phương thức vận hành, qui mô, kích thước công trình xã lũ. 3.2.1.2. Ý nghĩa: Trong hệ thống công trình đầu mối của công trình thuỷ lợi, công trình tràn giữ vai trò quan trọng. Hình thức và kích thước tràn ảnh hưởng đến qui mô kích thước công trình. Xác định được chiều cao đập, diện tích vùng bị ngập lụt. Những yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình và làm cơ sở để đánh giá tính an toàn của công trình. Để đảm bảo điều kiện kinh tế, kỹ thuật toàn bộ công trình ta phải tính toán điều tiết lũ sao cho công trình đảm bảo an toàn và kinh tế. 3.2.2 Nội dung tính toán: 3.2.2.1. Chọn tuyến và kiểu ngưỡng tràn: Căn cứ vào bản đồ địa hình, địa chất xây dựng công trình, đặc trưng về hồ chứa, chọn tuyến tràn như sau: - Đặt tràn bên bờ trái đập chính - Ngưỡng tràn: Chọn đập tràn đỉnh rộng, tràn có cửa van - Cao trình ngưỡng tràn: Ñngưỡng = MNDBT – 6,5 (m) Tính toán với các phương án chiều rộng tràn: BTr= 3x7 (m); 3x8(m); 3x9(m). 3.2.2.2. Các bước tính toán: Căn cứ tài liệu thuỷ văn cung cấp với công trình cấp III, theo TCXDVN 285-2002 ta tính lũ thiết kế với tần suất P = 1% và lũ kiểm tra với tần suất P = 0,2%. * Đặc điểm của tràn xả lũ trong trường hợp tràn có cửa van điều khiển: Từ t0¸ t1 có thể điều khiển cửa van để q = Q. Từ t1¸t2 mở toàn bộ cửa van và có Q>q và nên lưu lượng xả tăng, tại t2 đạt Q = q nên , lưu lượng xả lớn nhất. Từ t2¸t3 thì q giảm nhưng vẫn lớn hơn Q và lưu lượng trữ trong kho giảm. Tại thời điểm t3 thì lưu lượng xả bằng với lưu lượng xả tại thời điểm t1 đóng cửa van lại và khống chế sao cho sau thời điểm t3 thì q = Q. * Chọn phương pháp tính toán theo phương pháp POTAPOP: a. Bước 1: Xây dựng biểu đồ phụ trợ. - Từ phương trình cân bằng nước ® Trong đó : Q1, Q2 là lưu lượng đến ở đầu và cuối thời đoạn Dt q1, q2 là lưu lượng xả tương ứng V1, V2 là lượng nước có trong hồ ở đầu và cuối thời đoạn Dt là thời đoạn tính toán (s), chọn Dt = 1h = 3600(s) Từ cao trình ngưỡng Ñngưỡng= 38,5m giả thiết trị số HT từ 6,5m trở lên với DH = 0,5m. Tương ứng với các cột nước tràn ta xác định đươc lưu lượng xả theo công thức: Trong đó: e là hệ số co hẹp bên, m là hệ số lưu lượng,sơ bộ chọn .m = 0,34 B là bề rộng ngưỡng tràn. - Dựa vào quan hệ Z ~ V ứng với các mực nước giả thiết; Z = Zngưỡng + HT, ta tìm được dung tích kho nước tương ứng VK và từ đó tìm được dung tích trên ngưỡng: VTN = VK - Vngưỡng với Vngưỡng = 10,26.106(m3). - Tính f1, f2: f1,f2 là hai quan hệ phụ trợ được xác định theo công thức: - Xác định lưu lượng xả đầu thời đoạn: Do tại thời điểm ban đầu, mực nước hồ xuất phát từ MNDBT, HT = 6,5m nên VTN = VK - Vngưỡng suy ra f1, f2. - Tiếp tục tính toán theo trên ta vẽ được quan hệ phụ trợ: qx~f1~f2 b. Bước 2: Tính toán điều tiết lũ. Từ biểu đồ quan hệ vừa xác lập, ta lập bảng để tính toán điều tiết lũ, từ đó xác định được đường quá trình xả qx ~ t + Xuất phát từ: (Với q1x tìm được ứng với thời điểm tràn mở hết cửa van HT = 6,5m), tra quan hệ phụ trợ qx ~f1 suy ra f1 + Từ f1 ta có: f2 = QTB + f1 QTB là lưu lượng trung bình thời đoạn, QTB = + Có f2 tra quan hệ qx~f2 tìm được qx lưu lượng xả cuối thời đoạn, kết thúc thời đoạn tính toán. + Công việc lặp đi lặp lại đến hết quá trình lũ, khi đó xác định được lưu lượng xả theo tời gian qx ~ t từ đó tìm ra qxmax, HTrmax và quyết định qui mô, kích thước công trình. 3.2.3 Tính toán cụ thể: 3.2.3.1. Bảng tính toán xây dựng quan hệ phụ trợ: Cột 1: Thứ tự Cột 2: Giả thiết các giá trị Z từ MNDBT Cột 3: Cột nước tràn HTr = Z- Ztràn Cột 4: VK tra từ quan hệ Z ~V Cột 5: Có VK suy ra VTN = VK – Vngưỡng Cột 6: Xác định lưu lượng xả Cột 7: Cột 8: 3.2.3.2. Bảng tính toán điều tiết lũ: Cột 1: Thứ tự Cột 2: Thời đoạn tính toán Dt = 1h Cột 3: Lưu lượng Qđ lấy theo tài liệu thuỷ văn Cột 4: Lưu lượng trung bình thời đoạn, Cột 5: Lưu lượng tương ứng, q1x Cột 6: Có q1x suy ra f1 (nội suy quan hệ phụ trợ) Cột 7: f2 = QTB + f1, có f2 suy ra qx (nội suy bảng quan hệ phụ trợ). Sau đó lặp lại từ cột (4) đến cột (6) Cột 8: VK = VTN + Vngưỡng Cột 9: Từ VK suy ra Z (nội suy từ Z~V ) Cột 10: HT = Z – Zngưỡng Tính toán cụ thể được thể hiện trong các bảng tính được ghi ở Phụ lục P1-1…;P1-9. . Bảng 3.1. Kết quả điều tiết lũ cho trường hợp lũ kiểm tra P = 0,2% Btr(m) 37 38 39 MNLKT(m) 50,00 49,81 49,49 H(m) 11,50 11,31 10,99 qxảmax(m3/s) 1233,23 1374,5 1482,14 Bảng 3.2. Kết quả điều tiết lũ cho trường hợp lũ thiết kế p=1%. Btr(m) 37 38 39 MNLTK(m) 49,50 49,18 48,89 H(m) 11,00 10,68 10,39 qxảmax(m3/s) 1153,48 1261,67 1361,65 3.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ ĐẬP DÂNG. 3.3.2.1. Cao trình đỉnh đập: Cao trình đỉnh đập được xác định từ 2 mực nước:Là MNDBT và MNLTK (ứng với lũ thiết kế) và phải lớn hơn MNLKT (ứng với lũ kiểm tra) + Z1 = MNDBT + Dh + hsl + a + Z2 = MNLTK + Dh’ + hsl’ + a’ + Z3 = MNLKT + a’’ Trong đó: Dh, Dh’ - Độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. hsl, hsl’ - Chiều cao sóng leo ứng với gió tính toán lớn nhất (P=4%) và gió bình quân lớn nhất (P=50%). a, a, a’’ - Độ vượt cao an toàn,với công trình cấp III tra bảng 4.1 tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén (14TCN 157-2005) ta được a=0,7 m và a’=0,5 m; a’’=0,2m. Vận tốc gió tính toán lớn nhất V=24,5 m/s. Vận tốc gió bình quân lớn nhất V=16 m/s. Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT: D = 2000 m; Chiều dài truyền sóng ứng với MNLTK: D`= 2300 m. Cao trình đỉnh đập được lựa chọn là cao trình có trị số lớn nhất trong 3 kết quả trên. 3.3.1.1. Xác định cao trình đỉnh đập ứng với mực MNDBT và MNLTK (Z,Z). - Xác định Dh , Dh’ Dh = 2.10-6cosaB Trong đó: V : vận tốc gió tính toán lớn nhất (m/s) D : Đà gió. g : Gia tốc trọng trường : g = 9,81 m/s2 H : là chiều sâu nước trước đập as : là góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió: as = 00 Xác định hsl , hsl’: Theo QPTL C1-78, chiều cao song leo có mức đảm bảo 1% được xác định theo công thức: Hsl1% = K1.K2.K3.K4.Kα.hs1% + hs1%: Chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%. + Kα: hệ số phụ thuộc góc αs giữa hướng gió và pháp tuyến với trục đập. + K1, K2, K3, K4: Là các hệ số. K4: hệ số phụ thuộc vào tỉ số λ/h và hệ số mái nghiêng của công trình. K1,K2: các hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối Δ/h1% và đặc trưng vật liệu gia cố mặt đập. K3: hệ số phụ thuộc tốc độ gió và hệ số mái nghiêng m. K1, K2, K3, K4, Kα tra theo quy phạm QPTL C1-78. - Xác định hs1% hs1% được xác định theo QPTL C1- 78 như sau: + Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu (H > 0,5 ). + Tính các đại lượng không thứ nguyên , , trong đó t là thời gian gió thổi liên tục: t = 6 (h). + Tra đồ thị hình 35_QPTL C1-78 xác định được các đại lượng không thứ nguyên (Có 2 cặp giá trị ứng với giá trị các đại lượng không thứ nguyên đã tính được ở trên). Chọn cặp giá trị nhỏ hơn để tính , . Bước sóng bình quân được tính theo công thức: Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu : H > 0,5 Thoả mãn sóng nước sâu thì chiều cao sóng 1% được xác định theo công thức: hs1% = K1%. Trong đó: Tra đồ thị hình 36_ QPTL C1–78 ứng với ta có K1%. + K1, K2. Hệ số phụ thuộc đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám chọn là 0,05 và tra theo bảng 6_QPTL C1-78 + K3 : Hệ số phụ thuộc hệ số mái thượng lưu, sơ bộ chọn hệ số mái của mái thượng lưu là m = 3÷5. Tra bảng 7_QPTL C1-78 ta có K3 + K4 : Hệ số phụ thuộc vào và độ dốc m. Ta có : .Tra đồ thị hình 10_QPTL C1-78, ta có: K4. + Ka Hệ số phụ thuộc vào , theo QPTL C1 – 78 lấy ta có Kα= 1,0. 3.3.1.2. Xác định cao trình đỉnh đập theo công thức tính với MNLKT (Z3). Z3 = MNLKT + a’’ Với MNLKT ta có cao trình đỉnh đập với các phương án như sau: PA1: Z3 = 50,00 + 0,2 = 50,20 (m); PA2: Z3 = 49,81+ 0,2 = 50,01 (m); PA3: Z3 = 49,49 + 0,2 = 49,69(m); Bảng 3.3. Bảng tổng hợp xác định cao trình đỉnh đập Z1, Z2,Z3. STT Thông số Đơn vị MNDBT MNLTK  PA1 PA2 PA3 1 Mực nước trong hồ m 45 49.5 49.18 48.89 2 Cao trình đáy đập m 23.77 23.77 23.77 23.77 3 Độ sâu H m 21.23 25.73 25.41 25.12 4 Đà gió D m 2000 2300 2300 2300 5 V gió m/s2 24.5 16 16 16 6 h m 0.0130 0.0047 0.0047 0.0047 7 gt/v 8648.82 13243.50 13243.50 13243.50 8 (gh/V2) 0.037 0.065 0.065 0.065 9 (g /v) 2.5 3.5 3.5 3.5 10 gD/V2) 32.69 88.14 88.14 88.14 11 (gh/V2) 0.0105 0.0175 0.0175 0.0175 12 (g/v) 1.15 1.5 1.5 1.5 13 (gh/V2)min 0.0105 0.0175 0.0175 0.0175 14 (g/V)min 1.15 1.5 1.5 1.5 15 0.64 0.46 0.46 0.46 16 2.87 2.45 2.45 2.45 17 12.89 9.35 9.35 9.35 18 K1% 2.1 2.11 2.11 2.1 19 hs1% m 1.35 0.96 0.96 0.96 20 K1 2.1 2.11 2.11 2.1 21 K2 0.7 0.7 0.7 0.7 22 K3 1.5 1.34 1.34 1.34 23 K4 1.3 1.3 1.3 1.3 24 K 1 1 1 1 25 hsl1% m 1.54 0.49 0.49 0.49 26 Cao trình đỉnh đập m 47.25 51.08 50.76 50.47 27 Chiều cao đập m 23.48 27.31 26.99 26.70 Bảng 3.4. Bảng tổng hợp xác định cao trình đỉnh đập Z1, Z2,Z3. MNDBT MNLTK MNLKT Btr 21 24 27 21 24 27 Zđđ 47,25 51,08 50,76 50,47 50,20 50,01 49,69 3.3.1.3.Tường chắn sóng và đỉnh đập Tường chắn sóng được xây dựng ở mép thượng lưu của đỉnh đập để giảm bớt một phần chiều cao đập và giảm khối lượng đắp đập, tăng mỹ quan cho công trình. Cao trình đỉnh tường chắn bằng cao trình đỉnh đập khi chưa xây tường. Chiều cao tường (tính đến mặt đập hoàn thành) chọn là 1m. Như vậy cao trình đỉnh tường và đỉnh phần đập đất tương ứng với từng phương án sẽ là: Bảng 3.5. Cao trình đỉnh đập và đỉnh tường tương ứng với các phương án. Phương án 1 2 3 Zđỉnh đập (m) 51,08 50,76 50,47 Zđỉnh tường (m) 52,08 51,76 51,47 Kết cấu tường: đá xây. Chiều dày tường t = 0,4m; Chiều rộng bản đáy B = 1,0 m; chiều dày bản đáy d = 0,4m. Bề rộng đỉnh đập chon b=5,0m. Mặt đập đổ bê tong cóc bề dày tại tim đập 25cm,tạo độ dốc về hai bên để thoát nước,với i=4%. 3.3.2. Mái đập và cơ Ta chọn thống nhất cho cả 3 phương án. * Mái đập: - Mái thượng lưu: m1 = 3,5 - Mái hạ lưu: m2 = 3 * Cơ đập: Mái đập thượng lưu: Không bố trí cơ. Mái hạ lưu: Chọn cơ tại cao trình +40. Bề rộng cơ 3,0m. 3.3.3. Bảo vệ mái thượng lưu: Để đảm bảo ổn định cho đập, tránh sự va đập của sóng, mái thượng lưu được bảo vệ bằng đá lát khan. Phạm vi bảo vệ từ cao trình đỉnh đập đến cao trình thấp hơn mực nước chết một đoạn Z =2,5m. 3.3.5. Bảo vệ mái hạ lưu: -Mặt mái trồng cỏ trên lớp đất hữu cơ dày 20 cm. -Làm rãnh thoát nước dọc cơ và chân mái hạ lưu (Phần phía trên lăng trụ thoát nước);kết cấu rãnh bằng đá xây. 3.4. TRÀN XẢ LŨ 3.4.1.Bố trí chung đường tràn Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất khu vực công trình đầu mối , chọn phương án bố trí đường tràn như sau: 3.4.1.1.Vị trí: Căn cứ vào đặc điểm địa hình và địa chất của khu vực, trong phần thiết kế sơ bộ ta đã xác định được vị trí tuyến tràn là ở bờ trái tuyến đập. Tuyến tràn nằm thẳng góc với tuyến đập, nằm trên khu vực tương đối bằng phẳng và nền địa chất tương đối tốt. 3.4.1.2.Hình thức: Tràn ngưỡng đỉnh rộng, cửa vào có van điều tiết (Ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT). Loại này cho phép giảm thấp mực nước lũ trong hồ, phù hợp với điều kiện của hồ Sông Dinh 3. Nếu bố trí tràn tự động (Ngưỡng tràn ngang MNDBT) thì bề rộng ngưỡng tràn phải lớn, không có vị trí thích hợp để bố trí; còn nếu chọn vị trí Bt không lớn thì mực nước lũ trong hồ cao,dẫn đến khối lượng đập tăng lên rất nhanh. 3.4.1.3.Bố trí và cấu tạo các bộ phận: *.Tường cánh trước ngưỡng tràn: Trong trường hợp của công trình, ngưỡng tràn ở gần đập đất, chúng ta không làm kênh dẫn. Phía trước ngưỡng tràn chúng ta chỉ bố trí tường cánh vừa để hướng nước thuận dòng vào ngưỡng tràn, vừa để bảo vệ bờ.Tường cánh trước ngưỡng tràn trong đồ án này thiết kế có dạng mở rộng dần hình thang. - Chiều dài tường cánh chung cho các phương án là 40m. - Chiều rộng phía trước tường cánh từng phương án lần lượt là: PA1: Btc = 25m PA2: Btc = 28m PA3: Btc = 31m. - Độ dốc đỉnh tường phù hợp với độ dốc mái đập, cao trình đỉnh tường lớn nhất bằng cao trình đỉnh đập. *. Sân trước: Sân trước làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 0,8m, sân trước được làm dài bằng chiều dài của tường bên là 40m, cao trình sân là 33m. Chiều rộng sân trước (chỗ giáp ngưỡng tràn) B = Btràn + Bmố. Lớp lót làm bằng bê tông M100 dày 0,1m. *. Ngưỡng tràn: Hình thức tràn: ngưỡng đỉnh rộng. Cao trình ngưỡng tràn: Zng = MNDBT – 6,5 = 45 – 6,5 = 38,5. Chiều rộng tràn nước: Tính toán với 3 phương án Bt = 21m; 24m; 27m Chiều dày mố trụ (Chung cho 3 phương án): d = 2 m Chiều dày mố bên (Chung cho 3 phương án): d’ = 1m Tổng chiều rộng tràn cho các phương án: B = Bt + 2d Bề mặt ngưỡng tràn được bọc bằng lớp BTCT M200 dày 1m Lớp lót bê tông M100 dày 0,1m Bảng 3.6. Tổng chiều rộng tràn các phương án Phương án 1 2 3 B (m) 25 28 31 *. Dốc nước sau ngưỡng tràn: Nối tiếp sau tràn là dốc nước có nhiệm vụ dẫn nước sau khi qua tràn xuống hạ lưu đập đảm bảo cho công trình an toàn. Nhằm đảm bảo điều kiện ổn định của dốc nước (do lún không đều) ta chia dốc nước (đoạn có bề rộng không đổi) thành 5 mảng có chiều dài từ 1520m, cách nhau bởi các khe lún, trong khe lún bố trí thiết bị chống thấm. Tuyến dốc nước thẳng Mặt cắt dốc nước là mặt cắt hình chữ nhật. Chiều rộng dốc nước bd = B Độ dốc của đáy dốc nước: id = 0,035 Hệ số nhám của dốc nước: n = 0,014 Cao trình đỉnh dốc nước chọn bằng Zng = 38,5. Cao trình cuối dốc là: 38,5 -120.0,035 = 34,3. Chiều dài dốc nước: Ld = 120 m. - Bản đáy dốc nước được làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 0,8 (m). - Lớp lót bản đáy là bê tông M100 dày 0,1m. *. Tiêu năng: Dựa vào điều kiện địa hình địa chất khu vực xây dựng ta chọn hình thức tiêu năng kiểu mũi phun là hợp lý Quá trình tính toán chi tiết sẽ được trình bày trong thiết kế lựa chọn phương án *. Kênh dẫn hạ lưu: Kênh dẫn hạ lưu được chọn là kênh dẫn hình thang có hệ số mái m = 1,5. Chiều rộng kênh tương ứng cho 3 phương án là: Bk = 29m, 32m, 35m Độ dốc đáy kênh: ik = 0,001. 3.4.2. Tính toán thủy lực 3.4.2.1. Mục đích tính toán: Tính toán thủy lực đường tràn nhằm mục đích xác định đường mặt nước trên dốc nước từ đó xác định chiều cao thành bên của dốc đảm bảo tháo lũ an toàn, kiểm tra khả năng xâm thực của dòng chảy đối với các vật liệu để có biện pháp tiêu năng thích hợp. 3.4.2.2. Trường hợp tính toán: Nhằm đảm bảo tháo lũ an toàn trong quá trình làm việc ta chọn tính toán với trường hợp lưu lượng qua tràn là qmax với từng phương án. 3.4.2.3. Phương pháp tính: Có nhiều phương pháp tính toán để xác định dạng đường mặt nước và vận tốc dòng chảy trên dốc nước. Trong đồ án này chọn phương pháp tính toán theo phương pháp cộng trực tiếp. 3.4.2.4. Nội dung tính toán: 1). Định tính đường mặt nước trên dốc: Để định tính đường mặt nước trên dốc nước ta tính và so sánh các đại lượng ho, hk, ik và i. *Chiều sâu dòng chảy đều ho tính theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực với (m0 = 2.) Trong đó: Q: Lưu lượng chảy qua dốc nước bằng lưu lượng xả lớn nhất qua tràn ứng với các giá trị Btr. i: Độ dốc của dốc nước, i = 0,035 m: Hệ số mái của dốc nước,do dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật nên m=0 Þ mo = 2 - Tra phụ lục (8-1) Các bảng tính thuỷ lực, với hệ số nhám của dốc nước (bằng bê tông) n = 0,014, ta được Rln. - Lập tỷ số, tra phụ (lục 8-3) các bảng tính thủy lực với m=0, ta được.Từ đó tính được h=().R. Ta được độ sâu dòng đều trong dốc nước này như sau: Bảng 3.7. Độ sâu dòng đều h0 PA  bd(m) Q(m3/s) F(Rln) Rln (m) b/Rln h/Rln h0 (m) PA I 25 1153,48 0.00129 2.52 9.931 0.945 2.57 PA II 28 1261,67 0.00118 2.58 10.72 0.897 2.51 PA III 31 1361,65 0.00109 2.68 11.51 0.854 2.45 * Độ sâu phân giới hk của dốc nước mặt cắt hình chữ nhật tính theo công thức: hk = q : lưu lượng đơn vị qua dốc nước : (m/s.m). a : Hệ số sửa chữa động năng (chọn a = 1). g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. Bảng 3.8. Độ sâu phân giới Bd Q(m3/s) q (m3/s.m) hk (m) PA I 25 1153,48 46,14 6,01 PA II 28 1261,67 45,06 5,91 PA III 31 1361,65 43,92 5,81 * Độ dốc phân giới ik xác định theo công thức: ik = Trong đó: ck, Ck, Bk, wk, Rk đều ứng với độ sâu phân giới ck: chu vi mặt cắt ướt. ck = 2.hk + bd Bk: bề rộng trên mặt thoáng. a: hệ số sữa chữa động năng (a = 1) Ck: hệ số Sedi. Rk là bán kính thủy lực. , wk = Bkhk, diện tích mặt cắt ướt. Qk : Lưu lượng chảy trong dốc Bảng 3.9.Độ dốc phân giới ik Bd Q(m3/s) hk (m) wk(m2) ck(m) Rk(m) Ck ik PA I 25 1153,48 6,01 150.25 37.02 4.06 90.21 0.0018 PA II 28 1261,67 5,91 165.48 39.82 4.16 90.57 0.0017 PA III 31 1361,65 5,81 180.11 42.62 4.23 90.82 0.0016 * Cột nước đầu dốc nước chính bằng chiều sâu dòng chảy tại cuối ngưỡng tràn và theo điều 3.8 QPTL C8 -76 được tính bằng công thức : hđ = K1 . HT Trong đó: K1: là hệ số tra theo hình 19 trang 23 QPTL C8 – 76 ứng với m = 0,34 Tra được K1 = 0,49 HT: là cột nước tràn ứng với QT = QTK Bảng 3.10. Chiều sâu dòng chảy tại đầu dốc nước B tràn Q (m3/s) HT K hđ 3 x 7 m 1153,48 11.00 0,49 5,39 3x 8 m 1261,67 10,68 0,49 5,23 3 x 9 m 1361,65 10,39 0,49 5,09 * Qua kết quả tính toán ta thấy cả 3 phương án đều có: ho ik Vậy đường mặt nước trên dốc nước là đường nước hạ bII. 2). Định lượng đường mặt nước trên dốc: a. Khi không xét hàm khí: Đường mặt nước trên dốc nước được xác định theo phương pháp cộng trực tiếp. Hình 3.1. Hình dạng đường mặt nước trên dốc nước Trình tự tính toán như sau: - Với chiều dài dốc nước và cột nước đầu dốc hđd= hđ đã biết, ta chia dốc nước thành nhiều đoạn bởi các mặt cắt 1-1; 2-2; 3-3;…. Mặt cắt 1-1 là mặt cắt đầu dốc nước. - Giả thiết cột nước tại các mặt cắt là h1, h2, h3,…. Khi đó khoảng cách giữa 2 mặt cắt liền kề nhau được xác định theo công thức: Trong đó: - Năng lượng đơn vị mặt cắt, ; - Độ dốc mặt nước trung bình đoạn tính toán, ; i- Độ dốc đáy dốc nước. V- Lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt đang xét: V= (m/s). - Diện tích mặt cắt ướt: =Bdoc.h (m2) R- Bán kính thủy lực: R= (m) - Chu vi ướt: =Bdoc + 2.h (m) Cột nước cuối dốc là cột nước khi bằng chiều dài dốc nước. Kết quả được thể hiện cụ thể qua các bảng tính. Bảng 3.11. Tính đường mặt nước trên dốc nước không xét hàm khí PA1 Lưu lượng tính toán Q = 1153,48 m3/s. MC B(m) h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 25.0 3.494 87.35 13.21 8.89 12.38 31.99 2.73 84.45 0.0090 2-2 25.0 3.443 86.08 13.40 9.15 12.60 0.21 31.89 2.70 84.29 0.0094 0.0092 8.28 8.28 3-3 25.0 3.392 84.80 13.60 9.43 12.82 0.23 31.78 2.67 84.12 0.0098 0.0096 8.89 17.18 4-4 25.0 3.341 83.53 13.81 9.72 13.06 0.24 31.68 2.64 83.95 0.0103 0.0100 9.57 26.74 5-5 25.0 3.290 82.26 14.02 10.02 13.31 0.25 31.58 2.60 83.78 0.0108 0.0105 10.31 37.05 6-6 25.0 3.239 80.98 14.24 10.34 13.58 0.27 31.48 2.57 83.61 0.0113 0.0110 11.13 48.17 7-7 25.0 3.188 79.71 14.47 10.67 13.86 0.28 31.38 2.54 83.44 0.0118 0.0116 12.04 60.21 8-8 25.0 3.137 78.43 14.71 11.02 14.16 0.30 31.27 2.51 83.26 0.0124 0.0121 13.06 73.27 9-9 25.0 3.086 77.16 14.95 11.39 14.48 0.32 31.17 2.48 83.08 0.0131 0.0128 14.21 87.48 10-10 25.0 3.035 75.89 15.20 11.78 14.81 0.33 31.07 2.44 82.89 0.0138 0.0134 15.51 102.99 11-11 25.0 2.985 74.61 15.46 12.18 15.17 0.35 30.97 2.41 82.70 0.0145 0.0141 16.99 120.00 Bảng 3.12. Tính đường mặt nước trên dốc nước không xét hàm khí PA2 Lưu lượng tính toán Q = 1261,67 m3/s. MC B(m) h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 28.0 3.489 97.69 12.91 8.50 11.99 34.98 2.79 84.76 0.0083 2-2 28.0 3.435 96.18 13.12 8.77 12.21 0.22 34.87 2.76 84.59 0.0087 0.0085 8.13 8.13 3-3 28.0 3.381 94.67 13.33 9.05 12.43 0.23 34.76 2.72 84.41 0.0092 0.0089 8.76 16.89 4-4 28.0 3.327 93.16 13.54 9.35 12.68 0.24 34.65 2.69 84.23 0.0096 0.0094 9.45 26.34 5-5 28.0 3.273 91.65 13.77 9.66 12.93 0.26 34.55 2.65 84.04 0.0101 0.0099 10.22 36.56 6-6 28.0 3.219 90.13 14.00 9.99 13.21 0.27 34.44 2.62 83.85 0.0106 0.0104 11.08 47.64 7-7 28.0 3.165 88.62 14.24 10.33 13.50 0.29 34.33 2.58 83.66 0.0112 0.0109 12.03 59.67 8-8 28.0 3.111 87.11 14.48 10.69 13.80 0.31 34.22 2.55 83.46 0.0118 0.0115 13.10 72.77 9-9 28.0 3.057 85.60 14.74 11.07 14.13 0.33 34.11 2.51 83.26 0.0125 0.0122 14.31 87.09 10-10 28.0 3.003 84.09 15.00 11.47 14.48 0.35 34.01 2.47 83.06 0.0132 0.0128 15.69 102.77 11-11 28.0 2.949 82.58 15.28 11.90 14.85 0.37 33.90 2.44 82.86 0.0140 0.0136 17.27 120.04 Bảng 3.13. Tính đường mặt nước trên dốc nước không xét hàm khí PA3 Lưu lượng tính toán Q = 1361,65 m3/s MC B(m) h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 31.0 3.470 107.57 12.66 8.17 11.64 37.94 2.84 84.98 0.0078 2-2 31.0 3.414 105.82 12.87 8.44 11.85 0.22 37.83 2.80 84.79 0.0082 0.0080 7.99 7.99 3-3 31.0 3.357 104.08 13.08 8.72 12.08 0.23 37.71 2.76 84.60 0.0087 0.0084 8.63 16.62 4-4 31.0 3.301 102.33 13.31 9.02 12.33 0.24 37.60 2.72 84.40 0.0091 0.0089 9.35 25.97 5-5 31.0 3.245 100.58 13.54 9.34 12.59 0.26 37.49 2.68 84.20 0.0096 0.0094 10.14 36.11 6-6 31.0 3.188 98.84 13.78 9.67 12.86 0.28 37.38 2.64 84.00 0.0102 0.0099 11.03 47.14 7-7 31.0 3.132 97.09 14.02 10.02 13.16 0.29 37.26 2.61 83.79 0.0108 0.0105 12.02 59.15 8-8 31.0 3.076 95.34 14.28 10.40 13.47 0.31 37.15 2.57 83.58 0.0114 0.0111 13.13 72.29 9-9 31.0 3.019 93.60 14.55 10.79 13.81 0.34 37.04 2.53 83.36 0.0121 0.0117 14.40 86.68 10-10 31.0 2.963 91.85 14.82 11.20 14.16 0.36 36.93 2.49 83.14 0.0128 0.0124 15.84 102.53 11-11 31.0 2.907 90.10 15.11 11.64 14.55 0.38 36.81 2.45 82.92 0.0136 0.0132 17.51 120.03 b. Đường mặt nước trong dốc nước có kể đến hàm khí: Trong thực tế thì khi v > 3 m/s thì xảy ra hiện tượng ngậm khí. Chiều sâu nước có kể tới hàm khí tính theo công thức của quy phạm Trung Quốc được tính như sau: hnk = h Trong đó: h: chiều sâu nước khi không có ngậm khí v: lưu tốc dòng chảy, với v > 3 m/s Bảng3.14 . Tính đường mặt nước trên dốc nước có kể đến hàm khí MC B=25(m) B=28(m) B=31(m) h (m) V(m/s) hhk h (m) V(m/s) hhk h (m) V(m/s) hhk 1-1 3.494 13.21 3.96 3.489 12.91 3.94 3.470 12.66 3.91 2-2 3.443 13.40 3.90 3.435 13.12 3.89 3.414 12.87 3.85 3-3 3.392 13.60 3.85 3.381 13.33 3.83 3.357 13.08 3.80 4-4 3.341 13.81 3.80 3.327 13.54 3.78 3.301 13.31 3.74 5-5 3.290 14.02 3.75 3.273 13.77 3.72 3.245 13.54 3.68 6-6 3.239 14.24 3.70 3.219 14.00 3.67 3.188 13.78 3.63 7-7 3.188 14.47 3.65 3.165 14.24 3.62 3.132 14.03 3.57 8-8 3.137 14.71 3.60 3.111 14.48 3.56 3.076 14.28 3.51 9-9 3.086 14.95 3.55 3.057 14.74 3.51 3.019 14.55 3.46 10-10 3.035 15.20 3.50 3.003 15.00 3.45 2.963 14.83 3.40 11-11 2.985 15.46 3.45 2.949 15.28 3.40 2.907 15.11 3.35 c. Tường bên dốc nước. - Được làm bằng BTCT M200 Sơ bộ chọn chiều dày đỉnh tường dày 0,5 m, bản đáy tường 1 m. Chiều cao tường bên dốc nước được xác định theo công thức: ht = hnk + a Trong đó: - hnk: Chiều sâu ngậm khí trong dốc nước - a: Độ vượt cao an toàn, chọn a = 0,5 (m). Vậy với các phương án Btr khác nhau, chiều cao tường bên dốc nước ở các mặt cắt được xác định như sau: Bảng 3.15.Bảng tính chiều cao tường bên dốc nước MC B=25m B=28m B=31m h (m) ht h (m) ht h (m) ht 1-1 3.96 4.46 3.94 4.44 3.91 4.41 2-2 3.90 4.40 3.89 4.39 3.85 4.35 3-3 3.85 4.35 3.83 4.33 3.80 4.30 4-4 3.80 4.30 3.78 4.28 3.74 4.24 5-5 3.75 4.25 3.72 4.22 3.68 4.18 6-6 3.70 4.20 3.67 4.17 3.63 4.13 7-7 3.65 4.15 3.62 4.12 3.57 4.07 8-8 3.60 4.10 3.56 4.06 3.51 4.01 9-9 3.55 4.05 3.51 4.01 3.46 3.96 10-10 3.50 4.00 3.45 3.95 3.40 3.90 11-11 3.45 3.95 3.40 3.90 3.35 3.85 3). Lựa chọn mặt cắt kênh dẫn sau dốc nước hợp lý a. Lựa chọn các thông số thiết kế : Sơ bộ chọn các chỉ tiêu thiết kế kênh như sau : Hệ số mái kênh : m = 1,5 Độ dốc đáy kênh : i = 0,001 Độ nhám lòng kênh : n = 0,017 Mặt cắt kênh được tính toán với lưu lượng thiết kế ứng với các phương án: PA1: QTK = Qmax = 1153,48 m3/s PA2: QTK = Qmax = 1261,67 m3/s PA3: QTK = Qmax = 1361,65 m3/s Chiều rộng của kênh được chọn tính toán cho các phương án như sau: - PA1: B = 29m - PA2: B = 32m - PA3: B = 35m. b.Tính toán cho các phương án. Xác định chiều sâu nước trong kênh h: Tính theo mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực: Ta có : f(Rln) = Với m = 1,5 ® mo = 2,106 Tra bảng 8 - 1 (bảng tra Thủy lực) ® Rln Lập tỉ số : Tra bảng 8 - 3 (bảng tra Thuỷ lực) Bảng 3.16. Kết quả tính toán mặt cắt cơ bản của kênh. Q(m3/s) B(m) f(Rln) Rln(m) b/Rln h0/Rln h0(m)  ωk(m2)  V0(m/s) PA1 1153.48 29 0.0002309 5.15 5.63 1.214 6.25 239.94 4.80 PA2 1261.67 32 0.0002111 5.36 5.97 1.18 6.32 262.40 4.81 PA3 1361.65 35 0.0001956 5.53 6.33 1.14 6.33 281.45 4.84 3.4.2.4.4. Xác định quan hệ Q ~ Zhl Lưu lượng qua kênh hạ lưu được xác định theo công thức: Q = ω.C. Với: ωi = ( Bk + mhi)hi ; ; ; Zhl = Zđáy kênh + hh Theo địa chất tuyến tràn ta chọn Zđáy kênh = 26,5m. Với mỗi giá trị hh sẽ có một giá trị Qh tương ứng. Ta có kết quả như sau: Bảng 3.17. Tính toán quan hệ Q ~ Zhl với phương án Bkênh=29m. hh ωk R C Qh Zh (m) (m2) (m) (m) (m3/s) (m) 1 30.50 32.61 0.94 58.17 54.27 27.50 2 64.00 36.21 1.77 64.68 174.03 28.50 3 100.50 39.82 2.52 68.64 346.56 29.50 4 140.00 43.42 3.22 71.50 568.36 30.50 5 182.50 47.03 3.88 73.74 838.34 31.50 6 228.00 50.63 4.50 75.59 1156.52 32.50 7 276.50 54.24 5.10 77.17 1523.48 33.50 8 328.00 57.84 5.67 78.55 1940.14 34.50 9 382.50 61.45 6.22 79.78 2407.63 35.50 Bảng 3.18. Tính toán quan hệ Q ~ Zhl với phương án Bkênh=32m. hh ωk R C Qh Zh (m) (m2) (m) (m) (m3/s) (m) 1 33.50 35.61 0.94 58.23 59.83 27.50 2 70.00 39.21 1.79 64.79 191.62 28.50 3 109.50 42.82 2.56 68.79 380.92 29.50 4 152.00 46.42 3.27 71.68 623.46 30.50 5 197.50 50.03 3.95 73.95 917.67 31.50 6 246.00 53.63 4.59 75.82 1263.24 32.50 7 297.50 57.24 5.20 77.42 1660.49 33.50 8 352.00 60.84 5.79 78.81 2110.13 34.50 9 409.50 64.45 6.35 80.06 2613.12 35.50 Bảng 3.19. Tính toán quan hệ Q ~ Zhl với phương án Bkênh=35m. hh ωk R C Qh Zh (m) (m2) (m) (m) (m3/s) (m) 1 36.50 38.61 0.95 58.28 65.40 27.50 2 76.00 42.21 1.80 64.88 209.23 28.50 3 118.50 45.82 2.59 68.92 415.34 29.50 4 164.00 49.42 3.32 71.84 678.70 30.50 5 212.50 53.03 4.01 74.14 997.27 31.50 6 264.00 56.63 4.66 76.03 1370.39 32.50 7 318.50 60.24 5.29 77.64 1798.11 33.50 8 376.00 63.84 5.89 79.05 2280.95 34.50 9 436.50 67.45 6.47 80.30 2819.71 35.50 4) Tính toán tiêu năng Ta xét thấy mực nước hạ lưu thấp,mực nước cuối dốc cao, địa chất hạ lưu là nền đá lựa chọn kiểu tiêu năng mũi phun là hợp lý và kinh tế nhất. Nội dung chính của tính toán mũi phun là xác định được chiều dài phun xa và chiều sâu hố xói, từ đó xác định được hiệu quả tiêu năng vàbiện pháp gia cố. +Chiều dài phóng xa của dòng chảy tính theo công thức trong giáo trình Thủy Lực tập II như sau: Trong đó: : Hệ số lưu tốc, = 1. :Hệ số dự trữ, = 0,5. S: Khoảng cách từ mực nước thượng lưu đầu dốc đến đáy hạ lưu khi công trình chưa bị xói.Lựa chọn cao trình đáy hạ lưu khi chưa bị xói là 26,5 m. S = 33-26,5 + h = 6,5 + h (m). h: Mực nước đầu dốc. Mũi phun có góc hắt, cao trình đỉnh góc hắt chọn sơ bộ là +30,5 m : Góc hắt của mũi phun, =15. h: Độ sâu nước trong dốc cuối mũi hắt. +Tính sơ bộ chiều sâu hố xói theo công thức của Xalaviova: t = (0,1+0,45)***h Trong đó: Fr = :Số Frút V,h :Lưu tốc và độ sau trên mũi cũng chính là lưu tốc và độ sâu cuối dốc (Vì độ sau cuối dốc và độ sâu nước cuối mũi phun thay đổi không đáng kể) h : Độ sâu hạ lưu d : Đường kính vật liệu bị nứt dưới tác dụng cảu dòng nước,d = 2 m. Với từng trường hợp ta có kết quả ghi trong bảng sau: Bảng 3.20: Giá trị kích thước mũi phun trong các trường hợp. Phương án h(m) S(m) h(m) V(m/s) h(m) L(m) t(m) 3x7 3,494 9,994 2,985 15,46 5,99 14,267 9,256 3x8 3,489 9,989 2,949 15,28 5,832 14,109 8,736 3x9 3,470 9,97 2,907 15,11 5,725 13,957 8,534 3.4.3. LỰA CHỌN KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN. 3.4.3.1.Ngưỡng tràn: 1). Ngưỡng tràn: Hình thức tràn: ngưỡng đỉnh rộng. Cao trình ngưỡng tràn: Zng = MNDBT – 6,5 = 45 – 6,5 = 38,5 Bề mặt ngưỡng tràn được bọc bằng lớp BTCT M200 dày 1m Lớp lót bê tông M100 dày 0,1m 2). Trụ pin: Tràn có 3 khoang, mỗi trụ pin rộng 2m và và 2 trụ bên, mỗi trụ rộng 1m, mép được lượn tròn. 3). Cầu giao thông: Để đảm bảo cho việc đi lại thuận lợi, ta bố trí cầu giao thông trên tràn. Bề rộng cầu lấy bằng bề rộng đỉnh đập, cao trình cầu bằng cao trình đỉnh đập, mặt cắt cầu chọn theo yêu cầu cấu tạo và giao thông để phù hợp với các nhu cầu thực tế 4). Cầu công tác: Thiết kế theo yêu cầu của cửa van và của phai. 5). Cửa van: Chọn cửa van là loại van cung, tràn gồm có 3 khoang như vậy cần bố trí 3 cửa van cung. Bề rộng mỗi cửa van bằng bề rộng khoang tràn, cao trình đỉnh cửa van khi đóng cao hơn mực nước dâng bình thường là 0,5 m, số liệu này sẽ được tính toán cụ thể trong phần thiết kế kỹ thuật. 3.4.3.2. Dốc nước: 1). Chiều dày bản đáy: Chiều dày bản lát đáy dốc, xây trên nền đá xấu được tính theo công thức V.M. Đombrovxki : Trong đó: v: Lưu tốc trung bình của dòng chảy (m/s). h: Chiều sâu dòng chảy (m). α: Hệ số phụ thuộc nền, chọn α = 0,8. Bảng 3.22. Kết quả tính chiều dày bản đáy. Phương án h(m) v(m/s) t(m) 3x7 Đầu dốc 3,494 13,21 0,59 Cuối dốc 2,985 15,46 0,64 3x8 Đầu dốc 3,489 12,91 0,58 Cuối dốc 2,949 15,28 0,63 3x9 Đầu dốc 3,470 12,66 0,57 Cuối dốc 2,907 15,11 0,62 Từ kết quả trên ta chọn t = 0,8m là hợp lý. Trên bản đáy bố trí các lỗ thoát nước để giảm áp lực thấm và áp lực đẩy nổi. 2) . Tường bên dốc nước: - Bề rộng đỉnh tường sơ bộ lấy bằng 0,4m. - Bề rộng chân tường sơ bộ lấy bằng 1,0m. - Bản đáy và tường bên đổ liền khối. 3.4.3.3. Mũi phun : Chọn bề dày bản đáy bằng bề dày bản đáy dốc nước, có trụ đỡ phía dưới,chọn góc hắt = 15 3.5. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG, CHỌN PHƯƠNG ÁN. Trong phần thiết kế sơ bộ ta đã xác định các kích thước cơ bản của các hạng mục công trình cho từng phương án.Trên cơ sở đó, ta đi tính toán khối lượng các hạng mục công trình chủ yếu, tìm ra tổng vốn đầu tư cho từng phương án, qua đó xác định được phương án tối ưu là phương án có giá thành hạ, đạt yêu cầu về kỹ thuật.Để đơn giản trong tính toán nhưng vẫn bảo đảm được mức tin cậy, ta có thể bỏ qua những hạng mục công trình có khối lượng thay đổi không nhiều và đơn giá thấp vì giá thành không chênh lệch nhiều lắm như bản mặt, công trình tiêu năng, thiết bị bảo vệ mái đập, tường chắn sóng, cầu công tác, bóc lớp phong hoá…Trên cơ sở đó, ta đi sâu tính toán khối lượng và giá thành cho các hạng mục chính là đập dâng và đường tràn ứng với từng phương án bề rộng tràn. 3.5.1. Tính khối lượng đập dâng Do đập dâng là đập đất nên khối lượng tính toán bao gồm khối lượng đất bóc nền đập, nạo vét lòng sông và khối lượng đất đắp đập. Dựa vào bình đồ vị trí xây dựng công trình, ta vẽ mặt cắt dọc và ngang đập ở các vị trí khác nhau. Chia đập thành n đoạn ngắn có chiều dài li sao cho ở mỗi đoạn có địa hình nền đập tương đối bằng phẳng (mặt cắt đập ít thay đổi). Sau đó tính diện tích tại các mặt cắt rồi tính diện tích trung bình mặt cắt ngang của đoạn đập li. Cuối cùng khối lượng đập được tính theo công thức: V= Fi, li : Diện tích và chiều dày mặt cắt trung bình của đoạn thứ i Với mỗi phương án Btr khác nhau ta sẽ tính được một khối lượng đất đắp đập cụ thể. 3.6.4. Tính toán khối lượng tràn xả lũ Khối lượng công việc xây dựng tràn bao gồm: + Khối lượng đất đào mở tuyến xây dựng tràn. + Khối lượng bê tông cốt thép để xây dựng tràn 3.6.5. Tính toán khối lượng cửa van Tuy kích thước cửa van tương ứng trong các trường hợp nêu trên thay đổi chỉ vài mét nhưng ta vẫn phải kể đến khối lượng của hạng mục này. Đó là do van cung được làm bằng thép, giá thành của loại vật liệu này rất cao nên nó có ảnh hưởng đáng kể đến giá thành chung của công trình. Khối lượng của cửa van được xác định theo công thức kinh nghiệm: Gvan = 0,15.F. (T) Trong đó F là diện tích của mặt chắn nước (m2) Bảng 3.24. Tính toán khối lượng chọn phương án. P. án Hạng mục Đơn vị Khối lượng Đơn giá(đ) Thành tiền(106đ) Giá thành 3x7 Đất đắp đập m3 1140494.3 20000 22809.886 Đất đào tràn m3 137490.69 8000 1099.925498 29.817 BTCT M200 m3 2912 650000 1892.8 tỷ đồng BT lót m3 409.5 47000 19.2465 Cửa van T 99.89 40000000 3995.6 3x8 Đất đắp đập m3 1090444.9 20000 21808.89814 Đất đào tràn m3 152446.34 8000 1219.570699 29.792 BTCT M200 m3 3328 650000 2163.2 tỷ đồng BT lót m3 468 47000 21.996 Cửa van T 114.46 40000000 4578.24 3x9 Đất đắp đập m3 1048870.7 20000 20977.414 Đất đào tràn m3 169223.4 8000 1353.7872 30.094 BTCT M200 m3 3744 650000 2433.6 tỷ đồng BT lót m3 526.5 47000 24.7455 Cửa van T 132.61 40000000 5304.44 Bảng 3.25.Bảng số kỹ thuật và kinh tế cơ bản. Btr(m) 37 38 39 Htr(m) 7,13 7,12 7,08 Tổng vốn đầu tư (tỷ đồng) 29.817 29.792 30.094 3.6.6. So sánh chọn phương án. Từ kết quả tính toán khối lượng, giá thành cho các hạng mục công trình chính của từng phương án, ta tiến hành phân tích so sánh để chọn ra phương án. + Đối với Btr = 21m Cột nước trên ngưỡng tràn lớn nên diện tích nhập lụt ở thượng lưu lớn. Tổng chi phí vốn đầu tư lớn Do đó ta loại bỏ phương án này + Đối với Btr = 24 m. Cột nước trên ngưỡng tràn cao hơn phương án Btr = 27m nhưng vẫn nằm trong phạm vi cho phép ngập lụt. Tổng chi phí vốn đầu tư là thấp nhất. Lưu lượng xả xuống hạ lưu nhỏ hơn phương án Btr = 27m. + Đối với Btr = 27m. Cột nước trên ngưỡng tràn là nhỏ nhất. Tổng chi phí vốn đầu tư lớn hơn phương án Btr = 24m. Quy mô các công trình tiêu năng, các công trình bảo vệ bờ, cửa van lớn. Từ mục tiêu là lựa chọn đảm bảo điều kiện kinh tế và kỹ thuật ta xét thấy phương án Btr = 24 m là tối ưu nhất Vậy quy mô công trình đầu mối được chọn như sau: MNDBT : 45 m MNLTK : 49,18 m Cao trình đỉnh đập : 50,76 m. Cao trình ngưỡng tràn : +38,5 m Kích thước tràn Btr : 3x8 m Lưu lượng xả max : 1261,67 m3/s Htk : 10,68 m. CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN. 4.1. BỐ TRÍ CHUNG ĐƯỜNG TRÀN. Hình 4.1: Bố trí chung các bộ phận tràn. 1. Kênh dẫn vào 2. Tường hướng dòng thượng lưu đập 3. Ngưỡng tràn 4. Dốc nước 5. Mũi phun hắt nước 6. Hố xói 7. Kênh dẫn hạ lưu. 4.1.1 Vị trí, hình thức bố trí tuyến tràn Tràn xả lũ được bố trí ở bên bờ trái của tuyến đập, tuyến tràn được bố trí thẳng góc với tuyến đập và giáp với đầu đập. Hình thức tràn là đường tràn dọc, ngưỡng tràn có cửa van điều tiết lưu lượng, nối tiếp sau tràn bằng dốc nước, tiêu năng bằng mũi phun, cuối cùng là kênh tháo hạ lưu. 4.1.2 Các bộ phận của đường tràn : 4.1.2.1 Bộ phận kênh dẫn và cửa vào : Theo bình đồ địa hình cụm công trình đầu mối và vị trí của ngưỡng tràn ta thấy điểm có cùng cao độ với ngưỡng tràn nằm khá xa ngưỡng tràn. Do đó dể hướng nước chảy thuận dòng từ hồ chứa vào ngưỡng tràn và giảm những bất lợi khi vào ngưỡng ta cần bố trí kênh dẫn thượng lưu. Nối tiếp giữa kênh dẫn thượng lưu và ngưỡng tràn là tường hướng dòng. 4.1.2.2 Ngưỡng tràn : Ngưỡng tràn đỉnh rộng. Trên ngưỡng bố trí van hình cong để điều tiết lưu lượng. Tại ngưỡng có bố trí cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai. 4.1.2.3 Nối tiếp hạ lưu : Trong phần thiết kế sơ bộ ta đã lựa chọn hình thức nối tiếp sau tràn là dốc nước. Dốc nước được bố trí ngay sau ngưỡng tràn, tiếp theo là mũi phun, cuối cùng là kênh dẫn nước ra lòng sông cũ được đặt trên địa hình có độ dốc nhỏ. 4.2 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ: Trong tính toán sơ bộ đã tính toán điều tiết lũ cho cả 3 phương án Btr, nhưng trong đó chưa xét cụ thể đến các yếu tố ảnh hưởng như lưu tốc tới gần, các hệ số lưu lượng m, hệ số co hẹp ε đều chọn tùy ý. Do đó ta tiến hành tính toán điều tiết lũ lại để tính toán chính xác các thông số cho thiết kế chi tiết (như MNLTK, MNLKT, Lưu lượng lớn nhất qua tràn). 4.2.1 Tính toán các hệ số: 4.2.1.1. Hệ số co hẹp bên ε0: Để bố trí cầu giao thông qua đỉnh tràn cần bố trí mố trụ, chiều dày mỗi mố trụ d = 2 m. Hệ số co hẹp đối với tràn đỉnh rộng được tính theo công thức: Trong đó: : Tổng bề rộng qua nước của tràn, m. : Tổng chiều dày mố trụ, m. Vậy: 4.2.1.2 Hệ số lưu lượng m0: Trị số chính xác của hệ số lưu lượng phải xác định chính xác theo phương pháp Đ.I.Cu-min. Trường hợp đập tràn không ngưỡng (P1 = 0). Với - Bề rộng tương đối của ngưỡng tràn ở phía thượng lưu: Trong đó: : Tổng bề rộng qua nước của tràn, m. BT là bề rộng lòng dẫn ở thượng lưu, BT được xác định ở vị trí cách ngưỡng tràn về phía thượng lưu một đoạn LT. Theo mục 3-3 (trang 26) QP.TL C8-76 ta xác định được LT = 36 m. Ta suy ra BT = 48 m. Vậy ta có: Hình dạng tường cánh thượng lưu mở rộng dần với góc mở chọn a = 160. Căn cứ vào cặp giá trị và a = 160 ta tra bảng 6 trang 37 QPTL.C8-76 ta có: m = 0,358. 4.2.1.3. Lưu tốc tới gần V0: Hồ chứa có mặt thoáng rộng nên có thể coi lưu tốc tới gần là bằng 0. 4.2.2 Tính toán điều tiết: Từ những kết quả đã tính toán trên ta bắt đầu tính toán điều tiết lũ với các số liệu sau: BTr = 24 m; m = 0,358; . Thực hiện tính toán điều tiết lũ theo phương pháp Potapop như ở phần thiết kế sơ bộ tính toán ta có kết quả được ghi trong các bảng phụ lục: P2-1; P2-2; P2-3. Tổng hợp kết quả điều tiết lũ ta có: Bảng 4.4: Kết quả tính toán điều tiết lũ Tần suất 1% 0,2% BTr (m) 24 24 Qmax (m3/s) 1181,63 1275,32 Zmax (m) 49,43 50 HTr (m) 10,93 11,5 4.3. TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG TRÀN. 4.3.1 Tính toán thủy lực ngưỡng tràn: 1. Các tài liệu ban đầu: - Bề rộng tràn: BTr = (3x8) m - Cao trình ngưỡng tràn: +38,5 m - Chiều dày trụ pin: 2 m - Tháo lũ thiết kế: Qtk = 1181,63 m3/s; Htk = 10,93 m. 2. Kiểm tra khả năng tháo lũ thiết kế: Tính theo công thức đập tràn: Q = ε.m.B.Ho3/2 Trong đó: - ε: hệ số co hẹp bên; ε = 0,86 - m: hệ số lưu lượng; m = 0,358 - Ho = H + (*) Trong công thức tính Ho trên ta bỏ qua phần lưu tốc tới gần vì mặt cắt trước tràn là rất lớn. Ho = H = 10,93 m. Thay các giá trị vừa tìm được vào công thức (*), ta được Q = 1182,69 (m3/s) Vậy tràn đủ khả năng tháo lũ thiết kế. 3. Tính toán thủy lực ngưỡng tràn: Ngưỡng tràn bố trí theo dạng ngưỡng đỉnh rộng, làm việc với chế độ chảy ngập hoặc chảy không ngập. Thông thường tràn làm việc theo chế độ chảy không ngập. Tiêu chuẩn chảy không ngập theo Beklonye: hn < Ho Khống chế chế độ chảy qua tràn là chảy tự do thì: QT = ε.m.BTr..=>Ht= ()2/3 = ()2/3=10,92 (m). So ánh kết quả này với giá trị HTr (trong phần tính toán điều tiết lũ) với sai số ΔH < 5%. Ta chọn lấy giá trị HTr = 10,93 m. 4.3.2 Tính toán thủy lực dốc nước: 4.3.2.1 Các thông số thiết kế dốc nước: Ngay sau ngưỡng tràn ta thiết kế dốc nước để dẫn nước về hạ lưu. Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất trên tuyến tràn ta thiết kế dốc nước với các thông số như sau: - Bề rộng dốc nước: Bd = 28 m. - Chiều dài dốc nước: Ld = 120 m; độ dốc đáy i = 0,035 - Cao trình đáy đầu dốc: +38,5 m; cao trình cuối dốc: +34,3 m. - Mặt cắt ngang dốc là hình chữ nhật. - Hệ số nhám: n = 0,014 - Hệ số mái: m = 0 - Vật liệu làm dốc là bê tông cốt thép M200. 4.3.2.2 Mục đích và nội dung tính toán: 1). Mục đích: Mục đích của việc tính toán thuỷ lực dốc nước là để xác định chiều cao cột nước trong dốc, chiều cao của đỉnh tường bên dốc, điều kiện thuỷ lực của dòng nước và lưu tốc cuối dốc trước khi dòng nước chảy vào bộ phận tiêu năng. 2). Nội dung tính toán: a. Định tính đường mặt nước trên dốc: Để tính toán thuỷ lực dốc nước ta tiến hành tính toán với các cấp lưu lượng Q khác nhau: 250; 500; 524,4; 1000; 1181,63 (m3/s). Trong đó Q = 524,4 (m3/s) : là lưu lượng tháo ứng với khi có MNDBT , mở hết van. * Tính độ sâu dòng đều: Xác định độ sâu dòng đều dựa vào phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực. + Xác định f(Rln): f (Rln) = - i: Độ dốc đáy dốc nước, i = 0,035 - 4mo = 8 (Tra từ phụ lục 8-1 bảng tính thuỷ lực ứng với m = 0) - Q: Lưu lượng chảy qua dốc nước. + Từ giá trị f(Rln) đã tính được, tra phụ lục 8-1 (Bảng tính thuỷ lực) với độ nhám lòng dốc nước là n = 0,014 được Rln + Lập tỷ số b/Rln; tra phụ lục 8-3 với m = 0 được h/Rln + Xác định độ sâu dòng đều: ho = . Bảng 4.5: Độ sâu dòng đều trên dốc nước ứng với các cấp lưu lượng Q(m3/s) f(Rln) Rln(m) Bd/Rln h/Rln ho(m) 250 0.00599 1.39 20.14 0.594 0.83 500 0.00299 1.8 15.56 0.632 1.14 524.4 0.00285 1.83 15.30 0.708 1.30 1000 0.0015 2.35 11.91 0.834 1.96 1181.63 0.00127 2.51 11.16 0.873 2.19 * Tính độ sâu phân giới hk: Vì dốc nước có mặt cắt chữ nhật nên độ sâu phân giới hk được tính theo công thức: hk = Kết quả tính toán được thể hiện ở trong bảng sau: Bảng 4.6: Bảng tính độ sâu phân giới trên dốc Q (m3/s) q (m3/ms) hk(m) 250 8.929 2.01 500 17.86 3.19 524.4 18.73 3.29 1000 35.71 5.07 1181.63 42.2 5.66 * Xác định độ dốc phân giới ik: Trong đó: + Q: Lưu lượng xả qua tràn + ωk: Diện tích mặt cắt ướt; + χk: Chu vi mặt cắt ướt; + Rk : Bán kính thuỷ lực; + Ck: Hệ số sêdy; Kết quả tính toán được thể hiện tại bảng 4.7 Bảng 4.7: Kết quả tính độ dốc phân giới ik Q(m3/s) Bd (m) hk (m) ωk (m2) χk (m) Rk(m) Ck ik 250 28 2.010 56.28 32.02 1.76 78.47 0.00182 500 28 3.190 89.32 34.38 2.60 83.75 0.00172 524.4 28 3.290 92.12 34.58 2.66 84.10 0.00171 1000 28 5.070 141.96 38.14 3.72 88.92 0.00169 1181.63 28 5.660 158.48 39.32 4.03 90.11 0.00168 * Xác định độ sâu đầu dốc: Coi độ sâu đầu dốc bằng độ sâu dòng chảy trên ngưỡng tràn (hđ = h1). + Trường hợp Q > Qo (Qo là lưu lượng ứng với MNDBT): Tràn mở hết cửa van. Theo Cumin độ sâu độ sâu trên ngưỡng khi tràn mở hết cửa van được tính như sau: h1 = k1.Ho. Ở đây bỏ qua lưu tốc tới gần. Trong đó trị số k1 được tra ở bảng 14.4 bảng tra thuỷ lực ta được k1 = 0,54. + Trường hợp Q < Qo (Qo là lưu lượng ứng với MNDBT): Van mở một phần và tính toán theo sơ dồ dòng chảy qua lỗ; h1 ≈ hc (hc là độ sâu tại mặt cắt co hẹp). - Xác định độ sâu co hẹp (hc): F(tc) =; j = 0,95; q = Với ; E0 = H0; bỏ qua lưu tốc tiến gần. H: Chiều cao cột nước tràn tương ứng với từng cấp lưu lượng. ® F(tc) tra phụ lục 15.1 bảng tra thuỷ lực ® tc và tính được hc = tc.H0. Kết quả tính toán như ở bảng sau: TT Q (m3/s) H0 (m) BTr (m) q (m3/ms) j hc (m) k1 h1 (m) hđ (m) 1 250 3.88 24 10.42 0.95 1.435 0.4285 1.66 1.66 2 500 6.16 24 20.83 0.95 1.434 0.428 2.64 2.64 3 524.4 6.36 24 21.85 0.95 0.515 3.28 3.28 4 1000 9.78 24 41.67 0.95 0.515 5.04 5.04 5 1181.63 10.9 24 49.23 0.95 0.515 5.61 5.61 Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tống hợp so sánh kết quả tính toán. Bảng 4.8: Bảng tống hợp so sánh kết quả tính toán.  Q(m3/s) ho(m) hk (m) h1(m)  ik id So sánh 250 0.83 2.01 1.66 0.00182 0.035 id > ik; ho< h1 < hk 500 1.14 3.19 2.64 0.00172 0.035 id > ik; ho< h1 < hk 524.4 1.30 3.29 3.28 0.00171 0.035 id > ik; ho< h1 < hk 1000 1.96 5.07 5.04 0.00169 0.035 id > ik; ho< h1 < hk 1181.63 2.19 5.66 5.61 0.00168 0.035 id > ik; ho< h1 < hk Kết luận: Từ kết quả tính toán trên ta thấy đường mặt nước trên dốc là đường nước đổ bII. b. Định lượng đường mặt nước trên dốc: Ta dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước trong dốc nước, nghĩa là chia dốc nước ra thành từng đoạn ngắn, với mỗi đoạn áp dụng phương trình sai phân sau: ΔL = Trong đó: I ΔL: chiều dài dốc nước giửa hai mặt cắt. Δ: Chên lệch tỷ năng giữa hai mặt cắt; Với và là năng lượng đơn vị tại mặt cắt đầu và cuối đoạn tính toán. = hi + ; = hi+1 + : Độ dốc thuỷ lực trung bình giửa hai mặt cắt. = ; Với J = = = . : Diện tích mặt cắt ướt, = b.h (m2). : Chu vi mặt cắt ướt, = b + 2.h (m) R: Bán kính thuỷ lực, R = (m) C: Hệ số xác định theo công thức Maninh: C = R1/6 V: Lưu tốc dòng chảy tại mắt cắt đang xét, V = (m/s) Cách tính toán: Giả thiết các giá trị chiều sâu dòng chảy từ hđ đến hcd. Khi đó L = Ldốc. Ta có kết quả tính toán được thể hiện trong các bảng 4.9 đến 4.13 Bảng 4.9. Kết quả tính toán đường mặt nước trên dốc (Q = 250 m/s; hđ = 1,998; i = 0,035; n = 0,014; BTr = 24m; Bd =28 m). C h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 1.660 46.48 5.38 1.47 3.13 31.32 1.48 76.29 0.0033 2-2 1.586 44.42 5.63 1.61 3.20 0.07 31.17 1.42 75.77 0.0039 0.0036 2.12 2.1 3-3 1.513 42.36 5.90 1.78 3.29 0.09 31.03 1.37 75.23 0.0045 0.0042 2.83 4.9 4-4 1.439 40.30 6.20 1.96 3.40 0.11 30.88 1.31 74.67 0.0053 0.0049 3.74 8.7 5-5 1.366 38.24 6.54 2.18 3.54 0.14 30.73 1.24 74.08 0.0063 0.0058 4.91 13.6 6-6 1.292 36.18 6.91 2.43 3.73 0.18 30.58 1.18 73.46 0.0075 0.0069 6.46 20.1 7-7 1.218 34.12 7.33 2.74 3.96 0.23 30.44 1.12 72.80 0.0090 0.0083 8.58 28.6 8-8 1.145 32.05 7.80 3.10 4.25 0.29 30.29 1.06 72.11 0.0111 0.0100 11.61 40.2 9-9 1.071 29.99 8.34 3.54 4.61 0.37 30.14 1.00 71.37 0.0137 0.0124 16.23 56.5 10-10 0.998 27.93 8.95 4.08 5.08 0.47 30.00 0.93 70.59 0.0173 0.0155 23.99 80.5 11-11 0.924 25.87 9.66 4.76 5.68 0.60 29.85 0.87 69.75 0.0221 0.0197 39.40 119.9 Bảng 4.10. Kết quả tính toán đường mặt nước trên dốc (Q = 500 m/s; hđ = 3,171; i = 0,035; n = 0,014; BTr = 24m; Bd =28 m). C h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 2.640 73.92 6.76 2.33 4.97 33.28 2.22 81.59 0.0031 2-2 2.535 70.98 7.04 2.53 5.06 0.09 33.07 2.15 81.13 0.0035 0.0033 2.91 2.91 3-3 2.430 68.04 7.35 2.75 5.18 0.12 32.86 2.07 80.64 0.0040 0.0038 3.79 6.69 4-4 2.325 65.10 7.68 3.01 5.33 0.15 32.65 1.99 80.14 0.0046 0.0043 4.86 11.55 5-5 2.220 62.16 8.04 3.30 5.52 0.19 32.44 1.92 79.61 0.0053 0.0050 6.20 17.75 6-6 2.115 59.22 8.44 3.63 5.75 0.23 32.23 1.84 79.05 0.0062 0.0058 7.88 25.63 7-7 2.010 56.28 8.88 4.02 6.03 0.28 32.02 1.76 78.47 0.0073 0.0067 10.07 35.70 8-8 1.905 53.34 9.37 4.48 6.38 0.35 31.81 1.68 77.86 0.0086 0.0080 12.97 48.67 9-9 1.800 50.40 9.92 5.02 6.82 0.43 31.60 1.60 77.21 0.0103 0.0095 16.96 65.63 10-10 1.695 47.47 10.53 5.66 7.35 0.54 31.39 1.51 76.52 0.0125 0.0114 22.73 88.35 11-11 1.590 44.53 11.21 6.43 8.02 0.67 31.18 1.43 75.80 0.0154 0.0140 31.66 120.01 Bảng 4.11. Kết quả tính toán đường mặt nước trên dốc (Q = 524,4 m/s; hđ = 3,218; i = 0,035; n = 0,014; BTr = 24m; Bd =28 m) C h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 3.280 91.84 5.71 1.66 4.94 34.56 2.66 84.06 0.0017 2-2 3.119 87.33 6.00 1.84 4.96 0.02 34.24 2.55 83.49 0.0020 0.0019 0.45 0.5 3-3 2.958 82.82 6.33 2.04 5.00 0.04 33.92 2.44 82.89 0.0024 0.0022 1.36 1.8 4-4 2.797 78.31 6.70 2.29 5.08 0.08 33.59 2.33 82.25 0.0028 0.0026 2.50 4.3 5-5 2.636 73.80 7.11 2.57 5.21 0.13 33.27 2.22 81.57 0.0034 0.0031 3.98 8.3 6-6 2.475 69.29 7.57 2.92 5.39 0.18 32.95 2.10 80.85 0.0042 0.0038 5.93 14.2 7-7 2.313 64.78 8.10 3.34 5.65 0.26 32.63 1.99 80.08 0.0051 0.0047 8.56 22.8 8-8 2.152 60.26 8.70 3.86 6.01 0.36 32.30 1.87 79.25 0.0065 0.0058 12.25 35.0 9-9 1.991 55.75 9.41 4.51 6.50 0.49 31.98 1.74 78.36 0.0083 0.0074 17.68 52.7 10-10 1.830 51.24 10.23 5.34 7.17 0.67 31.66 1.62 77.40 0.0108 0.0095 26.22 78.9 11-11 1.669 46.73 11.22 6.42 8.09 0.92 31.34 1.49 76.35 0.0145 0.0126 41.11 120.0 Bảng 4.12. Kết quả tính toán đường mặt nước trên dốc (Q = 1000 m/s; hđ = 3,349; i = 0,035; n = 0,014; BTr = 24m; Bd =28 m) C h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 5.040 141.12 7.09 2.56 7.60 38.08 3.71 88.86 0.0017 2-2 4.817 134.89 7.41 2.80 7.62 0.02 37.63 3.58 88.36 0.0020 0.0018 0.58 0.6 3-3 4.595 128.65 7.77 3.08 7.67 0.06 37.19 3.46 87.84 0.0023 0.0021 1.68 2.3 4-4 4.372 122.42 8.17 3.40 7.77 0.10 36.74 3.33 87.29 0.0026 0.0024 3.04 5.3 5-5 4.150 116.19 8.61 3.78 7.93 0.15 36.30 3.20 86.71 0.0031 0.0029 4.73 10.0 6-6 3.927 109.96 9.09 4.22 8.14 0.22 35.85 3.07 86.10 0.0036 0.0034 6.88 16.9 7-7 3.704 103.72 9.64 4.74 8.44 0.30 35.41 2.93 85.44 0.0043 0.0040 9.65 26.6 8-8 3.482 97.49 10.26 5.36 8.84 0.40 34.96 2.79 84.74 0.0053 0.0048 13.33 39.9 9-9 3.259 91.26 10.96 6.12 9.38 0.53 34.52 2.64 83.99 0.0064 0.0058 18.35 58.2 10-10 3.037 85.02 11.76 7.05 10.09 0.71 34.07 2.50 83.19 0.0080 0.0072 25.47 83.7 11-11 2.814 78.79 12.69 8.21 11.02 0.94 33.63 2.34 82.32 0.0101 0.0091 36.14 119.9 Bảng 4.13. Kết quả tính toán đường mặt nước trên dốc (Q = 1181,63 m/s; hđ = 3,741; i = 0,035; n = 0,014; BTr = 24m; Bd =28 m) C h (m) w (m2) V(m/s) V2/2g(m) (m) (m) (m) R(m) C J Jtb Ltt(m) (m) 1-1 5.610 157.08 7.52 2.88 8.49 39.22 4.01 90.01 0.0017 2-2 5.371 150.39 7.86 3.15 8.52 0.02 38.74 3.88 89.55 0.0020 0.0019 0.71 0.7 3-3 5.132 143.70 8.22 3.45 8.58 0.06 38.26 3.76 89.05 0.0023 0.0021 1.85 2.6 4-4 4.893 137.00 8.62 3.79 8.68 0.11 37.79 3.63 88.53 0.0026 0.0024 3.25 5.8 5-5 4.654 130.31 9.07 4.19 8.84 0.16 37.31 3.49 87.98 0.0030 0.0028 4.99 10.8 6-6 4.415 123.62 9.56 4.66 9.07 0.23 36.83 3.36 87.40 0.0036 0.0033 7.16 18.0 7-7 4.176 116.93 10.11 5.21 9.38 0.31 36.35 3.22 86.78 0.0042 0.0039 9.94 27.9 8-8 3.937 110.24 10.72 5.86 9.79 0.41 35.87 3.07 86.13 0.0050 0.0046 13.57 41.5 9-9 3.698 103.54 11.41 6.64 10.34 0.54 35.40 2.93 85.42 0.0061 0.0056 18.43 59.9 10-10 3.459 96.85 12.20 7.59 11.05 0.71 34.92 2.77 84.67 0.0075 0.0068 25.17 85.1 11-11 3.220 90.16 13.11 8.75 11.97 0.93 34.44 2.62 83.86 0.0093 0.0084 34.94 120.0 4.3.2.3 Kiểm tra khả năng xâm thực: Với mặt cắt cuối dốc ứng với từng cấp lưu lượng ta có kết quả như sau: Bảng 4.14: Kết quả tổng hợp tính đường mặt nước trên dốc Q (m3/s) 250 500 524.4 1000 1181.63 hcd (m) 0.924 1.590 1.669 2.814 3.22 Vmax (m/s) 9.66 11.21 11.22 12.69 13.11 Vật liệu bê tông M200 có [VKX] = 18,6 (m/s). Ta thấy Vmax < [V]cp. Vậy dốc nước làm việc đảm bảo an toàn, không bị xâm thực. 4.3.3 Tính toán thủy lực kênh tháo hạ lưu: Kênh có tác dụng nối tiếp, đưa dòng chảy từ hố xói về lòng suối tự nhiên. Kênh hạ lưu có các thông số sau: i = 0,001; mặt cắt hình thang; m = 1,5; n = 0,03; Bk = Bd. Lập quan hệ giữa lưu lượng Q và cao trình mực nước trong kênh. Ta giả thiết các cấp lưu lượng Q: 250; 500; 524,4; 1000; 1181,63 (m3/s). Xác định độ sâu dòng chảy h trong kênh theo phương pháp lợi nhất về thuỷ Tính Tra bảng phụ lục 8-1 (Bảng tra thuỷ lực) ®Rln Ta có Þ tra bảng phụ lục 8-3 Ta được ® h = Bảng 4.15: Bảng Kết quả tính toán thủy lực kênh hạ lưu TT Q(m3/s) f(Rln)  Rln(m) bk(m) b/Rln h/Rln h (m) Zh(m) 1 250 0.00107 3.43 28 8.16327 1 3.43 29.93 2 500 0.00053 4.47 28 6.26398 1.15 5.1405 31.6405 3 524.4 0.00051 4.54 28 6.1674 1.16 5.2664 31.7664 4 1000 0.00027 5.57 28 5.02693 1.28 7.1296 33.6296 5 1181.63 0.00023 6.11 28 4.58265 1.34 8.1874 34.6874 4.3.4. Tính toán tiêu năng bằng mũi phun. 4.3.4.1. Mục đích: Để tránh trường hợp lượng nước xả qua tràn lớn, đổ về hạ lưu có thể gây xói lở, cuốn trôi chân công trình dẫn đến hư hỏng công trình. Ta phải áp dụng biện pháp tiêu năng dòng chảy để đảm bảo cho hạ lưu công trình được an toàn. 4.3.4.2. Phương pháp tính: Do địa chất tuyến tràn và hạ lưu là đá gốc nên công trình phương pháp tiêu năng thích hợp là tiêu năng bằng mũi phun. Chọn phương pháp tính toán mũi phun theo “ Quy trình tính toán thuỷ lực công trình xả kiểu hở và xói lòng dẫn bằng đá do dòng phun ” (14TCN 81- 90). 4.3.4.3. Trường hợp và nội dung tính toán: a. Tính toán với các cấp lưu lượng Q: 250; 500; 524,4; 1000; 1181,63 (m3/s). Mũi phun tiêu năng với độ dốc ngược có tác dụng phóng dòng nước lên cao, làm tiêu hao bớt năng lượng dòng chảy trong không khí trước khi đổ xuống hạ lưu. Vì vậy cần tìm góc a hợp lý, góc a thường chọn theo kinh nghiệm a = (10¸15)0 - Chọn độ dốc mũi phun: im = - 0,27 ® a = 150 - Chọn chiều dài mũi phun: Lm = 5 (m) - Lấy gần đúng độ sâu dòng chảy trên mũi phun bằng độ sâu cuối dốc: hH = hcd. Tương ứng ta có VH = Vcd (m/s) - Kênh hạ lưu có các thông số sau: + Cao trình đáy: Zđ = 26,5 (m) + Mái dốc: m = 1,5 + BK = Bd + Độ nhám lòng sông: n = 0,017 + Độ dốc lòng kênh: i = 0,001 - Cao trình mực nước hạ lưu (Zh) tương ứng với từng cấp lưu lượng. - Chiều dài phóng xa của luồng chảy khi ra khỏi mũi phun đến mực nước hạ lưu: Trong đó: Ka: Hệ số xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khi phóng xa; nếu > 35 thì Ka = 0,8 ÷ 0,9; nếu< (30-35) thì Ka = 1. Zo: Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu có xét tới lưu tốc tới gần Zo = MNLTK – Zh; MNLTK = 49,43 m. ZH: Chênh lệch mực nước thượng lưu với đầu mũi phun j: Hệ số lưu tốc có kể đến tổn thất cột nước trên toàn tuyến; . - Ta có Ñcuối dốc = Ñđầu dốc - iL = 34,3 (m) - Ñmũiphun= Ñcuối dốc+ imLm = 34,3 + 0,27*5 = 35,65 (m) Vậy cao trình phun: Zm = 35,65 (m) ® ZH = 49,43 – 35,65 = 13,78 (m) ® - Ta có: ; FrH là hệ số Frút tại mặt cắt dòng chảy ra khỏi mũi phun a: Góc hợp bởi phương nằm ngang với chiều véc tơ vận tốc trung bình ở mặt cắt ra mũi phun. - i = 0,27 = tga ® sina = 0.26 ® sin2a = 0,5 - Đường kính tương đương của đá nền lấy trung bình d = 2(m); - Ứng với mỗi cấp lưu lượng Q ta tính: ; B = 28 m - ® - Tính: và Với T là chênh lệch mực nước thượng và đáy hạ lưu; T = 49,18 – 26,5 = 22,68 m. Kết quả tính toán ghi ở bảng 4.16 Bảng 4.16: Kết quả tính toán tiêu năng. Q (m3/s) ZH (m) Z0 (m) Zh (m) Zm (m) hH (m) VH(m/s) FrH Ka L (m) hKCN (m) n Hkht(m) T (m) 250 13.78 20.33 29.93 35.65 0.924 9.66 0.587 10.295 1 13.37 6.105 0.327 5.51 22.68 0.18 4.118 500 13.78 19.13 31.641 35.65 1.59 11.21 0.682 8.056 1 14.91 9.691 0.519 8.29 22.68 0.12 2.736 542.4 13.78 19.01 31.766 35.65 1.669 11.22 0.682 7.689 1 14.80 10.231 0.548 8.68 22.68 0.11 2.611 1000 13.78 17.69 33.63 35.65 2.814 12.69 0.772 5.834 1 15.75 15.384 0.824 12.25 22.68 0.08 1.851 1181.63 13.78 17.04 34.687 35.65 3.22 13.11 0.797 5.441 1 15.55 17.194 0.921 13.45 22.68 0.07 1.687 Từ kết quả tính toán trên ta thấy ứng với các cấp lưu lượng đều thoả mãn các điều kiện nêu trong điều 4.2 của 14TCN 81 - 90 là: 0.05 £ £ 0.75 ;1 £ £ 30; FrH < 200. Vậy chiều sâu xói lòng dẫn được tính theo công thức: Với h là độ sâu nước trung bình ở hạ lưu ứng với các cấp lưu lượng; h = Zh - Zđ Cao trình đáy hố xói: Zx = Zh - t Khoảng cách từ điểm cuối của mũi phun đến hõm xói sâu nhất ở lòng dẫn hạ lưu được tính theo công thức: Trong đó: a1 : Góc đổ của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu. Theo 14TCN81-90; tga1= a: Chiều cao mũi phun so với đáy lòng dẫn hạ lưu: a = Zm - Zđ = 35,65 – 26,5 = 9,15m hH - là độ sâu dòng chảy trung bình trêm mũi phun VH - là vận tốc dòng chảy ở đầu mũi phun a - Là góc nghiêng được chọn như trên; a = 150 ® cosa = 0,97; tga = 0,27 Chiều sâu dx = Zđ - Zx Hình 4.5: Minh hoạ tiêu năng hố xói b. Vẽ đương bao hố xói: Mục đích của việc vẽ đường bao hố xói là để xác định mức độ hố xói lan vào chân dốc để có biện pháp xử lý thích đáng. Cách xác định: ứng với mỗi cấp lưu lượng xả qua tràn cho ta một cặp giá trị L1 và t khác nhau. Từ các giá trị L1 và t khác nhau ta vẽ được các điểm ngoài cùng của các hố xói, nối các điểm đó ta được đường bao hố xói. Kết quả tính toán để vẽ đường bao hố xói được thể hiện trong bảng 4.17 Hình 4.6: Minh hoạ đường bao hố xói Bảng 4.17: Kết quả tính toán đường bao hố xói. Q (m3/s) L (m) FrH Zh (m) Zđ (m) h (m) d (m) h/d hH (m) VH (m/s) a (m) cos tgα tgα1 t (m) L1 (m) ZX (m) dx (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) 250 13.30 10.166 29.097 26.5 2.60 1 2.6 0.928 9.62 9.15 0.97 0.27 1.285 3.39 15.95 25.70 0.80 500 14.75 7.844 30.296 26.5 3.80 1 3.8 1.607 11.12 9.15 0.97 0.27 1.052 5.36 19.85 24.94 1.56 542.4 14.80 7.689 30.423 26.5 3.92 1 3.92 1.669 11.22 9.15 0.97 0.27 1.036 5.53 20.14 24.89 1.61 1000 17.53 7.385 31.744 26.5 5.24 1 5.24 2.602 13.73 9.15 0.97 0.27 0.803 9.01 28.75 22.74 3.76 1181.6 17.52 7.017 32.395 26.5 5.90 1 5.9 2.958 14.27 9.15 0.97 0.27 0.744 10.16 31.19 22.23 4.27 4. 4 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN. 4.4.1. Kênh dẫn thượng lưu Kênh dẫn thượng lưu có mặt cắt hình thang, mở rộng dần dùng để dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn, các thông số của kênh dẫn như sau: - Hệ số mái kênh: m = 1, độ dốc kênh: i = 0. - Cao trình đáy kênh: +38,5 m. 4.4.2. Tường cánh thượng lưu Tường cánh thượng lưu có tác dụng hướng dòng chảy vào ngưỡng tràn ổn định, thuận dòng. Nó có cấu tạo dạng tường phản áp bảo vệ mái đất ở hai bên. Tường cánh thượng lưu là tường trọng lực, đổ liền với bản đáy, độ cao tường tăng dần từ đáy lên đỉnh. Vật liệu làm tường là bê tông cốt thép M200. Các thông số của tường: Chiều dài: L = 37,7 m. Chiều dày bản đáy: t = 0,8 m. 4.4.3. Ngưỡng tràn 4.4.3.1. Trụ pin Để tiện cho việc bố trí cửa van và cầu công tác, ta chia đập làm 3 khoang mỗi khoang rộng 8 m. Ngăn cách giữa các khoang là các trụ pin có bề dày 2,0 m, hai đầu trụ pin lượn tròn giúp cho dòng chảy được thuận hơn. Phía thượng lưu của trụ pin bố trí khe phai để phục vụ việc sửa chữa cửa van, khích thước khe phai (0,4x0,4) m. Trụ pin được làm bằng bê tông cốt thép M200 dày 2,0 m Đỉnh trụ pin lấy ngang với cao trình đỉnh đập = +51 m. 4.4.3.2 Cầu giao thông Cao trình mặt cầu giao thông bằng cao trình đỉnh đập, cầu giao thông được bố trí phía cuối ngưỡng tràn để không cản trở việc thao tác van và phai. Kết cấu cầu gồm bản mặt, dầm dọc, dầm ngang và các trụ cầu. 4.4.3.3. Cầu thả phai Đươc bố trí trước cửa van. Trên cầu thả phai bố trí đường ray cho cần cẩu thả phai. 4.4.3.4. Cửa van a. Kích thước cửa van Để giảm lực đóng mở cửa van và tăng khả năng điều tiết lưu lượng ta sử dụng cửa van hình cung. Cửa van hình cung là loại cửa van có bản chắn nước cong mặt trụ. Sau tấm chắn nước là hệ thống dầm tựa vào càng, chân càng tựa vào trục quay gắn vào trụ. Chuyển động khi nâng hạ cửa van là chuyển động quay. Ta có cấu tạo cửa van như sau: - Chiều rộng cửa van: Bv = 8 m. - Chiều cao cửa van: Hv = Htràn + 0,53 = 10,93 + 0,53 = 11,46 m. - Bán kính cong cửa van: R = (1,2÷1,5).Ht = (1,2÷1,5).11,46 = (13,75 ÷ 17,19). Chọn R = 14 m. b. Trọng lượng cửa van Trọng lượng cửa van bằng thép có thể xác định sơ bộ theo công thức do A.R.Bêrêzinkin đề nghị: (N) Trong đó: F là diện tích bản chắn nước (m2). Diện tích bản chắn nước của 1 cửa van: Trong đó: a - góc tại tâm cung bản chắn nước a = 430. R - bán kính của cửa van cung R = 14 m. Bv - bề rộng cửa van,