Bài giảng Công trình thủy - Chương 3: Hồ chứa nước

Nội dung text: Bài giảng Công trình thủy - Chương 3: Hồ chứa nước

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM CÔNG TRÌNH THỦY Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế cơng trình thủy lợi (CTTL). Chương 3. Hồ chứa nước. Chương 4. Đập dâng nước Chương 5. Cơng trình tháo lũ Chương 6. Cơng trình dẫn nước. Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Chương 7. Máy thủy lực. E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Chương 8. Thủy điện. Chương 9. Trạm bơm Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 7/21/2014 1 7/21/2014 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước HỒ CHỨA NƯỚC • HỒ CHỨA NƯỚC Nhiệm vụ. • Điều hòa lưu lượng sử dụng theo thời gian (ngày, tuần, tháng, năm, nhiều năm). Trử vào thời đoạn sông nhiều nước Cấp bổ sung trong thời đoạn sông ít nước 7/21/2014 3 7/21/2014 4 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • HỒ CHỨA NƯỚC • HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 5 7/21/2014 6 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 1
2. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • HỒ CHỨA NƯỚC • HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 7 7/21/2014 8 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước HỒ CHỨA NƯỚC HỒ CHỨA NƯỚC (Đập vòm) 7/21/2014 9 7/21/2014 10 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • HỒ CHỨA NƯỚC • HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 11 7/21/2014 12 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 2
3. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • HỒ CHỨA NƯỚC HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 13 7/21/2014 14 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước HỒ CHỨA • HỒ CHỨA NƯỚC NƯỚC 7/21/2014 15 7/21/2014 16 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • HỒ CHỨA NƯỚC HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 17 7/21/2014 18 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 3
4. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước HỒ CHỨA NƯỚC • HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 19 7/21/2014 20 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • HỒ CHỨA NƯỚC HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 21 7/21/2014 22 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước HỒ CHỨA HỒ CHỨA NƯỚC NƯỚC Khoan phụt xử lý nền 7/21/2014 23 7/21/2014 24 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 4
5. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước HỒ CHỨA NƯỚC 7/21/2014 25 7/21/2014 26 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY ÉNERGIE & CENTRALE HYDRAULIQUE Chương 3: Hồ chứa nước Chap. 5 : Barrages, évacuateurs de crues. MNGC MNDBT MNTL Đập dâng MNC Đáy hồ 7/21/2014 27 7/21/2014 28 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ MỰC NƯỚC HỒ CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DUNG TÍCH - MNGC (Mực nước gia cường) - Dung tích hửu ích: Giới hạn bởi MNDBT và MNC. - MNDBT (Mực nước dâng bình - Dung tích phòng lũ: Giới hạn bởi MNGC (hoặc thường) MNTL) và MNDBT. - MNTL (Mực nước trước lũ) - Dung tích chết: Giới hạn bởi MNC và cao trình - MNC (Mực nước chết) đáy hồ chứa. 7/21/2014 29 7/21/2014 30 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 5
6. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước ĐƯỜNG CONG ĐẶC TÍNH HỒ ĐƯỜNG CONG ĐẶC TÍNH HỒ CHỨA Z (m) - F =g(Z) : diện tích mặt thoáng hồ theo cao độ Z. - W =f(Z) : dung tích hồ theo cao độ z Dùng bản đồ tỷ lệ 1/10.000 (chênh lệch Z0 (m) đường đồng cao độ là 5m) hoặc 1/5.000. 0 F(km2) Z0 (m): cao trình đáy hồ 3 7/21/2014 31 7/21/2014 W(tr.m32 ) PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước TÍNH TOÁN MNC TÍNH TOÁN MNDBT HỒ CHỨA Dựa vào nhu cầu dung tích bùn cát lắng NÔNG NGHIỆP đọng trong hồ trong N năm (phụ thuộc Các bước tính: cấp công trình) Wchết MNC1 Xác định MNC trước, Dựa vào cao trình tối thiểu để có thể tự Xác định dung tích hữu ích (Whi), dùng phương pháp cân bằng nước (ví dụ tính chảy đến vùng canh tác MNC2. sau), MNC = max(MNC1, MNC2) Có (Wchết+Whi) MNDBT. 7/21/2014 33 7/21/2014 34 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước 3 3 3 T(th) Qden(m /s) Qdung(m /s) W(tr.m ) Cộng dồn W TÍNH Whi 1 20 30 25.92 25.92 2 50 50 0 25.92 Nguyên lý: 3 60 60 0 25.92 4 60 80 51.84 77.76 Phương trình cân bằng nước: 5 70 90 51.84 129.6 6 80 87 18.144 147.74 W 7 80 100 51.84 199.58 W= chênh lệch = Wdung - Wden 8 100 80 -51.84 147.74 9 100 30 -181.44 -33.69 10 500 30 -1218.2 -1252 11 800 30 -1995.8 -3248 12 1500 30 -3810.2 -7058 Tổng 3420 (m3/s) 697 (m3/s) 7/21/2014 35 7/21/2014 36 3 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS.Delta(tr.m Dr. Nguyễn3) Thống7058 (m ) 6
7. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước BÀI TẬP Dung tích hửu ích Whi T(th) Qden(m3/s) Qdung(m3/s) Gọi W là hàm cộng dồn của (W -W ). 1 20 30 dung den 2 50 50 3 60 60 Wmaxvà Wmin là giá trị max và min của hàm W. 4 200 80 5 250 90 6 100 120 Whi = Wmax-Wmin- Delta 7 80 100 3 =199,58 -(-7058) - 7058=199,58tr.m 8 200 80 9 500 30 10 100 30 11 25 30 7/21/2014 37 7/21/2014 12 20 50 38 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước KẾT QUẢ: TÍNH MNDBT HỜ CHỨA THUỶ ĐIỆN 3 Tổng(tr.m ) Max= 25.92 Nguyên lý: 1605 750 Min= -2307 - Giả thiết cớ định MNC 3 Delta(W) 2216.16 Whi(tr.m )= 116.64 - Giả thiết lần lượt các giá trị MNDBT khác nhau (gia sớ Z). Mỡi tổ hợp (MNDBT,MNC) tính Delta =30*86400*(1605-750)/1000000 thuỷ năng Điện lượng trung bình E (thường là TB năm). Chú ý MNDBT lớn E lớn 7/21/2014 39 7/21/2014 40 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước Mỡi cặp (MNDBT,MNC) tính đầu TÍNH TOÁN MNGC tư vào cơng trình (đập, tràn, nhà Định nghĩa: Mức nước gia cường là mực máy, .). Chú ý MNDBT lớn nước cao nhất trong hồ khi xãy ra lũ Đầu tư càng lớn. thiết kế hoặc kiểm tra tại hồ chứa. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ VỀ MẶT Phương pháp tính: Dùng phương trình cân KINH TẾ GIỮA SỰ GIA TĂNG bằng nước với đường quá trình lũ đến có THU NHẬP (TĂNG ĐIỆN) & SỰ tần suất p% tuỳ theo cấp công trình (lập GIA TĂNG CHI PHÍ ĐẦU TƯ bảng, lập trình máy tính, đồ thị) & quá CƠNG TRÌNH. trình tháo lũ qua đập tràn. 7/21/2014 41 7/21/2014 42 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 7
8. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước CÔNG CỤ VÀ SỐ LIỆU TÍNH Ví dụ: Một hồ chứa nông nghiệp có MNDBT=100m, cao độ đáy hồ Z =50m. - Đường cong dung tích hồ W=f(z) dayho Đập tràn thực dụng có B=20m, hệ số lưu - Quan hệ giữa cột nước tràn H và dung lượng m=0.4092. Cao độ ngưỡng tràn là 96m. tích hồ W. MNDBT=100m - Công thức tính lưu lượng qua đập tràn. Htràn Ztran =96m Đập tràn Zdayho =50m 7/21/2014 43 7/21/2014 44 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước Quan hệ giữa dung tích hồ W và cao độ mực QUÁ TRÌNH LŨ ĐẾN nước hồ Z như sau: T (phut) Qden T (phut) Qden 420 1100 3 3 3 W 10 (Z Z ) (m ) 0 0 480 1300 dayho 60 50 540 1200 Lưu lượng qua đập tràn như sau (xem như 120 120 600 900 dòng chảy qua tràn không ngập): 180 160 660 600 3/ 2 3 240 250 720 400 Qtran mB 2gHtran (m /s) 300 500 780 200 360 800 840 50 7/21/2014 45 7/21/2014 46 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 900 0 CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước QUÁ TRÌNH LŨ ĐẾN HƯỚNG DẪN 1400 Wtru Who Htran 1200 T (ph) Qden Qxa (tr.m3) (tr.m3) Zho(m) (m) 1000 125 100 4 800 0 0 0 0 125 100 4 600 Q(m3/s) 60 50 50 0 125 100 4 400 120 120 120 0 125 100 4 200 0 180 160 160 0 125 100 4 0 200 400 600 800 1000 240 250 250 0 125 100 4 T(phut) 300 500 290.0 0.76 125.76 100.10 4.10 7/21/2014 47 7/21/2014360 800 300.99 1.80 127.55 100.34 4.3448 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 8
9. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước Wtru Who Htran T (ph) Qden Qxa (tr.m3) (tr.m3) Zho(m) (m) 420 1100 327.51 2.78 130.33 100.70 4.70 480 1300 369.49 3.35 133.68 101.13 5.13 LŨ DẠNG TAM GIÁC 540 1200 421.41 2.80 136.49 101.49 5.49 600 900 465.87 1.56 138.05 101.68 5.68 660 600 491.03 0.39 138.44 101.73 5.73 720 400 497.38 -0.35 138.09 101.69 5.69 780 200 491.70 -1.05 137.04 101.56 5.56 840 50 474.77 -1.53 135.51 101.36 5.36 7/21/2014900 0 450.31 -1.62 133.89 101.16 5.1649 7/21/2014 50 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước Cho đồ thị sau: Bài tập: Cho một hồ chứa có các thông 3 Q(m /s) Lũ đến số như sau (giả thiết cao độ đáy hồ B Qlũ-max Z0=0). C Xã lũ Qxã-max - Dung tích chết yêu cầu : 10tr.m3. - Dung tích hửu ích: 70tr.m3. D - Quan hệ dung tích hồ W và chiều sâu A T(h) T0 72h nước h trong hồ (kể từ đáy hồ đến Hãy cho biết ý nghĩa của diện tích ABD, ABC. mặt thoáng hồ). Mức nước hồ chứa tại thời điểm T ? 3 3 3 7/21/2014 0 51 7/21/2014 52 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống W(m ) 10 h CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước Giả thiết lũ đến hồ 72h, có dạng tam giác Q(m3/s) Lũ đến ABD. Lưu lượng đỉnh lũ là Qlũ-max=700 B m3/s. Lưu lượng xã lũ max qua tràn là Qlũ-max C Xã lũ 3 Qxã-max Qxã-max=500 m /s. a. Tính MNC. D b. Tính MNDBT. A c. Tính MNGC. 72h T(h) 7/21/2014 53 7/21/2014 54 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 9
10. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước Bài tập: Cho một hồ chứa có thông số sau: Giả thiết lũ đến có dạng tam giác ABD. - Dung tích chết yêu cầu : 25tr.m3. 3 Lưu lượng đỉnh lũ là Qlũ-max=600 m /s. - Dung tích hửu ích: 95tr.m3. Mực nước hạ lưu cao nhất cho phép là - Quan hệ W hồ và chiều sâu nước h. hhạ-max=6m. Giả thiết cao độ đáy hồ Z =0m. dayho a. Tính MNC. 3 3 3 W(m ) 10 h b. Tính MNDBT. Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu là: c. Tính MNGC. h Q400(m / s) h 3 7/21/2014 haluu 55 7/21/2014 56 PGS. Dr. Nguyễn Thống 6 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước GIỚI THIỆU ĐIỀU TIẾT LŨ VỚI LẬP Q(m3/s) TRÌNH MACRO TRONG EXCEL Lũ đến B Qlũ-max .\CTT-DH\DT_Lu C Qxã-max Xã lũ D A T(h) 60h 7/21/2014 57 7/21/2014 58 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước p=0.1% Bài tập: Một hồ chứa nước có đường cong dung tích hồ V (m3) theo cao trình mực /s 3 4 3 6000 m nước hồ Z (m ) : V = 10 (Z – 1) , cao trình 5000 MNDBT 30m , đường quá trình lũ có 4000 dạng tam giác với lưu lượng đỉnh lũ Qmax 3 3000 =1100m /s , thời gian lũ T = 40 giờ. Đập tự 2000 tràn có lưu lượng tháo lũ tối đa qmax= 3 1000 500m /s . Hãy xác định cao trình MNGC (h) 0 (m) 0 5 10 15 20 25 30 35 a. 31,62 b. 31,80 c. 31,50 d. 32,0 7/21/2014 59 7/21/2014 60 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 10
11. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • CÂU HỎI ÔN • CÂU HỎI ÔN Phát biểu nào sau đây là ĐÚNG : Dung tích gia cường của hồ chứa nước phụ Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là thuộc vào : mực nước cao nhất trong hồ chứa Tổng chiều dài tràn nước của công trình Mực nước chết (MNC ) là mực nước thấp tháo lũ trong mùa khô MNDBT Mực nước lũ thiết kế (MNLTK ) là mực MNC nước cao nhất trong mùa lũ Cả 3 câu trên Cả 3 câu trên đều không đầy đủ 7/21/2014 61 7/21/2014 62 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 3: Hồ chứa nước Chương 3: Hồ chứa nước • CÂU HỎI ÔN Bộ phận nào sau đây KHÔNG nhất thiết phải có trong đập đất đá hỗn hợp: • HẾT CHƯƠNG 3 Bộ phận chống thấm Bộ phận thoát nước Thân đập Đỉnh đập 7/21/2014 63 7/21/2014 64 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 11