Bài giảng Công trình thủy - Chương 5: Công trình tháo lũ

Nội dung text: Bài giảng Công trình thủy - Chương 5: Công trình tháo lũ

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 7/23/2014 1 7/23/2014 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ NHIỆM VỤ NHIỆM VỤ - 7/23/2014 3 7/23/2014 4 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • NHIỆM VỤ NHIỆM VỤ 7/23/2014 5 7/23/2014 6 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 1
2. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • NHIỆM VỤ NHIỆM VỤ 7/23/2014 7 7/23/2014 8 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ NHIỆM VỤ NHIỆM Đập dâng TL CTTL Bên VỤ Đường tràn dọc Hầm tháo lũ thi cơng Dốc nước Miệng ra Đập tràn đ/hầm CTTLBên Mũi phun cuối Cơng trình nối Dịng sơng cũ dốc nước 7/23/2014 HL tiếp dốc nước9 7/23/2014 10 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ NHIỆM VỤ NHIỆM VỤ TL MÁNG TRÀN NGANG 7/23/2014 11 7/23/2014 12 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 2
3. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ NHIỆM VỤ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH - Tháo lưu lượng thừa của dòng chảy đến hồ chứa trong THÁO LŨ mùa lũ về hạ lưu một cách có tổ chức & an toàn cho Xác định H tràn (cao trình ngưỡng) và B tràn công trình. Bài toán kỹ thuật & kinh tế - Tháo lũ với các tần suất tương ứng với cấp công trình: Mỗi tổ hợp (H,B) tính điều tiết lũ: Cấp I : tần suất lũ p=0.01% MNGC quy mô đập dâng, ngập lòng hồ Cấp II : tần suất lũ p=0.1% Ngập hạ lưu Cấp III : tần suất lũ p=0.5% Quy mô đập tràn, cửa van, thiết bị Cấp IV : tần suất lũ p=1% Lựa chọn tổ hợp (H,B) kinh tế nhất Cấp V : tần suất lũ p=2% 7/23/2014 13 7/23/2014 14 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ PHÂN LOẠI • ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG - Theo vị trí: Công trình tháo lũ trong thân đập (tràn mặt, Công trình tháo lũ trong thân đập (đập tràn, tràn dưới sâu): cống tháo nước dưới sâu ) Đập dâng là bê tông Công trình tháo lũ ngoài thân đập (đập tràn, máng tràn ngang, giếng tháo lũ ) Công trình tháo lũ ngoài thân đập (tràn mặt, - Theo chế độ thủy lực: giếng, máng tràn ngang): Công trình tháo lũ mặt (chảy không áp) Đập dâng là vật liệu địa phương Công trình tháo lũ dưới sâu (chảy có áp) Đập dâng là bê tông nhưng không đủ chỗ bố Công trình tháo lũ có cửa van, tự tràn. trí tràn Tháo lũ thi công bằng đường hầm có thể kết 7/23/2014 15 7/23/2014 16 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr.hợp Nguyễn tháo Thống lũ thiết kế CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CẤU TẠO ĐẬP TRÀN THÁO LŨ CẤU TẠO ĐẬP TRÀN THÁO LŨ Bằng bê tông (cốt thép), nước chảy tràn trên thân, qua các khoang tràn có hoặc không có van. Các thành Công trình nối tiếp (dốc nước, bậc phần: Kênh dẫn thượng lưu nước) Tường cánh hướng dòng Tường biên hạ lưu Ngưỡng tràn (thực dụng, đỉnh rộng). Tự tràn thì H 40-50m. Kênh dẫn hạ lưu Trụ van (chia đập nhiều khoang, mố trụ cầu, đở cửa van). 7/23/2014 17 7/23/2014 18 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 3
4. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ TÍNH TOÁN THỦY LỰC • THỦY LỰC Tính toán thủy lực kênh dẫn vào (dòng chảy Đập tràn thực dụng: ổn định không đều). 3/ 2 2 Q nmBi 2gH0 V0 H0 H Tính thủy lực đập tràn (xác định khả năng i 2g tháo của đập, phục vụ tính toán điều tiết lũ n hệ số ngập (0 1) & từ đó xác định kích thước hợp lý đập tràn m: hệ số lưu lượng (0.35 0.54) theo quan điểm kinh tế). Có thể chảy ngập : hệ số co hẹp bên (0 1) (đập tràn đỉnh rộng), không ngập (khi là đập B, H chiều rộng và cột nước tràn tràn thực dụng). H0 cột nước tràn có kể đến vận tốc đến 7/23/2014 19 7/23/2014gần 20 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • THỦY LỰC BÀI TẬP Đập tràn đỉnh rộng: Bài 1: Tính lưu lượng qua đập tràn thực dụng có: V2 Cột nước tràn H=6m Q bH 2g Z 0 - n 0 Z0 Z 2g - Hệ số lưu lượng m=0.42 - Chiều rộng tràn B=25m hệ số ngập (0 1) n - Vận tốc đến gần sơ bộ là V=1.5m/s b, H chiều rộng và cột nước tràn Bài 2: Tính chiều rộng tràn B để tháo lưu lượng 3 Z 0 chênh lệch mực nước thượng hạ Q=800m /s. Đập có m=0.4, cột nước tràn lưu có kể đến vận tốc đến gần. H=5m và bỏ qua ảnh hưởng vận tốc đến gần. 7/23/2014 21 7/23/2014Giả thiết chảy không ngập qua đập. 22 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • BÀI TẬP Tính thấm dưới đáy công trình: Bài 3: Tính khả năng tháo của một đập tràn thực kiểm tra ổn định thấm toàn bộ, cục bộ dụng loại tự tràn có H=3m, chiều rộng lưu lượng thấm B=25m. Đập cao 10m và hệ số lưu lượng áp lực thấm dưới đáy công trình tính ổn m=0.4. Giả thiết chảy không ngập qua đập. Sai định trượt, lật. số Q hai lần tính liên tiếp <1%. Tính cường độ: Kết cấu đập dưới tác dụng ngoại lực (thân đập tràn, trụ van, tường cánh ). Tính ổn định: Ổn định trượt, lật, đẩy nổi. 7/23/2014 23 7/23/2014 24 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 4
5. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • ĐƯỜNG TRÀN THÁO LŨ • THÀNH PHẦN ĐƯỜNG TRÀN DỌC Là công trình đặt ven bờ hồ chứa, trong trường • THÁO LŨ hợp không cho phép hoặc không có điều kiện Kênh dẫn vào tháo lũ qua đập dâng nước: Ngưỡng tràn Bao gồm các loại: đường tràn dọc, máng tràn Công trình chuyển (nối) tiếp: ngang, cống ngầm, xiphông (có cửa van hoặc dốc nước: độ dốc bé (<12% và nền tốt-đá không có cửa van), giếng tháo lũ. hoặc gần đá) bậc nước: độ dốc lớn, nền đất Tiêu năng cuối công trình (mũi phun, bể tiêu năng, tường tiêu năng) 7/23/2014 25 7/23/2014 26 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ THÀNH PHẦN MÁNG TRÀN NGANG THÁO LŨ MÁNG Kiểu hở, ngưỡng tràn đặt dọc bờ hồ nước từ ngưỡng tràn chảy vào máng thường thay đổi hướng 900 và TRÀN sau đó đi vào công trình nối tiếp Ngưỡng tràn NGANG Máng ngang (lưu lượng tăng dần về hạ lưu biến lượng). Công trình chuyển tiếp (dốc nước, bậc nước, giếng+đường hầm) Tiêu năng cuối công trình (mũi phun, bể tiêu năng, tường tiêu năng) 7/23/2014 27 7/23/2014 28 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • GIẾNG THÁO LŨ • CẤU TẠO GIẾNG THÁO LŨ Xây dựng tại vùng thượng lưu hồ có bờ Phểu tràn dạng đập tràn đỉnh rộng, diện tràn dốc, đá và không đủ chỗ bố trí các dạng là hình tròn. công trình tháo lũ khác: Đoạn chuyển tiếp thẳng đứng Thường xây dựng khi có thể kết hợp với Giếng đứng đường hầm tháo lũ dẫn dòng thi công. Đoạn uống cong Đường hầm ngang Tiêu năng cuối đường hầm 7/23/2014 29 7/23/2014 30 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 5
6. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • GIẾNG THÁO LŨ • GIẾNG THÁO LŨ 7/23/2014 31 7/23/2014 32 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • XI PHÔNG THÁO LŨ XI PHÔNG Là công trình tháo lũ dạng ống. THÁO LŨ Tự động tháo nước khi lũ về Bố trí trong thân đập bê tông hoặc đập đất có cột nước thấp. 7/23/2014 33 7/23/2014 34 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CÔNG TRÌNH NỐI TIẾP CÔNG TRÌNH NỐI TIẾP & TIÊU NĂNG Nhiệm vụ: Chuyển nước từ cao độ H cao (sau công trình tháo lũ) xuống cao độ thấp (đáy sông hạ lưu sau đập dâng). 7/23/2014 35 7/23/2014 36 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 6
7. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CÔNG TRÌNH NỐI TIẾP & TIÊU NĂNG CÔNG TRÌNH NỐI TIẾP & TIÊU NĂNG Nước nhảy Nước nhảy ngập ngập Nước nhảy ngập Tiêu năng 7/23/2014 37 7/23/2014 38 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống mũi phun CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CỬA VAN CỬA VAN PHẲNG Van phẳng Van cung 7/23/2014 39 7/23/2014 40 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CỬA CỬA VAN VAN PHẲNG PHẲNG 7/23/2014 41 7/23/2014 42 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 7
8. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CỬA VAN PHẲNG CỬA VAN PHẲNG Khe van TL Van phẳng HL 7/23/2014 Trụ van 43 7/23/2014 44 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ TL CHỐNG THẤM ĐÁY CỬA VAN PHẲNG HL 7/23/2014 45 7/23/2014 46 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • CỬA VAN PHẲNG • CỬA VAN PHẲNG 7/23/2014 47 7/23/2014 48 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 8
9. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ TRỌNG LƯỢNG CỬA VAN PHẲNG LỰC NÂNG VAN PHẲNG Trọng lượng sơ bộ của van phẳng: F K G K (T T ) 1 2 a S G K PL K1=1,1 hệ số án toàn TLBT K =1,2 hệ số án toàn lực ma sát. L(m): chiều rộng khoang (van). 2 T =fP: lực ma sát P(tấn): áp lực thuỷ tỉnh. a f: hệ số ma sát K: TS: ma sát do bộ phận chống rò rĩ bên. Cửa van có bộ phận di động trượt: K=0.09, =0.73 Cửa van có bộ phận di động lăn: K=0.12, =0.71 7/23/2014 49 7/23/2014 50 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ Bài tập: Xác định lực nâng van phẳng có chiều rộng B=5m, chiều cao h=4m. Cho biết hệ số ma sát giữa van và khe là f=0.4. Lấy sơ bộ ma sát bộ phận chống rò rĩ là 20% ma sát trượt giũa van và khe. Lấy CỬA VAN CUNG g=10m/s2. 7/23/2014 51 7/23/2014 52 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CỬA CỬA VAN VAN CUNG CUNG 7/23/2014 53 7/23/2014 54 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 9
10. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CỬA VAN CUNG CỬA VAN CUNG T F 2 dầm chính 7/23/2014 55 7/23/2014 56 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • CỬA VAN CUNG • CỬA VAN CUNG 7/23/2014 57 7/23/2014 58 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ • CỬA VAN CUNG • CỬA VAN CUNG 7/23/2014 59 7/23/2014 60 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 10
11. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ TRỌNG LƯỢNG CỬA VAN CUNG Bài tập: Xác định trọng lượng van cung có Trọng lượng sơ bộ của van phẳng: chiều rộng B=8m. Sơ đồ như hình vẽ. Cho G K PL biết van là loại có càng thẳng góc. Lấy g=10m/s2. L(m): chiều rộng khoang (van). P(tấn): áp lực thuỷ tỉnh. R=8m K: 0 Càng quay thẳng góc: K=0.15, =0.70 30 h Càng quay thẳng góc: K=0.11, =0.69 7/23/2014 61 7/23/2014 62 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ Bài tập: Xác định lực nâng T van cung có CÂU HỎI ÔN chiều rộng B=8m. Bỏ qua ma sát. Tâm bản Phát biểu nào sau đây là sai: mặt thấp hơn tâm quay 10cm. Sơ đồ như CT tháo lũ trong thân đập được dùng khi đập hình vẽ. Cho biết van là loại có càng thẳng dâng là đập bê tông. góc. Lấy g=10m/s2. T CT tháo lũ ngoài thân đập được dùng khi đập R=8m O dâng là đập vật liệu địa phương. 10cm 0 Đập đá đổ cho phép nước tràn qua đỉnh. 60 ’ h O 2R/3 Đập đá xây cho phép nước tràn qua đỉnh. G 7/23/2014 F 63 7/23/2014 64 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CÂU HỎI ÔN CÂU HỎI ÔN Phát biểu nào sau đây là ĐÚNG Phát biểu nào sau đây là SAI : Đường tràn dọc được dùng khi địa hình dốc Đường tràn dọc là công trình tháo lũ Máng tràn ngang được dùng khi địa hình dốc , ngoài thân đập bờ sông hẹp Dòng chảy trong máng tràn ngang là dòng Dốc nước được dùng khi dịa hình có độ dốc i > biến lượng 25% Chế độ thủy lực của đường tràn dọc phức Bậc nước được dùng khi địa hình có độ dốc i < tạp hơn máng tràn ngang 8% Câu a và b 7/23/2014 65 7/23/2014 66 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống 11
12. CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ Chương 5: Công trình tháo lũ CÂU HỎI ÔN CÂU HỎI ÔN Phát biểu nào sau đây là ĐÚNG : Bố trí cửa van trong CTTL nhằm mục đích: Đập tràn có cửa van có độ an toàn phòng Giảm MNGC trong hồ lũ cao hơn tự tràn Giảm giá thành CTTL Bậc nước thường dùng khi nền đá có độ dốc i < 8% Giảm chiều rộng tràn và điều tiết lưu lượng Đập tràn thực dụng được dùng khi nền Giảm chiều rộng tràn và tăng lưu lượng tháo đất lũ. Đập tràn đỉnh rộng được dùng khi nền đá 7/23/2014 67 7/23/2014 68 PGS. Dr. Nguyễn Thống PGS. Dr. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY Chương 5: Công trình tháo lũ 7/23/2014 69 PGS. Dr. Nguyễn Thống 12