Bài giảng Thủy năng-Thủy điện - Chương 5: Đập dâng và công trình tháo lũ

Nội dung text: Bài giảng Thủy năng-Thủy điện - Chương 5: Đập dâng và công trình tháo lũ

1. TRƯỜNGTHỦY ĐẠI HỌC NĂNG BÁCH & KHOA THỦY TPỒ ĐIỆN CHÍ MINH THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN ChươngKHOA 5: Đập KỸ dâng THUẬT & XÂYCơng DỰNG trình tháo lũ THUỶChương NĂNG 5: Đập dâng & & THUỶCơng trình tháoĐIỆN lũ BỘ MƠN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC Chương 1 : Tổng quan. Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch khai thác. Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng lượng nước. Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện. Chương 5 : Đập dâng & cơng trình tháo lũ. Chương 6 : Cơng trình lấy nước và dẫn nước. PGS. TS. NGUYỄN THỐNG Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp. Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ nước va. 1 Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện. 2 PGS. TS. Nguyễn Tél. Thống (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP DÂNG & CƠNG TRÌNH THÁO LŨ 1. Tổng quát. ĐẬP DÂNG 2. Đập dâng. 3. Cơng trình tháo lũ. 3 4/4/2013 4 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM 5 6 PGS. Dr.TS. Nguyễn Nguyễn Thống Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 1
2. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM TỖNG QUAN VỀ ĐẬP DÂNG Nhiệm vụ: Đập dâng là một cơng trình thuỷ được xây dựng nhằm để giữ nước nhằm mục đích: Đổi hướng dịng chảy. Nâng cao mực nước. Tạo hồ chứa. 7 8 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ TỖNG QUAN VỀ ĐẬP DÂNG Đường nước dâng Hạ lưu sau NM: Điều hồ dịng chảy. Giảm lưu lượng đỉnh lũ. Tăng cường lưu lượng mùa kiệt. Mực nước khi chưa có đập Hạ lưu đoạn sơng sau đập NM Khúc sơng chết (nếu khơng cĩ lưu lượng hồn trả ngay sau đập, nhất là về mùa khơ). 9 10 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ THƠNG SỐ CHỌN VỊ TRÍ ĐẬP DÂNG HỒ CHỨA Phụ thuộc vào: MNGC Điều kiện địa hình; Wp.lũ MNDBT Điều kiện địa chất; Whi MNC Điều kiện thuỷ văn; MN KHI THÁO CẠN HỒ WCHẾT Điều kiện dân sinh; Điều kiện hiệu quả kinh tế-xã hội, tài chính. 11 12 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 2
3. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT Ít hoặc khơng bị nứt nẻ, Thường sử dụng bản đồ tỷ lệ 1/10.000 (bản Đàn hồi nhỏ, đồ khơng ảnh). Chịu lực cao. Nguyên tắc chọn vị trí đập: Các bước nghiên cứu: Tạo thành hồ chứa phía thượng lưu lớn Đi thực địa quan sát trực giác (giai đoạn quy nhất cĩ thể, hoạch), Khảo sát thăm dị với mật độ hố khoan, hố đào Tuyến cơng trình ngắn (kết hợp đủ chổ phù hợp với yêu cầu theo quy phạm theo từng để bố trí các cơng trình khác: tháo lũ, lấy giai đoạn, (giai đoạn Lập dự án đầu tư). nước, ). Thí nghiệm trong phòng, hiện tường (thiết kế 13 kỹ thuật). 14 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐIỀU KIỆN THUỶ VĂN ĐIỀU KIỆN DÂN SINH Lưu vực đủ lớn (càng lớn càng tốt về Hiện tượng đường nước dâng khi cĩ lũ mặt thu nước). kiểm tra di dân. Lưu lượng bùn cát nhỏ cĩ thể (dung tích chết MNC cao trình cửa lấy nước). Mực nước khi chưa có đập 15 16 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Ví dụ: Sơ bộ với đập cao 60m, độ dốc mặt thống TB là 4m/km chiều dài ảnh ĐẬP DÂNG hưởng về thượng lưu hồ là: Định nghĩa: Là một kiến trúc giới 60/4 = 15km. hạn bởi 2 mặt (thượng lưu và hạ Mất đất ở và nơng nghiệp lưu). Phía trên là kết cấu của một Ngập đường giao thơng đường giao thơng. Phía dưới là Ngập lịng hồ (mơi trường) Bảo đảm lưu lượng tối thiểu ở hạ lưu đập giới hạn nền và 2 bên bờ. nếu cần sau khi xây dựng hồ (hiện tượng đoạn sơng chết). 17 18 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 3
4. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Đê quay TL TL Đập dâng PHÂN LOẠI Kênh dẫn ĐẬP TRỌNG LỰC nước ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG NMTĐ ĐẬP VỊM ĐẬP DI ĐỘNG. HL BÌNH ĐỒ KHU ĐẦU MỐI 19 20 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP TRỌNG LỰC LỰC TÁC DỤNG Trọng lượng bản thân Áp lực nước thượng (hạ) lưu Áp lực khe rỗng (vật liệu sét, trong giai đoạn đầu) Áp lực thấm (chênh lệch MN thượng & hạ lưu) P Áp lực đẩy nổi (cĩ MN hạ lưu) Wn Ứng suất nhiệt Wn Lực do động đất A’ G Biểu đồ thấm t/h có bố 21 PHẢN LỰC NỀN. 22 PGS. TS. Nguyễn Thống trí thốt nước TL PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP BÊ TƠNG TRỌNG LỰC ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG - Nền đá. - Tuyến đập ngắn. - Vật liệu xi măng đến hiện trường (điều kiện về vận chuyển vật liệu). 285m ! VẬT LIỆU Hàm lượng xi măng: từ 100 đến 250kg/m3 có thể thay đổi tùy vị trí trong thân đập. 23 24 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 4
5. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ TÍNH ỔN ĐỊNH MỘT SỐ KẾT CẤU KHÁC Cân bằng (khơng bị trượt, lật dưới tác dụng - Vật thốt nước nền giảm áp lực thấm. của nước và các lực khác) - Màng chống thấm giảm lưu lượng thấm Thơng thường: độ dốc TK là m=0 và HL là qua nền. m=0.85 - Thốt nước nền lỗ khoang d=75mm, cự Đảm bảo điều kiện chịu lực của thân đập ly 1,5m đến 3m. (khơng sinh ra ứng suất kéo bê tơng - Khe lún, khe nhiệt. khơng thiết kế để chịu kéo nếu có cục bộ bố trí cốt thép chịu) và nền. 25 26 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Bài tập 1: Cho đập bê tông như hình sau. Bài tập 2: Cho đập bê tông có H=15m, b=12m. 3 H=20m, chiều rộng đỉnh b=4m, hệ số ma Hệ số ma sát f=0.75, bt=2.5T/m , hệ số 3 sát f=0.7, bt=2.5T/m , hệ số giảm áp =0.6. giảm áp =0.7, [k]truot_phang=1.2. Tính hệ số ổn định trượt phẳng. a. Kiểm tra ổn định theo điều kiện trượt ( =pA/H, <=1) B phẳng. B b. Tính k (quanh C). m =0.75 lật 2 m2 H m1=0.1 H m1=0 H1=4m A C 27 A b C 28 PGS. TS. Nguyễn Thống pA PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP ĐẤT & ĐÁ ĐỖ (Đập bằng VLĐP) 4/4/2013 29 30 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 5
6. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP ĐẤT 31 32 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG Yêu cầu chất lượng nền thấp so với đập bê tơng, Vật liệu sự dụng cĩ thể là đất, đá, Cĩ màng chống thấm trong thân đập (cĩ thể ở thượng lưu), Khối lượng đất đá sử dụng lớn (tiết diện lớn hơn đập bê tơng cùng chiều cao). 33 34 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ TÍNH ỔN ĐỊNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC Khác với đập bê tơng: - Tính ổn định trượt mái dốc cục bộ, - Tính ổn định khơng xĩi ngầm thân đập, - Hiện tượng đùn đất ở hạ lưu. SOFTWARE GEO-SLOPE 35 36 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 6
7. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ HIỆN TƯỢNG XĨI NGẦM HIỆN TƯỢNG XĨI NGẦM VÀ & ĐỀ PHỊNG Đề phòng xói ngầm: Tầng lọc ngược, vải địa chất 37 38 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP ĐÁ ĐỖ ĐẬP ĐÁ ĐỖ Hmax>(40-50)m 39 40 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP ĐẤT ĐÁ HỖN HỢP CƠNG TRÌNH THÁO LŨ 41 4/4/2013 42 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 7
8. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ CƠNG TRÌNH THÁO LŨ TỰ TRÀN NHIỆM VỤ Chủ động tháo nước ra khỏi hồ chứa khi cần (vào mùa lũ, hồ đã đầy nước (MNDBT) & nước tiếp tục vào hồ với lưu lượng ‘lớn’). 43 44 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. Dr.TS. Nguyễn Nguyễn Thống Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ CƠNG TRÌNH THÁO LŨ TỰ TRÀN CƠNG TRÌNH THÁO LŨ CĨ CỬA VAN 45 46 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐƯỜNG ĐẬP CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI H TRÀN DÂNG TL DỌC Đập tràn dạng Creager ĐƯỜNG Tiêu năng dạng phun HẦM DẪN (dòng nước khuếch tán vào DỊNG CT NỐI TIẾP- DỐC NƯỚC khơng khí để tiêu năng) HL 47 48 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 8
9. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG TL TIÊU NĂNG MŨI PHUN ĐẬP VỊM HỐ XĨI 49 50 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống HL THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Tràn mặt Tràn dưới sâu NHÌN TỪ HẠ LƯU 51 52 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Mục đích: Tháo lưu lượng ra khỏi CHẢY TRÀN MẶT Khơng áp hồ chứa khi cần thiết (mùa lũ & Đập tràn thực dụng Creager (có hồ đã đầy nước). hoặc khơng có cửa van tự tràn PHÂN LOẠI cao trình ngưỡng tràn Chảy tràn mặt (khơng áp) =MNDBT). Khả năng tháo lưu Chảy dưới sâu (có áp) lượng tốt. Đập tràn đỉnh rộng. Khả năng 53 tháo lưu lượng nhỏ hơn loại trên54 . PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 9
10. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG z h z1 3/ 2 h2 V Q  nmB 2gHo Với m hệ số lưu lượng [0.35 0.45], B L chiều rộng tràn, H =H+V2/2g với H chiều 0 cao cột nước tràn, V vận tốc đến gần, n hệ số ngập [0 1], =1 chảy KHƠNG ngập ĐẬP TRÀN ĐỈNH RỘNG 55 56 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ ĐẬP TRÀN ĐỈNH RỘNG THÁO LŨ DƯỚI SÂU (CHẢY CĨ ÁP) 1  Q  2g Z Q hB 2g Z0 1 i i Với B chiều rộng tràn, h chiều sâu cột   i tổng các tổn thất thủy lực dòng chảy nước tràn (trên đập),  hệ số ngập [0 1], i qua cống. z chênh lệch mực nước thượng & hạ lưu Với  hệ số tổn thất,  tiết diện ướt, z 2 & z0 = z + V /2g, V vận tốc đến gần. chênh lệch mực nước thượng & hạ lưu. 57 58 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TRÀN Xác định MNGC, Giả thiết các tổ hợp (B,H) quy Xác định cao trình đỉnh đập dâng mơ tràn, quy mơ đập, Tính điều tiết lũ (lũ với tần suất Tổng đầu tư T ($) cơng trình đầu thiết kế & kiểm tra), mối (chú ý đến đập & tràn), Chọn tổ hợp (B,H) cĩ T ($) min 59 60 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 10
11. THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Bài tập 1: Một đập tràn thực dụng được xây T ($) dựng để tháo lưu lượng lũ max là Tđập=f2(B,H) 1000m3/s. Cho biết cột nước tràn H=8m, Tđập+Ttràn=g(B,H) đập cĩ m=0.4, chảy khơng ngập. Tính Tmin chiều rộng B tràn. Bỏ qua ảnh hưởng vận tốc đến gần. Bài tập 2: Một đập thực dụng cao H1=20m, T =f (B,H) tràn 1 cột nước tràn H=6m, chiều rộng B=40m, hệ số lưu lượng m=0.4. Tính lưu lượng (B,H) tháo lớn nhất với sai số 2 lần tính liên tiếp (Bop,Hop) của Q là <1%. 61 62 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Bài tập 3: Một đập tràn đỉnh rộng Bài 4: Tính lưu lượng qua đập tràn thực dụng (i=0) được xây dựng để tháo lưu với sai số 2 lần tính liên tiếp < 1%(chảy không ngập): lượng lũ max là 200m3/s. Cho biết Cột nước tràn H=6m, hệ số lưu lượng m=0.42, cột nước tràn khi hồ ở MNDBT là chiều rộng tràn B=25m, đập cao H1= 25m. H=4m & chiều sâu nước hạ lưu là Bài 5: Tính chiều rộng tràn B để tháo lưu lượng 3.6m, chảy ngập có =0.8. Tính Q=800m3/s. Đập có m=0.4, cột nước tràn chiều rộng B tràn. Bỏ qua ảnh H=5m. Đập cao 15m. Bỏ qua vận tốc đến hưởng vận tốc đến gần. gần. Giả thiết chảy không ngập qua đập. 63 64 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Chương 5: Đập dâng & Cơng trình tháo lũ Bài 6: Tính lưu lượng tháo lớn nhất của một đập tràn tháo sâu có độ chênh mực nước thượng & hạ lưu là 25m, cống tháo lũ hình vuơng có cạnh b=3m. Tổng tổn thất năng lượng tại cửa vào, cục bộ & đường dài trong cống là =8. 65 4/4/2013 66 PGS. TS. Nguyễn Thống 11