Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa

pdf 78 trang ngocly 2490
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_thuy_van_cong_trinh_chuong_5_dieu_tiet_dong_chay_b.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa

  1. Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước Bộ môn Thuỷ văn – Tài nguyên nước THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa 1
  2. 5.1 Hồ chứa và điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa 2
  3. Khái niệm chung  Sự cần thiết điều tiết dòng chảy:  Các nguồn nước trong tự nhiên có đặc điểm:  phân bố không đều theo không gian  phân bố không đều theo thời gian  Nhu cầu về nước của con người cũng biến đổi theo không gian và thời gian  Sự biến động nhu cầu về nước của con người và sự biến động dòng chảy tự nhiên thường lệch pha nhau 3
  4. Khái niệm chung Khái niệm điều tiết dòng chảy  Điều tiết dòng chảy là tất cả các tác động của con người vào dòng chảy tự nhiên nhằm phân phối lại dòng chảy tự nhiên theo thời gian, không gian cho phù hợp với yêu cầu về nước của con người. 4
  5. Khái niệm chung Các biện pháp điều tiết dòng chảy  Biện pháp công trình:  Đê  Kè  Kho nước (hồ chứa)  Trạm bơm  Cống Trong đó, hồ chứa là biện pháp công trình có khả năng làm thay đổi sâu sắc chế độ dòng chảy sông ngòi theo thời gian và không gian. Ngoài ra, hồ chứa còn làm thay đổi thế năng và động năng ở những vị trí cục bộ được ứng dụng để xây dựng các nhà máy thủy điện.  Biện pháp phi công trình:  Biện pháp nông nghiệp: bờ vùng bờ thửa, ruộng bậc thang  Biện pháp lâm nghiệp: trồng rừng 5
  6. Khái niệm chung Phân loại điều tiết dòng chảy  Theo nhiệm vụ:  Điều tiết phục vụ nông nghiệp  Điều tiết phục vụ phát điện  Điều tiết phục vụ công nghiệp  Điều tiết lợi dụng tổng hợp  Theo chu kỳ điều tiết:  Điều tiết năm  Điều tiết nhiều năm  Điều tiết tuần  Điều tiết ngày đêm  Các bài toán điều tiết đặc biệt:  Điều tiết lũ  Điều tiết bổ sung  Điều tiết bậc thang 6 
  7. Khái niệm chung Kho nước  Kho nước là nơi trữ nước với dung tích lớn nhỏ khác nhau:  Bể chứa nước kín: bể bằng kim loại, đá xây hoặc bê tông, được đặt ở trên cao (các tháp nước), trên mặt đất hoặc dưới nước  Bể chứa nước hở: được xây dựng trên mặt đất hoặc vừa đào vừa đắp.  Kiểu hồ chứa: được xây dựng ngay trên các khe suối, trên sông bằng các đập chắn ngang sông 7
  8. Khái niệm chung Hồ chứa và các công trình đầu mối  Hồ chứa là công trình trữ nước nhân tạo được xây dựng trên các khe suối, trên sông bằng các đập chắn ngang sông.  Chức năng chính của hồ chứa là làm ổn định dòng chảy bằng cách điều tiết khả năng cấp nước của dòng chảy tự nhiên hoặc thỏa mãn các yêu cầu về nước khác nhau của các hộ dùng nước. 8
  9. Khái niệm chung Hồ chứa và các công trình đầu mối  Các công trình đầu mối:  Đập chắn  Công trình lấy nước: cống lấy nước  Công trình tháo lũ: đập tràn tự do, cống ngầm, xi phông hoặc kết hợp. Các công trình tháo lũ có hai hình thức: có cửa đóng mở hoặc không có cửa đóng mở. 9
  10. Một số hình ảnh về hồ chứa 10
  11. 5.2 Các tài liệu cần thiết cho tính toán điều tiết dòng chảy  Tài liệu khí tượng thuỷ văn  Tài liệu địa hình địa chất  Tài liệu dân sinh kinh tế 11
  12. a. Tài liệu khí tượng thủy văn  Tài liệu Khí tượng:  Lượng và quá trình thay đổi theo không gian và thời gian của mưa, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm, gió, độ bức xạ, số giờ nắng  Các đặc trưng bốc hơi thiết kế  Tài liệu Thủy văn: đặc biệt là các đặc trưng thủy văn thiết kế  Tình hình địa lý thủy văn của lưu vực  Tài liệu dòng chảy năm và sự thay đổi dòng chảy trong năm, trong nhiều năm (lượng và phân phối dòng chảy năm thiết kế)  Tài liệu dòng chảy lũ (đỉnh lũ, lượng lũ và quá trình lũ thiết kế)  Tài liệu dòng chảy kiệt (dòng chảy kiệt thiết kế)  Tài liệu dòng chảy bùn cát 12
  13. b. Tài liệu địa hình, địa chất  Tài liệu địa hình:  Các quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V, Z~F  Quan hệ Z~F được xây dựng từ bản đồ địa hình vùng lòng hồ  Quan hệ Z~V được xây dựng dựa theo quan hệ Z~F với cách tính DV gần đúng như sau: 1 1 D V F F F F D Z D V i F i F i 1 D Z i Hoặc i i i i 1 i 1 i 2 3  Tài liệu địa chất:  Tình hình đất đai thổ nhưỡng vùng xây dựng lòng hồ 13
  14. b. Tài liệu địa hình, địa chất  Xác định quan hệ Z~F~V b) c) 14
  15. Quan hệ Z~V~F của hồ chứa Capacity - W (mill. m3) 2500 2000 1500 1000 500 0 530 530 520 520 510 510 500 500 490 490 Stage - Z Stage (m) 480 480 470 470 460 460 450 450 0 25 50 75 100 125 150 15 Surface - F (Km2)
  16. c. Tài liệu dân sinh kinh tế  Tài liệu yêu cầu về nước:  Yêu cầu dùng nước: nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt  Yêu cầu sử dụng nước: phát điện, giao thông, nuôi trồng thủy sản, du lịch, bảo vệ môi trường  Yêu cầu phòng lũ  Các tài liệu dân sinh kinh tế khác:  Dân cư và phân bố dân cư ở hạ lưu và thượng lưu hồ  Các tài nguyên thiên nhiên: rừng, khoáng sản, các tài nguyên khác nằm trong vùng ảnh hưởng của hồ  Các hoạt động kinh tế vùng bị ảnh hưởng  Các vấn đề chính trị, xã hội và dân tộc Ghi chú: Mức độ chi tiết của các loại tài liệu này tùy thuộc và tính chất và quy mô của của hệ thống công trình 16
  17. 5.3. Các thành phần dung tích và mực nước của hồ chứa Hsc Vsc Hbt Vpl Vkh Htl H Vh Hc Hhl Vc 17 Sơ họa mặt cắt hồ chứa
  18. a) Dung tích chết và mực nước chết  Dung tích chết (Vc): là phần dung tích dưới cùng của hồ chứa không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy, còn gọi là dung tích lót đáy.  Mực nước chết (Hc): là giới hạn trên của dung tích chết Vc.  Hc và Vc có quan hệ với nhau theo quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V.  Nguyên tắc lựa chọn:  Chứa đựng toàn bộ bùn cát đến hồ chứa trong thời gian hoạt động của công trình Vc Vbl  Bảo đảm đầu nước tưới tự chảy Hc Zcống=Zruộng + DZ + a  Bảo đảm cột nước tối thiểu để phát điện  Bảo đảm mực nước tối thiểu để giao thông trong mùa kiệt  Bảo đảm dung tích tối thiểu để nuôi trồng thuỷ sản  Bảo đảm dung tích tối thiểu để du lịch và vệ sinh môi trường 18
  19. Phương pháp giản hóa tính bồi lắng hồ chứa  Dung tích bồi lắng tổng cộng Vbl: Vbl = Vll+Vdđ  Dung tích bùn cát lơ lửng Vll: R l 0T 6 V ll K bl 31 .5 10   Kbl: hệ số phản ánh khả năng bồi lắng lượng bùn cát lơ lửng  : dung trọng riêng bùn cát (tấn/m3)  T: tuổi thọ công trình 3  Rl0: lưu lượng bùn cát lơ lửng bình quân nhiều năm (kg/m )  Dung tích bùn cát di đáy Vdđ: Tính gần đúng bằng 20% - 80% Vll, tùy theo điều kiện vùng xây dựng hồ chứa 19
  20. Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường  Dung tích hiệu dụng (Vh) là phần dung tích nằm phía trên dung tích chết Vc, làm nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho các đối tượng dùng nước. Còn gọi là dung tích hữu ích.  Mực nước dâng bình thường (Hbt) là giới hạn trên của dung tích hiệu dụng.  Dung tích khống chế phần dung tích chết và dung tích hiệu dụng: Vbt = Vc + Vh  Hbt là Vbt có quan hệ theo đường cong Z~V 20
  21. Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường  Nguyên tắc lựa chọn:  Căn cứ vào đường quá trình nước đến thiết kế  Căn cứ vào đường quá trình nước dùng thiết kế  Căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất của vùng hồ chứa  Tính toán điều tiết cấp nước xác định các đặc trưng hồ chứa  Lựa chọn các đặc trưng thiết kế của hồ chứa theo các điều kiện kinh tế và kỹ thuật. 21
  22. Dung tích siêu cao và mực nước siêu cao  Dung tích siêu cao (Vsc) là bộ phận dung tích trên cùng của hồ chứa, làm nhiệm vụ trữ lũ tạm thời trong thời gian lũ đến công trình với mục đích giảm khả năng tháo lũ về hạ lưu, giảm kích thước công trình xả lũ. Còn gọi là dung tích gia cường.  Mực nước siêu cao (Hsc) là giới hạn trên của dung tích siêu cao.  Gọi VT là dung tích toàn bộ hồ chứa: VT = Vc + Vh + Vsc  Hsc và VT có quan hệ theo đường cong Z ~ V.  Nguyên tắc lựa chọn:  Căn cứ vào đường quá trình lũ thiết kế đến hồ  Căn cứ vào yêu cầu phòng lũ ở hạ du  Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất, dân sinh kinh tế vùng xây dựng hồ chứa 22  Giải quyết bài toán kinh tế kỹ thuật
  23. Dung tích kết hợp và mực nước trước lũ  Dung tích kết hợp (Vkh) là dung tích vừa làm nhiệm vụ cấp nước vừa làm nhiệm vụ phòng lũ  Ở một số hồ chứa, vào đầu mùa lũ người ta tận dụng một phần của Vh để trữ lũ, gọi là Vkh. Khi đó, dung tích làm nhiệm vụ phòng lũ của hồ chứa là: Vpl = Vkh + Vsc.  Vkh sẽ được lấp đầy vào cuối mùa lũ để lấy nước cấp cho thời kỳ mùa kiệt.  Mực nước trước lũ (Ztl) là mực nước giới hạn dưới của dung tích kết hợp  Gọi Vtl là dung tích trước lũ: Vtl = Vc + Vh – Vkh  Htl và Vtl có quan hệ theo đường cong Z~V. 23
  24. 5.4 Các loại tổn thất khi xây dựng hồ chứa  Tổn thất do bốc hơi phụ thêm  Tổn thất do thấm 24
  25. Tính toán tổn thất do bốc hơi phụ thêm  Trước khi xây dựng hồ chứa, trên bề mặt lưu vực có lượng bốc hơi gọi là bốc hơi lưu vực Zlv.  Do bề mặt lưu vực rất đa dạng nên lượng bốc hơi lưu vực trên thực tế rất khó đo đạc  Lượng bốc hơi lưu vực bình quân nhiều năm có thể xác định dựa trên phương trình cân bằng nước viết cho lưu vực. Zlv0=Z0=X0-Y0 (Trường hợp lưu vực kín)  Sau khi xây dựng hồ chứa làm ngập một phần lưu vực và phần bị ngập này sẽ có lượng bốc hơi là bốc hơi mặt nước Zn.  Thông thường Zn>Zlv.  Lớp bốc hơi phụ thêm (mm): DZ = Zn-Zlv 3 3  Lượng bốc hơi phụ thêm (m ): Wbh= DZ. F.10 25
  26. Bốc hơi phụ thêm thiết kế  Xác định lượng bốc hơi phụ thêm ứng với tần suất thiết kế:  Lựa chọn tần suất tính toán Pz:  Trường hợp 1: Quan hệ giữa lượng mưa và lượng bốc hơi là chặt chẽ thì lựa chọn Pz=1-Py  Trường hợp 2: Quan hệ giữa lượng mưa và lượng bốc hơi là không chặt chẽ thì lựa chọn Pz=50%  Trường hợp 3: Nếu ít tài liệu thì lấy năm có lượng bốc hơi lớn nhất  Xác định lượng bốc hơi mặt nước bình quân nhiều năm Zn0  Xác định lượng bốc hơi phụ thêm bình quân nhiều năm: DZ0 = Zn0-Zlv0  Lựa chọn các đặc trưng thống kê: Cv, Cs  Xác định lượng bốc hơi phụ thêm thiết kế DZpz= f(DZ0, Pz,Cv,Cs) 26
  27. Bốc hơi phụ thêm thiết kế (tiếp)  Xác định phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế:  Xác định lượng bốc hơi mặt nước ứng với tần suất thiết kế Znp  Mượn dạng phân phối bốc hơi mặt nước tính bình quân trong nhiều năm Zni ~ t D Z p  Tính tỷ số thu phóng: K Z np  Tính lượng bốc phụ thêm từng tháng theo công thức: DZi = KZni 27
  28. Tính toán tổn thất do thấm  Lượng tổn thất do thấm Wth là lượng nước bị mất đi do thấm qua đáy hồ, qua thân đập, qua công trình lấy nước, qua vai đập, rò rỉ.  Wth phụ thuộc vào:  Vật liệu xây dựng công trình  địa chất lòng hồ  cột nước trong hồ tại thời điểm tính toán  Trong tính toán điều tiết, Wth thường lấy bằng tỉ lệ phần trăm dung tích trữ trong hồ tại thời điểm tính toán Wth (t) = K%. V(t) 28
  29. Tiêu chuẩn thấm trong hồ chứa Điều kiện Lượng thấm tính Lớp thấm tính theo diện địa chất theo lượng nước tích bình quân (m) lòng hồ bình quân (%) Năm Tháng Năm Ngày đêm Tốt 5-10 0.5-1 <0.5 0.001-0.002 Bình quân 10-20 1-1.5 0.5-1 0.002-0.003 Xấu 20-30 1.5-3 1-2 0.003-0.004 29
  30. 5.5 Tính toán điều tiết cấp nước 30
  31. I. Khái niệm chung  Hồ chứa điều tiết cấp nước là hồ chứa chỉ có nhiệm vụ cấp nước.  Hai hình thức hồ chứa cấp nước dài hạn thường gặp:  Hồ chứa điều tiết năm  Hồ chứa điều tiết nhiều năm 31
  32. a. Hồ chứa điều tiết năm  Hồ chứa điều tiết năm (mùa) là hồ chứa có nhiệm vụ tích lượng nước thừa của các thời kỳ thừa nước để cấp bổ sung cho các thời kỳ thiếu nước, chu kỳ hoạt động là một năm.  Hồ chứa điều tiết một lần  Hồ chứa điều tiết hai hay nhiều lần độc lập  Hồ chứa điều tiết hai hay nhiều lần không độc lập 32
  33. a. Hồ chứa điều tiết năm Điều tiết một lần Q,q Q~t (m3/s) V+ q=hsố V- t T=1năm - Vh=V Trong một năm, có một thời kỳ thừa nước một thời kỳ thiếu nước. Lượng nước thừa (V+) lớn hơn lượng nước thiếu (V-) 33
  34. a. Hồ chứa điều tiết năm Điều tiết hai lần độc lập Q,q Q~t (m3/s) q=const V 1+ V2+ V1- V2- t T=1năm Vh=max(V1-,V2-) Trong một năm có hai thời kỳ thừa nước, hai thời kỳ thiếu nước. Lượng nước thừa lớn hơn 34 lượng nước thiếu kế tiếp nó: V1+ V1-; V2+ V2-
  35. a. Hồ chứa điều tiết năm Điều tiết hai lần không độc lập Q,q (m3/s) Q~t q=const V1+ V2+ V1- V2- Vh=V1-+V2 V2+ t T=1năm Trong một năm có hai thời kỳ thừa nước, hai thời kỳ thiếu nước. V1+ >V1-; V2+<V2- 35
  36. b. Hồ chứa điều tiết nhiều năm  Hồ chứa điều tiết nhiều năm là hồ chứa có nhiệm vụ:  tích lượng nước thừa mùa lũ cấp bổ sung cho mùa kiệt và  tích lượng nước thừa của các năm nhiều nước để cấp bổ sung cho các năm ít nước Chu kỳ hoạt động là một nhóm năm. 36
  37. b. Hồ chứa điều tiết nhiều năm Dấu hiện nhận biết hình thức điều tiết  Wq Wp hoặc q Qp (“cầu” nhỏ hơn “cung”) ĐT năm  Wp < Wq W0 hoặc Qp < q Q0 ĐT nhiều năm 37
  38. Các hệ số cơ bản hay sử dụng  Hệ số nước đến (biến suất) Ki = Qi/Q0 Trong đó: Qi là lưu lượng bình quân năm thứ i Q0 là chuẩn dòng chảy năm  Hệ số nước dùng a = q/Q0 Trong đó: q là lưu lượng bình quân năm của nước dùng  Hệ số dung tích hiệu dụng bh= Vh/W0 Với hồ chứa điều tiết nhiều năm:  Hệ số thành phần dung tích năm bn= Vn/W0  Hệ số thành phần dung tích nhiều năm bnn= Vnn/W0 38
  39. Mức bảo đảm cấp nước  Mức bảo đảm cấp nước là tần suất để cho các yêu cầu về nước không bị phá hoại, thường gọi là tần suất đảm bảo cấp nước  Tần suất bảo đảm cấp nước có thể được biểu thị theo:  Số năm thiếu nước  Thời gian liên tục bị thiếu nước trong 1 năm  Lượng nước thiếu ở những năm bị thiếu  Trong thực tế, tần suất bảo đảm cấp nước thường được đánh giá bằng số năm đảm bảo cấp nước tính theo phần trăm (cách 1) 39
  40. Tần suất thiết kế ở một số ngành dùng nước TT Yêu cầu về cung cấp nước Mức bảo đảm P (%) 1 Không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu 95 cấp nước 2 Không cho phép gián đoạn nhưng cho phép 90 giảm yêu cầu cấp nước 3 Cho phép gián đoạn trong thời gian ngắn và 80 giảm yêu cầu cấp nước 4 Cho tưới ruộng 75 5 Nhà máy, nhiệt điện và thuỷ điện 90 40
  41. 5.6 Các bài toán điều tiết cấp nước  Bài toán thiết kế:  Biết quá trình nước đến thiết kế (Q~t)p  Biết quá trình nước dùng thiết kế (q~t)p  Tìm dung tích hiệu dụng của hồ chứa Vh?  Bài toán vận hành  Biết quá trình nước đến thiết kế (Q~t)p  Biết dung tích hiệu dụng của hồ chứa Vh  Tìm quá trình nước dùng thiết kế (q~t)p?  Bài toán tìm mức đảm bảo cấp nước  Biết quá trình nước đến (Q~t)  Biết quá trình nước dùng (q~t)  Biết dung tích hiệu dụng của hồ chứa Vh  Tìm mức đảm bảo cấp nước P? 41
  42. Các phương pháp tính toán điều tiết cấp nước  Phương pháp trình tự thời gian:  Cơ sở: coi dòng chảy trong tương lai (trong quá trình khai thác) giống như quá trình dòng chảy trong quá khứ quan trắc được  Phương pháp tính toán  Phương pháp lập bảng  Phương pháp đồ giải  Phương pháp điều tiết toàn liệt  Phương pháp thống kê xác suất  Cơ sở: Coi luật phân bố xác suất của dòng chảy trong tương lai giống như trong quá khứ 42
  43. I. Tính toán hồ chứa điều tiết năm  Nguyên lý tính điều tiết:  Giải phương trình cân bằng nước viết cho hồ chứa trong một thời đoạn bất kỳ Dt: (Q-q) Dt = V2 - V1 Trong đó:  Dt: thời đoạn tính toán  Q: lưu lượng đến hồ bình quân trong thời đoạn Dt  q: lưu lượng ra khỏi hồ bình quân trong thời đoạn Dt q= qyêu cầu + qthấm +qbốc hơi + qxả thừa  V1, V2: dung tích hồ tại đầu và cuối thời đoạn tính toán Do qthấm = f(V); qbốchơi = f(F) nên không thể giải trực tiếp phương trình cân bằng nước mà phải thông qua phương pháp giải thử dần kết hợp sử dụng các quan hệ địa hình lòng hồ Z~F, Z~W 43
  44. Phương pháp lập bảng Bảng 1: Tính toán khi chưa kể đến tổn thất Tháng WQ Wq WQ- Wq Vi Si + - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Cột (1): tháng Vsắp xếp theo năm thủy lợi (thủy+ văn) Cột (2):VI Tổng lượng nước đến trong+ tháng VII Cột (3): Tổng lượng nước yêu+ cầu trong tháng Cột (4) và (5): Chênh. lệch giữa lượng nước đến và lượng nước dùng trong tháng . - Nếu W >Wq: ghi ở cột (4) . Q - IV Nếu WQ<Wq: ghi ở- cột (5) Cột (6): Quá trình dung tích hồ  = Vh Cột (7): Lượng xả thừa 44
  45. Ghi chú:  WQ = Q.Dt  Wq = q.Dt  Tạm tính dung tích hiệu dụng của hồ: -  Đt 1 lần: Vh = SV (tổng cột 5) - -  Đt 2 lần độc lập: Vh= max (V1 , V2 ) - - +  Đt 2 lần không độc lập: Vh = V1 + V2 - V2  Quá trình dung tích hồ Vi bao gồm hai giai đoạn:  Tích nước vào hồ (lũy tích cột 4) nhưng phải đảm bảo điều kiện: Vi Vh+Vc  Cấp nước từ hồ (trừ đi các số hạng của cột 5)  Thời điểm ban đầu và kết thúc Vi = Vc  Vào mùa lũ khi Vi Vh+Vc, lượng xả thừa được ghi ở cột 7 45
  46. Phương pháp lập bảng (tiếp) Bảng 2: Tính toán tổn thất Tháng Vi Vbq DZ F Wbh Wth Wtt (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Cột (1):V tháng sắp xếp theo năm thủy lợi (thủy văn) VI Cột (2): Quá trình dung tích hồ (lấy từ cột 6 của Bảng 1) VII Cột (3): Dung tích hồ tính bình quân trong tháng . Cột (4) Lớp bốc hơi phụ thêm . Cột (5): Diện tích mặt thoáng hồ tương ứng với V ở cột (3) . bq IV Cột (6): Lượng tổn thất do bốc hơi trong tháng Cột (7): Lượng tổn thất do thấm trong tháng Cột (8): Tổng lượng tổn thất 46
  47. Phương pháp lập bảng (tiếp) Bảng 3: Tính toán khi có kể đến tổn thất Tháng WQ Wq’ WQ- Wq Vi Si + - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) V + VI + VII + . Cột (3) Bảng 3 = Cột (3) Bảng 1 + cột (8) Bảng 2 . - . - IV -  = Vh’ 47
  48. Phương pháp lập bảng (tiếp)  Kiểm tra sai số giữa hai lần tính toán V h V h D V (%) .100 %  V h  Nếu đạt thì không cần tính lại  Nếu không đạt thì tính lại  Bảng 4giống bảng 2 nhưng với: Cột (2) của Bảng 4 = Cột (6) của Bảng 3  Bảng 5 giống bảng 3 nhưng với: Cột (3) bảng 5 = Cột (3) Bảng 1 + Cột (8) Bảng 4  Cứ làm như vậy cho đến khi sai số giữa hai lần tính toán Vh đạt yêu cầu. 48
  49. II. Tính toán điều tiết nhiều năm bằng phương pháp thống kê xác suất  Đối với hồ chứa điều tiết nhiều năm, dung tích hiệu dụng Vh được chia làm hai thành phần:  Thành phần dung tích năm Vn  Thành phần dung tích nhiều năm Vnn Vh = Vn + Vnn Tương ứng có: bh = bn + bnn 49
  50. Sử dụng phương pháp thống kê xác suất xác định thành phần dung tích nhiều năm Vnn  Bài toán Kritxki- Menken II:  Cho biết:  Luật phân bố xác suất dòng chảy đến hồ chứa là (K~P)  Hệ số thành phần dung tích nhiều năm bnn  Hệ số nước dùng a  Tìm tần suất đảm bảo cấp nước P 50
  51. Biểu đồ Pletskốp  Trên cơ sở giải hàng loạt các bài toán K-MII cho trường hợp Cs = 2Cv, tác giả Pletskốp đã vẽ được quan hệ có dạng: bnn = f (a, Cv, P)  Biểu đồ được xây dựng với các tần suất riêng biệt là những tần suất thường dùng trong thiết kế (75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97%)  Khi biết 3 trong 4 trị số thì sẽ xác định được trị số còn lại. 51
  52.  Cấu tạo biểu đồ Pletskop bnn P% Cv 52
  53. Ứng dụng biểu đồ Pletskop  Bài toán 1: Biết a, Cv, P tìm bnn bnn P% [bnn] [C ] v Cv Ghi chú: Trong TH không chọn được biểu đồ có giá trị P 53 như đã cho thì có thể tiến hành nội suy
  54. Ứng dụng biểu đồ Pletskop  Bài toán 2: Biết bnn, Cv, P tìm a bnn P% [bnn] [C ] 54 v Cv
  55. Ứng dụng biểu đồ Pletskop  Bài toán 3: Biết a, bnn, Cv, tìm P  Giả sử chưa biết bnn  Từ Cv và a, tra tất cả các biểu đồ có sẵn với các tần suất khác nhau để xác định bnn  Xây dựng quan hệ bnn ~P  Ứng với bnn đã cho tra quan hệ xác định P. 55
  56. Ứng dụng biểu đồ Pletskop trường hợp Cs 2Cv  Giả sử Cs=mCv  Thực hiện phép đổi biến: ' C v a a 0 C v a 1 a 0 1 a 0 Trong đó m 2 a 0 m  Sau khi biến đổi sẽ có Cs’ = 2Cv’. Việc ứng dụng biểu đồ Pletskop tiến hành bình thường.  Với Cv’ , a’ đã biết tra được bnn’. Sau đó phải chuyển đổi về bnn theo công thức: ' 56 b b 1 a nn nn 0
  57. Xác định thành phần dung tích Vn của hồ chứa điều tiết nhiều năm  Lựa chọn năm tính toán:  Không thể là năm thừa nước (K>a) vì vào năm nhiều nước mùa lũ lớn thường kèm theo mùa kiệt cũng lớn, khi đó lượng nước thiếu mùa kiệt nhỏ. Nếu tính Vn cho trường hợp này sẽ không an toàn.  Không thể là năm thiếu nước (K<a) vì vào năm thiếu nước dù có tích hết lượng nước thừa của mùa lũ vẫn không đảm bảo đủ cấp nước  Chọn năm tính toán có K = a 57
  58. TH1: K>a Q,q Q~t (m3/s) q=const V+ V- t T=1năm - Vn=V 58
  59. TH2: K<a Q,q (m3/s) Q~t q=const V+ V- t T=1năm + Vn=V 59
  60. TH3: K=a Q,q Q~t (m3/s) q=const V+ V- Vn=(q-Qk)Tk 3 Trong đó: Qk là lưu lượng bình quân mùa kiệt (m /s) T t q là lưu lượng nước dùng (m3/s) k T=1năm Tk: thời gian kiệt (tính theo tháng) Vn là thành phần dung tích năm của hồ chứa điều tiết nhiều năm 60
  61. T T Q  V 12 q k k k Biến đổi ta có: n 12 12 q  Đặt t=Tk/12 Q T  Đặt m k k 12 q  Chia cả 2 vế cho W0 V n b n a t m W 0 61
  62. 5.6 Tính toán điều tiết lũ 62
  63. I. Khái niệm chung  Là một nội dung quan trọng khi thiết kế hồ chứa để xác định quy mô, kích thước của công trình xả lũ, dung tích điều tiết lũ, mực nước lớn nhất trong hồ.  Điều tiết lũ là toàn bộ công việc nhằm giảm lượng dòng chảy trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho bản thân công trình và thoả mãn yêu cầu phòng lũ cho hạ du. 63
  64. Chống lũ cho công trình và Phòng lũ cho hạ du  Nhiệm vụ chống lũ:  Là nhiệm vụ được đặt ra theo đó cần đảm bảo an toàn cho hệ thống công trình (hồ chứa, đê, ) khi xảy ra trận lũ thiết kế tại tuyến công trình  Nhiệm vụ phòng lũ:  Là nhiệm vụ được đặt ra theo đó cần bảo đảm an toàn cho vùng phòng lũ khi xảy ra trận lũ thiết kế ở vùng phòng lũ 64
  65. Chống lũ cho công trình và Phòng lũ cho hạ du  Tiêu chuẩn chống lũ cho công trình: 1. Lựa chọn theo tần suất: lũ thiết kế được chọn là trận lũ tương ứng với một tần suất nào đó. 2. Lựa chọn theo tiêu chuẩn lũ cực hạn: Lũ lớn nhất khả năng xảy ra 3. Lựa chọn theo lũ thực đo: trận lũ lớn đã xảy ra trong quá khứ 65
  66. Chống lũ cho công trình và Phòng lũ cho hạ du  Tiêu chuẩn phòng lũ hạ du: 1. Lũ thiết kế tại tuyến phòng lũ chọn theo tần suất. 2. Lũ thiết kế tại tuyến phòng lũ chọn theo trận lũ lớn trong quá khứ.  Mực nước khống chế và lưu lượng an toàn: mực nước sông không được vượt quá một giá trị cho phép nào đó, lưu lượng tương ứng với mực nước khống chế được gọi là lưu lượng an toàn. 66
  67. II. Các biện pháp phòng chống lũ Biện pháp công trình:  Đắp đê  Xây dựng hồ chứa phòng lũ  Công trình phân lũ  Hình thành các khu chậm lũ  Hệ thống công trình thoát lũ  Cải tạo lòng sông 67
  68. II. Các biện pháp phòng chống lũ  Biện pháp phi công trình:  Bảo vệ và trồng rừng đầu nguồn  Là biện pháp tích cực nhất  Giảm được sự khốc liệt của lũ  Chống xói mòn, bảo vệ nguồn nước  Đảm bảo sự cân bằng sinh thái  Phòng tránh lũ  Quy hoạch khu dân cư và khu vực sản xuất  Tăng cường công tác dự báo và cảnh báo lũ  Sống chung với lũ 68
  69. III. Phương pháp tính toán điều tiết lũ  Bài toán thiết kế:  Biết  Quá trình lũ đến hồ ứng với tần suất thiết kế (Q~t)p  Kích thước của các công trình xả lũ  Tìm  Quá trình xả lũ  Dung tích siêu cao (mực nước siêu cao)  Bài toán nghịch:  Biết (Q~t)p; Vsc (Hsc).  Tìm (qxả~t)p và kích thước của các công trình xả lũ?  Bài toán tìm tần suất đảm bảo chống lũ P. 69
  70. Các tài liệu cần thiết  Tài liệu khí tượng thủy văn  Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p  Tài liệu địa hình địa chất  Các quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V~F  Tài liệu địa chất vùng lòng hồ  Tài liệu dân sinh kinh tế  Tài liệu về các công trình xả lũ  Kích thước B, w, m  Quan hệ qxả ~Ztl và qxả ~Zhl  Tài liệu về lưu lượng an toàn (qat) hoặc mực nước khống chế (Hkc) 70
  71. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ  Dòng chảy trong sông trong thời kỳ có lũ là dòng không ổn định được mô tả bởi hệ phương trình Saint-Venant:  Phương trình liên tục:  Q  A q  x  t  Phương trình động lực:  Z a  v a  v Q Q 0 v  x g  t g  x K 2 71
  72. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ  Khi lũ di chuyển qua hồ chứa có các đặc điểm sau:  Mặt cắt mở rộng đột ngột  Độ dốc đường mặt nước nhỏ  Độ sâu dòng chảy rất lớn  Tốc độ dòng chảy rất nhỏ  Khi đó:  PT liên tục PT cân bằng nước;  PT động lực được thay bằng các công thức thủy lực tính lưu lượng xả qua công trình 72
  73. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ  Nguyên lý tính toán điều tiết lũ bằng hồ chứa chính là sự hợp giải hệ hai phương trình cơ bản sau:  PT cân bằng nước dV Q q dt  PT động lực q = f[A, Z, Zh]  Các quan hệ phụ trợ:  Đường quan hệ mực nước dung tích Z~V  Đường quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu: H~Q Trong đó: Q- lưu lượng lũ đến (m3/s) q- lưu lượng xả xuống hạ lưu 73
  74. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ  Viết lại PT cân bằng nước theo dạng sai phân: (Q q )D t V V 2 1  PT động lực có dạng cụ thể tùy theo hình thức công trình xả lũ. Ví dụ: 3 2  Đối với đập tràn chảy tự do q mB 2 g h 3 2  Đối với đập tràn chảy ngập q mB  2 g h  Đối với lỗ chảy tự do q  2 gh  Đối với lỗ chảy ngập q  2 g ( Z t Z h ) 74
  75. IV. Phương pháp tính toán điều tiết lũ Phương pháp lặp trực tiếp  Viết lại hệ phương trình cơ bản dưới dạng: Q 1 Q 2 q 1 q 2 V 2 V 1 D t D t 1 2 2 q f ( Z t , Z h , A ) 2 75
  76. Sơ đồ khối tính toán B¾t ®Çu I=1 Gi¶ ®Þnh gi¸ trÞ q(I) TÝnh V(I)=V(I- 1)+0.5[Q(I) - Q(I - 1)] D t- 0.5[q(I) - q(I -1)] D t X¸c ®Þnh mùc níc hå Z t vµ mùc níc h¹ lu Z h TÝnh l¹i q t (I) theo c«ng thøc thủy lực sai t q t (I)- q(I)   q(I)=0.5[q(I)+q(I)] ®óng I=I+1 sai ®óng I> 1 STOP 76
  77. Quá trình tính toán Tại thời đoạn tính toán bất kỳ gt  Bước 1: Giả định giá trị q2 ở cuối thời đoạn tính toán, tính giá trị V2 theo phương trình (1)  Bước 2: Tra quan hệ Z~V xác định Z2 tt  Bước 3: Tính giá trị q2 theo phương trình (2) và kiểm tra điều kiện: tt gt q 2 q 2  Với e là số dương tùy ý được ấn định trước, chính là sai số cho phép giữa hai lần tính.  Nếu sai số thỏa mãn thì chuyển sang thời đoạn tiếp theo  Nếu sai số không thỏa mãn thì quay lại bước 1 77
  78. Bài tập điều tiết lũ Hồ chứa A có đập là đập tràn tự do, các thông số sau: Chiều rộng B = 8m; m = 0.38; Zngưỡng tràn = 211.58m; Số cửa = 3; Lũ đến khi hồ đang ở MNDBT = 211.58m. Quan hệ Z~V được cho như sau: Z(m) = 0,056*V(106m3) + 209,35 Thời đoạn Qđến 3 / 2 (m3/s) q B.m 2 g .H 1.00 36.80 2.00 71.20 3.00 106.00 4.00 140.00 5.00 230.00 78 6.00 320.00