Tải bản đầy đủ
5 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC ĐẾN VÀ NƯỚC DÙNG.

5 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC ĐẾN VÀ NƯỚC DÙNG.

Tải bản đầy đủ

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

Hình 2.3: Lưu lượng nước đến và cần trong thời gian từ 16/09/1992 đến 28/09/1992
(Vthiếu = 1158,445 m3)

Hình 2.4: Lưu lượng nước đến và cần trong thời gian từ 19/08/2005 đến 29/08/2005
(Vthiếu = 1257,088 m3)

Hình 2.5: Lưu lượng nước đến và cần trong thời gian từ 01/10/2005 đến 07/10/2005
(Vthiếu = 507,171 m3)
Trang 12

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà



Do vậy để đảm bảo cung cấp nước đầy đủ và liên tục. Đề xuất phương án xây dựng
hồ chứa trữ nước để cung cấp lượng nước thiếu lớn nhất là 1257,08 (m 3) và cộng thêm
lượng tổn thất khi xây dựng hồ chứa (tổn thất do bốc hơi và thấm, lấy bằng 2% lượng
nước thiếu) là 25,142 (m3). Vậy dung tích hồ chứa cần xây dựng là: 1285,23 (m3).
2.5.2. Xác định dung tích lòng hồ và MNDBT.
- Tại phần tính toán trên thì cần xây dựng một hồ chứa trữ nước để cung cấp lượng nước
thiếu lớn nhất là: 1282,230 (m3).

- Tuy nhiên theo ý kiến của chủ đầu tư, dung tích lòng hồ sau khi xây dựng đập là:
W = 500 (m3). Vì vậy cao trình đỉnh đập tràn bằng cao trình MNDBT=+785,30 (m); Cao
trình đỉnh không tràn là +786,30 (m).

Trang 13

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

3.1. Lựa chọn địa điểm xây dựng công trình đập dâng ngăn lấy nước.
Nguồn cung cấp nước thô hiện nay trên đỉnh Bà Nà được lấy từ nguồn nước mặt từ 03
đập thuộc lưu vực Suối Mơ gồm :
- Đập Gia Long : Diện tích vùng chứa 25x30=750m2,chiều cao đập 2.7m. Thể tích
điều hòa 2025m3. Công suất tính toán 50m 3/ngđ. Tuy nhiên vào mùa khô thì đập
không có nước.
- Đập Pháp : Diện tích 40x50=200m2, chiều cao đập 4m. Thể tích điều hòa 8000m 3.
Công suất tính toán : 150m3/ngđ. Tuy nhiên trên thực tế nếu 15 ngày không mưa thì
chỉ có thể áp cung cấp được 50m3/ ngđ.
- Đập Vọng Nguyệt : diện tích 30x50 = 1500 m2,chiều cao đập 1.8m . Thể tích điều
hòa 2700 m3. Công suất tính toán : 550m3/ ngđ. Tuy nhiên trên thực tế nếu 15 ngày
không có mưa thì chỉ có thể cung cấp được 400m3/ ngđ.
Nguồn nước ngầm từ trước đến nay chưa được nghiên cứu đến. Tuy nhiên, đơn vị tư vấn
đã kiểm tra thăm dò địa vật lý khu vực thì đỉnh Bà Nà là một vùng núi đá, lưu lượng
nước trong các khe nứt khoảng 0,3 l/s. Do vậy giải pháp lấy nước ngầm rất phức tạp và
khó khăn.
Từ đó đơn vị tư vấn đi khảo sát thực địa và chọn một vị trí tại sườn núi phía Đông các
trụ cáp treo số 17 ( về phía nhà ga đi ) 210,0 m và cách tuyến cáp treo ( về phía nam )
100,0 m. Tại vị trí này có lưu vực đến 2,3 km 2 ; lưu lượng dòng chảy đến dồi dào, qua
tính toán : lưu lượng nước cần khoảng 2000m3/ngđ (23 l/s).
Do vậy,lựa chọn giải pháp khai thác nguồn nước mặt tại vị trí chọn như trên là hợp lý.
3.2. Giải pháp kết cấu công trình .
3.2.1. Đập tràn .
Xây dựng đập dâng ngăn suối để tạo một hồ chứa nước ; do đó, đập có kết cấu bê
tông – bê tông cốt thép, hình thức đập thực dụng, thân đập tràn và không tràn đầu bằng
bê tông, cho phép nước tràn qua; tiêu năng sau đập theo kiểu mũi phun kết hợp bậc thụt ;
cửa xả cát bằng Van mặt bích D500.
- Phía trước đập ( lòng hồ ) có nhiều đá lăng, đá tảng nên cần phải khai thác để tạo lòng
hồ, đảm bảo cho việc chứa nước.
- Bên vai của đập, ở cao trình 791,0 m, bố trí nhà bảo vệ cấp IV khoảng 15m 2.
Trang 14

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

3.2.2. Trạm bơm chính.
- Đặt tại vị trí thượng lưu đập dâng ngăn nước .
- Gồm 02 tầng : tầng dưới là bể thu nước, kết cấu bê tông cốt thép ; kích thước a*b*H=
( 4.5*3.0*5.0)m ; tầng trên là tầng vận hành, kết cấu :trụ,sàn bê tông cốt thép, tường gạch
xây dựng, cửa Pa nô sắt. Kích thước a*b*H=( 4.5*3.0*3.8)m.
÷

- Giai đoạn 1:Bố trí 02 tổ máy bơm trục đứng Franklin có lưu lượng Q= (40 60)m3/h ;
÷

cột nước H= (150 200)m ; hoạt động luân phiên trong ngày ; và hệ thống điều khiển các
tổ máy bơm .
- Tầng dưới bố trí 01 van lấy nước D400 và 01 van xả bùn cát D300 ( có bố trí hố van để
dễ vận hành và bảo dưỡng )
3.2.3. Các trạm bơm trung gian.
3.2.3.1. Tổ máy bơm trung gian 01 và 02.
- Vị trí tổ bơm trung gian 01 cách tổ máy bơm chính khoảng 740m về phía đỉnh Bà Nà,
cao độ đặt nhà máy +960,0 m.
- Vị trí tổ bơm trung gian số 02 cách tổ máy bơm trung gian 1 khoảng 370m về phía đỉnh
Bà Nà, cao độ đặt nhà máy +1130,0 m.
- Tương tự như tổ máy bơm chính, mỗi tổ máy cũng gồm 02 tầng : tầng dưới là bể chứa
nước, kết cấu bê tông cốt thép ; kích thước a*b*H= (4.5*3*5.0)m ; tầng trên là tầng vận
hành, kết cấu : trụ, sàn bê tông cốt thép, tường gạch xây, cửa Pa nô sắt.
Kích thước a*b*H = ( 4.5*3.0*3.8)m.
- Giai đoạn 1 : Bố trí 02 tổ máy bơm chìm Franklin có lưu lượng Q= (40

÷

60) m3/h;

÷

cột nước H=(100 120)m ; hoạt động luân phiên trong ngày ; và hệ thống điều khiển các
tổ máy bơm.
3.2.3.2. Tổ máy trung gian 03.
- Vị trí tổ bơm trung gian3 đặt tại vị trí bể nước cũ ( đồi Vọng Nguyệt ), cao độ đặt nhà
máy +1302,50 m.
- Tương tự như tổ máy trung gian, mỗi tổ máy cũng gồm 02 tầng : tầng dưới là bể chưa
nước, kết cấu bê tông cốt thép ; kích thước a*b*H= ( 4.5*3.0*5.0)m ; tầng trên là tầng
vận hành, kết cấu : trụ, sàn bê tông cốt thép, tường gạch xây, cửa Pa nô sắt.
Kích thước a*b*H = ( 4.5*3.0*3.8 )m.
- Giai đoạn 1 : Bố trí 02 tổ máy bơm chìm Franklin có lưu lượng Q= (40

÷

60) m3/h;
Trang 15

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

÷

cột nước H=(100 120)m ; hoạt động luân phiên trong ngày ; và hệ thống điều khiển các
tổ máy bơm.
3.2.4. Hệ thống đường ống bơm nước thô.
Toàn bộ đường ống dùng ống thép mạ kẽm có đường kính D=150mm, dày 3.96mm,
các mối nối bằng phương pháp hàn và phương pháp khớp nối có rãnh ; đường ống được
đặt nổi trên mặt đất, gối trên các mố đỡ bê tông, khoảng cách các mố đỡ là : Mỗi đoạn
30m bố trí 3 mố đỡ ; các đoạn được nối với nhau bằng khớp nối có rãnh.
3.2.5. Hệ thống điện điều khiển và vận hành.
- Mỗi tổ máy bơm có một tủ điều khiển dồm có các thiết bị cần thiết :
- Các tủ điện của các tổ máy được nối về tổ máy trung tâm đặt tại khu trung tâm trạm xử
lý Miếu Bà để điều khiển vận hành toàn bộ hệ thống.
3.2.6. Trạm biến áp 400KVA và hệ thống điện hạ thế.
- Đường dây trung thế 22KV kết nối với hệ thống điện Bà Nà tại trụ điện sau nhà ga ;
chiều dài đường dây trung thế khoảng 510m .
- Trạm biến áp 400KVA được đặt tại trạm bơm trung gian 02, cách đỉnh đồi Vọng
Nguyệt khoảng 450m về phía đông.
- Hệ thống điện hạ thế được kết nối từ trạm biến áp 400KVA về các tủ điện trung tâm đặt
tại trạm xử lý Miếu Bà ; các trạm trung gian 1,2,3 và trạm chính dọc theo tuyến cáp treo
xuống đến trụ cáp số 16 ; chiều dài khoảng L=2617,80m.
3.2.7. Hệ thống chống sét đánh và nối đất an toàn.
- Mỗi nhà trạm bơm có một hệ thống chống sét và nối đất an toàn để phòng sét đánh.
- Mỗi nhà bảo vệ có một hệ thống chống sét để phòng sét đánh.
- Bên cạnh đó, bố trí 01 hệ thống chống sét đánh lan truyền cho toàn bộ 05 trạm trong đó
4 nhà trạm bơm và 01nhà điều khiển trung tâm.

Trang 16

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THỦY LỰC

4.1. Tính toán thủy lực đập tràn.
4.1.1 Chỉ tiêu thiết kế và nội dung tính toán cơ bản
4.1.1.1. Chỉ tiêu thiết kế.
- Cấp công trình
: Cấp IV
- Tần suất lũ thiết kế
: P = 2,0%
- Tần suất lũ kiểm tra
: P = 1,0%
4.1.1.2. Nội dung tính toán.
- Tính toán kiểm tra khả năng tháo qua tràn.
- Tính toán tiêu năng ở hạ lưu công trình.
4.1.2. Tài liệu cơ bản.
- Đường đặc tính lòng hồ.
- Mực nước MNDBT = cao trình ngưỡng tràn = + 787,00 (m).
- Vật liệu làm tràn : Bê tông cốt thép M200.
- Chiều rộng Btr = 28 ,00 (m); Chiều cao ngưỡng tràn P = 5,0 (m).
4.1.3. Kiểm tra khả năng tháo cửa vào.
 Hình thức kết cấu tràn kiểu thực dụng nên:
Lưu lượng tháo qua tràn: Q = σn.ε.m
Trong đó:
• σn: Hệ số ngập, khi

∑b

hn
H0 ≤

∑b

2g

.

.H03/2

(4.1)

0 thì σn = 1


: Tổng chiều rộng tràn xả lũ.
• H0: Cột nước tràn có kể lưu tốc tiến dần, mặt thoáng trước tràn rộng nên chọn


H0 MNDGC – MNDBT
• m : Hệ số lưu lượng, chọn như sau: m = σΦ.σH.mr
Với: mr: Hệ số lưu lượng dẫn suất = 0,504.
σΦ: Hệ số sửa chữa hình dạng.
σH: Hệ số sửa chữa do thay đổi cột nước.
Lấy theo (QPTL C8-76; bảng 17 và 18) khi:
αT = 30°; αH = 45°; a/CT = 0,945 thì σΦ = 0,993.
αH = 45°; HTT/HTK = 1 thì αH = 1,0.
• ε: Hệ số co hẹp bên (đập tràn có trụ pin); ε = 1
Trang 17

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

1 − 0, 2

ξ Y + (n − 1)ξ P Ho
.
n
b

ε=
• Ho: Cột nước thiết kế trên ngưỡng tràn.

(4.2)

Với b = 28,00 (m): Chiều rộng tràn, B = 40 (m): Chiều rộng đập tràn
Lưu lượng tháo qua tràn ứng với phương án Btràn = 28,0 (m).
ε

m

Ho (m)

Btràn (m)

P = 1,0%

Qtràn
(m3/s)
66,64

1,00

0,496

1,04

P = 2,0%

62,24

1,00

0,504

1,00

Trường hợp

28,00

Lưu tốc
V (m/s)
2,28

Qkiểm tra
(m3/s)
66,64

28,00

2,23

62,24

∑b

Kết luận: Đập tràn thiết kế với phương án
= 28 (m) đủ khả năng tháo lũ thiết
kế và lũ kiểm tra.
4.1.4 Tính toán tiêu năng sau tràn.
Tính toán tiêu năng là nội dung quan trọng trong tính toán thủy lực công trình tháo
lũ để xác định biện pháp hợp lý tiêu hủy toàn bộ năng lượng thừa, điều chỉnh lại sự phân
bố lưu tốc và giảm mạch động, khử dòng chảy xiên để cho dòng chảy trở về trạng thái tự
nhiên, rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lưu, nhưng vẫn đảm bảo sự làm việc ổn định của công
trình.
4.1.4.1. Xác định đường quan hệ Q~H hạ lưu công trình.
- Giả thiết dòng chảy qua tràn có lưu lượng Qi.
- Lòng suối hạ lưu đập có mặt cắt ngang tương đối giống nhau.
- Chọn độ dốc suối bình quân i = 1%.
- Xem dòng chảy hạ lưu như dòng chảy đều trong sông hở có:
• Bề rộng đáy suối b = 30 (m).
• Mái ngiêng bờ chọn m = 2.
• Chọn hệ số nhám n = 0,03.
• Chọn độ dốc đáy suối i = 0,01.

Trang 18

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

Bảng: Kết quả tính đường quan hệ Q ~ Hh
Qh
(m3/s)

B
(m)

m

n

i

h (m)

ω
(m2)

χ (m)

R
(m)

c

Qktr
V
(m3/s) (m/s)

66,64

30,0
0

2

0,03

0,01

0,79
1

24,9
8

33,53
7

0,74
5

30,91
6

66,66

2,67

62,24

30,0
0

2

0,03

0,01

0,76
1

23,9
9

33,40
3

0,71
8

30,62
0

62,24

2,59

53,56

30,0
0

2

0,03

0,01

0,69
9

21,9
6

33,12
8

0,66
3

29,97
6

53,61

2,44

46,78

30,0
0

2

0,03

0,01

0,64
7

20,2
6

32,89
6

0,61
6

29,38
9

46,74

2,31

30,00

30,0
0

2

0,03

0,01

0,50
5

16,6
6

32,25
8

0,48
5

27,52
9

30,04

1,92

Từ bảng kết quả trên, ta thấy H max = 0,791 (m); mà chiều cao mũi phun so với đáy
hạ lưu H > 1,0 (m); như vậy luồng chảy mũi phun tràn không bị ngập phía hạ lưu.
4.1.4.2 . Xác định các kích thước hố xói.
V2
2g

 Năng lượng dòng chảy cuối tràn E0 = H0 + P +
(4.3)
Trong đó:
• H0
: Cột nước tràn trên ngưỡng.
• P
: Chênh lệch cao trình giữa ngưỡng tràn và chân đập tràn.
 Độ sâu co hẹp tại cuối dốc nước:
q
ϕ 2g(P+Ho-hc)

• q : Lưu lượng đơn vị

hc =

 Độ sâu liên hiệp hc’’: hc’’ =
 Độ phóng xa của luống chảy:

(4.4)

2


8 q
0,5.hc  1 +
.  ÷ − 1
g.hc  hc 






1
 Z0 
L = k.Z1.ϕ 2 .sin 2α 1 + 1 +  − 1÷. 2
 Z1  ϕ .sin α






(4.5)

(4.6)
Trang 19

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

Trong đó:
• Z1
: Độ chênh lệch MNTL với điểm cuối dốc tràn.
• k
: Hệ số xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khi phóng xa.
VH 2
ϕ=
2.g.ZH


:Hệ số vận tốc, xét đến tổn thất cột nước trên toàn tuyến xả.
• VH : Vận tốc tại mũi phun.
 Góc đổ của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu
1

2g  hH.cosα +a-h ÷
2

tgα1 = tg 2α +  2
2
VH .cos α

(4.7)
- Khoảng cách từ điểm cuối mũi phun đến hõm xói sâu nhất ở lòng dẫn hạ lưu
L1 = L+

t
tgα1

(4.8)

- Chiều sâu hố xói lòng dẫn bằng đá có nứt nẻ
• Luồng chảy phóng ra từ mũi phun hình trụ không bị ngập


h
t =  0,1 + 0, 45. 4 Fr. 4 .h H ÷
÷
d



Fr =

Trong đó:

(4.9)

2
H

V
g .hH

Bảng: Kết quả tính toán xác định độ sâu co hẹp cuối dốc tràn.

Trang 20

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

q (m3/s.m)

Ht (m)

Vt (m/s)

Ho (m)

P (m)

Hh (m)

hpg (m)

hc (m)

hc’’ (m)

2,221

1,04

2,28

1,09

3,30

0,79

0,80

0,22

2,04

2,075

1,00

2,23

1,05

3,30

0,76

0,76

0,20

1,97

1,785

0,90

2,12

0,95

3,30

0,70

0,69

0,18

1,83

1,559

0,82

2,03

0,87

3,30

0,65

0,63

0,15

1,71

1,000

0,61

1,75

0,66

3,30

0,50

0,47

0,10

1,37

Bảng: Kết quả tính toán xác định khả năng xói ở hạ lưu.

H0o
(m)
1,0
9
1,0
5
0,9
5
0,8
7
0,6
6

P
(m
)
5
5
5
5
5

Hh
(m)

hc
(m)

hc’’
(m)

Z1
(m)

ZH
(m)

VH
(m/s)

0,7
9
0,7
6
0,7
0
0,6
5
0,5
0

0,2
2
0,2
0
0,1
8
0,1
5
0,1
0

2,0
4
1,9
7
1,8
3
1,7
1
1,3
7

5,6
4
5,6
0
5,5
0
5,4
2
5,2
1

6,6
2
6,5
8
6,4
8
6,4
0
6,1
9

10,2
0
10,1
7
10,1
1
10,0
6
9,92

φ

Z0

0,89
5
0,89
5
0,89
7
0,89
8
0,90
0

7,1
1
7,1
0
7,0
6
7,0
4
6,9
7

Sin2
α

Sin
α

Cos
α

0,53

0,28

0,96

0,53

0,28

0,96

0,53

0,28

0,96

0,53

0,28

0,96

0,53

0,28

0,96

Fr

L

48,7
2
51,7
3
59,0
6
66,6
4
99,6
5

5,9
3
5,9
2
5,8
9
5,8
6
5,7
9

L1
(m)
10,3
4
10,1
4
9,74
9,42
8,55

tgα1

α1

t
(m)

0,498
3
0,504
0
0,515
9
0,525
8
0,554
3

24°54

25°23

26°18

26°38

27°24


2,2
0
2,1
3
1,9
9
1,8
7
1,5
3



Kết luận: Độ sâu hố xói và chiều dài đường bao hố xói không ảnh hưởng đến chân
công trình.
- Khoảng cách tâm hố xói đến đỉnh hố xói phía công trình : bx/2 = 9,04/2 = 4,02m <
L1 = 10,34m.
- L1:Chiều dài từ chân công trình đến tâm hố xói sâu nhất.
4.2. Tính toán thủy lực ống đẩy của máy bơm.
4.2.1 Xác định đường ống kinh tế của máy bơm.
4.2.1.1. Phương án 1.
 Chọn vật liệu làm ống bằng thép, đường kính ống sơ bộ theo chỉ tiêu kinh tế tính theo
công thức sau:
D KT =

4.Q
( m)
n.π .Vkt

(4.10)
Trong đó:
• n=1

: Số ống đẩy của máy bơm.
Trang 21

Thuyết minh ĐATN

Nâng cấp, cải tạo hệ thống cấp nước khu vực đỉnh Bà Nà

• Vkt = 1,5 (m/s)

: Vận tốc kinh tế trong ống đẩy.

Theo Bảng A.2 – Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8423 : 2010.
• Q = 1000 (m3/ngày.đêm)
⇒ D KT =

: Lưu lượng của máy bơm.

4.1000
= 0, 099(m)
1.3,14.1,5.24.3600

4.2.1.2. Phương án 2.
 Đường kính kinh tế của một đoạn ống độc lập có thể xác định theo công thức của
Mosnin:

D KT =∋ x .Q3x (m)

(4.11)

Trong đó:
• Q = 1000 (m3/ngày.đêm)

: Lưu lượng của máy bơm.


= 0,5
• X

: Là nhân tố kinh tế, = 0,15 ÷ 2,0.
: Là chỉ số mũ, lấy bằng 0,14.





⇒ D KT = 0, 50,14.(1000 / (24.3600))3.0,14 = 0,139( m)

Dựa vào kết quả tính toán của 02 phương án trên, để đảm bảo an toàn và hệ thống
làm việc độc lập. Nên chọn DKT = 0,15 (m) = 150 (mm).
4.2.2 Chọn loại ống
- Chọn loại ống nhựa mạ kẽm, DN 150. Theo tiêu chuẩn ASTM A53 có các thông số
kỹ thuật sau (trích từ catalogue tập đoàn Hòa Phát):
• Đường kính ngoài
: 168,3 (mm).
• Kích thước danh nghĩa
: 6 (inch).
• Đường kính trong
: 150 (mm).
• Bề dày
: 3,96 (mm).
• Trọng lượng
: 16,04 (kg/m).
• Áp lực thử
: 70 (atm).
4.2.3. Lựa chọn các tổ máy bơm.
Tại vị trí xây dựng đập ngăn nước có cao độ mực nước bơm +785,30 (m); bơm cấp
nước thô đến trạm xử lý nước Miếu Bà (+1385,0 m). Với độ cao chênh lệch 600,0 (m)
cần phải bố trí một số nhà máy bơm trung gian để vận hành theo phương thức bơm
chuyển tiếp.
Qua khảo sát địa hình thực tế, tại vị trí 59 (Bể chứa nước cũ, gần ga Depay) ở cao trình
+1298,0 (m) có địa hình thuận lợi (bằng phẳng, gần trạm 22/0,4 kV 400kVA), do đó ta
Trang 22