Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 9 : THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC

CHƯƠNG 9 : THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Thiết kế hồ chứa
Tuyến cống được bố trí hơi chéo so với tuyến đập và đi men theo đường đồng
mức để tránh phải đào lớn.
Tháp van nếu bố trí lùi vào trong thân đập thì điều kiện làm việc của tháp tốt
hơn như lún ít chênh lệch so với bộ phận thân cống vì lực chịu tương đối đều, tháp
tránh được sóng gió, cầu công tác giảm được chiều dài, song bộ phận phía trước cống
làm việc có áp sẽ dài, khó kiểm tra tu sửa, yêu cầu nối tiếp tháp với đập phải tốt, tránh
gây thấm ở mặt tiếp xúc, bất lợi cho sự làm việc của đập. Ngược lại là phương án bố
trí tháp van ở về phía chân đập. Do vậy vị trí tháp van bố trí ở khoảng giữa mái đập
thượng lưu tại vị trí đặt cống là tương đối tối ưu.
Từ vị trí đặt cống, cao trình đặt cống sơ bộ ta xác định được các chiều dài của
cống như sau :
Chiều dài đoạn cống trước cửa van :

L1 = 50 (m).

Chiều dài đoạn cống sau cửa van :

L2 = 90 (m).

Tổng chiều dài cống :

L = 140 (m).

Phía trước tháp van có bố trí lưới chắn rác và khe phai.
c. Thiết kế kênh hạ lưu cống
Kênh hạ lưu cống có nhiệm vụ dẫn nước từ cống về khu tưới. Kênh dẫn hạ lưu
phải dẫn được lưu lượng lớn nhất mà vẫn không bồi lắng, xói lở. Kênh hạ lưu được
thiết kế trước để làm căn cứ cho việc tính toán thuỷ lực cống.
i. Thiết kế mặt cắt kênh
Mặt cắt kênh được thiết kế với lưu lượng thiết kế Q, tức lưu lượng lấy nước lớn
nhất (Qtk = 0,39 m3/s).
Căn cứ vào điều kiện địa chất nơi tuyến kênh chạy qua, sơ bộ chọn được các chỉ
tiêu sau:
- Mặt cắt kênh có dạng hình thang
- Độ dốc đáy kênh: i = 0,00025
- Độ nhám lòng kênh: n = 0,025
- Hệ số mái kênh: m = 1,5
Xác định bề rộng đáy kênh (b) và chiều sâu nước trong kênh (h)
Theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực theo trình tự sau:

Trang 136

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

F ( Rln ) =

4mo . i 8, 424. 0, 00025
=
= 0,342
Q
0,39

Tra bảng 8.1 Các bảng tính thuỷ lực ta đựơc Rln= 0,382 m
Do lưu lượng qua cống nhỏ nên kênh sau cống có thể chọn trước trị số bề rộng
b = 2,0 m.
Lập tỷ số

b
2
=
= 5, 24 Tra bảng 8.3 các bảng tính thuỷ lực ta được tỷ số:
R ln 0,382

h
h
= 1, 257 => h =
.R = 0,382.1,257 = 0,48 (m)
Rln
Rln ln

Kiểm tra lại trị số

b
2
=
= 4,17 nằm trong khoảng 2÷5 nên giá trị chọn như
h 0, 48

trên là hợp lý với b = 2,0 m
ii. Kiểm tra điều kiện không xói và bồi lắng.
Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ, không cần
kiểm tra điều kiện bồi lắng.
Kiểm tra điều kiện không xói.
- Vận tốc không xói trong kênh theo TCVN 4118-85 được xác định theo công
thức.
[VKX] = K.Q0,1
Trong đó: + Q: lưu lượng thiết kế Q = 0,39 (m3/s)
+ K: hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với đất sét pha K = 0,68 (bảng
13 TCVN 4118-85)
⇒ [Vkx] = 0,68. 0,390,1 = 0,62(m)
- Theo điều kiện không xói: kênh dẫn hạ lưu cống đảm bảo không xói khi.
Vmax < [Vkx]
Trong đó: + [Vkx]: Vận tốc cho phép để kênh không xói, [Vkx] = 0,62m/s
+ Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong kênh ứng với lưu lượng thiết kế.
Vmax =

Q max
ω

Với : Qmax = K.QTk ; ω =(b + m.h).h = (2+1,5.0,48).0,48 = 1,31(m2)
K: hệ số phụ thuộc Q, lấy K = 1,2
Trang 137

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
⇒ Qmax = 1,2.0,39 = 0,468(m3/s)
⇒ Vmax =

Thiết kế hồ chứa

0, 468
= 0,357 (m/s)
1,31

Vậy Vmax = 0,357 (m/s) < [Vkx] = 0,62(m/s)
Nên kênh hạ lưu sau cống đảm bảo không bị xói lở trong quá trình làm việc.
 Như vậy ta có các kích thước kênh như sau:
Bề rộng đáy kênh b =2,0 m
Hệ số mái kênh m = 1,5
Độ dốc đáy kênh i = 0,00025
Độ sâu nước tương ứng với Qtk là htk = 0,48 m
d. Tính khẩu diện cống
i. Trường hợp tính toán
Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống
nhỏ và lưu lượng lấy nước tương ứng tương đối lớn.
Ta tính với trường hợp thượng lưu là MNC , hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh
Zdk. Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lúc đó là:
[ΔZ] = MNC – Zkc = 510,803 – 510,3 = 0,503 (m)
ii. Sơ đồ tính toán
Khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, lưu lượng lấy nước tương đối lớn, cửa
van mở hoàn toàn. Sơ đồ tính khẩu diện cống như sau:
Σ Zi

[ Σ Z]
O

Z1

Zp ZL

Zv
h2

Z2
h1

Hình 7.1: Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định khẩu diện cống
Trong đó:
Trang 138

bc

bc

d

Zh
hh

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
- Z1: tổn thất cột nước ở cửa vào.
-

Zp : tổn thất cột nước do khe phai.

-

ZL : tổn thất cột nước do lưới chắn rác.

-

Zv : tổn thất cột nước qua khe van.

-

Z2 : tổn thất cột nước ở cửa ra.

-

i : độ dốc dọc cống.

-

L : tổng chiều dài cống, L = 140 m.

Thiết kế hồ chứa

Trong đó: Chiều dài từ cửa vào đến tháp van là 50 m, chiều dài sau tháp van là 90 m
-

h1: độ sâu dòng đều trong cống.

-

hh: chiều sâu mực nước trong kênh hạ lưu (hh = 0,48 m).

iii. Tính bề rộng cống bc
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q khi chênh lệch mực
nước thượng hạ lưu cống [Z] đã khống chế, tức là phải đảm bảo điều kiện:
∑ Zi ≤ [Z].
Trong đó:
∑ Zi = Z1 + Zp + ZL + Zv + Z2 + i.L.
[Z] = MNC - Zkc = 510,803 - 510,3 = 0,503 (m)
Trị số bc được tìm bằng phương pháp thử dần: tự cho bc, tính các trị số tổn thất
sau đó thử lại theo điều kiện ∑ Zi ≤ [Z].
Với mỗi trị số bc, ta xác định các tổn thất cột nước dọc theo chiều dài cống (tính
toán ngược từ hạ lưu lên), sau đó tính tổng tổn thất ΣZi , lập quan hệ bc~ ΣZi. Từ [∆Z]
tra quan hệ ta tìm được bc.
Tổn thất cột nước được xác định như sau:
iv. Tổn thất cửa ra
Dòng chảy từ bể tiêu năng ra kênh hạ lưu coi như sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy
ngập, khi đó:
α .Vb2
Q2

Z2 =
2.g
2.g .(ϕ n .b.hh ) 2

Trong đó:
b - bề rộng ở cuối bể tiêu năng lấy bằng bề rộng đáy kênh hạ lưu, b = 2,0m.
hh - chiều sâu nước hạ lưu ứng với lưu lượng thiết kế. hh = 0,48 m
Trang 139

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Thiết kế hồ chứa
ϕn - hệ số lưu tốc phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m,với m=0,36⇒ ϕn = 0,96.
Vb - lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng (tính toán ta giả thiết trước chiều sâu bể d
= 0,5m):
Vb =

QTK
Q QTk
0,39
=
=
= 0, 2 (m/s).
=
ω b b.hb b( d + hh ) 2.(0,5 + 0, 48)

0,392
1.0, 22

= 0, 007 (m)
Vậy Z2 =
2.9,81.(0,96.2.0, 48) 2 2.9,81

v. Tổn thất dọc đường
Coi dòng chảy trong cống là dòng chảy đều với độ sâu:
h1 = hh + Z2 = 0,48 + 0,007 = 0,487 (m)
Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống bằng iL, với i là độ dốc dọc cống xác định
như sau:
 Q 

i= 
 ω .C. R 

2

Trong đó: ω và C R tính với mặt cắt cống có bề rộng bc, chiều sâu h1.
Trình tự tính toán như sau:
- Tính ω = bc.h1.
- Tính χ = bc + 2h1.
- Tính R =

ω
1
và tính C = R1 / 6 , đối với cống làm bằng BTCT n = 0,017.
χ
n

- Tính i và tính tổn thất dọc đường iL.
Bảng…….Kết quả tính tổn thất dọc đường:
Stt
1
2
3
4

bc(m)
0.5
0.7
1
1.5

ω(m2)
0.2435
0.3409
0.487
0.7305

χ(m)
1.474
1.674
1.974
2.474

R(m)
0.1652
0.2036
0.2467
0.2953

C√R
17.71
20.361
23.139
26.083

i
0.0082
0.0032
0.0012
0.0004

vi. Tổn thất cục bộ
Các tổn thất cục bộ xác định theo công thức chung như sau:
Zi = ξi.
Trang 140

α .Vi 2
2.g

i.L(m)
1.148
0.448
0.168
0.056

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
Thiết kế hồ chứa
ξi là các hệ số tổn thất cục bộ xác định như sau:
 Hệ số tổn thất cục bộ qua khe van:
Tính tương tự như hệ số tổn thất cục bộ qua khe phai nhưng với bề rộng khe
van là bv = 0,3m.
Khi

bn
≤ 0,1 thì lấy ξkv = 0,05.
bc

Khi

bn
≥ 0, 2 thì lấy ξkv = 0,1.
bc

Nếu 0,1 ≤

bn
≤ 0,2 thì nội suy giữa 2 giá trị này
bc

Do bố trí 2 khe van nên hệ số tổn thất cục bộ ξv = 2. ξkv.
+ Vv : Lưu tốc dòng chảy ngay sau cửa van, ở đây ta coi dòng chảy trong cống là dòng
đều với độ sâu h1 nên có thể coi chiều sâu dòng chảy ngay sau cửa van là
hv = h1.
Vv =

Qtk
bc .h1

+ Độ sâu trước van: h2 = h 1 + Z V .
 Hệ số tổn thất cục bộ qua lưới chắn rác:
Hệ số tổn thất cục bộ qua lưới chắn rác xác định theo công thức sau:
S
b

4/3
ξL = β .( ) . sin α

Trong đó:
β - hệ số phụ thuộc hình dạng thanh, ta chọn thanh chữ nhật β = 2,42.
S - đường kính của thanh lưới thép, S = 8 mm.
b - khoảng cách giữa 2 thanh lưới liên tiếp, b = 0.1 m.
α - góc nghiêng của thanh lưới so với phương ngang, α = 600.
4

3
Thay số: ξ L = 2,42. 0,008  . sin 60 0 = 0,0722 .
 0,1 

 Hệ số tổn thất cục bộ qua khe phai:

Trang 141