Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 12. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

CHƯƠNG 12. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 29



Ngành kỹ thuật



cơng trình



12.1.3.Ý nghĩa:

Việc tính tốn điều tiết lũ gắn liền với quy mơ, kích thước cơng trình tràn, nó

sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cao trình đỉnh đập, chiều dài cống lấy nước, phòng lũ ở

hạ lưu và các vấn đề khác, nó quyết định đến giá thành cơng trình, u cầu về thi

cơng. Vì thế, ta phải tính tốn điều tiết lũ cho nhiều phương án khác nhau để tìm ra

một phương án tối ưu nhất cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.

12.1.4.Ngun lý tính tốn:

Việc tính tốn điều tiết lũ đều dựa trên một nguyên lý cơ bản, đó là việc hợp

giải phương trình cân bằng nước, phương trình thủy lực của cơng trình xả lũ và các

biểu đồ phụ trợ:

  Q1  Q2 

 q  q2 

.t   1

.t V2  V1



2 

 2 



 q  f ( Z , Z , A)

t

h





(5-1)



Đường quan hệ mực nước với dung tích hồ (Z ~V).

Đường quan hệ cột nước và lưu lượng hạ lưu (H ~ Q).

Trong đó:

+ Q1,Q2 là lưu lượng lũ đến đầu và cuối thời đoạn tính tốn.

+ q1,q2 là lưu lượng xả đầu và cuối thời đoạn.

+ V1,V2 là dung tích đầu và cuối thời đoạn tính tốn.

+ A là thơng số hình thức biểu thị thơng số cơng tác của cơng trình xả lũ.

+ Zt, Zh là mực nước thượng và hạ lưu hồ tại thời điểm tính tốn.

5.1.5. Phương pháp tính tốn:

Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau tính toán điều tiết lũ bằng kho

nước (tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản trình bày trên). Các phương pháp khác

nhau là tùy thuộc vào cách thức giải hệ phương trình trên. Một số phương pháp tính

tốn điều tiết lũ hiện nay hay dùng là: phương pháp lặp, phương pháp bán đồ giải

Pơtapốp, phương pháp đồ giải hồn tồn. Trong đồ án này em dùng phương pháp

bán đồ giải Pơtapốp để tính tốn điều tiết lũ.

-



Các tài liệu tính tốn:

+ Loại ngưỡng tràn: đỉnh rộng, tràn khơng cửa van đóng mở.

+ MNDBT = 525.42(m)



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 30



Ngành kỹ thuật



cơng trình



+ Cao trình ngưỡng tràn Z ngưỡng = MNDBT = 525.42(m)

+ Bề rộng tràn: Btr = 9;12;15(m)

12.2. Tính tốn điều tiết lũ.

12.2.1.Tài liệu tính tốn:

1. Quan hệ Z ~ V vùng lòng hồ như bảng (1-1)

2. Q trình lũ Q ~ t ứng với tần suất thiết kế P = 1% và tần suất kiểm tra

P=0.2% cho ở bảng (1-8).

3. Cơng trình xả: Do cơng trình nhỏ lại ở thượng nguồn nằm ở xa vùng dân

cư nên điều kiện vận hành duy tu khơng thường xun. Do đó để thuận lợi cho vận

hành an toàn thuận lợi ta chọn cơng trình xả mặt, khơng có cửa van, dạng đập tràn

là đập tràn đỉnh rộng cao trình ngưỡng 525.42 (m) bằng cao trình mực nước dâng

bình thường.

12.2.2.Lựa chọn khẩu độ tràn:

Để xác định được Btr hợp lý cần phân tích tính tốn nhiều trường hợp, rồi so

sánh kinh tế kỹ thuật để chọn phương án hợp lý.

Nếu Btr lớn: Đập thấp dẫn đến giảm được khối lượng đập đất, cống ngắn hơn

và diện tích ngập lụt lòng hồ nhỏ, cột nước tràn nhỏ nhưng khối lượng tràn lại lớn.

Nếu Btr nhỏ: Đập cao kinh phí đập tăng lên, cống dài thêm và ngập lụt lòng

hồ lớn, cột nước tràn cao, tiêu năng khó khăn.

Trong đồ án này, chọn ba phương án Btr là 9m; 12m; 15m để tính tốn điều

tiết lũ.

12.2.3.Phân tích dạng đường q trình xả lũ:

12.2.3.1. Phương trình đường quá trình xả lũ:

Từ phương trình cân bằng nước Q.dt  q.dt  F .dh → Q  q  F .



dh dq

.

dq dt



(5-2)



Đối với cơng trình xả lũ là đập tràn không ngập chảy tự do:

q =  .m.B. 2 g .h3/2 hay q = m.B.h3/2

Đạo hàm hai vế:



dh 2 q  1 / 3

 .

 K1.q  1 / 3

dq 3 ( M .B ) 2 / 3



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 31



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Thay vào phương trình (5-2), ta có:



dq (Q  q ) 1 / 3



.q

dt

K1.F



(5-3)



Phương trình (5-3) là cơ sở để phân tích dạng đường q trình xả lũ cho

trường hợp đập tràn có cửa van điều tiết và khơng có cửa van điều tiết.

12.2.3.2. Dạng đường quá trình xả lũ của đập tràn chảy tự do:

Cơng trình xả lũ là đập tràn chảy tự do, mực nước trong kho khi lũ đến bằng

cao trình ngưỡng tràn. Đường q trình xả lũ có dạng như sau:

Q,q (m3/s)

Q ~ t

q max



A

Vmax



q ~ t



t1



t (h)



Hình 5-1. Đường quá trình lũ đến và lưu lượng xả của đập tràn chảy tự do

-



Tại to: Q = q 



dq

0 , đường xả lũ (q~t) tại vị trí đó là tiếp tuyến với trục

dt



hoành.

-



Từ to  t1: Q > q và q > 0 



dq

 0 (hàm đồng biến): mực nước trong kho

dt



tăng.

-



Tại t1: Q = q 



dq

0 nên q đạt giá trị cực đại q = q max, lúc này mực nước

dt



trong kho đạt giá trị cao nhất gọi là mực nước siêu cao hay mực nước dâng gia

cường.

-



Sau t1: Q < q 



dq

 0 (hàm nghịch biến): lưu lượng xả giảm dần, mực nước

dt



trong kho cũng giảm cho đến khi trở về trạng thái trước lũ.

12.2.4.Điều tiết lũ theo phương pháp đồ giải của pơ-ta-pốp:

12.2.4.1. Ngun lý tính toán:

Cũng xuất phát từ nguyên lý chung, phương pháp đồ giải của pô-ta-pốp cũng

được thực hiện trên cơ sở giải hệ hai phương trình:



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 32



Ngành kỹ thuật



công trình



  Q1  Q2 

 q  q2 

.t   1

.t V2  V1 (1)



2 

 2 



 q  f ( Z , Z , A)( 2)

t

h





Đường quan hệ mực nước với dung tích hồ (Z ~V).



(3)



Đường quan hệ cột nước và lưu lượng hạ lưu (H ~ Q). (4)

(1) Được viết lại dưới dạng sau:

 V2



V



 0.5q 2  Qtb   2  0.5q1  (5-4)



 T



 t



V

V



 0.5q  và V2   0.5q

t

 t





Đặt f1 



Biểu thức (1) được viết lại như sau: f 2  f 1  Qtb

Trong đó:

+ Qtb là lưu lượng bình quân thời đoạn Qtb = 0.5(Q1+Q2)

+ ∆t là thời đoạn tính tốn là hằng số (được chọn như nhau ở tất cả các thời

đoạn tính tốn)

Các giá trị q1, V1 trong phương trình (1) ở đầu mỗi thời đoạn ∆t đều đã biết

Lưu lượng nươc đến Qtb ở mỗi thời đoạn cũng đã biết → vế phải của phương

trình đã được xác định.

Ta cần phải xác định q2, V2 trên cơ sở sử dụng phương trình (2) và các biểu

đồ phụ trợ (3), (4).

V



 0 .5 q 

 t





Vì V phụ thuộc vào q nên giá trị 



V



 0.5q  đều là hàm số

 t





và 



của lưu lượng xả q bởi vậy ta có thể xây dựng biểu đồ phụ trợ dạng hình (5-3) để sử

dụng trong tính tốn điều tiết bằng phương pháp đồ giải. Biểu đồ gồm hai đường

cong:

V



V



q ~ f 1   0.5q  và q ~ f 2   0.5q 

 t



 t





Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 33



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Hình 5-2. Biểu đồ quan hệ phụ trợ

12.2.4.2. Phương pháp tính tốn:

a. Xây dựng các biểu đồ phụ trợ:

Bước 1: Lựa chọn thời đoạn tính tốn  t,  t càng nhỏ kết quả tính tốn càng

chính xác.

Bước 2: Giả thiết một số giá tri mực nước trong hồ từ đó tính cột nước h trên

đỉnh tràn.

Bước 3: Tính lưu lượng xả lũ tương ứng

Bước 4: Dựa vào đường quan hệ Z ~ V của hồ chứa xác định V với các Z đã

giả thiết.

Bước 5: Tính các giá trị f1= (



V

q

V

q

 ) , và f2 = (  )

t

2

t 2



Bước 6: Vẽ đường quan hệ q~f1, q~f2 trên cùng một đồ thị.



Các bước tính tốn trên được thể hiện cụ thể qua bảng tính sau:

STT

Z (m)

(1)

(2)

Trong đó:



h (m)

(3)



qxả (m3/s)

(4)



Vk (106m3)

(5)



V(106m3)

(6)



f1

(7)



f2

(8)



Cột 1: Số thứ tự.

Cột 2: Mực nước giả thiết của hồ chứa bắt đầu giả thiết từ MNDBT.

Cột 3: Cột nước trên ngưỡng tràn h = cột 2 – MNDBT

Cột 4: Lưu lượng xả qua tràn. Đối với đập tràn đỉnh rộng chảy tự do:

q  o mB 2 g h 3 / 2

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 34



Ngành kỹ thuật



cơng trình



m: là hệ số lưu lượng, sơ bộ chọn m = 0.36

ε: Hệ số co hẹp bên, sơ bộ chọn ε = 0.96

Cột 5: Dung tích kho được xác định bằng quan hệ Z ~ V tương ứng với Z giả

thiết ở cột 2.

Cột 6: Dung tích hồ chứa trên ngưỡng tràn V = Vk - VMNDBT.

Cột 7,8: Giá trị hàm phụ trợ, f1 



V q

V q

 và f 2 



t 2

t 2



Vẽ quan hệ cột (4) với cột (7) và (8) sẽ được biểu đồ phụ trợ và dùng đường

quan hệ này để tính tốn điều tiết lũ.

Kết quả các giá trị đặc trưng của biểu đồ phụ trợ được ghi ở bảng (5-1) và

phụ lục (5-1), (5-7).

b. Tính tốn điều tiết lũ:

-



Đường qua trình xả lũ q(t) được xác định trên cơ sở sử dụng biểu đồ phụ trợ



đã được xác định ở trên. Đường quá trình xả lũ, dung tích siêu cao và mực nước

siêu cao của hồ chứa theo phương pháp pô-ta-pốp dược thực hiện theo các bước sau

đây:

+ Với mỗi thời đoạn  t tính Qtb = 0.5(Q1 + Q2).

+ Từ q1 đã biết (tại thời điểm ban đầu q 1= 0) tra trên biểu đồ quan hệ f 1~ q ta

được giá trị f1 và từ đó ta lại tính tiếp được f2 = Q + f1

+ Từ f2 tra biểu đồ tra ngược lại biểu đồ phụ trợ theo quan hệ f2 ~ q ta sẽ

được q2. Đó chính là lưu lượng xả lũ cuối thời đoạn ∆t và cũng chính là giá trị q 1

của thời đoạn tiếp theo.

+ Lặp lại các bước trên cho các thời đoạn tiếp theo và tính tốn cho đến khi

kết thúc.

-



Dung tích siêu cao Vsc được xác định theo công thức:

t2



Vsc=   Qtb  qtb  t

t1



Các bước tính tốn được thể hiện cụ thể qua bảng tính sau:

STT Tlũ Q1

(1) (2) (3)

Trong đó:



Q2

(4)



Qtb

(5)



q1

(6)



f1

(7)



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



f2

(8)



q2

(9)



qtb

(10)



V=(Qtb-qtb)t Vk

Z

(11)

(12) (13)



Lớp: 51C – TL1



Htr

(14)



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 35



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Cột 1: Số thứ tự

Cột 2: Thời gian lũ, với thời đoạn tính tốn t = 1 giờ.

Cột 3: Lưu lượng lũ đến đầu thời đoạn tính tốn.

Cột 4: Lưu lượng lũ đến cuối thời đoạn tính tốn.

Cột 5: Lưu lượng lũ trung bình thời đoạn, Qtbi 



Qi 1  Qi

2



Cột 6: qxả đầu thời đoạn, giả thiết q1 tại thời điểm ban đầu bằng 0.

Cột 7: Giá trị hàm f1, xác định theo lưu lượng qxả ở cột 6.

Cột 8: Giá trị f2, f2 = f1 + Qtb

Cột 9: qxả cuối thời đoạn.

Cột 10: Lưu lượng xả trung bình thời đoạn tính.

Cột 11: Dung tích tổng cộng của hồ chứa đến mực nước tính tốn

Cột12: Dung tích hồ chứa kể từ ngưỡng tràn đến mực nước tính tốn.

Cột 13: Mực nước trong hồ.

Cột 14: Cột nước trên tràn.

Kết quả tính tốn điều tiết lũ được ghi ở bảng (5-2), (5-3) và phụ lục (5-8),

(5-9), (5-14), (5-15).

Bảng 5-1. Các giá trị đặc trưng của biểu đồ phụ trợ (Btr = 9 m)

m = 0.36; ε = 0.96

TT

(1)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14



Z(m)

(2)

525.42

525.62

525.82

526.02

526.22

526.42

526.62

526.82

527.02

527.22

527.42

527.62

527.82

528.02



h(m)

(3)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6



q(m3/s)

(4)

0.000

1.232

3.485

6.403

9.858

13.777

18.111

22.822

27.883

33.272

38.968

44.957

51.225

57.760



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Vk(106m3)

(5)

1.541

1.573

1.605

1.637

1.669

1.701

1.733

1.765

1.797

1.833

1.868

1.904

1.939

1.974



V(106m3)

(6)

0.000

0.032

0.064

0.096

0.128

0.160

0.192

0.224

0.256

0.292

0.327

0.362

0.398

0.433



f1

(7)

0.000

8.267

16.024

23.448

30.604

37.528

44.245

50.772

57.220

64.359

71.344

78.183

84.882

91.448



f2

(8)

0.000

9.499

19.509

29.852

40.462

51.305

62.355

73.594

85.103

97.631

110.312

123.140

136.108

149.208

Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 36



Ngành kỹ thuật



cơng trình



15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27



528.22

528.42

528.62

528.82

529.02

529.22

529.42

529.62

529.82

530.02

530.22

530.42

530.62



2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2



64.551

71.589

78.866

86.374

94.106

102.057

110.219

118.588

127.158

135.926

144.886

154.035

163.369



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



2.010

2.045

2.081

2.116

2.152

2.191

2.231

2.270

2.310

2.349

2.389

2.428

2.468



0.469

0.504

0.539

0.575

0.611

0.650

0.690

0.729

0.769

0.808

0.848

0.887

0.927



97.886

104.200

110.395

116.475

122.556

129.553

136.444

143.232

149.919

156.507

162.999

169.397

175.702



162.437

175.790

189.261

202.849

216.662

231.609

246.663

261.819

277.077

292.433

307.885

323.432

339.071



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 37



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Bảng 5-2. Bảng tính toán điều tiết lũ với P = 0.2% (Btr = 9m)

TT



T



Q1



Q2



Qtb



q1



(giờ)



(m3/s)



(m3/s)



(m3/s)



(m3/s)



(1)



(2)



(3)



(4)



(5)



(6)



(7)



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



0

13.08

26.22

39.39

52.58

46

39.42

32.84

26.26

19.69

13.11

6.53

0



13.08

26.22

39.39

52.58

46

39.42

32.84

26.26

19.69

13.11

6.53

0

0



6.540

19.650

32.805

45.985

49.290

42.710

36.130

29.550

22.975

16.400

9.820

3.265

0.000



0.000

0.848

5.131

14.448

27.641

37.122

39.658

38.047

34.230

29.348

23.687

17.851

12.260



0.000

5.692

20.211

38.568

56.911

69.080

72.132

70.215

65.535

59.161

51.874

43.843

34.847



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



f1



f2



q2



qtb



V



Vk



Z



Htr



(m3/s)



(m3/s)



(106m3)



(106m3)



(m)



(m)



(8)



(9)



(10)



(11)



0.848

5.131

14.448

27.641

37.122

39.658

38.047

34.230

29.348

23.687

17.851

12.260

8.030



0.424

2.990

9.789

21.045

32.381

38.390

38.853

36.139

31.789

26.518

20.769

15.056

10.145



0.022

0.060

0.083

0.090

0.061

0.016

-0.010

-0.024

-0.032

-0.036

-0.039

-0.042

-0.037



(13)

525.42

525.558

525.933

526.451

527.010

527.355

527.443

527.388

527.254

527.074

526.854

526.608

526.343

526.114



(14)



6.540

25.342

53.016

84.553

106.201

111.790

108.262

99.765

88.510

75.561

61.694

47.108

34.847



(12)

1.541

1.563

1.623

1.706

1.796

1.857

1.872

1.862

1.839

1.807

1.771

1.731

1.689

1.652



0.138

0.513

1.031

1.590

1.935

2.023

1.968

1.834

1.654

1.434

1.188

0.923

0.694



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 38



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Bảng 5-3. Bảng tính tốn điều tiết lũ với P=1% (Btr = 9m)

TT



T



Q1



Q2



Qtb



q1



(giờ)



(m3/s)



(m3/s)



(m3/s)



(m3/s)



(1)



(2)



(3)



(4)



(5)



(6)



(7)



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12



0

10.45

20.95

31.45

41.95

36.7

31.45

26.2

20.95

15.7

10.45

5.2

0



10.45

20.95

31.45

41.95

36.7

31.45

26.2

20.95

15.7

10.45

5.2

0

0



5.225

15.700

26.200

36.700

39.325

34.075

28.825

23.575

18.325

13.075

7.825

2.600

0.000



0.000

0.678

3.694

10.686

20.799

28.825

31.083

30.112

27.287

23.346

19.016

14.569

10.181



0.000

4.547

16.554

32.067

47.969

58.468

61.460

60.173

56.461

51.440

45.499

38.755

31.174



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



f1



f2



q2



qtb



V



Vk



Z



Htr



(m3/s)



(m3/s)



(106m3)



(106m3)



(m)



(m)



(8)



(9)



(10)



(11)



0.678

3.694

10.686

20.799

28.825

31.083

30.112

27.287

23.346

19.016

14.569

10.181

6.834



0.339

2.186

7.190

15.743

24.812

29.954

30.598

28.700

25.317

21.181

16.792

12.375

8.507



0.018

0.049

0.068

0.075

0.052

0.015

-0.006

-0.018

-0.025

-0.029

-0.032

-0.035

-0.031



(13)

525.42

525.530

525.834

526.262

526.734

527.055

527.139

527.103

526.996

526.841

526.658

526.457

526.236

526.045



(14)



5.225

20.247

42.754

68.767

87.294

92.543

90.285

83.748

74.786

64.515

53.324

41.355

31.174



(12)

1.541

1.559

1.607

1.676

1.751

1.804

1.818

1.812

1.794

1.768

1.739

1.707

1.672

1.641



0.110

0.414

0.842

1.314

1.635

1.719

1.683

1.576

1.421

1.238

1.037

0.816

0.625



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 39



Ngành kỹ thuật



cơng trình



Hình 5-3. Biểu đồ phụ trợ q~f1 và q~f2 (Btr=9m)



Hình 5-4. Quá trình điều tiết lũ với P=0.2% (Btr=9m)



Hình 5-5. Quá trình điều tiết lũ với P=1% (Btr=9m)



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 12. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×