Tài liệu Bài giảng thuỷ văn công trình,

Thuỷ Văn Công Trình Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa Nội dung chương 5 I II III IV Hồ chứa và điều tiết dòng chảy Phương pháp tính bồi lắng trong kho nước Các loại tổn thất hồ chứa và phương pháp xác định Nguyên lý điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa V Mức đảm bảo thiết kế - Tần suất thiết kế các công trình thuỷ lợi VI Các tài liệu cơ bản dùng trong tính toán hồ chứa VII Tính toán điều tiết cấp nước VIII Tính toán điều tiết lũ I. Hồ chứa và điều tiết dòng chảy 1. 2. 3. 4. 5. Các yêu cầu về nước và phân loại Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy Phân loại điều tiết dòng chảy Hồ chứa và công trình đầu mối Đặc trưng địa hình hồ chứa và các thông số chính của công trình 1. Các yêu cầu về nước và phân loại
Các yêu cầu về nước: các hoạt động dân sinh của con người có những đòi hỏi khác nhau về nước.
Các yêu cầu về nước được đánh giá bởi các đặc trưng: lượng, chất lượng, động thái và mức đảm bảo. Ví dụ:
Các yêu cầu về tưới được đánh giá bởi lượng nước được cấp, chất lượng của nước mà nó nhận được, chế độ tưới và mức đảm bảo cấp.
Yêu cầu về nước cho phát điện được đánh giá bởi công suất theo thời gian (động thái), tổng điện năng (lượng), mức đảm bảo của công suất được cấp.
Những đối tượng có yêu cầu về nước gọi chung là các hộ có yêu cầu về nước 1. Các yêu cầu về nước và phân loại
Phân loại:
Các hộ dùng nước: những hộ có yêu cầu cấp nước
Các hộ tiêu hao nước: là các hộ trong quá trình dùng nước làm tiêu hao một lượng nước đáng kể mà nó được cung cấp. Ví dụ: khu tưới, công nghiệp, sinh hoạt...
Các hộ sử dụng nước: là các hộ trong quá trình dùng nước không làm tiêu hao hoặc tiêu hao không đáng kể lượng nước được cấp. Ví dụ: thuỷ điện, giao thông thuỷ, thuỷ sản...
Các hộ có yêu cầu bảo vệ khỏi mối đe doạ của nước
Không có yêu cầu cấp nước nhưng lại có yêu cầu được bảo vệ khỏi bị tai hoạ do nước gây ra. Ví dụ: những vùng co nguy cơ bị ô nhiễm môi trường do nước bị nhiễm bẩn; phòng chống lũ, tiêu úng... 2. Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
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
Tuy nhiên, sự biến động nhu cầu về nước của con người và sự biến động dòng chảy tự nhiên thường lệch pha nhau
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 dùng nước, sử dụng nước và phòng chống lũ lụt 2. Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
Nâng cao lưu lượng mùa cạn: cấp nước, phát điện, giao thông thuỷ...
Giảm bớt lưu lượng của mùa lũ: Phòng lũ cho hạ du...
Phân phối lại dòng chảy cho phù hợp với nhu cầu 2. Khái niệm và nhiệm vụ điều tiết dòng chảy
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. Điều này 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 3. 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 Đ ề tiết Điều ế nhiều ề năm ă 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 4. Hồ chứa và 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
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. 5. Đặc trưng địa hình hồ chứa và các thông số chính của công trình Đặc trưng địa hình hồ chứa: các thành phần dung tích và mực nước đặc trưng của hồ chứa: Dung tích chết và mực nước chết Dung tích hiệu dụng và mực nước dâng bình thường Dung tích siêu cao và mực nước siêu cao Dung tích kết hợp và mực nước trước lũ b. Thông số chính của công trình a. a. Các thành phần dung tích và mực nước đặc trưng của hồ chứa Hsc Vsc Vpl Hbt Vkh Htl H Vh Hc Hhl Vc Sơ họa mặt cắt hồ chứa 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 + ∆Z + 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 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 là: Vbt = Vc + Vh
Hbt là Vbt có quan h hệ theo đường ng cong Z~V
Nguyên tắc lựa chọn:
Căn cứ vào đường quá trình nước đến thiết kế
Căn cứ vào đường quá trình nước dùng thiết kế
Tính toán điều tiết cấp nước xác định các đặc trưng hồ chứa
Căn cứ vào điều kiện địa hình địa chất của vùng hồ chứa
Lựa chọn các đặc trưng thiết kế của hồ chứa theo các điều kiện kinh tế và kỹ thuật. 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 (đảm bảo điều kiện ngập cho phép)
Giải quyết bài toán kinh tế kỹ thuật 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 củaVh để trữ lũ, gọi làVkh. 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
GọiVtl là dung tích trước lũ: Vtl = Vc + Vh –Vkh
Ztl vàVtl có quan hệ theo đường cong Z~V.
Nguyên tắc lựa chọn:
Đủ dung tích điều tiết lũ theo nhiệm vụ chống lũ cho công trình
Giảm thiệt hại cho thượng lưu do bị ngập lụt
Đảm bảo an toàn về mặt tích nước vào hồ b. Thông số chính của công trình
Các công trình lấy nước và tháo lũ cần được mô tả đầy đủ về hình thức kết cấu, cao trình ngưỡng, kích thước và chế độ làm việc của nó.Ví dụ: TT a. c d Công trình Đập chính Hình thức đâp Cao trình đỉnh đập Bề rộng mặt đập Chiều dài đập Chiều cao đỉnh đập (Hmax) Tràn xả lũ Tràn chính Hình thức tràn Cao trình ngưỡng tràn Chiều dài tràn Chiều rộng tràn Cống lấy nước Hình thức cống Khẩu diện cống Độ dốc đáy cống Cao độ đáy cửa vào Chiều dài cống Lưu lượng thiết kế Đơn vị Tuyến m m m m Tuyến m m m m m m m3/s Trị số 01 Đập đất +41 4 400 8 1 Tràn tự do +39,5 31 56 Cống tròn D = 0,8 0,002 +33 56,25 0,72