Tài liệu đồ án thiết kế hồ chứa nước phú xuân

Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 1 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Chương 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Điều kiện địa hình 1.1.1 Vị trí địa lý: 1.1.1.1 Theo tọa độ: - Hồ chứa nước Phú Xuân dự đặt trên đoạn sông có tọa độ 109 02’31’’ kinh độ Đông và 13017’29” vĩ độ Bắc. Tại đây lũng sông đã được thu hẹp lại khi mở rộng thành một lòng chảo trước khi mở ra một bình nguyên ở hạ du. Vì thế nơi đây có điều kiện tự nhiên đắp đập ngăn sông tương đối ngắn, tạo lên một hồ chứa nước. - Khu hưởng lợi của công trình chạy dài ven theo hai bên bờ tả và hữu của sông Trà Bương. Chủ yếu là bên bờ hữu (nằm ở phía Nam). Khu hưởng lợi có rộng trung bình 2km, chiều dài gần 10km nằm trong phạm vi vĩ độ Bắc từ 13 017’30” đến 13022’30”, và kinh độ Đông từ 10902’31” đến 10906’40”, có diện tích khoảng 23 km2 bao gồm 15.000ha đất đã được khai phá trồng trọt lâu đời nhưng đang thiếu nước của hai xã Xuân Phước và Xuân Quang, và một phần thị trấn La Hai. 1.1.1.2 Theo địa giới hành chính. - Hồ chứa nước Phú Xuân, dự kiến xây dựng trên sông Trà Bương, thuộc địa phận xã Xuân Phước, huyện Đồng Xuân, tỉnh Phú Yên, cách thị trấn La Hai khoảng 15km về phía Tây- Nam và cách thị xã Tuy Hòa khoảng 60 km về Tây -Bắc. - Sông Trà Bương là một nhánh cấp 1 bờ hữu của sông Kỳ Lộ, một sông lớn ở phía Bắc tỉnh Phú Yên. Sông Trà Bương bắt nguồn từ đỉnh núi Chang Chang cao trên 900 m và dãy núi nhà Tót cao khoảng 700 m, chảy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam lượn quanh sườn núi phía Nam dãy núi Trà Bương cao trên 540m và chuyển hướng chảy ngược về hướng Tây Bắc-Đông Nam, cách cửa biển khoảng 25km. - Lưu vực sông Trà Bương tính đến vị trí hồ chứa được giới hạn trong phạm vi vĩ độ Bắc từ 13011’ đến 13020’ và kinh độ Đông từ 108055’ đến 10905’, có diện tích hứng nước khoảng 126 km2. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 2 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo: 1.1.2.1 Khu vực dự án a) Đặc điểm đồi núi: - Địa hình của vùng nghiên cứu bị phân cách mạng và sâu. Loại núi cao từ 100m trở lên sườn núi dốc tới 300 đến 450, loại đồi thấp trên dưới 50m có sườn dốc thoải từ 150 đến 250. - Dựa vào nguồn gốc và hình thái của khu vực ta có thể phân thành 2 dạng địa hình địa mạo: dạng bào xói bóc mòn và dạng tích tụ. + Dạng bào xói bóc mòn: bao gồm toàn bộ các dãy núi, đồi bao quanh lòng hồ và khu đầu mối. + Dạng tích tụ: Phân bố dọc theo sông Trà Bương tạo thành các dải bồi và thềm sông nhỏ nó chiếm hầu hết khu tưới hạ lưu, địa hình này tương đối bằng phẳng. Nham thạch cấu tạo dạng tích tụ bao gồm các bồi tích á sét, á cát và cuội sỏi. b) Đặc điểm sông suối Sông Trà Bương bắt nguồn từ các dải núi cao ở phía Nam, đoạn đầu khoảng 4km chảy theo hướng Nam- Bắc, đoạn tiếp theo tới tuyến đập sông chảy theo hướng Tây NamĐông Bắc. Dòng sông Trà Bương trong khu vực xây dựng công trình về mùa khô chỉ rộng khoảng 10 đến 20 m, độ sâu trung bình chỉ 0,5m, nước chảy chậm. Về mùa mưa lũ lòng sông Trà Bương mở ra rất rộng, chỗ vùng tuyến mở ra đến hàng trăm m, nước dâng cao từ 5 đến 10m và chảy rất xiết. Đặc biệt ở bờ trái tuyến 2 có một bầu nước gọi là Bầu Da có kích thước khoảng 35x140m không bao giờ cạn nước, nguyên nhân hình thành Bầu Da có thể do đá gốc phía thượng lưu Bầu Da nhô ra là vật cản tích tụ cát, cuội, sỏi và dần dần nó được tách ra khỏi dòng chảy chính. 1.1.2.2 Khu vực lòng hồ Lòng hồ khá nông và rộng gần như vuông có chiều mỗi cạnh khoảng hơn 1km, xung quanh có núi cao bao bọc như hòn Cấm cao khoảng 207 m, hòn Cao cao khoảng 148m. Đáy hồ có độ cao trung bình từ 23 ¿ 24 m, các yên ngựa xung quanh đều trên 40m, diện tích hứng nước lưu vực là 126 km2, chiều dài sông đến đập dài 26,2km. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 3 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 1.1.2.3 Khu vực công trình đầu mối Trên khu vực đoạn sông nghiên cứu các tuyến đập dâng có địa hình hai vai thoải tương đối hoàn chỉnh. Tuy khoảng cách có rộng làm cho tuyến đập dài từ 500 đến 600 m, mặc dù đây là chỗ hẹp nhất từ vùng đồi núi mở ra vùng bình nguyên phía hạ lưu. Ở phía bờ tả có eo yên ngựa rộng, địa hình tương đối bằng phẳng tốt và hoàn chỉnh có thể bố trí tràn xả lũ. Tuyến cống lấy nước dự kiến đặt ỏ bên bờ hữu đập (bờ hữu sông), tùy địa hình, địa chất và các yếu tố liên quan, ta sẽ nghiên cứu và xác định cao trình đặt cống ở các chương sau này. 1.1.2.4 Khu hưởng lợi Khu tưới khá bằng phẳng, thấp dần từ thượng lưu về hạ lưu cao độ +20m trở xuống. Và thấp nhất từ hai sườn xuống lũng sông, có cao độ từ 10 đến 12 m, chỗ thấp nhất 8m. Đặc điểm khu tưới khá đơn giản, hai bên sườn núi thấp, giữa là thung lũng đồng bằng vì vậy việc bố trí hệ thống tuyến kênh mương tương đối thuận lợi, tuy có bị phân cách nhiều nhưng những công trình này đều nhỏ, lưu lượng dẫn thấp nên không đáng lo ngại. Đối với tuyến kênh chính sau cống lấy nước đến điểm chia nước dài 1,2km, đi qua địa hình tương đối phức tạp, đoạn đầu kênh vượt qua sườn núi khá dốc (đến 20 0) sau đó đi vòng hoặc vượt qua khe cạn. Tuy nhiên kênh chính chỉ chuyển tải lưu lượng không lớn (QTK = 2,1 m3/s) vì thế cũng không phức tạp trong việc bố trí và thi công. Đối với kênh cấp I (N 1 và N2) thì đều men theo hai khu tưới ở về hai phía thềm tả và thềm hữu của sông Trà Bương. Do tuyến kênh bị phân cắt nhiều do vậy phải chú trọng việc phòng lũ quét để bảo vệ kênh và các công trình trên kênh, cần phải nạo vét tu sửa các tuyến kênh sau mỗi mùa mưa lũ. 1.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn: 1.2.1 Đặc trưng khí tượng. Vùng lưu vực sông Trà Bương thuộc tiểu vùng khí hậu miền núi thấp mưa vừa của tỉnh Phú Yên nằm trên phía Tây của vùng đồng bằng duyên hải Đồng Xuân, Tuy An, Tuy Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 4 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Hòa. Lượng mưa trung bình năm từ 1500 đến 2000 mm, năm thấp nhất xuống dưới 1000mm, năm cao nhất 2000mm. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 26 0C, tháng nóng nhất ở vùng thung lũng khuất gió bị đốt nóng nhiều, kém lưu thông, nhiệt độ lên đến 41 0C, gió Tây nóng xuất hiện sớm và mạnh, tốc độ gió lớn nhất đo được trên 20 m/s. Độ ẩm trung bình hàng năm là 82%. Bảng 1-1: Nhiệt độ không khí trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất hàng tháng Tháng đặc II III IV V VI VII VIII IX X XII XII 21,9 22,6 25,7 27,6 29,0 28,3 28,3 28,1 26,8 25,1 24,4 22,4 25,9 35,4 38,4 39,2 40,1 40,5 39,8 38,0 38,0 36,9 38,4 31,0 32,8 40,5 13,1 13,7 16,3 17,2 21,3 21,9 20,9 21,7 21,5 17,9 15,8 15,0 13,1 trưng T(0C) TBn I ăm 0 Tmax( C ) Tmin(0C) Bảng 1-2: Độ ẩm tương đối của không khí trung bình nhỏ nhất trong tháng VI VI I II 74 74 21 31 Tháng đặc trưng I II III IV V VI W(%) 84 84 84 83 80 Wmin(%) 37 38 29 27 24 XI IX X XI 76 82 86 87 85 82 31 33 32 41 32 21 I TBnăm Vùng công trình cũng chịu ảnh hưởng của bão lốc, bão thường tập trung vào tháng 6 đến tháng 12, bão nói chung không nhiều, trung bình mỗi năm có một trân, năm nhiều có ha trận, có nhiều năm không có bão. Bão gây gió to mưa lớn, có khi lên đến 35 đến 37 m/s. Trận bão ngày 8/11/1964 vào Phú Yên tốc độ gió khoảng 36 m/s, lượng mưa đạt 655mm trong 5 ngày làm ngập nhiều ruộng đất canh tác và nhà cửa. Hàng năm, vùng công trình cũng có 5 đến 10 ngày có sương mù vào các tháng mùa đông, sương mù gây cản trở giao thông và quang hợp của cây trồng nhưng mức độ ảnh hưởng không nhiều. Bảng 1-3: Tốc độ gió theo hướng vuông góc với đập (hướng S-W) theo các tần suất Tần suất P% 4% 10% 50% Vận tốc gió V(m/s) 31 25 18 Bốc hơi lưu vực: Z0 = 890 (mm/năm). Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 5 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Bốc hơi mặt hồ: Z = 1386,2 mm/năm Bảng 1-4: Chỉ tiêu bốc hơi mặt hồ Thán g I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 71,6 71,2 86,8 94,5 136,7 189,0 147,6 199,6 177,2 69,4 69,3 78,3 TB năm Δ Z 138,6 (mm) 1.2.2 Đặc trưng thủy văn, tài liệu lũ. Diện tích lưu vực: Flv = 126 km2 Chiều dài sông đến đập: Ls = 26,2 km. Lượng mưa bình quân nhiều năm: X0 = 1500 mm Lớp dòng chảy bình quân nhiều năm: Y0 = 610 mm. Modun dòng chảy bình quân nhiều năm: M0 = 19,4 l/s/km2 Lưu lượng bình quân nhiều năm: Q0 = 2,44 m3/s. Tổng lượng dòng chảy bình quân nhiều năm: W0 = 77.106 m3 Hệ số phân tán Cv = 0,45; Hệ số thiên lệch: Cs = 2.Cv Bảng 1-5: Dòng chảy bình quân ứng với tần suất bảo đảm P = 75% Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Q75%(m3/s) 0,88 0,48 0,36 0,22 0,21 0,23 0,18 0,18 0,66 4,2 6,0 3,6 TB năm 1,43 Bảng 1-6: Dòng chảy lũ: Lưu lượng và tổng lượng lũ theo các tần suất P% 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 1,0 Qmax(m3/s) 1313 1197 1032 915 72,5 58,1 Wmax(106m3) 55 50,5 45 39,2 31,4 25,6 3 Đường quá trình lũ p =1%, tương ứng với Qmax = 1032 m /s; t = 30h. Bảng 1-7: Bảng quá trình lũ đến ứng với P = 1% TG (giờ) Q lũ TK TG (giờ) Q lũ TK TG (giờ) Q lũ TK TG (giờ) Q lũ TK 0 0,00 8 60,50 16 609,00 24 54,30 1 14,10 9 78,90 17 318,60 25 45,80 2 15,60 10 171,00 18 201,50 26 40,80 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 6 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 3 19,50 11 326,00 19 141,70 27 33,00 4 25,00 12 609,00 20 109,10 28 23,80 5 63,80 13 870,20 21 88,00 29 17,80 6 109,00 14 1 032,00 22 73,90 30 14,30 7 90,60 15 897,60 23 61,60 Quá trình lũ p = 0,2%, ứng với Qmax = 1313 m /s; t = 30h. 3 Bảng 1-8: Bảng quá trình lũ đến ứng với P = 0,2% TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT 0 0,00 8 74,40 16 749,00 24 66,80 1 17,30 9 97,00 17 391,90 25 56,30 2 19,20 10 210,00 18 247,80 26 50,20 3 24,00 11 400,50 19 174,30 27 40,60 4 43,00 12 749,00 20 134,20 28 29,30 5 78,50 13 1 082,00 21 108,20 29 21,90 6 134,20 14 1 313,00 22 90,90 30 17,60 7 111,40 15 1 103,00 23 75,80 Hướng sóng trùng trục hồ. Đà sóng ứng với MNDBT là D = 1,30km và ứng với MNL là D’ = 1,42km. 1.2.3 Bùn cát. Dòng chảy rắn: Qua đo đạc có ρ0 = 90 g/m3; Q0 = 2,44 m3/s; γ bc = 0,9 T/m3, hệ số lắng đọng K = 0,8. 1.2.4 Các đặc trưng của hồ chứa. Căn cứ vào bình đồ lòng hồ tỷ lệ 1/5000 và tuyến đã xác định, lập được các quan hệ Z ~ W và Z ~ F. Bảng 1-9: Bảng Quan hệ ZF, Z W Z(m) 25 26 27 28 29 30 31 32 33 F(km ) 0,34 0,45 0,59 0,7 0,8 0,9 1,02 1,15 1,25 W(106m3) 0,35 0,735 1,26 1,9 2,65 3,5 4,46 5,55 6,75 Z(m) 34 35 36 37 38 39 40 41 42 F(km2) 1,35 1,45 1,5 1,68 1,83 1,94 2,05 2,27 2,54 2 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư W(106m3) 8,05 7 9,45 11 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 13,4 15,3 19,1 20,1 23,8 29,1 Hình 1-1: Đường đặc tính lòng hồ ZF, ZW Mực nước hạ lưu sau đập: Zmin = 18,3 m; Zmax = 19 m 1.2.5 Tài liệu tính toán thủy nông, thủy lợi. Cao trình tưới tự chảy: ∇ TTC = 26,8 m. Lưu lượng thiết kế cống lấy nước QTK = 2,1 m3/s. 1.3 Điều kiện địa chất: 1.3.1 Tổng quan toàn vùng. Các tài liệu này bao gồm: Bình đồ lòng hồ tỷ lệ 1/5000, diện tích 3 km2. Bình đồ khu vực công trình đầu mối tỷ lệ 1/1000, diện tích 0,35 km2 Các mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, các hạng mục công trình đầu mối Bình đồ khu tưới tỷ lệ 1/10000, diện tích 23km2. Bình đồ tuyến kênh chính tỷ lệ 1/500; các trắc dọc, trắc ngang tuyến kênh cấp I (N 1 và N2) dài khoảng 16 km, bình đồ các vị trí vượt sông, suối tỷ lệ 1/200. 1.3.2 Điều kiện địa chất vùng hồ. Trong khu vực lòng hồ bên trên là lớp cát, cuội, sỏi, lòng sông là các lớp á cát mùn hữu cơ phân bố tại các mép sườn đồi, tiếp đến là các lớp á sét nhẹ, kết cấu chặt vừa trạng trái cứng, bên dưới là lớp đá macma cổ được xếp vào phức hệ căn canh gồm đá granit và đá andezic dạng xâm nhập phần trên phong hóa nứt nẻ. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 8 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Kết quả khảo sát nghiên cứu cho thấy lòng hồ Phú Xuân có ba hệ khe nứt chính xong các khe nứt hẹp, mặt khe phẳng không gây mất nước vì chúng đã được nhét kín. Độ hút nước đơn vị nhỏ. 1.3.3 Địa chất công trình vùng tuyến. Tuyến đập chính, từ trên xuống dưới vùng giáp lòng sông và hai bên đập địa tầng gồm các lớp: Lớp 1: Cát, cuội, sỏi lòng sông dày trung bình từ 1 đến 4 m, K = 5.10 -3 cm/s không lấy được mẫu thí nghiệm. Lớp 2: Á cát mùn hữu cơ mềm yếu, màu xám nguồn gốc (DL,EL) Q4. Dày trung bình 1m phân bố 2 bên vai đập. Lớp 3: Đá granit, phần trên phong hóa nứt nẻ nhẹ, khe nứt hẹp, mặt khe phẳng, các khe được nhét kín. Phạm vi nứt nẻ 2 ¿ 2,5m, lượng hút nước đơn vị khoảng q=0,026 l/phút. 1.4 Địa chất thủy văn: Lưu vực sông Trà Bương có diện tích 126 km 2 tính với đoạn tuyến đập. Độ dốc của lòng sông chia làm hai đoạn: - Đoạn đầu thượng nguồn tới quá ngã ba sông Kè và sông Trà Bương chảy trong cung núi cao có độ dốc lớn. - Đoạn sau về tới tuyến đập sông Trà Bương chảy trong vùng đồi núi thấp, có độ dốc giảm nhỏ i = 5 ¿ 6%, tạo điều kiện hình thành các tích tụ trong lòng hồ. 1.4.1 Nước mặt. Nước mặt chủ yếu ở đây là nước của sông Trà Bương và sông Kè, bắt nguồn từ các dãy núi cao trên dưới +400m ở phía Nam và phía Đông Nam lòng hồ. Chế độ nước mặt thay đổi theo mùa, mùa mưa các nhánh suối nhỏ của hai con sông nói trên đổ về làm cho nước sông lên nhanh, ngâp tràn lên cả cuội sỏi hai bên bờ, ngập cả Bầu Da và chảy xiết với lưu lượng hàng nghìn m3/s. Mùa khô các nhánh suối nhỏ đều cạn kiệt, chỉ còn sông chính là có nước, ở thượng lưu dòng chảy mạch khá hơn, đến đoạn từ trung du (vòng tuyến xây dựng công trình) trở về hạ lưu cửa sông thì dòng chảy mặt gần như không đáng kể có lúc đo được chỉ khoảng 20 ¿ 30 l/phút. Riêng Bầu Da chưa bao giờ khô cạn. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 9 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 1.4.2 Nước dưới đất. Căn cứ vào tính chất của nham thạch và qua các hố thăm dò trong khu vực nghiên cứu, nước dưới đất bao gồm nước trong lớp phủ đệ Tứ (cát, sỏi, cuội..) và trong đá gốc phân hóa nứt nẻ. 1.4.3 Nước ngầm trong lớp phủ đệ Tứ. Chủ yếu nằm trong tầng cát, cuội, sỏi lớp (2c) và (2d) có K = (2 ¿ 5).10-2 cm/s. Tầng nước này tương đối phong phú, gương nước ngầm thường sâu, cách mặt đất trên dưới 2 m và trữ lượng nước dày từ 3 ¿ 4m, tầng cách nước dưới đó là tầng đá gốc thấm nước yếu. Nước ngầm trong tầng này có quan hệ trực tiếp với nước lưu vực, nước sông và nước trong Bầu Da do nước ngầm trong tầng cuội sỏi cát ở thượng lưu và nước khe nứt của đá gốc bù đắp. Sau khi xây dựng đập có chân khay chống thấm cắt qua tầng này thì toàn bộ lượng nước được trữ lại. 1.4.4 Nước trong khe nứt. Trong đới khe nứt nước ngầm cũng nghèo, tại các điểm nước ở chân núi cung như quan sát trong các hố đào ở chân đồi nước thấm rỉ ra rất nhỏ qua kết quả ép nước thí nghiệm trong hố khoan tại tuyến đập II cũng cho thấy lượng mất nước được đơn vị q = 0,17 l/phút.m, xấp xỉ bằng 0,24 m3/ngày đêm. Nước khe nứt dao động theo mùa. Mùa mưa mực nước ngầm sâu cách mặt đất khoảng 3 ¿ 4m, mùa khô cách mặt đất khoảng 6 ¿ 7m. Qua đó chứng tỏ biên độ dao động của khe nước không lớn lắm. Mực nước ngầm ổn định đo được tại các hố khoan cho thấy gương nước ngầm tại tuyến xây dựng khá cao, nhất là ở hai bên vai, có độ cao khoảng +36 ÷ +38m ở vai phải và vai trái khoảng +22 ÷ +24m ở bên thềm phải. Qua đây không đáng lo ngại về khả năng mất nước qua các vai và tuyến công trình sau khi hồ dâng nước. 1.4.5 Tính chất hóa học của nước Kết quả thí nghiệm cho thấy nước ngầm và nước mặt trong khu vực nghiên cứu đều trong suốt không màu, không mùi, không có cặn lắng đọng. Về thành phần hóa học Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 10 Ngành: kĩ thuật công trình thủy không có tính ăn mòn bê tông cốt thép với những kích thước công trình dày 0,5 ÷ 2,5m, kể cả trong điều kiện công trình làm việc có áp hay không có áp. 1.5 Tình hình vật liệu xây dựng: 1.5.1 Đất đắp đập. Qua khảo sát thiết kế thăm dò 5 bãi vật liệu (3 bãi A, B, E và hai bãi thượng lưu C và G) đã loại bỏ hai bãi C và G vì trữ lượng nhỏ và đất không phù hợp. Qua đánh giá việc sử dụng các lớp đất 1a, 1b, 2a, 2b đã đề nghị nên sử dụng 2 loại đất đắp đập là lớp 1a và 1b. Sau đây là đặc điểm của 2 loại đất nói trên: 1.5.1.1 Lớp đất (1a) Á sét nhẹ màu xám phớt vàng, trạng thái cứng, kết cấu kém chặt, đất hơi ẩm và khô, nguồn gốc là (A1, Q4) khối lượng tương đối nhiều, đất khá tốt, có thể dùng để đắp thượng hạ lưu đập. Các chỉ tiêu cơ thấm của đất như Bảng 1 -10. Đất chế bị có độ ẩm Wcb = 13%, dung trọng khô chế bị cbK = 1,6 T/m3 1.5.1.2 Lớp đất (1b) Á sét từ vừa đến nặng, màu nâu gụ xám vàng, ở trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt vừa trong đất có lẫn ít dăm sạn. Nguồn gốc (A1,Q4) khối lượng nhiều, đất tốt hơn lớp (1a) có thể dùng làm tường lõi chống thấm, đắp phần thượng lưu đập. Các chỉ tiêu cơ thấm của đất như Bảng 1 -10. Đất chế bị có độ ẩm Wcb = 16%, dung trọng khô chế bị cbK = 1,6 T/m3. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 11 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Bảng 1-10: Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và đất nền Các đặc trưng Lớp đất Đơn vị 1a 1b 2(Đất nền) Thành phần hạt: Sét % 11,8 21,2 10 Bụi % 15,5 30,4 23 Cát % 68,1 21,2 40 Cuội,sỏi % 4,6 2,2 27 Giới hạn chảy WT % 22,6 32,3 18,65 Giới hạn dẻo WP % 13,8 18,3 10,3 Chỉ số dẻo WN % 8,8 14 8,4 Độ ẩm tự nhiên % 12,5 12 7,6 Dung trọng tự nhiên T/m3 17,33 1,75 1,51 Dung trọng khô T/m 3 1,54 1,56 1,4 Dung trọng khô chế bị T/m3 1,60 1,60 2,66 2,65 2,62 42,1 41,1 42 0,513 0,70 0,53 Tỷ trọng Độ rỗng n % Tỷ lệ khe hở Độ bão hòa G % 63,18 45,55 70,4 Góc ma sát trong Độ 20 12 12,4 Lực dính C Kg/cm2 0,23 0,2 0,06 Hệ số ép lún a 2 cm /kg 0,056 Hệ số thấm K cm/s 5.10-5 0,056 1.10-5 6.10-4 Bảng 1-11: Bảng tổng hợp trữ lượng đất đắp đập của các bãi vật liệu Trữ lượng đắp đất của từng loại (m3) TT Tên lớp đất 1 A 2 B 3 C 190600 4 E Tổng 1a 1b 2a 2b 10000 255000 16000 76500 Cự ly vận chuyển (km) 1,8÷2,2 km hạ lưu đập 20000 1,3÷0,4 km hạ lưu đập 63000 76000 1,0÷1,5 km lòng hồ 134000 394000 31000 98000 2,0÷3km hạ lưu đập 334600 712000 143000 174000 1350000 m3 1.5.2 Vật liệu cát, cuội, sỏi Công tác khảo sát chỉ tiến hành ở các mỏ lộ thiên còn các mỏ có lớp đất phủ trên mặt bỏ qua, vì trong phạm vi nghiên cứu 4 đến 5 km tính từ tuyến đập 2.Loại vật liệu này tương đối phong phú, ở đây chỉ nêu các bãi có cự ly gần trong phạm vi khoảng 2 km. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 12 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Bãi C2: Giáp bãi đất C thượng lưu, nối liền với thềm cát, cuội, sỏi nền đập chính. Bãi này nằm trong lòng hồ, kích thước bãi 100x800m khối lượng khai thác 16000 m3. Bãi CSI: bãi này nằm giữa tuyến đập I và tuyến đập II cách hạ lưu tuyến I khoảng 300 m, mỏ này chủ yếu là cát, sỏi, cuội; diện tích bãi khoảng 120x400 m khối lượng khai thác 144000 m3. Bãi CSII: Bãi này nằm ở hạ lưu tuyến đập I khoảng 800 , kích thước bãi 60x200 m, khối lượng khai thác khoảng 36000 m3. Cự ly vận chuyển từ 1 đến 1,5 km, kết quả thí cho biết chất lượng tương đối tốt, có thể làm cốt liệu cho bêtông, hoặc gia tải thượng lưu đập. Trữ lượng khai thác đủ để xây dựng các hạng mục công trình đầu mối. 1.5.3 Vật liệu đá. Kết quả thăm dò cho biết đá granit phân bố ở quả núi vai phải đập tuyến đập I có thể khai thác thuận lợi ở tầng phủ và tầng phong hóa mạnh đến vừa tương đối mỏng khoảng 3 ¿ 4m bên dưới là tầng phong hóa nhẹ, tại quả núi này có hai vị trí có thể khai thác được: - Tại ngay tim vai phải tuyến đập I từ cao trình trở lên vừa tận dụng đá đào kênh và khai thác luôn đá phần trên kênh. - Ở mỏm sườn núi nhô ra ở thượng lưu chỗ mặt cắt kênh kéo ra cách tim tuyến đập I chừng 120 m. Kết quả nghiên cứu đưa ra kết luận: Đá ở đây có chất lượng tôt, trữ lượng đủ cung cấp cho xây dựng công trình. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 13 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Chương 2: ĐIỂU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ, NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH 2.1 Điều kiện dân sinh kinh tế: 2.1.1 Tình hình dân sinh kinh tế. Đồng Xuân - Phú Yên là một huyện gần như là miền núi và trung du mới được tách ra từ năm 1985. Trước kia huyện là vùng căn cứ địa cách mạng, trải qua hai cuộc kháng chiến chống Pháp và chống Mĩ, toàn vùng đã bị tàn phá nhiều, cơ sở vật chất kĩ thuật hầu như không có gì đáng kể. Sau khi giải phóng một số cơ sở mới được xây dựng nhưng phân bố không đều, hầu hết cư dân tập trung tại thị trấn, vùng lân cận ven sông suối để tiên cho sinh hoạt và canh tác. Đến năm 1989 riêng trong khu vực hưởng lợi, gồm các xã Xuân Phước, Xuân Quang và một phần thị trấn La Hai và trại cải tạo A 20, dân số có khoảng 18000 người, trong đó phần lớn là sản xuất nông nghiệp, một số là cán bộ công nhân viên, một số người dân làm nghề đốt than, buôn bán nhỏ hoặc thợ thủ công…Tình hình biến động dân số không lớn, nhìn chung tốc độ tăng dân số theo báo cáo của địa phương không vượt qua 2,5% trên năm. 2.1.2 Phân bố ruộng đất và sản xuất nông nghiệp. Diện tích đất canh tác nông nghiệp nằm dọc theo hai bờ sông Trà Bương với hiện trạng điều tra được như trong Bảng 2 -12. Trong bảng thống đê trên, màu và cây công nghiệp ngắn ngày chủ yếu là mía, lạc, đỗ, đậu. Nhìn chung khu hưởng lợi có đất canh tác được cung cấp nước không cao, chưa chủ động, tốn kém nhiều do phải dùng máy bơm dầu, hệ số quay vòng còn thấp. Bảng 2-12: Diện tích đất canh tác nông nghiệp Trước khi có công trình Đông Hè thu Xuân(ha) (ha) Lúa 887 Lạc Màu Loại cây Sau khi có công trình Đông Hè thu Xuân(ha) (ha) Lúa 1050 420 1470 168 Lạc 50 600 650 439 Màu 0 200 200 Tổng (ha) Loại cây 148 1035 168 0 195 244 Tổng (ha) Đồ án tốt nghiệp kĩ sư Mía 14 250 Tổng cộng 250 1892 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Mía 400 Tổng cộng 400 2720 2.1.3 Giao thông vận tải. Như đã trình bày ở trên, mạng lưới giao thông trong khu vực tương đối đầy đủ nhưng bị xuống cấp nghiêm trọng, cầu cống trên đường hư hỏng nhiều, hệ thống điện lưới chưa được quy hoạch hiện đại và đầy đủ. Khi xây dựng công trình cần có kế hoạch đầu tư thích đáng vào công tác khôi phục nâng cấp khôi phục nâng cấp để phục vụ tốt cho tiến độ thi công công trình. 2.1.4 Các ngành kinh tế trong khu vực. Các ngành kinh tế khác trong khu hưởng lợi như lâm nghiệp, chế biến gỗ, sản xuất gạch ngói, làm đường từ mía hoặc mua bán nhỏ chiếm tỷ lệ rất thấp trong vùng. 2.2 Hiện trạng thủy lợi trong khu vực. 2.2.1 Tình hình nguồn nước. Mạng lưới giao thông trong khu vực tương đối dày đặc nhưng do nhiều nguyên nhân như sự phá hoại của lũ lụt thiên tai, do không có kinh phí đầu tư sửa chữa nên rất xấu. Đất đai ở đây tương đối màu mỡ xong do thiếu hụt nguồn nước nên khả năng canh tác rất hạn chế, chủ yếu trông chờ vào nước mưa nên năng suất rất thấp. Nếu có hệ thống thủy lợi tưới tiêu một cách chủ động, khoa học thì vùng này không những có khả năng tự cung cấp về lương thực mà còn có khả năng cân đối một phần cho một số vùng lân cận khó khăn hơn ở trong huyện. 2.2.2 Hiện trạng về các công trình thủy lợi. Do biến động của xã hội Đồng Xuân chịu hậu quả của việc tách từ huyện đến tỉnh, là một trong những huyện nghèo nhất của tỉnh Phú Yên, trình độ phát triển còn thấp, mạng lưới y tế, giáo dục, giao thông, thông tin liên lạc còn hạn chế. Nguồn thu nhập của nhân dân vùng hưởng lợi chủ yếu là nông nghiệp, làm nương rẫy, đốt than… Tuy vậy, tình hình an ninh an toàn xã hội tương đối tốt, một phần vì có trại cải tạo A20, một phần chính quyền địa phương quán triệt chỉ thị 135 của Hội Đồng Bộ Trưởng truy quét tội phạm trong cả nước. Đây chính là điều kiện hết sức thuận lợi cho việc thi công xây dựng công trình. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 15 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 2.3 Phương án sử dụng nguồn nước: Theo phương hướng chung của huyện Đồng Xuân, thì đây là vùng trọng điểm lúa và cây công nghiệp của huyện. Theo các văn bản kiến nghị và cam kết của các xã và kết quả điều tra của sở thủy lợi Phú Yên kết hợp với các cơ quan, hữu quan thì diện tích gieo trồng và canh tác trong khu hưởng lợi khi có công trình như Bảng 2 -13 Dự kiến về năng suất cây trồng, theo thực tế các chân ruộng có đầy đủ nước tưới, với trình độ thâm canh như hiện nay, ở trong vùng đã đạt được như sau: Lúa: Vụ đông xuân: 4,5 ÷ 5 tấn/ha Vụ hè thu: 5,5 ÷ 6 tấn/ha Màu chủ yếu là mía và lạc: Lạc: 2,5 ÷ 3 tấn/ha Mía: 60 ÷ 65 tấn/ha. Bảng 2-13: Diện tích đất canh tác nông nghiệp các xã Lúa Đông Lúa Hè Thu Màu Đông Màu Hè Thu Tổng cộng Xuân (ha) (ha) Xuân (ha) (ha) (ha) Thị trấn La Hai 43 43 13 13 112 Xã Xuân Phước 585 234 463 614 1896 Xã Xuân Quang 397 326 160 231 1114 Tổng cộng 1025 603 636 858 3122 Tên xã Phương hướng phát triển kinh tế của huyện trong những năm trước mắt là tập trung sản xuất nông nghiệp, lấy việc sả xuất lúa ở vung trọng điểm lúa Phú Xuân là chủ yếu, bảo đảm tự túc được lương thực tại chỗ, ổn định cuộc sống nhân dân làm cơ sở vật chất cho sự phát triển của các ngành kinh tế khác như khai thác các thế mạnh về rừng, đất rừng chế biến các sản phẩm nông nghiệp cùng các tiềm năng khác của địa phương. Để thực hiện phương hướng phát triển chung của Đồng Xuân, đặc biệt vùng trọng điểm lúa ven sông Trà Bương thì biện pháp thủy lợi duy nhất và thực thi là xây dựng hồ chứa Phú Xuân đáp ứng yêu cầu nước phục vụ nông nghiệp và các yêu cầu dùng nước khác. 2.4 Nhiệm vụ công trình. - Cấp nước tưới chủ động 2 vụ với 1500 ha ruộng lúa. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 16 Ngành: kĩ thuật công trình thủy - Cấp nước sinh hoạt Qua tính toán xác định yêu cầu dùng nước như Bảng 2 -14. Bảng 2-14: Yêu cầu dùng nước các tháng Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Wyc(106m3) 1,83 1,1 1,07 1,07 2,09 1,98 1,7 0,8 0,46 0,03 1,79 2,7 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 17 Ngành: kĩ thuật công trình thủy Chương 3: PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 3.1 Vị trí tuyến công trình đầu mối: Lựa chọn vùng tuyến xây dựng công trình, bố trí các công trình đầu mối là công tác quan trọng nhất trong các giai đoạn thiết kế. Nó quyết định quy mô, kích thước, hiệu ích và hàng loạt các ảnh hưởng khác mà công trình đem lại. Vị trí xây dựng công trình hợp lý là vị trí mà sau khi ta xây dựng công trình tại đó sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất và đáp ứng được yêu cầu, nhiệm vụ đặt ra với công trình. Nghĩa là đối với điều kiện kĩ thuật hiện có, ta hoàn toàn có thể xây dựng được công trình tại vị trí chọn thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật đặt ra đối với công trình với giá thành xây dựng hợp lý nhất. Căn cứ vào tài liệu quy hoạch, kết hợp các tài liệu địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, nhiệm vụ và quy mô công trình… Qua quá trình phân tích, đánh giá ta chọn được vị trí xây dựng công trình và bố trí các công trình đầu mối như sau: 3.1.1 Vị trí đập ngăn sông. Qua khảo sát và nghiên cứu địa hình, địa mạo, địa chất, vật liệu xây dựng và khả năng thi công trên lưu vực sông Trà Bương để tạo thành hồ chứa, ta đã tìm được một tuyến được coi là hợp lí nhất (thỏa mãn được hầu hết các yêu cầu đặt ra với tuyến công trình) để xây dựng đập. Tuyến đập được chọn là tuyến chạy từ bờ trái qua điểm HT 11 ở cao trình 34,2 và cắt ngang qua lòng sông sang bờ phải qua điểm HĐ 19 ở cao trình 36,5. Đây là tuyến đập ngắn nhất, điều kiện địa hình, địa chất tại nơi tuyến đập đi qua đều rất thích hợp cho ta xây dựng một đập dâng bằng vật liệu địa phương. 3.1.2 Vị trí tràn xả lũ. Dựa vào điều kiện địa hình địa chất lòng sông ở thượng lưu và hạ lưu tuyến đập ta quyết định chọ vị trí tuyến tràn về phía bờ trái của đập, qua cao trình tự nhiên +35,75m. 3.1.3 Vị trí cống. Theo yêu cầu khu tưới, cống lấy nước bố trí phía bên phải. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 18 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 3.2 Giả phấp công trình và thành phần công trình: 3.2.1 Đập ngăn sông. Điều kiện địa hình, địa chất công trình khu vực tuyến đập, đặc trưng dòng chảy thủy văn và khả năng bố trí công trình dẫn dòng cho thấy tuyến đập lựa chọn chỉ phù hợp với loại đập đất nhất bởi các nguyên nhân sau đây: - Nhìn vào bình đồ ta thấy tuyến đập tương đối dài, địa chất hai vai đập không đảm bảo để xây dựng được đập vòm, hoặc đập trụ chống. Nếu làm đập bê tông thì không có lợi về kinh tế. - Đập tương đối thấp chỉ khoảng trên 20 m. - Vật liệu địa phương cung cấp cho xây dựng đập đất dồi dào. - Loại đập đất được đắp bằng đất á sét: Loại đất 1a và 1b đã nêu ở phần tài liệu 3.2.2 Tràn xả lũ. Hình thức tràn xả lũ có thể: + Đập tràn thực dụng hoặc đỉnh rộng. + Tràn có cửa van hoặc không có cửa van Nhưng theo điều kiện địa hình địa chất của tuyến tràn đã chọn ta chọn hình thức ngưỡng tràn hợp lý nhất là đập tràn đỉnh rộng có cửa van. Và nối tiếp sau đập tràn là dốc nước. Hình thức tiêu năng: Từ điều kiện địa hình, địa chất, tuyến tràn, ta chọn hình thức tiêu năng đáy bằng bể tiêu năng. Cao trình đỉnh tràn: đỉnh tràn = MNDBT – 4 (m) Chiều rộng tràn: ta chọn nhiều chiều rộng tràn khác nhau, tù đó chọn một chiều rộng tràn hợp lý nhất. Chiều dài dốc nước khoảng 100m, đoạn thu hẹp dài có chiều dài 20m; đoạn còn lại có chiều dài là 80m; độ dốc dốc nước i = 10% 3.2.3 Cống lấy nước. Cống lấy nước là cống hộp bằng bê tông, chảy không áp có tháp van để điều tiết lưu lượng, QTK = 2,1 m3/s. Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 19 Ngành: kĩ thuật công trình thủy 3.3 Cấp bậc công trình và các chỉ tiêu thiết kế: 3.3.1 Cấp bậc công trình: Theo QCVN 04-05:2012/ BNNPTNT cấp công trình được xác định từ hai điều kiện: - Xác định theo năng lực phục vụ của công trình trong hệ thống. - Xác định theo đặc tính kĩ thuật của các hạng mục công trình 3.3.1.1 Xác định theo năng lực phục vụ của công trình trong hệ thống. Tra trong QCVN 04-05:2012/ BNNPTNT với nhiệm vụ tưới cho 1500 ha ruộng của hồ chứa nước Phú Xuân được công trình cấp IV. 3.3.1.2 Xác định theo đặc tính kĩ thuật của các hạng mục công trình. Xác định theo loại vật liệu đập, chiều cao đập và tính chất nền. + Theo loại vật liệu đập: Đập được đắp bằng vật liệu đất có sẵn ở địa phương. + Theo chiều cao đập: chiều cao đập khoảng trên 25 m. + Theo tính chất nền: Khi bóc 1 phần lớp cuội sỏi lòng sông, công trình được đặt trên nền đá thuộc nhóm A Kết hợp 3 chỉ tiêu về vật liệu đập, chiều cao đập và tính chất nền dựa vào QCVN 04-05:2012 bảng 2 ta được cấp công trình là cấp II. Căn cứ vào các chỉ tiêu nêu trên, hồ Phú Xuân sơ bộ là công trình là cấp II. 3.3.2 Các chỉ tiêu thiết kế: 3.3.2.1 Theo QCVN 04-05:2012 BNNPTNT Hệ số tổ hợp tải trọng: (Phụ lục B2-trang44- QCVN 04-05:2012/ BNNPTNT) + Với tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1,0 + Với tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0,9 + Với tổ hợp tải trọng thi công: nc = 0,95 Hệ số điều kiện làm việc: m = 1 Tần suất tưới: 85% (Bảng 3-trang 15) Tần suất lũ (lưu lượng, mực nước lớn nhất): + Tần suất thiết kế: P=1% (Bảng 4- Trang16) Đồ án tốt nghiệp kĩ sư 20 Ngành: kĩ thuật công trình thủy + Tần suất kiểm tra: P=0,2% (Bảng 4- Trang16) + Tần suất lũ vượt kiểm tra: P=0.1% Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất:Pmax=4%, Pbq=50% (Bảng 3) Tần suất lưu lượng lớn nhất để thiết kế chặn dòng:P=5% Thời gian tính toán dung tích bồi lắng của hồ chứa bị lấp đầy: Tra trong bảng 3 với công trình là công trình cấp II được T = 75 năm. 3.3.2.2 Theo TCVN 8216:2009 Hệ số an toàn ổn định cho phép của mái đập: Tra bảng 7 được: - Tổ hợp tải trọng cơ bản: [K] = 1,3 - Tổ hợp tải trọng đặc biệt: [K] = 1,1 Độ vượt cao an toàn của đập đất căn cứ vào tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén (Bảng 2- trang20) - Ở MNDBT: a = 0,7m - Ở MN lũ thiết kế: a’ = 0,5m - Ở MN lũ kiểm tra: a” = 0,2m Mức đảm bảo tính toán chiều cao sóng leo: i=1% 3.4 Xác định các thông số hồ chứa: 3.4.1 Tính toán cao trình mực nước chết (MNC): 3.4.1.1 Mục đích ý nghĩa. Dung tích chết là phần dung tích không tham gia vào quá trình điều tiết dòng chảy, chỉ khi nào vì điều kiện kinh tế kỹ thuật mới được sử dụng. Là phần dung tích nằm ở dưới cùng của kho nước nên còn gọi là dung tích lót đáy. Mực nước chết (MNC) là mực nước ứng với dung tích chết (Vc). MNC và Vc có quan hệ với nhau theo đường đặc tính Z~W của hồ chứa. Yêu cầu chính của xác định MNC và Vc là: + Phải chứa hết phần bùn cát lắng đọng, sạt lở trong thời gian hoạt động của công trình. + Bảo đảm cao trình khống chế tưới tự chảy, nghĩa là MNC không nhỏ hơn cao trình mực nước tối thiểu khống chế tưới tự chảy.