Đề tài Lập dự án đầu tư và xây dựng hệ thống tưới hồ P1 ở tỉnh Bình Thuận

thể hiện ở phụ lục 5 - 11. Giá trị trong các cột như sau: - Cột (1): Thứ tự các tháng xếp theo năm thuỷ văn. - Cột (2): Số ngày trong tháng. - Cột (3): Tổng lượng nước đến trong từng tháng: Wđến = Qi.ti.86400 + Qi: Lưu lượng đến tháng thứ i (m3/s) cho ở phụ lục 5 - 8. + ti: Số ngày của tháng thứ i. - Cột (4): Tổng lượng nước dùng của từng tháng lấy ở phụ lục 5 - 10. - Cột (5): Lượng nước thừa hàng tháng khi Wđến > Wyc: (5) = (3) - (4). - Cột (6): Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước khi Wđến > Wyc (6) = (4) - (3) Từ Bảng 5.13 ở phụ lục 5 - 11 cho thấy hồ có hình thức điều tiết 1 lần. Do đó, tổng cộng (6) sẽ có dung tích nước cần trữ () để đảm bảo cấp nước trong thời kỳ thiếu nước và đó chính là dung tích hiệu dụng chưa kể tổn thất: Vhd = 89,479.106 (m3). - Cột (7): Quá trình lượng nước có trong hồ (kể từ mực nước chết). Khi tích nước tại một thời điểm, giá trị dung tích nước trong hồ ở cột (7) là luỹ tích các giá trị ở cột (6) nhưng chú ý không để vượt quá giá trị Vhd. Trong trường hợp lượng nước tích trong hồ đạt giá trị Vhd thì lượng nước xả thừa được ghi ở cột (8) bằng lượng nước luỹ tích trừ đi Vhd. Dung tích hồ chứa (kể cả dung tích chết và dung tích hiệu dụng ): Vbt = 3,638.106 + 89,479.106 = 93,117.106 (m3) 2. Xác định dung tích hiệu dụng Vh khi kể tới tổn thất của hồ chứa: Kết quả tính ở phụ lục 5 - 12, phụ lục 5 - 13, phụ lục 5 - 14. Giải thích bảng tính điều tiết hồ khi có kể tới tổn thất của hồ chứa như sau: - Lần tính thứ 2: + Cột (1): Thứ tự các tháng sắp xếp theo năm thuỷ văn. + Cột (2): Dung tích kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán, bằng cột (7) của phụ lục 5 - 11 cộng với dung tích chết. Khi kho nước bắt đầu tích nước, trong thiết kế thường giả thiết trước đó đã tháo cạn đến mực nước chết Hc, lúc đó dung tích kho chính là dung tích chết Vc. + Cột (3): Dung tích bình quân trong hồ chứa. Trong đó: Vđầu và Vcuối lần lượt là dung tích kho ở đầu và cuối thời đoạn tính toán. + Cột (4): Diện tích mặt nước hồ, tra từ quan hệ (F ~ V) theo quan hệ đường đặc tính lòng hồ. + Cột (5): Bốc hơi phụ thêm của tháng thứ i. + Cột (6): Tổn thất bốc hơi phụ thêm của tháng thứ i. Wbi = DZi.Fhi + Cột (7): Tổn thất do thấm tháng thứ i. Wti = k. Với k là tiêu chuẩn thấm trong kho nước, dựa vào điều kiện địa chất lòng hồ P1 ta chọn k = 7‰. + Cột (8): Lượng tổn thất tổng cộng. Wtti = Wbi +Wti + Cột (9): Tổng lượng nước đến của từng tháng. + Cột (10): Lượng nước dùng hàng tháng khi kể đến tổn thất, bằng lượng nước dùng hàng tháng khi chưa kể tổn thất cột (4) trong phụ lục 5- 11 cộng với lượng nước tổn thất ở cột (8). + Cột (11): Lượng nước thừa hàng tháng. Cột (11) = Cột (9) - Cột (10) + Cột (12): Lượng nước thiếu hàng tháng của thời kỳ thiếu nước. Cột (12) = Cột (10) - Cột (9) + Cột (13): Quá trình lượng nước trong hồ. + Cột (14): Lượng nước xả thừa. - Lần tính điều tiết tiếp theo: Làm hoàn toàn tương tự lần 2. Chú ý: Cột (2) của những lần tiếp theo bằng cột (13) của lần tính trước nó. - Tính sai số giữa hai lần tính dung tích hiệu dụng theo công thức: DV ( % ) = Trong đó: + : Dung tích hiệu dụng của lần tính thứ n. + : Dung tích hiệu dụng của lần tính thứ n - 1. - Từ kết quả tính toán điều tiết hồ ở các phụ lục của các lần tính điều tiết hồ, ta tính được DV (%) giữa lần tính điều tiết lần thứ 3 và thứ 4 có kết quả như sau: DV (%) = = 0,006%. Với sai số DV = 0,006% như đã tính ở trên ta nhận thấy sai số giữa hai lần tính thứ 3 và thứ 4 là rất nhỏ nên không cần thiết tính điều tiết hồ lần tiếp theo. Vậy dung tích hiệu dụng của hồ chứa cần tìm là: Vhd = 92,935.106 (m3). - Dung tích ứng với mực nước dâng bình thường: Vh = Vc + Vhd = 3,638.106 + 92,935.106 = 96,573.106 (m3). - Từ quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ ta tra ra mực nước dâng bình thường và diện tích mặt nước hồ tương ứng là : + Hbt = 93 (m). + F = 7,613 (km2). 5.4.2.3. Tính toán điều tiết lũ xác định chiều rộng tràn và chiều cao đỉnh đập I. Khái niệm dung tích siêu cao và mực nước siêu cao: - Dung tích siêu cao (Vsc): Là phần dung tích nằm phía trên dung tích hiệu dụng. Dung tích siêu cao có nhiệm vụ tích một phần nước lũ để giảm lưu lượng tháo xuống hạ lưu nhằm giảm quy mô và kích thước công trình tháo lũ. - Mực nước siêu cao (Hsc): Là mực nước khống chế toàn bộ phần dung tích hồ chứa bao gồm dung tích chết, dung tích hiệu dụng và dung tích siêu cao. Hsc được tra từ quan hệ (Z ~ V) ứng với Vhồ = Vc + Vhd + Vsc. II. Mục đích, ý nghĩa của tính toán điều tiết lũ: 1. Mục đích: Tính toán điều tiết lũ nhằm mục đích thông qua tính toán để tìm ra các biện pháp phòng lũ thích hợp và có hiệu quả nhất, đồng thời xác định dung tích phòng lũ cần thiết của kho nước, xác định quy mô kích thước của tràn xả lũ và xác định chiều cao cột nước trên đỉnh tràn để xác định chiều cao đập. 2. Ý nghĩa: Tính toán điều tiết lũ có ý nghĩa quan trọng đó là xác định ra quy mô kích thước hợp lý của tràn xả lũ. Tràn xả lũ hợp lý khi thoát lũ kịp thời, đảm bảo an toàn cho hạ du, đồng thời tổng kinh phí đầu tư cho xây dựng tràn, xây dựng đập và chi phí đền bù ngập lụt thượng lưu là nhỏ nhất. III. Xác định chiều rộng kinh tế của tràn xả lũ: 1. Phương pháp tính toán điều tiết lũ: Hiện nay, có nhiều phương pháp tính toán điều tiết lũ như: Phương pháp thử dần, phương pháp Pôtapôp, phương pháp Runge-Kutta, phương pháp Kotrerin....Trong đồ án này em chọn phương pháp Kotrerin để tính toán, với nội dung tính toán như sau: - Giả thiết quá trình lũ đến có dạng tam giác, đường quá trình lũ là đường thẳng. Lưu lượng xả lũ lớn nhất được xác định theo công thức sau: qmax = Qmax. (5 - 17) Trong đó: + qmax: Lưu lượng xả lũ lớn nhất. + Qmax: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế. Theo kết quả tính toán ở Chương II: Qmax = 2895,62 (m3/s). + VL: Tổng lượng lũ thiết kế. Theo kết quả tính toán ở Chương II: VL = Wmp = 54,2 (m3). + Vm: Dung tích phòng lũ của hồ chứa. - Giả thiết tràn xả lũ là tràn không cửa van, chảy tự do, cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình mực nước dâng bình thường. Phương trình lưu lượng qua đập tràn thực dụng có dạng: qtràn = qmax = m.B. (5 - 18) Trong đó: + m: Hệ số lưu lượng; m = 0,35. + B: Chiều rộng tràn nước. + g: Gia tốc trọng trường; g = 9,81 (m/s2). + H0: Cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần. Được xác định theo công thức: H0 = Htràn + (5 - 19) Với: H là cột nước tràn qua đập, H = Htràn, bỏ qua lưu tốc tới gần ta có Htràn = H. 2. Phương pháp tính toán (Bkt ~ Htràn): - Coi mực nước trước lũ bằng mực nước dâng bình thường Hbt = 93 (m). - Hệ hai phương trình: + qmax = Qmax. (1) + qmax = m.B. (2) Có 3 ẩn số là Btràn, Htràn, qmax và Vm lại phụ thuộc vào Htràn nên phải giải bài toán theo phương pháp thử đúng dần theo trình tự như sau: + Giả thiết qmax. + Thay qmax vào phương trình (1) để xác định Vm. Ta tính được dung tích siêu cao ứng với Vm theo công thức: = Vkho + Vm (5 - 20) Từ tra quan hệ (V ~ Z) tìm được Hsc, từ đó tính được Htràn theo công thức: Htràn = Hsc - Ñngưỡng tràn (5 - 21) + Sau khi có qmax và Htràn vào phương trình (2) ta xác định được chiều rộng tràn theo công thức sau: Btràn = (5 - 22) Ở đây ta giả thiết các giá trị của qmax sẽ tìm ra các giá trị Btràn và Htràn tương ứng, sau đó vẽ đồ thị quan hệ (Btràn ~ Htràn). Kết quả tính toán để xác định quan hệ (Btràn ~ Htràn) ở phụ lục 5 - 15. Từ kết quả tính toán ở phụ lục 5 - 15 ta vẽ được đường quan hệ (Btràn ~ Htràn). 3. Lựa chọn Bkt: Qua việc tính toán và vẽ quan hệ (Btràn ~ Htràn) ta rút ra nhận xét như sau: - Nếu Btràn lớn thì Htràn nhỏ, khi đó vốn đầu tư xây dựng tràn Ktràn lớn nhưng vốn đầu tư xây dựng đập và đền bù do ngập lụt thượng lưu Kđập + ngập lụt nhỏ. - Nếu Btràn nhỏ thì Htràn lớn, khi đó vốn đầu tư xây dựng tràn Ktràn nhỏ nhưng vốn đầu tư xây dựng đập và đền bù do ngập lụt thượng lưu Kđập + ngập lụt lại lớn. - Bkt là Btràn có tổng vốn đầu tư xây dựng đập, tràn và đền bù ngập lụt thượng lưu nhỏ nhất. - Để chọn Bkt, ta vẽ trên cùng một hệ trục toạ độ các quan hệ sau: (Ktràn ~ Btràn), (Kđập ~ Btràn) và (Kngập TL ~ Btràn). Cộng các quan hệ đó được quan hệ (Ktràn + đập + ngập lụt ~ Btràn), tìm trên quan hệ này ta được cặp giá trị (Kmin; Bkt). Tuy nhiên trong thực tế nếu làm như trên sẽ rất phức tạp do đó thường chọn Sb theo địa hình khu vực như sau: - Trên quan hệ (Btràn ~ Htràn) có hai điểm (1) và (2), từ điểm (2) trở lên Htràn tăng rất nhanh nhưng Btràn giảm rất ít. Từ điểm (1) trở xuống, Btràn tăng rất nhanh nhưng Htràn giảm rất ít. + Nếu vị trí xây dựng tràn có địa hình hẹp thì chọn Bkt = B2 . + Nếu vị trí xây dựng tràn có địa hình mở rộng được thì chọn Bkt = B1 . Do địa hình lòng hồ càng lên cao càng rộng nhanh hơn, nên khi cột nước tràn Htràn chỉ tăng lên một lượng rất nhỏ thì dung tích phòng lũ Vm của hồ đã tăng lên khá lớn, vì vậy lưu lượng xả lũ giảm đi rất nhiều và chiều rộng đường tràn đảm bảo xả được lưu lượng đó cũng giảm đi rất nhiều. Đó là nguyên nhân khiến đường quan hệ (Btràn ~ Htràn) rất thoải. Theo phương án đề xuất ở Chương IV, tràn được đặt ở vai phải của đập chính nhánh II là nơi có thể mở rộng đường tràn dễ dàng. Nhưng do cột nước tràn tăng không đáng kể nên em chọn Btràn = 65 (m) để tiết kiệm kinh phí đầu tư xây dựng đường tràn xả lũ. Với chiều rộng đường tràn Btràn = 65 (m) ta xác định được các giá trị sau: - Cột nước tràn: Htràn = 4 (m). - Lưu lượng xả lớn nhất: qmax = 818 (m3/s). Vậy mực nước siêu cao của hồ chứa là: Hsc = Hbt + Htràn = 93 + 4 = 97 (m). IV. Tính cao trình đỉnh đập: 1. Xác định cấp công trình: a. Theo năng lực phục vụ: Hệ thống thuỷ lợi hồ P1 có nhiệm vụ cấp nước cho 4200 ha diện tích canh tác, tra Bảng 2.1 - TCXDVN 285 - 2002 được cấp công trình là cấp III. b.Theo chiều cao đập: Để xác định chiều cao đập, sơ bộ định cao trình đỉnh đập: ZĐĐ = MNDGC + d (5 - 23) Ở đây có thể lấy d = 1,5 ÷ 3 (m), chọn d = 1,5 (m) ta có: ZĐĐ = 97 + 1,5 = 98,5 (m). Dựa vào bình đồ tuyến đập chính, xác định được cao trình đáy đập là 58 (m). Vậy chiều cao đập là: Hđ = 98,5 - 58 = 40,5 (m). Tra Bảng 2.2 - TCXDVN 285 - 2002 với công trình đắp trên nền đá có chiều cao 25 (m) < Hđ < 70 (m) ta được cấp công trình là cấp III. Kết hợp cả hai điều kiện được cấp công trình là cấp III. 2. Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình là cấp III, theo 14TCN 157- 2005 xác định được tần suất gió lớn nhất tính toán khi xác định cao trình đỉnh đập là: - Ứng với trường hợp mực nước dâng bình thường: P = 4%. - Ứng với trường hợp mực nước lũ thiết kế: P = 50%. - Tần suất tính toán khi xác định sóng leo: P = 1%. Chiều cao an toàn của đập a được xác định theo 14TCN 157- 2005: - Ứng với MNDBT: a = 0,7 (m). - Ứng với MNDGC: a' = 0,5 (m). 3. Tính cao trình đỉnh đập: Cao trinh đỉnh đập được tính toán xác định theo hai mực nước là mực nước dâng bình thường (MNDBT) và mực nước siêu cao (MNSC). Chọn cao trình đỉnh đập là trị số lớn nhất trong các kết quả tính toán. a. Tính cao trình đỉnh đập theo mực nước dâng bình thường: Z1 = Hbt + Dh + hsl + a (5 - 24) Trong đó: - Hbt: Mực nước dâng bình thường, Hbt = 93 (m). - a: Độ vượt cao an toàn ứng với MNDBT, a = 0,7 (m). - Dh: Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất. Xác định Dh như sau: Dh = (m) (5 - 25) Trong đó: + V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với MNDBT, P = 4%, theo số liệu trạm Bảo Lộc V = 22 (m/s). + D: Đà sóng ứng với MNDBT, D = 2,5 (km) = 2500 (m). + g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). + H: Chiều sâu cột nước trước đập. H = Hbt - Zđáy = 93 - 58 = 35 (m). + as: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. Tính cho trường hợp bất lợi nhất thì as = , cosas = 1. Thay tất cả vào công thức (5 - 25) ta có: Dh = (m). - hsl: Chiều cao sóng leo (Có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất. Xác định hsl như sau: Theo QPTL C1 - 78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được xác định theo công thức: hsl1% = K1.K2.K3.K4.Ka.hs1% (5 - 26) Trong đó: + hs1%: Chiều cao sóng có mức bảo đảm 1%. Xác định hs1% như sau: • Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu: H > 0,5. (5 - 27) • Tính các đại lượng không thứ nguyên: . Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). t: Thời gian gió thổi liên tục, t = 6 (giờ) = 21600 (s). V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với MNDBT, P = 4%: V = 22 (m/s). D: Đà sóng ứng với MNDBT, D = 2500 (m). Suy ra: Tra đồ thị hình P2 - 1 (đồ án môn học thuỷ công), ứng với đường cong bao phía trên xác định được các đại lượng không thứ nguyên: ,. Với tra được: Với tra được: Chọn cặp trị số nhỏ trong 2 cặp trị số tra được: • Chiều cao sóng trung bình: (m). • Chu kỳ sóng trung bình: (s). • Bước sóng trung bình được tính được tính theo công thức: (m). • Kiểm tra lại sóng nước sâu theo công thức (5 - 27): H = 35 (m) > 0,5. = 0,5.13,32 = 6,66 (m). Vậy giả thiết sóng nước sâu ở trên là đúng. • Tính chiều cao sóng có mức bảo đảm 1%: (5 - 28) K1% tra ở đồ thị hình P2 - 2, ứng với có: K1% = 2,09. Thay vào (5 - 29) ta được: (m). + K1, K2: Các hệ số phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái, tra ở Bảng P2 - 3 (đồ án môn học thuỷ công). Chọn vật liệu gia cố mái là đá, D = 0,03 (m). . Tra Bảng P2 - 3 ta được: + K3: Hệ số phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái m. Giả thiết m = 4 và với V = 22 (m/s), tra Bảng P2 - 4 ta được: K3 = 1,5. + K4: Hệ số phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số . Với m = 4 và tra đồ thị P2 - 3 ta được: K4 = 1,2. + Ka: Hệ số phụ thuộc vào góc as. Với as = tra Bảng P2 - 6 ta được: Ka = 1. Thay tất cả vào công thức (5 - 27) ta được: hsl1% = 0,9.08.1,5.1,2.1.1,337 = 1,733 (m). Thay số vào công thức (5 - 24) tính được: Z1 = 93 + 0,007 + 1,733 + 0,7 = 95,44 (m). b. Tính cao trình đỉnh đập theo MNDGC: Z2 = Hsc + + + (5 - 29) Trong đó: - Hsc: Mực nước dâng gia cường, Hsc = 97 (m). - a': Độ vượt cao an toàn ứng với MNDGC, a' = 0,5 (m). - Dh': Độ dềnh do gió ứng với gió bình quân lớn nhất. Xác định Dh' như sau: Dh' = (m) (5 - 30) Trong đó: + V': Vận tốc gió bình quân lớn nhất ứng với MNDGC, P = 50%, V' = 16 (m/s) + D': Đà sóng ứng với MNDGC, D' = 2,8 (km) = 2800 (m). + g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). + H': Chiều sâu nước trước đập. H' = Hsc - Zđáy = 97 - 58 = 39 (m). +: Góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió. Tính cho trường hợp bất lợi nhất thì , . Thay tất cả vào công thức (5 - 31) ta được: Dh' = (m). - : Chiều cao sóng leo (có mức đảm bảo 1%) ứng với gió bình quân lớn nhất. Xác định như sau: Theo QPTL C1 - 78, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% được xác định theo công thức: (5 - 31) Trong đó: + : Chiều cao sóng có mức bảo đảm 1%. được xác định như sau: • Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu: H' > 0,5. (5 - 32) • Tính các đại lượng không thứ nguyên: . Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). t': Thời gian gió thổi liên tục, t' = 6 (giờ) = 21600 (s). V': Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với MNDGC, P = 50%: V' = 16 (m/s). D': Đà sóng ứng với MNDGC, D' = 2800 (m). Suy ra: Tra đồ thị hình P2 - 1 (đồ án môn học thuỷ công), ứng với đường cong bao phía trên xác định được các đại lượng không thứ nguyên: ,. Với tra được: Với tra được: Chọn cặp trị số nhỏ trong 2 cặp trị số tra được: • Chiều cao sóng trung bình: (m). • Chu kỳ sóng trung bình: (s). • Bước sóng trung bình được tính được tính theo công thức: (m). • Kiểm tra lại sóng nước sâu theo công thức (5 - 32): H' = 39,2 (m) > 0,5. = 0,5.10,64 = 5,32 (m). Vậy giả thiết sóng nước sâu ở trên là đúng. • Tính chiều cao sóng có mức bảo đảm 1%: (5 - 33) tra ở đồ thị hình P2 - 2, ứng với có: = 2,1. Thay vào (5 - 34) ta được: (m). + , : Các hệ số phụ thuộc vào đặc trưng lớp gia cố mái và độ nhám tương đối trên mái, tra ở Bảng P2 - 3 (đồ án môn học thuỷ công). Chọn vật liệu gia cố mái là đá, D = 0,03 (m). . Tra Bảng P2 - 3 ta được: + : Hệ số phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái m. Giả thiết m = 3,5 và với V' = 16 (m/s), tra Bảng P2 - 4 ta được: = 1,3. + : Hệ số phụ thuộc vào hệ số mái m và trị số . Với m = 3,5 và tra đồ thị P2 - 3 ta được : = 1,3. + : Hệ số phụ thuộc vào góc . Với = tra Bảng P2 - 6 ta được: = 1. Thay tất cả vào công thức (5 - 32) ta được: (m). Thay số vào công thức (5 - 30) tính được: Z2 = 97 + 0,004 + 1,117 + 0,5 = 98,62 (m). c. Chọn cao trình đỉnh đập: ZĐĐ = max (Z1 ; Z2) = max (95,44 ; 98,62) = 98,62 (m). Vậy chọn ZĐĐ = 99 ( m ). Suy ra chiều cao đập: Hđ = ZĐĐ - Zđáy = 99 - 58 = 41 (m). PHẦN IV. THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI CHƯƠNG VI. THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN XẢ LŨ 6.1. Mục đích,ý nghĩa và nội dung tính toán 6.1.1. Mục đích, ý nghĩa 1. Mục đích: Thiết kế đường tràn xả lũ nhằm xả lượng nước thừa trong hồ chứa khi lũ đến để đảm bảo hồ chứa cũng như các công trình trong hệ thống làm việc bình thường và an toàn cho thượng hạ lưu công trình. 2. Ý nghĩa: Việc thiết kế tràn xả lũ có ý nghĩa quan trọng cả về mặt kinh tế và kỹ thuật vì nó quyết định quy mô kích thước công trình đầu mối và vốn đầu tư. Ngoài ra, nó còn có ý nghĩa cả về mặt chính trị, môi trường xã hội, con người cả ở khu vực thượng lưu và hạ lưu hồ chứa. 6.1.2. Nội dung tính toán - Xác định hình thức tràn và các tài liệu dùng trong thiết kế. - Xác định các kích thước cơ bản của đường tràn. - Tính toán thuỷ lực đường tràn. - Xác định hình thức và tính toán tiêu năng. 6.2. Các tài liệu tính toán và hình thức tràn 6.2.1. Các tài liệu dùng trong thiết kế - Cấp công trình: Hđập = 41 (m), theo TCXDVN 285 - 2002 cấp công trình là cấp III. - Tài liệu địa hình của khu vực xây dựng tràn. - Tài liệu địa chất của khu vực xây dựng tràn. - Tài liệu thuỷ văn: + Lưu lượng lũ: Qmax ( 1% ) = 2895,62 (m3/s). + Tổng lượng lũ: Wmax = 54,2.106 (m3). + Lưu lượng xả: Qx = 818 (m3/s). - Đặc trưng hồ chứa: + Cao trình mực nước chết : Zc = 69,5 (m). + Cao trình mực nước dâng bình thường: Zbt = 93 (m). + Cao trình mực nước siêu cao: Zsc = 97 (m). 6.2.2 Phương án bố trí và chọn hình thức tràn 1. Phương án bố trí: Dựa vào điều kiện địa hình, điều kiện địa chất của khu vực qua phân tích đánh giá lựa chọn tuyến tràn nằm ở vai phải của đập chính đoạn II. 2. Hình thức tràn: Hình thức tràn được lựa chọn dựa trên điều kiện kinh tế, kỹ thuật và nhiệm vụ công trình. Tràn xả lũ có hai hình thức là tràn xả lũ có cửa van và tràn xả lũ không có cửa van. - Tràn xả lũ có cửa van khống chế có cao trình ngưỡng tràn thấp hơn cao trình mực nước dâng bình thường. Khi đó cần dự báo lũ, quan sát mực nước trong hồ để xác định thời điểm mở cửa tràn và điều chỉnh lưu lượng tháo. - Tràn xả lũ không có cửa van khống chế có cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình mực nước dâng bình thường. Khi mực nước trong hồ bắt đầu dâng lên và cao hơn ngưỡng tràn thì nước trong hồ tự động chảy xuống hạ lưu. Theo phần bố trí phương án tràn ta chọn đường tràn xả lũ không có cửa van khống chế do giá thành rẻ hơn và việc quản lý khai thác cũng đơn giản hơn so với đường tràn xả lũ có cửa van khống chế. Từ những nhận xét nêu ở trên ta chọn hình thức tràn như sau: - Tràn dọc, ngưỡng đỉnh rộng, không có cửa van. - Tràn có co hẹp bên sau ngưỡng tràn với độ dốc i = 8%. - Dốc nước được bố trí nối tiếp với đoạn thu hẹp sau ngưỡng tràn, có độ dốc không đổi i = 8% và có bề rộng không đổi, mặt cắt ngang dốc hình chữ nhật.Nối tiếp cuối dốc nước là mũi phun tiêu năng, tiếp theo là kênh xả hạ lưu. 3. Kết cấu tràn: Toàn bộ tràn: Tường hướng dòng, ngưỡng tràn, dốc nước, mũi phun đều làm bằng bê tông cốt thép M200. 6.3. Xác định kích thước tràn cơ bản của đường tràn Đường tràn dọc bao gồm ba bộ phận chính: Bộ phận cửa vào, ngưỡng tràn và dốc nước. Việc xác định kích thước tràn là đi xác định kích thước của các bộ phận trên. 6.3.1. Tường cánh hướng dòng Phía trước ngưỡng tràn là sân trước, kết hợp với tường cánh có dạng hình chữ nhật mặt cắt co hẹp dần, dùng để dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn. Bộ phận cửa vào có các thông số như sau: - Sân trước có chiều dài: L = 15 (m). - Cao trình đỉnh tường bằng cao trình đỉnh đập: +99 (m). - Cao trình đáy tường bằng cao trình ngưỡng tràn: +93 (m). - Góc mở của tường a = . Tường làm bằng bê tông trọng lực M200. Các kích thước cơ bản của tường như sau: Vì trên đỉnh đập không yêu cầu giao thông nên ta không phải thiết kế trụ pin và cầu giao thông. 6.3.2. Ngưỡng tràn Theo tính toán ở Chương V có các thông số của tràn như sau: - Ñngưỡng tràn = ÑMNDBT = 93 (m). - Lưu lượng xả ứng với P = 1% là QTK = 818 (m3/s). - Bề rộng tràn Btr = 65 (m). - Cột nước tràn: Htr = 4 (m). - Chiều cao ngưỡng P = 0 (m). - Chiều dài ngưỡng tràn Ltr, theo QPTL C8 - 76 nếu là đập tràn đỉnh rộng thì chiều rộng đỉnh ngưỡng tràn d theo chiều dòng chảy được chọn trong phạm vi: (2 ÷ 3).H ≤ d ≤ (8 ÷ 10).H Với H là chiều sâu cột nước trên ngưỡng tràn: H = 4 (m). Nên chọn d = Ltr = 20 (m) và chọn độ dốc đáy ngưỡng tràn i = 0. 6.3.3. Dốc nước Dốc nước là loại kênh hở có độ dốc lớn, được xây dựng trên nền đất hoặc đá, nối tiếp sau ngưỡng tràn để dẫn nước xuống hạ lưu. Trong thiết kế ta phân làm hai đoạn là đoạn dốc thu hẹp và đoạn dốc có bề rộng dốc nước không đổi. Căn cứ vào địa hình tuyến tràn ta chọn sơ bộ dốc nước như sau: - Dốc nước có mặt cắt ngang hình chữ nhật, hệ số mái m = 0. - Độ dốc của dốc nước id = 8%. - Dốc nước có chiều dài Ld = 200 (m) trong đó có đoạn thu hẹp có chiều dài 25 (m). - Bản đáy dốc ngược làm bằng BTCT M200, chọn chiều dày bản đáy 0,5 (m). - Độ nhám của dốc: Dốc được làm bằng bê tông, theo TCVN 4118 - 85 có hệ số nhám: n = 0,017. - Các bản và tường của dốc nước đều có khe lún đặt cách nhau 25 (m), chiều rộng khe là 1 (cm), trong đó có đổ nhựa đường, dưới khe bố trí thiết bị thoát nước để giảm áp lực thấm. 6.4. Tính toán thuỷ lực của đường tràn 6.4.1. Tính toán thuỷ lực đoạn thu hẹp 6.4.1.1. Mục đích Để giảm khối lượng của dốc nước mà vẫn đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra, ở đầu dốc nước (sau ngưỡng tràn) ta làm đoạn thu hẹp. Mặt cắt có dang hình chữ nhật. - Bề rộng đầu đoạn thu hẹp B = 65 (m). - Bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bd = 45 (m). - Độ dốc đáy đạon thu hẹp i = 8%. - Chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 25 (m). Ở đây ta chọn phương án thiết kế đoạn thu hẹp có đáy và tường bên đoạn thu hẹp có dạng đường thẳng với chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 25 (m). 6.4.1.2. Nội dung tính toán Chia đoạn thu hẹp thành nhiều đoạn ngắn ta sẽ tính được bề rộng tại mỗi mặt cắt này và sử dụng phương pháp cộng trực tiếp để tìm ra độ sâu hi của dòng chảy cuối mỗi đoạn. Tập hợp các giá trị hi này ta có đường mặt nước trên đoạn thu hẹp. 1. Phương pháp cộng trực tiếp: Dựa trên phương trình Becnuli cho dòng chảy ổn định trong kênh hở: (6 - 1) Trong đó: - : Hiệu số tỉ năng của hai mặt cắt ở hai đầu đoạn ngắn. (6 - 2) - : Độ dốc thuỷ lực trung bình tính theo độ sâu trung bình . (6 - 3) (6 - 4) 2. Độ sâu phân giới hk: Độ sâu phân giới tại mặt cắt sau ngưỡng tràn được xác định theo công thức: (6 - 5) Với (m3/s - m). Suy ra: hk = 2,527 (m). 3. Độ sâu dòng chảy đều h0: Ta có h0 được xác định theo phương pháp lợi nhất về mặt cắt thuỷ lực, với trình tự tính toán như sau: - Tính: f( Rln ) = (6 - 6) Trong đó: + . + m: Hệ số mái của dốc nước, vì dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật nên m0 = 2. + Q: Lưu lượng chảy qua dốc nước, bằng lưu lượng xả. + i: Độ dốc của dốc nước id = 0,08. Suy ra: f(Rln) = . - Tra phụ lục 8 - 1 (bảng tra thuỷ lực) với hệ số nhám n = 0,017 ta được bán kính thuỷ lực lợi nhất Rln = 1,936 (m). - Lập tỷ số: .Tiếp tục tra phụ lục 8 - 3 (bảng tra thuỷ lực) với hệ số mái m = 0 ta được: . - Suy ra : (m). 4. Kết quả tính toán: Chia đạon thu hẹp dài 25 (m) thành 5 đoạn mỗi đoạn dài 5 (m). Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 6 - 1. Bảng 6.1. Kết quả tính toán đường mặt nước trên đoạn dốc nước thu hẹp STT h (m) w (m2) V (m/s) c (m) R (m) C L (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2.527 138.75 4.594 69.3 2.017 66.118 0 2 2.636 106.08 6.052 64.478 1.645 63.912 5 3 2.869 95.638 6.713 60.356 1.585 63.514 10 4 2.968 88.878 7.223 56.354 1.577 63.464 15 5 3.026 83.936 7.646 52.427 1.602 63..627 20 6 3.23 80.218 8.003 48.565 1.652 63.955 25 Căn cứ vào đặc tính dòng chảy sau ngưỡng tràn và đầu dốc nước, lấy góc thu hẹp . Các thông số của đoạn thu hẹp đầu dốc nước : - Độ dốc đáy: i = 8%. - Lưu lượng lớn nhất Q = 818 (m3/s). - Chiều dài đoạn thu hẹp Lth = 25 (m). - Bề rộng đầu đoạn thu hẹp Bđ = 65 (m). - Bề rộng cuối đoạn thu hẹp Bc = 45 (m). 6.4.2. Tính toán thuỷ lực dốc nước đoạn có chiều dài không đổi Tính toán thuỷ lực trên dốc nước chủ yếu là tính toán đường mặt nước trong dốc, hoặc chiều sâu của nước trong dốc từ đó thiết kế chính xác được chiều cao của tường bên, tính được lưu tốc trên dốc, điều kiện thuỷ lực trước khi vào bộ phận tiêu năng để chọn kết cấu bản đáy và tiêu năng hợp lý. Coi đường mặt nước trong dốc phi lăng trụ luôn song song với đáy. Dốc nước không có ngưỡng nên độ sâu dòng chảy ở đầu dốc bằng độ sâu phân giới hk, do đó đường mặt nước trong dốc nước là đường nước hạ bII. Khi dốc nước có chiều rộng đáy không đổi, độ dốc trong dốc nước lớn hơn độ dốc phân giới (i > ipg) do đó dòng chảy trong dốc nước là dòng chảy xiết. 6.4.2.1. Tính toán định tính đường mặt nước trong dốc nước 1. Xác định độ sâu phân giới hk: Với dốc nước mặt cắt hình chữ nhật: (6 - 7) Trong đó: - q = : Lưu lượng đơn vị tại vị trí xét. Với: + Qx: Lưu lượng xả qua tràn, Q = 818 (m3/s). + Bd: Chiều rộng dốc, Bd = 45 (m). Suy ra: q = (m3/s - m). - a: Hệ số động năng của dòng chảy. - g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). Thay số vào công thức (6 - 6) ta được: (m). 2. Xác định độ sâu dòng chảy trong dốc nước h0: Ta có h0 được xác định theo phương pháp lợi nhất về mặt cắt thuỷ lực, với trình tự tính toán như sau: - Tính: f(Rln) = (6 - 8) Trong đó: + . + m: Hệ số mái của dốc nước, vì dốc nước có mặt cắt hình chữ nhật nên m0 = 2. + Q: Lưu lượng chảy qua dốc nước, bằng lưu lượng xả. + i: Độ dốc của dốc nước id = 0,08. Suy ra: f( Rln ) = . - Tra phụ lục 8 - 1 (bảng tra thuỷ lực) với hệ số nhám n = 0,017 ta được bán kính thuỷ lực lợi nhất Rln = 1,936 (m). - Lập tỷ số: .Tiếp tục tra phụ lục 8 - 3 (bảng tra thuỷ lực) với hệ số mái m = 0 ta được: . - Suy ra: (m). 3. Xác định độ dốc phân giới ipg (ik): Độ dốc phân giới được xác định theo công thức: (6 - 9) Trong đó: - wk: Diện tích mặt cắt ướt ứng với độ sâu phân giới. wk = Bd.hk = 45.3,23 = 145,35 (m2). - : Chu vi ướt. (m). - Rk: Bán kính thuỷ lực ứng với độ sâu phân giới. (m). - Ck: Hệ số Sezi ứng với độ sâu phân giới. - Q: Lưu lượng xả qua tràn, Q = 818 (m3/s). Thay tất cả vào công thức (6 - 8) ta được: . Như vậy, ta thấy h0 = 0,93 (m) < hk = 3,23 (m) và ik = 0,0024 < id = 0,08 do đó đường mặt nước trong dốc là đường nước đổ bII như hình vẽ sau. Hình 6.1. Đường mặt nước trong dốc nước theo phương pháp định tính 6.4.2.2. Xác định đường mặt nước theo phương pháp định lượng Ta sử dụng phương pháp sai phân (còn gọi là phương pháp cộng trực tiếp) để vẽ đường mặt nước trong dốc nước. Nội dung tính toán như sau: Theo phương pháp cộng trực tiếp ta chia dốc nước ra từng đoạn nhỏ DLi và tại mỗi đoạn áp dụng công thức tính sau: (6 - 10) Sau khi tính cho từng đoạn nhỏ DLi, cộng lại sẽ được kết quả tính toán cho toàn thể đoạn dốc. Trong đó: - : Độ chênh lệch thế năng giữa hai mặt cắt liên tiếp. (6 - 11) Với: + ,: Năng lượng đơn vị tại mặt cắt thứ i và (i + 1). , (6 - 12) + Vi, Vi+1: Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt thứ i và (i + 1) tương ứng. (6 - 13) + wi: Diện tích mặt cắt ướt (m2), wi = Bi.hi + Bi: Chiều rộng của dốc nước tại mặt cắt i, theo thiết kế ta chọn chiều rộng dốc nước tại mọi mặt cắt là không đổi và bằng 45 (m). + hi: Chiều sâu mực nước trong dốc tại mặt cắt i (m ). + Qi: Lưu lượng chảy qua dốc tại mặt cắt thứ i, Qi = Qtr = 818 (m3/s). + Vi+1 Tính tương tự như Vi. - : Độ dốc thuỷ lực trung bình của đoạn DL. (6 - 14) + Ji và Ji+1 là độ dốc thuỷ lực tại mặt cắt i và (i + 1), xác định theo công thức tính ik công thức (6 - 8) ứng với các độ sâu mực nước trong dốc (hi) tại các mặt cắt khác nhau. Để giải bài toán ta lấy chiều sâu dòng chảy trong dốc tại mặt cắt đầu tiên bằng độ sâu phân giới hk và giả thiết các giá trị h giảm dần tại các mặt cắt tiếp theo của dốc. Và tính toán theo trình tự trên cho tới khi SDL = Ld. Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 6.2 ở phụ lục 6 - 1. Từ kết quả tính toán Bảng 6.2 ở phụ lục 6 - 1 ta vẽ được đường mặt nước h = f(L) trên dốc và xác định được độ sâu ở chân dốc nước là hc = 0,995 (m). Hình 6.1. Đường mặt nước trên dốc nước 6.4.2.3. Kiểm tra xói lở trong dốc Theo Bảng 5 - phụ lục 8 trong TCVN 4118 - 85, vận tốc cho phép của dốc nước làm bằng bê tông M200 là [V]kx = 15,6 (m/s). Mặt khác từ kết quả tính toán trong Bảng 6 - 2 thì lưu tốc lớn nhất trong dốc nước ứng với lưu lượng xả Q = 818 (m3/s) là Vmax = 14,34 (m/s). Suy ra: Vmax < [V]kx nên dòng chảy trong dốc không gây xói lở, đảm bảo an toàn ổn định cho dốc nước. 6.4.2.4. Xác định chiều cao tường bên Hiện tượng hàm khí xảy ra khi dòng chảy trong dốc nước có lưu tốc lớn làm cho dòng chảy bị trộn khí do đó làm tăng chiều sâu nước trong dốc so với tính toán khi không có hàm khí. Vì vậy khi thiết kế tường bên của dốc nước ta phải tính tới chiều sâu dòng chảy có kể tới hàm khí nhằm xác định chính xác chiều cao tường bên, đảm bảo các yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Chiều sâu nước có kể tới hàm khí được xác định theo công thức sau: (6 - 15) Trong đó: - h: Chiều sâu nước khi không có ngậm khí (m). - V: Lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán, với V > 3 (m/s) thì dòng nước bắt đầu ngậm khí. Cao trình đỉnh tường Ñđtg được xác định theo công thức: Ñđtg = Ñđáy + hhk + a (6 - 16) Với a là độ cao an toàn, chọn a = 0,5 (m). Kết quả tính toán cao trình đỉnh tường được thể hiện trong Bảng 6.3 ở phụ lục 6 - 2. Giải thích các cột trong Bảng 6.3 như sau: - Cột 1: Số thứ tự mặt cắt. - Cột 2: Tên mặt cắt. - Cột 3: DLi là khoảng cách giữa hai mặt cắt kề nhau (m). - Cột 4: SDLi là khoảng cách cộng dồn (m). - Cột 5: hi là chiều sâu mực nước trên dốc khi chưa có hàm khí tại mặt cắt i tương ứng (m), xác định bằng cách tra trên đường mặt nước đã xác định. - Cột 6: Lưu tốc dòng nước trong dốc tại mặt cắt i (m/s). Với: + Qtr = 818 (m3/s). + wi = Bd.hi (m2). + Bd = 45 (m). - Cột 7: Ñđáy là cao trình đáy dốc (m), được xác định dựa vào độ dốc của dốc nước i = 0,08; cao trình đáy dốc tại mặt cắt đầu dốc nước = +93 (m) và dựa vào chiều dài của đoạn dốc tính từ mặt cắt đầu tiên tới mặt cắt ta xét. - Cột 8: hhk là chiều sâu nước trong dốc có kể tới hàm khí (m), xác định theo công thức (6 - 14). - Cột 9: Ñđáy là cao trình đỉnh tường (m). 6.5. Tính toán kênh dẫn hạ lưu 6.5.1. Thiết kế kênh Dòng chảy sau khi rời khỏi máng phun sẽ rơi xuống hố xói. Ở đây phần lớn năng lượng dòng chảy đã được tiêu hao và trở về trạng thái gần với chảy ổn định, từ đó đổ ra kênh dẫn hạ lưu. Kênh dẫn hạ lưu được thiết kế để dẫn nước từ tràn xả lũ vào lòng sông cũ. Ta phải thiết kế kênh dẫn nước từ hố xói ra hạ lưu đập sao cho kênh không bị xói lở và chuyển được lưu lượng nước lớn nhất từ tràn xả lũ xuống. Do không có tài liệu về mực nước hạ lưu tràn nên ta sơ bộ thiết kế kênh hạ lưu sau tràn bằng cách chọn các chỉ tiêu thiết kế kênh hạ lưu theo TCVN 4118 - 85. Kênh dẫn hạ lưu là kênh đất có mặt cắt ngang dạng hình thang và có các đặc trưng sau: - Lưu lượng lớn nhất qua kênh: QK = Qxả max = 818 (m3/s). - Chiều dài kênh dẫn: LK = 50 (m). - Hệ số mái kênh: m = 1,5. - Độ nhám: n = 0,025. - Độ dốc đáy kênh: i = 0,001. Để tính toán xác định mặt cắt kênh ta dùng phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực theo trình tự sau: - Tính f( Rln ) theo công thức: (6 - 17) Trong đó: + i: Độ dốc của đáy kênh tính toán. + Q: Lưu lượng tính toán của kênh (m3/s). + Rln: Bán kính thuỷ lực lợi nhất (m). Với ta có: - Từ trị số f(Rln) và hệ số nhám n, xác định được Rln = 4,813 (m) bằng cách tra phụ lục 8 - 1 ở Bảng tra thuỷ lực. - Ứng với giá trị Q ta tính được giá trị b (tỷ số giữa chiều rộng đáy kênh và chiều sâu mực nước trong kênh) theo công thức: (6 - 18) - Tính: (6 - 19) - Từ s tra phụ lục 8 - 3 trong Bảng tra thuỷ lực được: + (m). + (m). Vậy sơ bộ xác định được mực nước kênh hạ lưu là hh = 4 (m) và bề rộng đáy kênh hạ lưu là b = 56 (m). 6.5.2. Kiểm tra điều kiện không xói của kênh Xác định độ sâu dòng chảy đều trong kênh h0 theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực như trên đã tính được h0 = 4 (m). Vận tốc dòng chảy trong kênh: (m/s). Với w là diện tích mặt cắt ướt của kênh. (m2). Kênh xả hạ lưu nằm trên nền đá tra Bảng 4 phụ lục 8 của 10TCVN 4118 - 1985 vận tốc cho phép không xói là [ Vkx ] = 3,5 (m/s). Vậy V < [Vkx] nên kênh dẫn đảm bảo không bị xói lở trong quá trình làm việc. - Mực nước đầu kênh xả hạ lưu: Do ở hạ lưu đập không có nước, hố xói không tiếp giáp với lòng suối nên kênh hạ lưu không bị ảnh hưởng của mực nước trên suối. Chọn cao trình mực nước đầu kênh hạ lưu: +70 (m). - Cao trình đáy kênh xả hạ lưu sau máng phun (đầu kênh): Ñđáy kênh = 70 - 4 = 66 (m). - Cao trình bờ kênh hạ lưu: Ñđáy kênh = 70 + 0,5 = 70,5 (m). 6.6. Tính nối tiếp và tiêu năng ở chân dốc nước 6.6.1. Mục đích tính toán tiêu năng Khi dòng chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu, phần lớn thế năng biến thành động năng. Dốc nước có lưu tốc tăng lên đột ngột lớn hơn nhiều so với dòng chảy ở trạng thái tự nhiên. Do đó cuối dốc rất dễ bị xói lở do động năng thừa gây ra, ảnh hưởng tới khả năng làm việc và sự an toàn của công trình. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng là phải tìm biện pháp tiêu huỷ toàn bộ năng lượng thừa, điều chỉnh lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên của nó trên một đoạn dốc ngắn nhất. 6.6.2. Hình thức tiêu năng Do sau tràn độ dốc lớn và thay đổi đột ngột nên để giảm chiều dài tràn cũng như để đảm bảo cho công trình làm việc an toàn ta chọn hình thức máng phun để làm cho dòng chảy sau khi rời mũi phun sẽ hắt vào không khí, bị khuyếch tán hai chiều và rơi xuống hạ lưu. Khi đó lưu tốc dòng nước sẽ giảm rất nhanh hạn chế được khả năng xói lở hạ lưu. Sơ bộ chọn các kích thước của mũi phun như sau: - Chiều dài mũi phun: Lmũi = 2 (m). - Độ dốc mũi phun: i = 20%. - Cao trình cuối dốc nước: Ñcuối dốc = Ñđầu dốc - Ldốc.idốc = 93 - 200.0,08 = 77 (m). - Cao trình mũi phun: Ñmũi phun = Ñcuối dốc + Lmũi phun.imũi phun = 77 + 2.0,2 = 77,4 (m). 1. Xác định chiều dài nước rơi: Chiều dài nước rơi là khoảng cách nước rơi theo phương ngang từ mũi phun đến trung tâm bó dòng nước rơi chạm vào đáy kênh hạ lưu. Theo giáo trình: '' Ví dụ tính toán tràn máng phun '' thì chiều dài nước rơi được xác định theo công thức: (6 - 20) Trong đó: - j: Hệ số lưu tốc, lấy j = 1. - h: Chiều sâu dòng nước cuối mũi phun, vì chiều dài mũi phun nhỏ Lmũi = 2 (m) nên h ≈ hcuối dốc = 0,995 (m). - p: Khoảng cách từ mũi phun đến đáy kênh hạ lưu. p = Ñmũi - Ñđáy hạ = 77,4 - 66 = 11,4 (m). - E0: Năng lượng toàn phần của dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc máng, lấy mặt chuẩn là đáy kênh hạ lưu ta có: (m). - (m). Thay tất cả các giá trị trên vào công thức (6 - 19) ta được: (m). 2. Xác định chiều sâu hố xói: Theo Vư - đơ - gô chiều sâu hố xói được xác định theo công thức: (6 - 21) Trong đó: - hs: Chiều sâu nước trong kênh hạ lưu. - Z0: Độ chênh lệch cột nước kể tới lưu tốc tiến gần. Z0 = E0 – hs (6 - 22) - a: Hệ số hàm khí của dòng nước, phụ thuộc vào lưu tốc của dòng cháy khi chảy vào hạ lưu và chiều sâu h ở cuối mũi phun. Tra Bảng 4 trang 18 Giáo trình Ví dụ tính toán tràn máng phun ta được hệ số a. Bảng tra hệ số hàm khí a h ( m ) Lưu tốc tiếp xúc hạ lưu V ( m/s ) 5 10 15 20 25 0.2 0.7 0.64 0.62 0.61 0.6 0.5 0.88 0.71 0.66 0.63 0.62 0.7 1 0.9 0.7 0.66 0.64 Khi h > 0,7 (m) thì a = 1. Theo tính toán kênh phần trên ta có h = 4 (m) nên chọn a = 1. - b: Góc hợp bởi tia dòng và đáy kênh hạ lưu. Vậy . - k: Hệ số xói lở phụ thuộc vào góc b. Hệ số k được xác định như sau: + Nếu V < [V] thì k = 1,34. + Nếu V > [V] thì k phụ thuộc vào góc b được tra theo Bảng 5 trang 18 Giáo trình Ví dụ tính toán tràn máng phun. Bảng các trị số hệ số k Loại đất b 0 12 25 40 60 90 Yếu 1.4 1.8 2.4 2.8 3.3 4.5 Chắc 1.4 1.7 2 2.4 2.7 3.3 - V: Lưu tốc dòng chảy trong hố xói. - [V]: Vận tốc cho phép đối với nền. Tra Bảng 4 phụ lục 8 của 10 TCVN 4118 - 1985 ta được: [V] = 3,5 (m/s). Quá trình xác định V như sau: - Tính: Với q là lưu lượng đơn vị tại đầu mũi phun. Tra phụ lục 15 - 1 Bảng tra thuỷ lực có: Suy ra: (m). - Giả thiết chiều sâu hố xói: (m). - Tính lại: (m). Tra phụ lục 15 - 1 Bảng tra thuỷ lực có: Suy ra: (m). - Tính chiều sâu hố xói: (m). Ta thấy trị số giả thiết xấp xỉ bằng trị số tính toán được, nên ta lấy . - Tính V: (m/s). Qua tính toán như trên ta thấy V < [V] nên ta chọn hệ số k = 1,34. Thay tất cả vào công thức (6 - 20) ta được: ( m ). 3. Xác định chiều rộng và chiều dài hố xói: - Chiều rộng đáy hố xói theo phương ngang được xác định theo công thức: (m). - Chiều dài hố xói được xác định theo công thức: (m). Hình 6.2. Sơ đồ tính toán hố xói PHẦN V. TÍNH TOÁN KINH TẾ CHƯƠNG VII. TÍNH TOÁN KINH TẾ CỦA DỰ ÁN 7.1. Mục đích, ý nghĩa và nội dung tính toán 7.1.1. Mục đích Tính toán kinh tế của dự án nhằm mục đích xác định các chỉ tiêu kinh tế như : Tỷ suất thu hồi vốn, tổng vốn đầu tư, tỷ số giữa lợi ích và chi phí….để làm cơ sở đánh giá tính khả thi về kinh tế và kỹ thuật của dự án. 7.1.2. Ý nghĩa Tính toán kinh tế của dự án là cơ sở giúp chúng ta biết được hiệu quả kinh tế mà dự án mang lại và đánh giá hiệu quả của việc đầu tư sử dụng vốn. 7.1.3. Nội dung tính toán - Tính tổng kinh phí đầu tư xây dựng công trình. - Tính chi phí quản lý hàng năm trước và sau khi có dự án. - Tính tổng giá trị thu về hàng năm trước và sau khí có dự án. - Tính lợi ích tăng thêm hàng năm sau khi có dự án. - Tính tỷ suất thu hồi vốn IRR. - Tính tỷ số giữa lợi ích và vốn đầu tư . - Tính suất đầu tư cho 1 ha. - Kết luận về tính kinh tế của dự án. 7.2. Nguyên lý tính toán Dựa trên sự biến động của giá trị sản phẩm tính theo tiền để tính toán cân đối giữa đầu vào bao gồm : Vốn đầu tư, chi phí quản lý hàng năm....và giá trị thu về cũng như hiệu ích của khu vực trước và sau khi có dự án trong suốt thời gian hoạt động kinh tế của dự án (đời sống kinh tế của dự án). Đối với dự án thuỷ lợi đời sống kinh tế là 30 năm. Tất cả các giá trị trên thường thay đổi phải đưa về giá trị hiện tại NPV, sau đó mới tính toán các chỉ tiêu về kinh tế. Việc tính toán và đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án được thực hiện theo sơ đồ như hình 7.1. Hình 7.1. Sơ đồ tính toán kinh tế của dự án. 7.3. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế 7.3.1. Các khái niệm cơ bản và phương pháp tính toán 7.3.1.1. Tỷ suất khấu hao DF (Discount Facto) Tỷ suất khấu hao là khả năng giảm giá trị của một khối vật chất được quy ra tiền tính theo % (hay nói cách khác là sự giảm giá trị của đồng tiền theo thời gian). DF phản ánh mức độ thu hồi vốn của một dự án nào đó. 7.3.1.2. Giá trị thu nhập ròng hiện tại NPV (Net Present Value) Giá trị thu nhập ròng hiện tại NPV là tổng thu nhập ròng trong suốt cả đời sống kinh tế của dự án được tính đổi về giá trị hiện tại. (7 - 1) Trong đó: - Bt: Thu nhập do dự án mang lại ở thời điểm tính toán thứ t. - Ct: Chi phí thực của dự án ở thời điểm thứ t. - C0: Chi phí bỏ ra tại thời điểm đầu năm đầu tiên. - DF: Tỷ suất khấu hao. - T: Đời sống kinh tế của dự án. Khi tính toán phải tính đổi giá trị của những năm trước về thời điểm hiện tại. Giá trị đưa về thời điểm hiện tại tính theo công thức: P = Kt.Gt (7 - 2) Trong đó : - P: Giá trị của năm thứ t quy về năm hiện tại. - Gt: Giá trị của năm thứ t. - Kt: Tỷ suất khấu hao của năm thứ t. (7 - 3) 7.3.1.3. Tỷ suất thu hồi vốn IRR (Internal Rate of Return) Tỷ suất thu hồi vốn bên trong IRR là tỷ suất khấu hao làm cho giá trị thu nhập ròng của dự án bằng 0 trong suốt đời sống kinh tế của dự án. Thực chất IRR chính là khả năng sinh lời của dự án : IRR lớn hơn sự giảm giá của đồng tiền do phải trả lãi ngân hàng, do lạm phát, tiền bị giảm giá trị….thì dự án được xem là có hiệu quả và nêus ngược lại thì dự án bị lỗ. Như vậy, IRR càng lớn chứng tỏ hiệu ích công trình đạt được càng lớn. Vì thế, khi so sánh các phương án, người ta thường ưu tiên lựa chọn những phương án có IRR lớn. Thông thường, dự án được xem là có hiệu quả khi: IRR ≥ [i] (7 - 4) Với [ i ] là lãi suất vay vốn cho phép đối với một ngành nào đó. Trong điều kiện kinh tế nước ta hiện nay, Ngân hàng phát triển Châu Á ADB đề nghị lấy [i] = 12% ÷ 15% cho các dự án thuỷ lợi. Phương pháp xác định IRR : Có thể biểu thị giá trị của IRR trên đồ thị như hình 7.2, IRR là giao điểm giữa đường cong (NPV ~ DF) với đường NPV = 0. Vì vậy có thể xác định IR bằng phương pháp đồ giải, hoặc phương pháp nội, ngoại suy tuyến tính khi biết toạ độ của hai điểm trên đường cong. Phương pháp nội (ngoại) suy tuyến tính: - Lấy một tỷ suất khấu hao DF1 nào đó, tính được NPV1. - Chọn tiếp một trị số DF2 và tính NPV2. + Nếu NPV1 >0 chọn DF2 > DF1. + Nếu NPV1 < 0 chọn DF2 < DF1. - Xác định IRR theo: + Nội suy tuyến tính nếu NPV1 và NPV2 trái dấu. + Ngoại suy tuyến tính nếu NPV1 và NPV2 cùng dấu. Hình 7.2. Quan hệ (NPV ~ DF) Công thức tính gần đúng trị số IRR theo nội (ngoại) suy tuyến tính: (7 - 5) - Việc xác định IRR cũng có thể được tiến hành bằng cách lập bảng tính NPV, thử dần với các trị số DF khác nhau, trị số DF ứng với NPV = 0 chính là IRR. - Phương pháp tính đơn giản và chính xác hơn là dùng công thức đã được lập sẵn trong chương trình excel (mục Insert - function - finalcial - IRR). 7.3.1.4. Tỷ số giữa lợi nhuận và vốn đầu tư là tỷ số giữa lợi nhuận và vốn đầu tư ứng với tỷ suất khấu hao cho phép đối với một vùng hoặc một quốc gia hay cho một loại dự án nào đó. Tỷ số cho biết tương quan giữa thu nhập do dự án mang lại với chi phí đã bỏ ra trong suốt đời sống kinh tế của dự án trên cơ sở tính quy đổi về năm đầu. được xác định theo công thức: (7 - 6) Yêu cầu hiệu quả đặt ra cho một dự án là: ≥ 1 (7 - 7) 7.3.2. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế 7.3.2.1. Tính tổng vốn đầu tư Kb Vốn đầu tư ban đầu của công trình Kb là giá trị bằng tiền của tất cả các tài sản cố định của công trình ở thời điểm bắt đầu quản lý khai thác. Dự án hồ P1 có suất đầu tư là 80 (triệu đồng/ha), diện tích phục vụ là 4200 ha. → Vốn đầu tư cho dự án là: Kb = 4200.80.106 = 336.109 (đồng). Thời gian xây dựng dự án là 3 năm, dự kiến phân vốn đầu tư trong từng năm theo tỷ lệ: 1 : 2 : 2. → Vốn đầu tư trong từng năm là: (đồng). (đồng). (đồng). 7.3.2.2. Tính toán chi phí quản lý và chi phí sản xuất hàng năm trước và sau khi có dự án 1. Chi phí quản lý hàng năm Trước khi có dự án coi như chưa có chi phí quản lý. Sau khi có dự án chi phí quản lý hàng năm cho 1 đơn vị diện tích canh tác của khu hưởng lợi là: 400.000 (đ/ha). Diện tích canh tác sau khi có dự án là 4200 (ha), chi phí quản lý hàng năm của hệ thống là: Cql = 4200.400.103 = 1,68.109 (đồng). 2. Chi phí sản xuất Dự án thuỷ lợi hồ P1 có tác dụng lợi dụng tổng hợp, nhưng nhiệm vụ chính là cấp nước tưới để phục vụ sản xuất nông nghiệp. Vì vậy ở đây chỉ tính toán chi phí phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. - Tính cho đơn vị diện tích 1 ha: Dựa vào chi phí cho từng hạng mục như : Giống, phân bón, công lao động....ta tính toán được chi phí sản xuất của 1 ha trước và sau khi có dự án như Bảng 7.1 và Bảng 7.2. Bảng 7.1. Chi phí sản xuất của 1 ha trước khi có dự án STT Hạng mục Đơn vị Đơn giá (đ) Lúa chiêm Lúa mùa Ngô Khối lượng Thành tiền (106đ) Khối lượng Thành tiền (106đ) Khối lượng Thành tiền (106đ) 1 Giống kg 20000 160 3.2 160 3.2 160 3.2 2 Phân hoá học kg 2500 600 1.5 600 1.5 600 1.5 3 Phân chuồng kg 800 2000 1.6 2000 1.6 2000 1.6 4 Cày bừa ha 300000 1 0.3 1 0.3 1 0.3 5 Công lao động công 20000 200 4 160 3.2 140 2.8 6 Chi phí khác ha 200000 1 0.2 1 0.2 1 0.2 7 Tổng 10.8 10 9.6 Bảng 7.2. Chi phí sản xuất của 1 ha sau khi có dự án STT Hạng mục Đơn vị Đơn giá (đ) Lúa chiêm Lúa mùa Ngô Khối lượng Thành tiền (106đ) Khối lượng Thành tiền (106đ) Khối lượng Thành tiền (106đ) 1 Giống kg 20000 160 3.2 160 3.2 160 3.2 2 Phân hoá học kg 2500 1000 2.5 1000 2.5 1000 2.5 3 Phân chuồng kg 800 5000 4 5000 4 5000 4 4 Cày bừa ha 300000 1 0.3 1 0.3 1 0.3 5 Công lao động công 20000 220 4.4 170 3.4 150 3 6 Chi phí khác ha 300000 1 0.3 1 0.3 1 0.3 7 Tổng 14.7 13.7 13.3 - Tính cho cả khu vực: Theo báo cáo về hiện trạng tưới của khu vực, diện tích được tưới trước khi có dự án như ở Bảng 7 - 3. Bảng 7.3. Hiện trạng tưới của khu vực Tên công trình Diện tích thực tưới (ha) Diện tích gieo trồng được tưới (ha) Lúa chiêm Lúa mùa Ngô Hệ thống Cây Khế 925 1860 120 2905 Hệ thống Kim Long 765 1190 35 1990 Hệ thống Ô Xuyên 770 1320 15 2105 Tổng cộng 2460 4370 170 7000 Sau khi có dự án, diện tích tưới tăng lên: + Vụ chiêm: 4200 ha lúa. + Vụ mùa: 4200 ha lúa. + Vụ đông: 4200 ha ngô. Kết quả tính chi phí sản xuất hàng năm của toàn khu vực trước và sau khi có dự án ở Bảng 7.4. Bảng 7.4. Chi phí sản xuất hàng năm STT Vụ Trước khi có dự án Sau khi có dự án Chi phí sản xuất (106 đ/ha) Diện tích (ha) Tổng chi phí (109 đ) Chi phí sản xuất (106 đ/ha) Diện tích ( ha ) Tổng chi phí (109 đ) 1 Chiêm 10.8 2460 26.568 14.7 4200 61.74 2 Mùa 10 4370 43.7 13.7 4200 57.54 3 Đông 9.6 170 1.632 13.3 4200 55.86 4 Tổng 71.9 175.14 7.3.2.3. Tính toán tổng giá trị thu về hàng năm trước và sau khi có công trình Dựa vào diện tích và năng suất (quy ra thóc) của từng loại cây trồng trước và sau khi có dự án, áp dụng giá thóc là 3500 (đ/kg), tính toán được tổng giá trị thu về hàng năm như Bảng 7.5. Bảng 7.5. Tổng giá trị thu về hàng năm trước và sau khi có dự án STT Vụ Trước khi có dự án Sau khi có dự án Năng suất (T/ha) Diện tích (ha) Thành tiền (109 đ) Năng suất (T/ha) Diện tích (ha) Thành tiền (109 đ) 1 Chiêm 2.3 2460 19.803 6 4200 88.2 2 Mùa 2.1 4370 32.1195 5 4200 73.5 3 Đông 1.5 170 0.8925 2.5 4200 36.75 4 Nước sinh hoạt Tổng lượng nước cấp một năm (106 m3) Thành tiền (109 đ) Tổng lượng nước cấp một năm (106 m3) Thành tiền (109 đ) 0 0 15 45 5 Tổng 52.815 243.45 7.3.2.4. Tính lợi ích tăng thêm hàng năm sau khi có dự án Từ tổng chi phí và giá trị thu về hàng năm tính toán được lợi nhuận hàng năm theo công thức: L = B - ∑C (7 - 8) Trong đó: - B: Tổng giá trị thu về hàng năm. - ∑C: Tổng các chi phí hàng năm (chi phí quản lý và sản xuất). - L: Lợi nhuận thu được hàng năm. Lợi ích tăng thêm hàng năm sau khi có dự án được tính theo công thức: Ltt = Ls - Lt (7 - 9) Với: - Ltt: Lợi ích tăng thêm hàng năm sau khi có dự án. - Ltr: Lợi nhuận thu được hàng năm trước khi có dự án. Ltr = Btr - ∑Ctr (7 - 10) - Ls: Lợi nhuận thu được hàng năm sau khi có dự án. Ls = Bs - ∑Cs (7 - 10) Kết quả tính toán ở Bảng 7.6. Bảng 7.6. Tính toán lợi ích tăng thêm hàng năm sau khi có dự án Chỉ tiêu C (109 đ) Cql (109 đ) B (109 đ) L (109 đ) Ltt (109 đ) Trước khi có dự án 71.9 0 52.815 -19.085 47.545 Sau khi có dự án 175.14 1.68 243.45 66.63 7.3.2.5. Tính tỷ suất thu hồi vốn IRR Dự tính thời gian phát huy hiệu quả của dự án: - Năm thứ nhất và năm thứ hai chưa phát huy được hiệu quả. - Năm thứ 3 phát huy được 50% hiệu ích. - Năm thứ 4 công trình được hoàn thành và phát huy 100% hiệu ích. Chọn DF1 = 15%, DF2 = 20%. Tính được NPV1 và NPV2 ứng với DF1 và DF2. Kết quả tính toán ở Bảng 7.7 ở phụ lục 7 - 1. Từ kết quả tính toán ở Bảng 7.7, tính được IRR theo công thức (7 - 5): → IRR = 19,29%. Nếu sử dụng hàm tính IRR trong chương trình excel tính được IRR = 18,58%. Kiểm tra lại bằng hàm tính NPV trong excel ta thấy với IRR = 18,58% thì giá trị thu nhập ròng của dự án bằng 0. Vậy IRR = 18,58%. Kết quả tính NPV với IRR = 18,58% ở Bảng 7.8 của phụ lục 7 - 2. 7.3.2.6. Tính tỷ giá trị thu nhập ròng và tỷ số Hiện nay, tỷ suất khấu hao cho phép đối với các dự án phát triển nông nghiệp ở Đông Nam Á theo ngân hàng phát triển Châu Á (ADB) là 12% ÷ 15%. Kết quả tính toán NPV với DF = 12% ở Bảng 7.9 của phụ lục 7 - 3. Từ kết quả ở Bảng 7.9, tính được : và NPV = 154,1 (109đ) 7.4. Kết luận và kiến nghị Từ kết quả tính toán các chỉ tiêu kinh tế cho thấy dự án có hiệu quả kinh tế khá cao. Dự án được thực hiện sẽ tạo điều kiện phát triển sản xuất nông nghiệp, khai thác những tiềm năng trong khu vực hưởng lợi, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế. Tóm lại dự án có tính khả thi và có ý nghĩa lớn đối với khu vực hưởng lợi cả về mặt kinh tế, xã hội, và môi trường.Vì vậy, dự án cần sớm được đầu tư và đưa vào hoạt động, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Bình Thuận nói chung và huyện Hàm Thuận Bắc nói riêng. KẾT LUẬN Qua 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Lập dự án đầu tư và thiết kế hệ thống tưới hồ P1’’ dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm Ngọc Hải, thầy Nguyễn Văn Thắng cùng với kiến thức đã được trang bị trong năm năm học tại trường đến nay em đã hoàn thành đồ án do nhà trường giao. Qua quá trình làm đồ án đã giúp em củng cố và nắm vững kiến thức đã được tích luỹ trong suốt năm năm học dưới mái trường Đại học Thuỷ lợi. Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết mình, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên trong nội dung đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em kính mong các thầy cô giúp em sửa chữa những sai sót và củng cố kiến thức để khi bước vào công việc ngoài thực tế không bị bỡ ngỡ. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS.Phạm Ngọc Hải đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, tháng 5 năm 2010. Sinh viên Trần Nam Hải Các tài liệu tham khảo 1. Giáo trình thuỷ văn công trình. 2. Giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thuỷ lợi tập I và tập II. 3. Giáo trình thuỷ công tập I. 4. Đồ án môn học thuỷ công. 5. Giáo trình thuỷ lực công trình. 6. Quy phạm thuỷ lợi C6 - 77. 7. Tiêu chuẩn TCVN 4118 - 85. 8. Tiêu chuẩn xây dựng TCVN 285 - 2002. PHỤ LỤC