Nghiên cứu sự tác động qua lại các yếu tố thuỷ lực của công tác ngăn dòng khi thi công công trình thuỷ lợi đầu mối trên sông

NGHIÊN CỨU SỰ TÁC ĐỘNG QUA LẠI CÁC YẾU TỐ THUỶ LỰC CỦA CÔNG TÁC NGĂN DÒNG KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI ĐẦU MỐI TRÊN SÔNG RESEARCHES OF THE INTERACTIVE IMPACTS PROBLEMS HYDRAULIC OF THE CURREN BLOCKAGE ON THE CONSTRUCTIONS OF KEY IRRIGATIONAL WORKS Tóm TẮt Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích thực tế các phương thức ngăn dòng khi thi công các công trình thuỷ lợi đầu mối trên sông, thông qua việc nghiên cứu sự tác động qua lại của các yếu tố thuỷ lực kết hợp với lý thuyết để từ đó ta sử dụng phần mềm Pascal lập trình nó nhằm tự động hoá các yếu tố thuỷ lực ngăn dòng qua các thời đoạn phục vụ cho các công tác tiếp theo. ABSTRACT Based on the practical study and analysis on the stream - blocking modes during the building of main irrigational works over the river and based on the interaction between hydraulic factors, the Pascal software is applied to automatize these factors in stream blockage at each specific stages in order to serve the next constructions. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tổng quan - tình hình chung. Dự án qui hoạch thuỷ điện bậc thang hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn có tiềm năng thuỷ điện đứng thứ 4 cả nước sau Sông Đà, Sông Đồng Nai và Sông Sê San gồm 12 công trình trong đó có 8 công trình hiệu quả như: AVương 1, Sông Tranh 2, Đắc Mi 1, Đắc Mi 4, Sông Boung 1, Sông Boung 4, Sông Giằng và Sông Côn 2. Các công trình thuỷ lợi được tập trung lại thành một tập hợp công trình nhằm giải quyết những nhiệm vụ thuỷ lợi gọi là đầu mối công trình thuỷ lợi. Để đảm bảo điều kiện thi công các hạng mục của công trình đầu mối thì trước hết phải tiến hành ngăn dòng công tác đó gọi là công tác ngăn dòng. Như vậy sự cần thiết của công tác ngăn dòng và sự tác động qua lại công tác chặn dòng khi thi công công trình đầu mối là gì? 1.2 Sự cần thiết. Ta đã biết trong quá trình thi công công trình thuỷ lợi trên sông có rất nhiều công tác phức tạp và khó khăn như công tác ngăn dòng, công tác dẫn dòng, và nhiều công tác khác. Để làm rõ một trong các công tác đó là đi nghiên cứu sự tác động qua lại công tác ngăn dòng khi thi công công trình đầu mối của công trình thuỷ lợi. Công tác ngăn dòng là một khâu quan trọng hàng đầu, khống chế toàn bộ tiến độ thi công công trình đầu mối. Do tính phức tạp khi thi công ngăn dòng đòi hỏi chúng ta phải nắm được qui luật của dòng chảy, kỹ thuật tổ chức thi công ngăn dòng cũng như sự tác động qua lại của chúng đến công trình đầu mối. 1.3 Ý nghĩa: Quá trình nghiên cứu công tác ngăn dòng có ý nghĩa rất lớn vì khi đó ta nắm được quy luật của dòng chảy lúc đó sẽ chọn đúng thời điểm hợp lý, xác định được thời gian và lưu lượng chặn dòng thích hợp. 2. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH. 2.1 Cơ sở nghiên cứu đề tài: Từ sự cấn thiết và tính quan trọng của công tác ngăn dòng trong các công trình hiện nay đặc biệt là trong các công trình thuỷ lợi nên cần phải có sự nghiên cứu về công tác này. Dựa vào một số công trình thuỷ lợi đang vận hành và tài liệu về các công trình đó. Để có thể nghiên cứu chúng một cách nhanh và chuẩn xác cần phải sử dụng các phần mềm lập trình như Pascal, Visua basic,… và các giáo trình, tài liệu như Thi công, Thuỷ lực, Công trình tháo lũ, Thuỷ công và các sổ tay tính toán thuỷ lợi,… 2.2 Thiết lập mô hình: Từ các biểu thức tính toán ta đi xây dựng thuật toán bằng ngôn ngữ Pascal để viết chương trình tính nhằm xác định các yếu tố thuỷ lực. 2.3 Thiết lập sơ đồ tính và lập hệ phương trình: Sơ đồ lấp bằng và sơ đồ lấp đứng 2.3.1. Sơ đồ lấp bằng: a> Sơ đồ tính: Xem ( hình vẽ 1) : Cho trường hợp lấp bằng b> Thiết lập hệ phương trình. - Lưu lượng tràn qua đập ngăn dòng Q1 (m3/s). Đập coi như đập tràn đỉnh rộng. + Khi chảy ngập (0 < h1 < h2 – hgh): Với hgh = (m) và q = (m2/s) Khi đó, lưu lượng được xác định như sau: Q1 = (1) + Khi chảy không ngập (h1 ≥ h2 – hgh): Q1’ = (2) - Lưu lượng qua đập tràn dẫn dòng Q2 (m3/s): + Chỉ tiêu ngập: với = f(m) + Lưu lượng: Q2 = sn.ε2.m.b2. (3) - Lưu lượng thấm qua đập ngăn dòng Q3 (m3/s): Q3 = 0,57.k.ε1.b1. (4) Vậy: Theo phương pháp lấp bằng thì: Khi 0 < h1 ≤ (h2 – hgh) thì có hệ phương trình sau: * Khi 0 < h1 ≤ (h2 – hgh) thì có hệ phương trình sau: (I1) (I1) Khi (h2 – hgh) < h1 thì có hệ phương trình sau: (I2) Hình vẽ 1 I - I I b2 I B b1 II Q1 II Z h2 H P Ha ao Z h2 H h1 Ha ao II – II 2.3.2. Sơ đồ lấp đứng: Nếu ngăn dòng bằng phương pháp lấp đứng và bỏ qua ảnh hưởng thấm qua đập ngăn dòng thì ta có thể dùng các phương pháp sau để xác định các yếu tố thuỷ lực. - Lưu lượng qua cửa ngăn dòng: Q4 = (5) - Lưu lượng dẫn qua tràn thực dụng được xác định: Q5 = sn.ε2.m.b2. (6) Vậy: Lưu lượng của sơ đồ lấp đứng là. QII = Q4 + Q5 (7) 2.3.3. Hướng giải các hệ của 2 phương pháp: Đối với hệ phương trình của sơ đồ lấp bằng: Có thể giải theo 2 cách. + Cách 1: Theo đồ giải. Q 5 Q 4 Q TK Q 1 Q 2 Q 3 Q TK Z h a Q Q TK Q 4 Q 5 Q Q TK Q 3 Q 2 0 h a Z Q 1 0 Thực chất là phép tính thử dần: Trước hết ta giả thiết một độ cao đập h1, rồi sau đó ứng với mỗi giá trị của mực nước thượng lưu ha ta tính được các trị số lưu lượng Q1, Q1’ , Q2, Q3 cũng như Q4 và Q5. Sau đó vẽ các quan hệ (ha~Q1, ha~Q1’, ha~Q2, ha~Q3 , ha~QI) trên cùng một đồ thị. Trên đồ thị này ta tìm ra các yếu tố thuỷ lực khi QI = QTK và tiếp tục làm như vậy với nhiều trị số độ cao của đập h1, ta sẽ thu được một loạt các trị số của các yếu tố thuỷ lực cần tìm. + Cách 2: Dùng mô hình tính toán bằng các phần mềm thông dụng hiện nay. Ở đây ta dùng cách 2 tức giải hệ phương trình trên theo mô hình nhờ các phần mềm thông dụng và phổ biến hiện nay. - Ở đây ta dùng cách 2 tức giải hệ phương trình trên theo mô hình nhờ phần mềm Pascal thông dụng và phổ biến hiện nay. - Sơ đồ lấp bằng: Sơ đồ khối chương trình bai toán Sơ đồ lấp bằng như sau: BEGIN Đ S S END. ha > 5,00 ha: = ha + 0,005; Đ ha,Q1,Q2,Q abs(Q– QTK)<=100 Ho: = ha- P + V2o/(2g); Z: = ha – h2; Q1:=e1.b1.h2.j1; Q2:= sn.e2.m.b2.(2.g.Ho3) 1/2 ; Q:= Q1 + Q2 ; ha: = h2 ; g:= 9,81; q:= Qtk /(b1+b2 ); hgh:= (a.q2 /g)1/3 ; h2, ε1, ε2, b1, b2, Vo, dn , a, m, k, j1, Qtk , P 3. Áp dỤng VÀ KẾT QUẢ. Công trình thực tiễn được áp dụng ở đây là công tác ngăn dòng (giai đoạn 2) của công trình. Áp dụng: Với sơ đồ lấp bằng h2 = 4,2m, e1 = 1, e2 = 1, a = 1, b1= 185m, b2 = 206m, sn = 0,9 , m = 0,47(với mỗi giá trị của m ta sẽ có hình dạng của đập tràn ứng với từng thời kỳ ngăn dòng), k = 1, QTK = 2800(m3/s), P = ,3m, V0 = 0,681(m/s), j1 = 0,92. Kết quả được liên kết trực tiếp với Excel để vẽ được các quan hệ cột nước và lưu lượng. 4. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN. Từ những vấn đề đặt ra trong đề tài và thông qua việc áp dụng thực tế vào công trình ta có thể rút ra được nhận xét sau: - Việc xác định các yếu tố thuỷ lực của công tác ngăn dòng cũng như các công tác khác khi thi công các công trình thuỷ lợi đầu mối trên sông là hoàn toàn có thể tự động hoá hay có thể giảm được rất nhiều về khối lượng tính toán bằng các mô hình, phần mềm ứng dụng sẵn có. - Từ việc xác định được các yếu tố thủy lực của công tác ngăn dòng ở trên nhằm xác định các mục đích sau + Xác định được cỡ đá thích hợp với lưu tốc của dòng chảy trong từng thời gian để đảm bảo hòn đá (vật liệu) ổn định, không bị trôi. + Xác định được khối lượng vật liệu ngăn dòng, thời gian ngăn dòng và cường độ thi công cần thiết. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1] Giáo trình “Thi công công trình thuỷ lợi”,Trường Đại học Thuỷ Lợi, NXB Nông Nghiệp. [2] Giáo trình Thuỷ Lực,NXB Đại Học và Trung học chuyên nghiệp. [3] Giáo trình Công trình tháo lũ - Trường Đại Học Thuỷ Lợi. [4] Giáo trình Thuỷ Công, Trường Đại Học Thuỷ Lợi, NXB Xây Dựng. [5] Giáo trình Tin Học, Dại học Bách khoa Đà Nẵng