Thủy văn công trình: Tính toán thủy văn thiết kế hồ chứa

§å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 1: Më ®Çu Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 1/20 Khoa C«ng Tr×nh ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH “Tính toán thuỷ văn thiết kế hồ chứa” I. MỞ ĐẦU Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đối với các vấn đề về tưới tiêu, cung cấp nước ..., công trình hồ chứa nước núi Cốc dự kiến xây dựng trên sông Công nằm trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, phía Đông Bắc tổ quốc. Với nhiệm vụ thiết kế hồ chứa, chúng ta đã tiến hành đo đạc và quan trắc trên lưu vực sông Công và thu được các tài liệu như sau: • Diện tích lưu vực đến tuyến công trình là F = 535 (km2). • Chiều dài sông chính là Ls = 56.0 (km). • Lượng mưa ngày thiết kế là Hnp = 475.1 (mm). • Tốc độ dòng chảy lũ lớn nhất đo được tại mặt cắt cửa ra của lưu vực Vmax = 2.85 (m/s). • Tiến hành quan trắc trong 16 năm (từ 1961 ÷ 1976) được lưu lượng bình quân tháng cho như ở bảng 1. • Quá trình lũ đo đạc được trên sông Công tại tuyến dự định xây dựng công trình cho như ở bảng 2. • Tài liệu quá trình nước dùng cho như ở bảng 3. • Tài liệu tổn thất: Phân phối chênh lệch bốc hơi cho như ở bảng 4. • Quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ cho như ở bảng 5. Công việc thiết kế đòi hỏi các yêu cầu sau: ¾ Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế hồ chứa. ¾ Tính toán các thành phần dung tích hồ chứa. Các chỉ số kỹ thuật lấy theo yêu cầu thiết kế: • Tiêu chuẩn thấm k = 1%. • Đập tràn xả lũ gồm 3 khoang, chiều rộng mỗi khoang b = 8.0 (m), ngưỡng tràn ở cao trình Ztr = 41.2 (m). Mực nước trước khi lũ về ở mực nước dâng bình thường ( Ztl = Hbt). • Hồ chứa thiết kế với cao trình mực nước chết Hc = 34.0 (m), tương ứng với Vc = 7.5 × 106 ( m3). §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 1: Më ®Çu Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 2/20 Khoa C«ng Tr×nh Bảng 1: Lưu lượng bình quân tháng (m3/s) của lưu vực sông Công. Tháng Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII BQ n¨m 1961 2.50 4.12 7.14 14.00 6.73 34.90 14.10 40.60 55.20 21.70 12.80 8.48 18.523 1962 4.19 2.59 2.79 4.36 4.99 23.10 20.00 22.80 20.90 9.56 3.10 1.41 9.9825 1963 0.87 1.50 1.80 1.48 10.70 9.77 51.80 35.60 21.90 9.89 18.20 6.62 14.178 1964 3.04 3.66 3.93 9.77 6.12 19.70 32.50 25.60 49.10 40.00 11.40 7.36 17.682 1965 3.11 3.25 3.44 20.20 18.10 41.40 24.90 11.90 13.70 15.10 6.88 4.44 13.868 1966 4.10 2.94 1.66 5.94 4.18 37.10 23.20 23.60 12.60 22.80 6.89 3.67 12.39 1967 1.71 4.02 4.03 8.31 9.04 14.40 15.00 18.90 35.80 6.33 4.21 2.57 10.36 1968 2.02 4.19 5.09 8.35 18.70 19.70 15.90 83.90 26.20 27.10 10.60 3.18 18.744 1969 3.22 2.31 4.20 9.42 13.20 13.60 29.40 44.00 25.00 10.60 16.00 3.08 14.503 1970 2.61 3.10 3.16 8.48 18.20 30.10 23.80 26.10 21.10 12.20 4.35 2.61 12.984 1971 2.06 2.64 3.88 3.11 29.70 15.60 71.30 91.50 20.20 24.00 5.77 2.75 22.709 1972 2.07 2.33 2.03 3.74 19.40 9.30 5.94 82.30 35.30 18.30 9.33 4.27 16.193 1973 3.46 3.41 3.04 12.40 9.02 24.00 49.60 53.80 84.50 17.70 5.76 2.74 22.453 1974 3.43 2.76 2.56 7.11 7.04 23.00 21.50 16.30 12.80 17.50 5.28 3.06 10.195 1975 5.97 2.74 5.26 13.90 48.20 53.40 10.50 22.40 38.60 9.63 4.52 2.66 18.148 1976 1.63 4.83 2.08 8.58 13.00 6.24 2.96 27.20 27.00 20.30 13.30 2.94 10.838 Bảng 2: Quá trình lũ thực đo trên sông Công (từ 7h ngày 23 đến 13h ngày 28/VII/1971). Thêi ®o¹n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q (m3/s) 16 131 266 529 720 437 240 205 170 137 110 83.8 Thêi ®o¹n 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Ghi chó Q (m3/s) 69 59 52 44 42 38 34 33 32 33 Δt = 6 giê Bảng 3: Quá trình nước dùng (q ~ t). Th¸ng I II III IV V VI VII VII IX X XI XII BQ N¨m q(m3/s) 18 20 13 11 7.6 6.6 4.6 5 5.7 6.5 8 12.5 9.92 Bảng 4: Phân phối chênh lệch bốc hơi (ΔZ ~ t). Th¸ng I II III IV V VI VII VII IX X XI XII ΔZ N¨m ΔZ (mm) 13.1 10.8 10.7 11.1 21.5 19.2 19.0 17.5 17.5 19.1 13.3 12.2 185.0 §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 2: TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû v¨n thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 3/20 Khoa C«ng Tr×nh Bảng 5: Các quan hệ đặc trưng lòng hồ (Z ~ F) và (Z ~ V). Z (m) 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0 41.0 41.2 42.0 F (km2) 4.2 5.0 6.5 8.0 9.6 11.6 13.5 15.5 15.8 17.2 V (106 m3) 7.5 10.5 16.8 25.0 33.5 43.5 55.0 70.0 73.2 86.0 Z (m) 43.0 44.0 45.0 46.0 46.2 46.5 47.0 48.0 49.0 50.0 F (km2) 19.0 20.6 22.5 24.6 25.0 25.7 26.8 29.6 32.3 35.0 V (106 m3) 103.8 125.5 147.8 172.0 175.5 183.8 198.0 224.9 250.5 280.0 II. TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THUỶ VĂN THIẾT KẾ HỒ CHỨA 1. Phân mùa dòng chảy Từ tài liệu dòng chảy tháng quan trắc được trên lưu vực trong 16 năm (từ 1961 ÷ 1976), ta xác định được mùa dòng chảy cho lưu vực như sau: Th¸ng N¨m I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII BQ n¨m 1961 2.50 4.12 7.14 14.00 6.73 34.90 14.10 40.60 55.20 21.70 12.80 8.48 18.523 1962 4.19 2.59 2.79 4.36 4.99 23.10 20.00 22.80 20.90 9.56 3.10 1.41 9.9825 1963 0.87 1.50 1.80 1.48 10.70 9.77 51.80 35.60 21.90 9.89 18.20 6.62 14.178 1964 3.04 3.66 3.93 9.77 6.12 19.70 32.50 25.60 49.10 40.00 11.40 7.36 17.682 1965 3.11 3.25 3.44 20.20 18.10 41.40 24.90 11.90 13.70 15.10 6.88 4.44 13.868 1966 4.10 2.94 1.66 5.94 4.18 37.10 23.20 23.60 12.60 22.80 6.89 3.67 12.39 1967 1.71 4.02 4.03 8.31 9.04 14.40 15.00 18.90 35.80 6.33 4.21 2.57 10.36 1968 2.02 4.19 5.09 8.35 18.70 19.70 15.90 83.90 26.20 27.10 10.60 3.18 18.744 1969 3.22 2.31 4.20 9.42 13.20 13.60 29.40 44.00 25.00 10.60 16.00 3.08 14.503 1970 2.61 3.10 3.16 8.48 18.20 30.10 23.80 26.10 21.10 12.20 4.35 2.61 12.984 1971 2.06 2.64 3.88 3.11 29.70 15.60 71.30 91.50 20.20 24.00 5.77 2.75 22.709 1972 2.07 2.33 2.03 3.74 19.40 9.30 5.94 82.30 35.30 18.30 9.33 4.27 16.193 1973 3.46 3.41 3.04 12.40 9.02 24.00 49.60 53.80 84.50 17.70 5.76 2.74 22.453 1974 3.43 2.76 2.56 7.11 7.04 23.00 21.50 16.30 12.80 17.50 5.28 3.06 10.195 1975 5.97 2.74 5.26 13.90 48.20 53.40 10.50 22.40 38.60 9.63 4.52 2.66 18.148 1976 1.63 4.83 2.08 8.58 13.00 6.24 2.96 27.20 27.00 20.30 13.30 2.94 10.838 K.tra 0.06 0.375 0.69 0.69 0.94 0.81 0.563 0.13 15.234 Chọn chỉ tiêu so sánh là lưu lượng bình quân năm bình quân trong nhiều năm: ( )sm N Q n i Qni /234.151 3 1 0 =×= ∑ = §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 2: TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû v¨n thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 4/20 Khoa C«ng Tr×nh Điều kiện để chọn một tháng là tháng mùa lũ hay mùa kiệt: ◊ Nếu P(Qi ≥ Q0) ≥ 50% thì tháng đó là tháng mùa lũ. ◊ Các tháng còn lại là các tháng mùa kiệt. Kết quả cho ta: ⇒ Từ tháng VI ÷ tháng X : Mùa lũ. ⇒ Từ tháng XI ÷ tháng V : Mùa kiệt. Mùa Mùa lũ Mùa kiệt Năm VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V 61-62 34.9 14.1 40.6 55.2 21.7 12.80 8.48 4.19 2.59 2.79 4.36 4.99 62-63 23.1 20 22.8 20.9 9.56 3.10 1.41 0.87 1.50 1.80 1.48 10.70 63-64 9.77 51.8 35.6 21.9 9.89 18.2 6.62 3.04 3.66 3.93 9.77 6.12 64-65 19.7 32.5 25.6 49.1 40 11.4 7.36 3.11 3.25 3.44 20.2 18.1 65-66 41.4 24.9 11.9 13.7 15.1 6.88 4.44 4.10 2.94 1.66 5.94 4.18 66-67 37.1 23.2 23.6 12.6 22.8 6.89 3.67 1.71 4.02 4.03 8.31 9.04 67-68 14.4 15 18.9 35.8 6.33 4.21 2.57 2.02 4.19 5.09 8.35 18.7 68-69 19.7 15.9 83.9 26.2 27.1 10.6 3.18 3.22 2.31 4.20 9.42 13.2 69-70 13.6 29.4 44 25 10.6 16 3.08 2.61 3.10 3.16 8.48 18.2 70-71 30.1 23.8 26.1 21.1 12.2 4.35 2.61 2.06 2.64 3.88 3.11 29.7 71-72 15.6 71.3 91.5 20.2 24 5.77 2.75 2.07 2.33 2.03 3.74 19.4 72-73 9.3 5.94 82.3 35.3 18.3 9.33 4.27 3.46 3.41 3.04 12.4 9.02 73-74 24 49.6 53.8 84.5 17.7 5.76 2.74 3.43 2.76 2.56 7.11 7.04 74-75 23 21.5 16.3 12.8 17.5 5.28 3.06 5.97 2.74 5.26 13.9 48.2 75-76 53.4 10.5 22.4 38.6 9.63 4.52 2.66 1.63 4.83 2.08 8.58 13.00 76-77 6.24 2.96 27.2 27 20.3 13.30 2.94 2. Tính lượng dòng chảy của từng mùa cho từng năm cho tất cả các năm đã đo đạc được dòng chảy hàng tháng 5/)( X XIVIIIVIIVILi QQQQQQ ++++= 7/)( XIIXIVIVIIIIIIKi QQQQQQQQ ++++++= ( )3Li 864005W mQLi ××= ( )3Ki 864007W mQKi ××= KiLini WWW += Ta có bảng sau: §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 2: TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû v¨n thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 5/20 Khoa C«ng Tr×nh Mùa lũ Mùa kiệt Cả năm Mùa Qi Wi x 106 Qi Wi x 106 Qi Wi x 106 61-62 33.30 431.57 5.74 104.20 17.23 535.77 62-63 19.27 249.77 2.98 54.07 9.77 303.83 63-64 25.79 334.26 7.33 133.07 15.03 467.34 64-65 33.38 432.60 9.55 173.30 19.48 605.91 65-66 21.40 277.34 4.31 78.12 11.43 355.47 66-67 23.86 309.23 5.38 97.64 13.08 406.87 67-68 18.09 234.39 6.45 116.98 11.30 351.37 68-69 34.56 447.90 6.59 119.57 18.24 567.47 69-70 24.52 317.78 7.80 141.60 14.77 459.38 70-71 22.66 293.67 6.91 125.32 13.47 419.00 71-72 44.52 576.98 5.44 98.73 21.72 675.71 72-73 30.23 391.75 6.42 116.46 16.34 508.21 73-74 45.92 595.12 4.49 81.39 21.75 676.51 74-75 18.22 236.13 12.06 218.79 14.63 454.92 75-76 26.91 348.70 5.33 96.68 14.32 445.38 76-77 16.74 216.95 0.00 0.00 0.00 0.00 3. Dùng các liệt số liệu đã tính toán được ở trên để xây dựng các đường tần suất tương ứng theo các bước sau đây: z Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm: • Sắp xếp các giá trị WLi, WKi, Wni theo thứ tự từ lớn đến bé. • Tính tần suất tích luỹ kinh nghiệm Pi ứng với từng giá trị WLi, WKi, Wni theo công thức vọng số: %100×= i i i n mP Mùa lũ Mùa kiệt Cả năm Số TT p% Wil x 106 Wik x 106 Win x 106 1 6.25% 595.12 218.79 676.51 2 12.50% 576.98 173.30 675.71 3 18.75% 447.90 141.60 605.91 4 25.00% 432.60 133.07 567.47 5 31.25% 431.57 125.32 535.77 6 37.50% 391.75 119.57 508.21 7 43.75% 348.70 116.98 467.34 8 50.00% 334.26 116.46 459.38 9 56.25% 317.78 104.20 454.92 10 62.50% 309.23 98.73 445.38 11 68.75% 293.67 97.64 419.00 12 75.00% 277.34 96.68 406.87 13 81.25% 249.77 81.39 355.47 14 87.50% 236.13 78.12 351.37 15 93.75% 234.39 54.07 303.83 Gi¸ trÞ TB 365.15 117.06 482.21 §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 2: TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû v¨n thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 6/20 Khoa C«ng Tr×nh • Chấm các điểm kinh nghiệm (Xi, pi) lên giấy tần suất Hazen ta xác định được các đường tần suất kinh nghiệm z Xây dựng đường tần suất lý luận: • Xác định các giá trị Cv, Cs, nX từ các dãy số liệu theo các công thức sau: ∑ = ×= n i in Xn X 1 1 1 )1( 1 2 − − = ∑ = n K C n i i v ( ) 31 3 3 )1( v n i i s Cn K C ×− − = ∑ = (Trong đó: n i i X XK = ) Mùa lũ Mùa kiệt Cả năm Wil x 106 ki (ki -1)2 (ki -1)3 Wik x 106 ki (ki -1)2 (ki -1)3 Winx 106 ki (ki -1)2 (ki -1)3 595.12 1.63 0.40 0.25 218.79 1.87 0.76 0.66 676.51 1.40 0.16 0.07 576.98 1.58 0.34 0.20 173.30 1.48 0.23 0.11 675.71 1.40 0.16 0.06 447.90 1.23 0.05 0.01 141.60 1.21 0.04 0.01 605.91 1.26 0.07 0.02 432.60 1.18 0.03 0.01 133.07 1.14 0.02 0.00 567.47 1.18 0.03 0.01 431.57 1.18 0.03 0.01 125.32 1.07 0.00 0.00 535.77 1.11 0.01 0.00 391.75 1.07 0.01 0.00 119.57 1.02 0.00 0.00 508.21 1.05 0.00 0.00 348.70 0.95 0.00 0.00 116.98 1.00 0.00 0.00 467.34 0.97 0.00 0.00 334.26 0.92 0.01 0.00 116.46 0.99 0.00 0.00 459.38 0.95 0.00 0.00 317.78 0.87 0.02 0.00 104.20 0.89 0.01 0.00 454.92 0.94 0.00 0.00 309.23 0.85 0.02 0.00 98.73 0.84 0.02 0.00 445.38 0.92 0.01 0.00 293.67 0.80 0.04 -0.01 97.64 0.83 0.03 0.00 419.00 0.87 0.02 0.00 277.34 0.76 0.06 -0.01 96.68 0.83 0.03 -0.01 406.87 0.84 0.02 0.00 249.77 0.68 0.10 -0.03 81.39 0.70 0.09 -0.03 355.47 0.74 0.07 -0.02 236.13 0.65 0.12 -0.04 78.12 0.67 0.11 -0.04 351.37 0.73 0.07 -0.02 234.39 0.64 0.13 -0.05 54.07 0.46 0.29 -0.16 303.83 0.63 0.14 -0.05 365.15 1.36 0.32 117.06 1.64 0.54 482.21 0.77 0.06 Cv = 0.311 Cs = 0.885 Cv = 0.342 Cs = 1.128 Cv = 0.234 Cs = 0.378 §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 2: TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû v¨n thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 7/20 Khoa C«ng Tr×nh • Xác định các giá trị hàm φ ứng với giá trị Cs và các xác suất p khác nhau • Tính Kp = φ × Cv + 1 • Tính Xp = Kp × nX Mùa lũ Mùa kiệt Cả năm STT p% Kp Xp p% Kp Xp p% Kp Xp 1 0.01 2.77 1011.46 0.01 3.13 366.40 0.01 2.06 993.35 2 0.1 2.36 861.75 0.1 2.61 305.53 0.1 1.85 892.09 3 0.2 2.23 814.28 0.2 2.44 285.63 0.2 1.78 858.33 4 0.33 2.13 777.76 0.33 2.33 272.75 0.33 1.73 834.22 5 0.5 2.05 748.55 0.5 2.23 261.05 0.5 1.68 810.11 6 1 1.92 701.08 1 2.06 241.15 1 1.61 776.36 7 2 1.77 646.31 2 1.89 221.25 2 1.53 737.78 8 3 1.69 617.10 3 1.78 208.37 3 1.47 708.85 9 5 1.58 576.93 5 1.65 193.15 5 1.41 679.91 10 10 1.42 518.51 10 1.46 170.91 10 1.31 631.69 11 20 1.24 452.78 20 1.25 146.33 20 1.19 573.83 12 25 1.18 430.87 25 1.18 138.13 25 1.15 554.54 13 30 1.13 412.62 30 1.12 131.11 30 1.11 535.25 14 40 1.03 376.10 40 1.02 119.40 40 1.05 506.32 15 50 0.95 346.89 50 0.94 110.04 50 0.99 477.39 16 60 0.88 321.33 60 0.86 100.67 60 0.93 448.45 17 70 0.81 295.77 70 0.79 92.48 70 0.87 419.52 18 75 0.77 281.16 75 0.75 87.80 75 0.83 400.23 19 80 0.74 270.21 80 0.71 83.11 80 0.8 385.77 20 85 0.69 251.95 85 0.67 78.43 85 0.76 366.48 21 90 0.64 233.69 90 0.63 73.75 90 0.71 342.37 22 95 0.58 211.79 95 0.56 65.55 95 0.64 308.61 23 97 0.54 197.18 97 0.53 62.04 97 0.6 289.33 24 99 0.48 175.27 99 0.48 56.19 99 0.52 250.75 25 99.9 0.4 146.06 99.9 0.43 50.34 99.9 0.4 192.88 • Đánh dấu các điểm (Xp, p) lên giấy tần suất Hazen ta được đường tần suất lý luận. Sau khi đã có các đường tần suất, ta xác định được các giá trị dòng chảy năm thiết kế dựa vào tần suất thiết kế p =75%. Wn 75% = 400.23 × 106 (m3) Wk 75% = 87.80 × 106 (m3) ⇒ WL 75% = Wn 75% - Wk 75% = 400.23 × 106 - 87.80 × 106 = 312.43 × 106 (m3) 4. Chọn năm điển hình Dựa vào bảng số liệu đã cho và dựa vào các giá trị Wn 75%, Wk 75%, WL 75% ta chọn năm 1966 – 1967 vì nó có: Wn đh = 406.87 × 106 (m3) ≈ Wn 75% = 400.23 × 106 (m3) §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 2: TÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû v¨n thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 8/20 Khoa C«ng Tr×nh 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 t (tháng) Q (m3/s) Q ~ t 1.54 3.62 3.63 7.48 8.14 37.47 23.43 23.84 12.73 23.03 6.20 3.30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Wk đh = 97.64 × 106 (m3) ≈ Wk 75% = 87.80 × 106 (m3) 5. Tính hệ số thu phóng 90.0 64.97 80.87 W %W dhK 75K ===KK 01.1 23.309 43.312 W %W dh L 75 L ===LK 6. Tính phân phối thiết kế Trong những tháng mùa lũ, lưu lượng tính bởi công thức: L idhL L i QKQ ×=%75 Và trong những tháng mùa kiệt, lưu lượng tính bởi công thức: K idhK K i QKQ ×=%75 Trong đó: - và L idhQ là K idhQ lưu lượng tháng thứ i (tính theo mùa lũ và mùa kiệt) của năm điển hình. - và L iQ %75 là K iQ %75 lưu lượng tháng thứ i (tính theo mùa lũ và mùa kiệt) của năm thiết kế với tần suất 75%. Từ đó ta tính và vẽ được phân phối dòng chảy năm thiết kế như sau: Tháng Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm đ.hình 1.71 4.02 4.03 8.31 9.04 37.10 23.20 23.60 12.60 22.80 6.89 3.67 Năm t.kế 1.54 3.62 3.63 7.48 8.14 37.47 23.43 23.84 12.73 23.03 6.20 3.30 §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 3: TÝnh to¸n dßng ch¶y lò thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 9/20 Khoa C«ng Tr×nh III. TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ THIẾT KẾ 1. Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmaxp a. Tính Qmaxp theo công thức kinh nghiệm (Công thức triết giảm) FqQ pp ×= maxmax n p F Aq =max Trong đó : • F là diện tích lưu vực cần tính toán (F = 535 km2). • A là thông số địa lý, khí hậu. • n là số mũ của đường cong quan hệ giữa qmax và F (Hệ số triết giảm môđuyn đỉnh lũ theo diện tích lưu vực F).  Xác định hệ số n: Từ bản đồ phân vùng thuỷ văn hệ số triết giảm n ta xác định được n = 0.4.  Xác định hệ số A: Từ bản đồ đẳng trị q100 ta xác định được q100 của lưu vực nghien cứu ứng với tần suất 10%: q100 10% = 5000 A10% = q100 10% × 100n ⇒ %10010%10max 100 q F q n ×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ⇒ p n pp qF qq λλ ××⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=×= %10010%10maxmax 100 (λp là hệ số chuyển tần suất) Với tần suất lũ thiết kế là p = 1%: ⇒ ( )24.0%1max /3.4182636.15000535100 skmlq =××⎟⎠⎞⎜⎝⎛= ⇒ ( )smqFQ /5.22371823.4535 3%1max%1max =×=×= §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 3: TÝnh to¸n dßng ch¶y lò thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 10/20 Khoa C«ng Tr×nh b. Tính theo công thức Xôvôlốpki ( ) ng l Tp p QFft HH QQ +×××−××== δα 0%1maxmax 278.0 Trong đó: • tl =τ = τs ( )h V L V L ss s 0.885.27.06.3 56 7.06.36.3 max =××=××=×= τ τ ⇒ tl = 8.0 (h) • Hệ số hình dạng lũ f được lấy theo bản đồ phân khu hệ số hình dạng lũ (f = 0.8) • Hệ số triết giảm δ được tính bởi công thức: aohofc×+ = 1 1δ (Vì không có tài liệu về ao hồ, đầm lầy ⇒ chọn δ = 1) • Qng = Q0 = 15.234 (m3/s) • Tra bảng quan hệ mưa rào dòng chảy tới các phân khu ta thấy sông Công thuộc phân khu VI nên α = 0.72; H0 = 24. • HTp tính theo công thức HTp = ψ(T) × Hnp Với T = tl = 8.0 (h) ⇒ ψ(T) = 0.79 ⇒ HTp = 0.79×475.1 = 375.33 (mm) ⇒ ( ) 23.1553518.0 8 2433.37572.0278.0%1maxmax +×××−××==QQ p ⇒ Qmax1% = 3777.5(m3/s) 2. Tính tổng lượng lũ thiết kế Wmaxp Tính Wmaxp theo công thức: Wmaxp = 103×HTp×F×α Trong đó: • α là hệ số dòng chảy tổng lượng, có thể xác định được thông qua bảng tra hệ số dòng chảy. §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 3: TÝnh to¸n dßng ch¶y lò thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 11/20 Khoa C«ng Tr×nh (Với Hnp 475.1 > 200, F > 100 km2 ta xác định được α = 0.9). • HTp = ψ(T) × Hnp = 375.33 (mm). ⇒ Wmaxp = 103 × 375.33 × 535 × 0.9 = 180721395 (m3). 3. Đường quá trình đỉnh lũ thiết kế Do lưu vực có sẵn tài liệu về lũ nên ở đây ta xây dựng đường quá trình đỉnh lũ theo phương pháp dựa vào quá trình lũ đại biểu. Ở đây ta chọn quá trình lũ đại biểu là quá trình lũ thực đo trên sông Công (từ 7h ngày 23 đến 13h ngày 28/VII/1971). Dựa vào đường quá trình lũ điển hình ở trên, ta xác định được: Qmaxđh = 720 (m3/s) Wmaxđh = 74838600 (m3) Theo tính toán ở trên, ta có các giá trị lũ thiết kế: Qmaxp = 3777.5 (m3/s) Wmaxđp = 180721395 (m3) ⇒ Ta xác định được các hệ số thu phóng: 5.24653 720 5.3777 max max === dh p Q Q Q K 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 40 60 80 100 120 140 t (h) Q (m3/s) §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 3: TÝnh to¸n dßng ch¶y lò thiÕt kÕ Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 12/20 Khoa C«ng Tr×nh 2.41482 74838600 180721395 max max === dh p W W W K 0.4602692 5.24653 2.41482 === Q W T K K K Từ đó ta tính được quá trình lũ thiết kế theo công thức sau: QiTK = KQ × Qidh TiTK = KT × Tidh Thêi ®o¹n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q (m3/s) 83.9 687.3 1395.6 2775.4 3777.5 2292.7 1259.2 1075.5 891.9 718.8 577.1 439.7 Thêi ®o¹n 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Ghi chó Q (m3/s) 360.4 308.5 273.9 229.8 219.8 199.4 179.4 174.7 170.0 174.7 Δt = 2.8 giê Và vẽ được quá trình lũ thiết kế: 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 10 20 30 40 50 60 70 t (h) Q (m 3 /s ) §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 13/20 Khoa C«ng Tr×nh IV. TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN DUNG TÍCH HỒ CHỨA 1. Tính toán điều tiết năm Nhiệm vụ của bài toán này thực chất là xác định dung tích hiệu dụng của hồ chứa để đảm bảo yêu cầu cấp nước cho khu vực. Dựa vào nguyên lý cân bằng nước (so sánh quá trình dòng chảy đến kho nước và quá trình cấp nước của kho nước) ta có thể tính toán dung tích hiệu dụng Vh của hồ chứa theo phương pháp lập bảng. a. Lập bảng tính Vh chưa kể đến tổn thất Tháng Δt (ngày) Q (m3/s) q (m3/s) WQ (106 m3) Wq (106 m3) V+ (106 m3) V- (106 m3) Vk (106 m3) Vx (106 m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) V 31 8.14 7.6 21.802 20.356 1.446 1.446 VI 30 37.47 6.6 97.122 17.107 80.015 81.461 VII 31 23.43 4.6 62.755 12.321 50.434 131.896 VIII 31 23.84 5.0 63.853 13.392 50.461 147.240 35.116 IX 30 12.73 5.7 32.996 14.774 18.222 147.240 18.222 X 31 23.03 6.5 61.684 17.410 44.274 147.240 44.274 XI 30 6.20 8.0 16.070 20.736 4.666 142.575 XII 31 3.30 12.5 8.839 33.480 24.641 117.933 I 31 1.54 18.0 4.125 48.211 44.086 73.847 II 28 3.62 20.0 8.758 48.384 39.626 34.220 III 31 3.63 13.0 9.723 34.819 25.097 9.124 IV 30 7.48 11.0 19.388 28.512 9.124 0.000 TỔNG 407.114 309.502 244.852 147.240 186.067 Trong đó: • Cột (1) là tên tháng trong năm (Được sắp xếp theo thứ tự tháng thừa nước trước, tháng thiếu nước sau). • Cột (2) là số ngày trong tháng tương ứng. • Cột (3) là lưu lượng dòng chảy đến trong tháng. • Cột (4) là lưu lượng nước dùng trong tháng. • Cột (5) là tổng lượng dòng chảy đến trong tháng được tính theo công thức: WQ = Q × Δt = 0.0864 × Δt (106 m3) §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 14/20 Khoa C«ng Tr×nh • Cột (6) là tổng lượng nước dùng trong tháng được tính theo công thức: Wq = q × Δt = 0.0864 × Δt (106 m3) • Cột (7) là lượng nước thừa được tính theo công thức: ΔV+ = (5) – (6) nếu (5) > (6). • Cột (8) là lượng nước thiếu được tính theo công thức: ΔV- = (6) – (5) nếu (6) > (5). • Cột (9) là dung tích chứa nước của hồ chứa được tính bằng cách tích luỹ cột (7) nhưng chú ý không được vượt quá dung tích hồ. • Cột (10) là dung tích xả nước (là dung tích thừa khi hồ chứa đã tích đủ nước). Từ bảng tính ở trên ta thấy rằng trong một năm ở khu vực này chỉ có một thời kỳ thừa nước và một thời kỳ thiếu nước nên kho nước thiết kế là kho nước điều tiết một lần ⇒ Kết quả cho ta Vh = 147,240 × 106 (m3) b. Lập bảng tính Vh có kể đến tổn thất do thấm và bốc hơi Trước hết, dựa vào số liệu đã cho ở Bảng 5 ta vẽ được biểu đồ quan hệ F ~ V từ đó có thể xác định diện tích mặt thoáng của hồ chứa ứng với các dung tích khác nhau. Ta lập được bảng tính như sau: F ~ V 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 150 200 250 300 V F §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 15/20 Khoa C«ng Tr×nh Trong đó: • Cột (1) là tên tháng trong năm (Được sắp xếp theo thứ tự tháng thừa nước trước, tháng thiếu nước sau). • Cột (2) là dung tích của kho nước ở cuối mỗi thời đoạn tính toán. Khi kho bắt đầu tích nước, trong thiết kế thường giả thiết trước đó kho đã tháo cạn đến Hc. • Cột (3) là dung tích bình quân trong hồ chứa nước được xác định theo công thức sau: iV = (Vi + Vi+1)/2. • Cột (4) là diện tích mặt thoáng tương ứng với giá trị iV (tra từ biểu đồ quan hệ F ~ V ở trên). • Cột (5) là phân phối chênh lệch bốc hơi ZΔ theo thời đoạn tháng • Cột (6) là lượng tổn thất do bốc hơi được tính theo công thức: Wbi = iZΔ × Fhi (106 m3). • Cột (7) là lượng tổn thất do thấm được tính theo công thức: Wti = k × iV (k là tiêu chuẩn thấm trong kho nước. Ở đây k = 1%). • Cột (8) là lượng tổn thất tổng cộng được tính theo công thức: Wtti = Wti + Wbi. • Cột (9) là tổng lượng dòng chảy đến trong tháng. • Cột (10) là tổng lượng nước dùng trong tháng. • Cột (11) là lượng nước thừa được tính theo công thức: ΔV+ = (9) – (10) nếu (9) > (10). • Cột (12) là lượng nước thiếu được tính theo công thức: ΔV- = (10) – (9) nếu (10) > (9). • Cột (13) là dung tích chứa nước của hồ chứa được tính bằng cách tích luỹ cột (11) nhưng chú ý không được vượt quá dung tích hồ. • Cột (14) là dung tích xả nước của hồ chứa (là dung tích thừa khi hồ chứa đã tích đủ nước). Vậy từ bảng tính, ta có thể xác định được giá trị của dung tích hiệu dụng của hồ chứa là: §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 16/20 Khoa C«ng Tr×nh (Vì đây là hồ chứa điều tiết một lần nên dung tích hiệu dụng của hồ chứa đúng bằng tổng lượng nước thiếu trong năm). )(10153.38 36 mVVh ×== − 2. Tính toán điều tiết lũ Nhiệm vụ của bài toán này thực chất là tính toán xác định dung tích phòng lũ cần thiết, tức là tính toán dung tích siêu cao, mực nước siêu cao của hồ chứa nhằm đảm bảo nhu cầu phòng lũ của công trình hồ chứa. Với kích thước và qui mô công trình đã xác định cơ bản như sau: • Chiều rộng của đập b = 24 (m). • Cao trình của ngưỡng tràn là Ztr = 41.2 (m). • Cao trình mực nước chết Hc = 34.0 (m). • Quá trình lũ thiết kế đã tính toán được ở phần trước Thêi ®o¹n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q (m3/s) 83.9 687.3 1395.6 2775.4 3777.5 2292.7 1259.2 1075.5 891.9 718.8 577.1 439.7 Thêi ®o¹n 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Ghi chó Q (m3/s) 360.4 308.5 273.9 229.8 219.8 199.4 179.4 174.7 170.0 174.7 Δt = 2.8 giê Từ đó, ta có thể tính toán điều tiết lũ theo phương pháp thử dần như sau: a. Xây dựng biểu đồ quan hệ Z ~ V theo số liệu đã xác định được ở bảng 5 Z ~ V 30 35 40 45 50 55 0 50 100 150 200 250 300 V Z §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 17/20 Khoa C«ng Tr×nh c. Xây dựng biểu đồ bổ trợ Để xây dựng được biểu đồ bổ trợ trước hết ta phải lập bảng tính các giá trị bổ trợ. Z (m) h (m) q (m3/s) Vk (106m3) V (106m3) f1(q) f2(q) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 41.2 0.0 0.00 73.2 0.0 0.00 0.00 42.0 0.8 37.27 86.0 12.8 1251.20 1288.48 43.0 1.8 125.80 103.8 30.6 2972.82 3098.61 44.0 2.8 244.06 125.5 52.3 5066.46 5310.52 45.0 3.8 385.86 147.8 74.6 7207.86 7593.72 46.0 4.8 547.80 172.0 98.8 9527.69 10075.49 46.2 5.0 582.39 175.5 102.3 9857.62 10440.00 46.5 5.3 635.58 183.8 110.6 10654.43 11290.01 47.0 5.8 727.61 198.0 124.8 12017.15 12744.76 48.0 6.8 923.68 224.9 151.7 14587.76 15511.44 49.0 7.8 1134.75 250.5 177.3 17021.91 18156.66 50.0 8.8 1359.82 280.0 206.8 19835.96 21195.78 Trong đó: • Cột (1) là giả thiết các mực nước trong hồ chứa Z (m). • Cột (2) là độ chênh lệch giữa cao trình mực nước thực tế với cao trình ngưỡng tràn h = Z – Ztr (m). • Cột (3) là lưu lượng xả q (m3/s) được tính bằng công thức: 2/32 hgbmq ××××= • Cột (4) là dung tích của kho nước VK (m3) ứng với mực nước có trong kho và được xác định trực tiếp từ biểu đồ quan hệ Z ~ V. • Cột (5) là dung tích tràn ra khỏi hồ chứa V (m3) ứng với từng giá trị mực nước trong kho và được xác định theo công thức V = VK – Vtr. • Cột (6) và cột (7) là giá trị các hàm bổ trợ f1(q) và f2(q) được xác định theo công thức: §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 18/20 Khoa C«ng Tr×nh 2 )(1 q t Vqf −Δ= 2 )(2 q t Vqf +Δ= Dựa vào các giá trị đã tính toán được ở trên ta có thể vẽ được biểu đồ phụ trợ như sau: d. Sử dụng biểu đồ để tính toán điều tiết Theo trên ta đã tính được dung tích hiệu dụng của hồ chứa : )(10153.38 36 mVVh ×== − ⇒ )(1088.1605.738.153 36 mVVV chBt ×=+=+= Dựa vào quan hệ Z ~ V ta xác định được mực nước đang bình thường Hbt = 45.54 (m) ⇒ Mực nước trước khi lũ về là Ztl = Hbt = 45.54 (m). Độ chênh lệch mực nước giữa mực nước trước lũ và ngưỡng tràn là: h = Hbt – Ztr = 45.54 – 41.2 =4.24 (m). ⇒ Lưu lượng nước xả đầu thời đoạn là: )/(78.45424.481.922449.021 32/32/3 smhgbmq =××××=××××= BIÓU §å Bæ TRî 0 5000 10000 15000 20000 25000 0.00 125.80 385.86 582.39 727.61 1134.75 q (m3/s) f1,f2 f1 ~ q f2 ~ q f2 f1 §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 19/20 Khoa C«ng Tr×nh Tiếp theo, để xác định Vsc và hsc ta phải xác định được đường quá trình xả lũ bằng cách lập bảng tính như sau: Δt (h) Q (m3/s) Qtb (m3/s) q1 (m3/s) f1(q) f2(q) q2 (m3/s) qtb (m3/s) ΔW (106m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 0.0 0.00 2.8 83.94 41.9722 454.78 8084.72 8126.70 423.23 439.005 -4.002 2.8 687.30 385.62 423.23 7597.93 7983.55 414.51 418.873 -0.335 2.8 1395.58 1041.44 414.51 7462.42 8503.86 446.35 430.434 6.159 2.8 2775.41 2085.49 446.35 7955.26 10040.75 542.92 494.639 16.036 2.8 3777.50 3276.46 542.92 9414.18 12690.63 718.31 630.616 26.670 2.8 2292.73 3035.12 718.31 11925.38 14960.50 877.47 797.89 22.551 2.8 1259.17 1775.95 877.47 14049.95 15825.90 940.33 908.899 8.740 2.8 1075.54 1167.35 940.33 14848.47 16015.82 954.28 947.303 2.218 2.8 891.91 983.724 954.28 15022.64 16006.36 953.58 953.931 0.300 2.8 718.77 805.342 953.58 15013.97 15819.31 939.84 946.713 -1.425 2.8 577.12 647.946 939.84 14842.42 15490.36 915.81 927.828 -2.821 2.8 439.66 508.389 915.81 14539.78 15048.17 883.79 899.799 -3.945 2.8 360.44 400.048 883.79 14131.19 14531.24 846.74 865.263 -4.689 2.8 308.50 334.466 846.74 13651.18 13985.64 808.10 827.422 -4.969 2.8 273.87 291.182 808.10 13142.08 13433.26 769.47 788.789 -5.016 2.8 229.80 251.833 769.47 12624.39 12876.22 731.01 750.243 -5.024 2.8 219.83 224.814 731.01 12100.36 12325.17 693.45 712.231 -4.913 2.8 199.37 209.599 693.45 11580.33 11789.93 657.43 675.442 -4.696 2.8 179.43 189.4 657.43 11073.98 11263.38 622.45 639.941 -4.541 2.8 174.71 177.07 622.45 10574.94 10752.01 588.90 605.672 -4.320 2.8 169.99 172.348 588.90 10089.67 10262.02 557.14 573.017 -4.039 2.8 174.71 172.348 557.14 9624.35 9796.70 527.34 542.238 -3.728 Tổng cộng 24.209 Trong đ ó: • Cột (1) là thời đoạn quan trắc, ở đây ta lấy bằng Δt = 2.8 (h). • Cột (2) là lưu lượng lũ đến (lấy theo quá trình lũ thiết kế đã tính được ở trên). • Cột (3) là lưu lượng lũ đến bình quân thời đoạn 2 1++= iii QQQ • Cột (4) là lưu lượng nước xả đầu thời đoạn q1 • Cột (5) là giá trị f1(q) tính được dựa trên biểu đồ quan hệ f1(q) ~ q đã xây dựng ở trên (Ở cột này, ta tra giá trị f1(q) theo q1). • Cột (6) là giá trị f2(q) tính được qua công thức f2(q) = f1(q) + Q . §å ¸n Thuû V¨n C«ng Tr×nh PhÇn 4: TÝnh to¸n c¸c thμnh phÇn dung tÝch hå chøa Sv: Hå Quang Huy Líp 42C3 20/20 Khoa C«ng Tr×nh • Cột (7) là lưu lượng nước xả cuối thời đoạn xác định được thông qua biểu đồ quan hệ f2(q) ~ q với giá trị f2(q) đã xác định ở trên. • Cột (8) là giá trị lưu lượng xả trung bình tính theo công thức: 2 21 qqq += • Cột (9) là tổng lượng nước lũ tích vào hồ chứa của từng thời đoạn và được tính bởi công thức: ii tq Δ×−=Δ )Q( W ii Dựa vào kết quả của bảng tính ta xác định được dung tích siêu cao của hồ chứa là Vsc = 24.209 × 106 (m3). Tra biểu đồ quan hệ Z ~ V với V = Vc + Vh + Vsc = 7.5 + 153.38 + 24.209 = 185.089 × 106 (m3). Ta xác định được giá trị Hsc = 46.54 (m).