CHƯƠNG III. TIỀM NĂNG SÔNG NGÒI
VIII. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỆC TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
Nội dung của tính toán điều tiết lũ là cân bằng giữa lượng nước đến và lượng nước xả của kho nước, từ đó quyết định dung tích của công trình.
1. Công thức tính toán điều tiết lũ.
2
1(Q1 + Q2)∆t - 2
1(q1 + q2)∆t = V2 - V1 (3.12) Hay (Q∆t -q ∆t = ∆v)
Ở đây:
Q1, Q2: Lưu lượng vào kho ở đầu và cuối thời đoạn ∆t Q =
2
1 (Q1 + Q2); q = 2
1 (q1 + q2) q1, q2: lưu lượng xả lũ ở đầu và cuối thời doạn.
V1, V2: dung tích kho ở đầu và cuối thời đoạn ∆t.
* Nếu công trình xả lũ là đập tràn có mặt nước tự do thì lưu lượng qua tràn sẽ là:
q = m1 B 2g 2
3
h
* Nếu công trình xả lũ là cống ngầm ở đáy công trình chủ yếu thì lưu lượng xả lũ sẽ là:
q = m2ω 2gHo
Ở đây: m1: hệ số lưu lượng khi xả qua tràn m2: hệ số lưu lượng khi xả qua cống
(về giá trị hệ số lưu lượng m cần tham khảo sách thủy lực để chọn cho phù hợp với coõng trỡnh cuù theồ)
B: chiều rộng đỉnh đập tràn h: cột nước đập tràn chảy tự do ω: diện tích mặt cắt ngang cống
Ho: cột nước tính từ mặt nước đến tâm cống ngầm g: gia tốc trọng trường
Từ công thức (3.12) ta thấy đường quá trình nước đến và đường quá trình xả lũ quyết định dung tích xả lũ. Vì vậy việc phân tích đường quá trình xả lũ là một vấn đề quan trọng trong công tác tính toán điều tiết lũ.
2. Phân tích dạng đường quá trình xả lũ:
Khi tính toán điều tiết lũ, vấn đề chủ yếu là sau khi đã biết đường quá trình nước lũ (Q~t), tiến hành nghiên cứu lượng nước chứa trong kho (Vm) và đường quá trình xả lũ (q~t) với lượng xả lũ lớn nhất là (qm) (hình 11).
Khi đường (Q~t) đã có sẵn, nếu đường (q~t) thay đổi thì Vm cũng thay đổi, do đó phân tích đường quá trình xả lũ (q~t) là một vấn đề quan trọng trong việc
(Q~t) Q,q
nghiên cứu tính toán điều tiết lũ. Sau đây ta tìm hiểu dạng đường quá trình xả lũ khi công trình xả lũ không có và có cửa đóng mở.
Hình 3.11: Đường quá trình nước lũ và đường xả lũ A. Dạng đường quá trình xả lũ khi không có cửa đóng mở
1. Nếu công trình xả lũ là đập tràn
Khi không có cửa đóng mở nếu công trình xả lũ là đập tràn chảy tự do thì quá trình xả lũ có dạng như hình 11.
Khi nước lũ mới đến do đầu nước trên đỉnh đập tràn còn thấp (h≈0) nên lưu lượng xả lũ nhỏ hơn lưu lượng nước đến (q < Q) phần thừa(Q - q)∆t được chứa trong kho làm tăng dung tích kho và mực nước trong kho (∆V > 0).
Vì dung tích kho tăng nên mực nước trên đỉnh đập tràn cũng tăng, lưu lượng xả lũ q cũng tăng dần. Sau khi nước lũ đạt đến trị số lớn nhất (Qm) đường quá trình lũ hạ thấp nhưng Q vẫn lớn hơn q, dung tích kho vẫn tăng (+∆V) kéo theo q tăng lên nhưng mức độ tăng chậm. Đến thời điểm tA hai đường quá trình gặp nhau (Q = q). Qua điểm A, Q vẫn tiếp tục giảm, nhưng lượng nước chứa trong kho vẫn còn cao. Để xả hết lượng nước đó q phải lớn hơn Q; mực nước trong kho giảm dần, nên q cũng giảm và lượng nước xả tương ứng với điểm A là trị số lớn nhất (qm).
2. Nếu công trình xả lũ là loại lỗ
Khi công trình xả lũ là loại lỗ thì quá trình xả lũ có dạng như hình (H.12). Khi nước lũ bắt đầu đến lũ tương đối nhỏ, nhờ có cột nước trong kho lớn nên lưu lượng xả lũ lớn hơn lưu lượng lũ đến (q > Q), ∆V < 0. Do đó dẫn đến mực nước trong kho giảm thấp, lưu lượng xả lũ cũng giảm theo, tới thời điểm tB. Q = q lưu lượng lũ
bằng lưu lượng xả. Qua điểm B, Q > q, mực nước trong kho lại dâng lên (∆V > 0) lưu lượng xả lũ cũng tăng dần nhưng vẫn nhỏ hơn lưu lượng lũ đến, sau đó dạng đường quá trình lưu lượng xả lũ giống như trường hợp trên.
Q, q (m3/s)
tB B
0
Vm
t (q~t)
(Q~t)
Hình 3.12
B. Dạng đường quá trình xả lũ khi có cửa đóng mở
Dạng đường quá trình xả lũ khi có cửa đóng mở ở trên đập tràn được chia làm bốn trường hợp như sau (xem hình 3.13 a, b, c, d)
1. Trường hợp 1 (Hình 3.13a).
Khi lũ bắt đầu lên, vẫn mở cửa cho Q = q (nhờ có cột nước trước mùa lũ lớn nên q vẫn lớn, đến t1 dù mở cửa thì q vẫn nhỏ hơn Q nên sau lúc đó mở hẳn cửa và từ t1
trở đi dạng đường quá trình của q giống như trường hợp không có cửa.
( q ~ t)
t3
Q ,q
t ( q ~ t) ( Q ~ t)
t1 t2
0 0 t1 t2
( Q ~ t)
t Q ,q
c ) d )
a ) b ) t3
Q ,q
t ( q ~ t) ( Q ~ t)
t1 t2
0
0 t1 t2
( Q ~ t) ( q ~ t)
t Q ,q
Hình: 3.13. Dạng đường quá trình xả lũ có cửa đóng mở 2. Trường hợp 2 (Hình 3.13b).
Khi gặp những con lũ lớn, nếu sau thời điểm t2 cửa vẫn mở tự do thì lưu lượng nước xả vượt quá lưu lượng xả lũ cho phép không bảo đảm an toàn cho vùng hạ lưu được phòng lũ, nên sau t2 lại đóng bớt cửa lại khống chế q = q an toàn.
3. Trường hợp 3 (Hình 3.13c).
Vùng hạ lưu được phòng lũ cách hồ chứa (kho nước) tương đối xa, khi mực nước lũ khu giữa tương đối lớn thì kho nước phải xả bớt lũ để cho vùng được phòng lũ khỏi nguy hiểm, từ thời điểm t2 phải đóng cửa để lưu lượng xả lũ cộng với lưu lượng khu giữa không được lớn hơn lưu lượng an toàn của vùng được phòng lũ.
4. Trường hợp 4 (Hình 3.13 d):
Đây là trường hợp khi có dự báo lũ, sau khi có dự báo, lập tức mở cửa để xả lượng nước ở trong kho. Lúc mới mở q > Q lưu lượng xả lũ lớn hơn lưu lượng nước đến nên mực nước trong kho thấp dần, do đó q cũng giảm dần cho đến khi Q = q tại thời điểm t1.
Sau thời điểm t1 có Q > q, mực nước trong kho lại tăng lên và từ đó dạng đường quá trình xả lũ giống như trường hợp không có cửa.