CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THỦY LỢI
3.3. Tính toán điều tiết lũ
3.3.1.Khái niệm, mục đích, ý nghĩa của điều tiết lũ 3.3.1.1. Khái niệm.
Điều tiết lũ là tìm cách phân bố lại dòng chảy lũ đến sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra như yêu cầu phòng chống lũ cho hạ lưu.
3.3.1.2. Mục đích
Tính toán điều tiết lũ là nội dung quan trọng khi thiết kế hồ chứa để xác định quy mô kích thước của công trình xả lũ, dung tích điều tiết lũ, mực nước lớn nhất trong hồ chứa với mục đích chống lũ cho bản thân công trình và thỏa mãn yêu cầu phòng lũ cho hạ du. Xác định lưu lượng xả lớn nhất qua công trình xả lũ và đường quá trình xả lũ ứng với lũ thiết kế,từ đó tìm ra phương án vận hành hồ chứa sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất. Đưa ra nhiều phương án so sánh, cung cấp các thông số cho thiết kế để tìm ra phương án công trình tối ưu thỏa mãn điều kiện kinh tế và kĩ thuật.
3.3.1.3.Ý nghĩa
Tính toán điều tiết lũ là một biện pháp chủ động phòng lũ hữu hiệu nhất. Việc tính toán điều tiết lũ cho công trình đóng vai trò quan trọng bởi nó quyết định đến chiều cao của đập, diện tích ngập lụt ở phía thượng lưu công trình điều đó ảnh hưởng rất lớn đến giá thành công trình.
3.3.2 Nguyên tắc và phương pháp tính toán 3.3.2.1.Nguyên tắc tính toán
Xuất phát từ nguyên lý chung, phương pháp lặp cũng được thực hiện trên cơ sở giải hệ phương trình bao gồm phương trình cân bằng nước và phương trình động lực. Phương trình cân bằng nước được viết dưới dạng hệ sau:
(1)
(2) Trong đó: V1, V2: Dung tích hồ đầu, cuối thời đoạn đoạn tính toán
Q1, Q2: Lưu lượng lũ đến đầu, cuối thời đoạn tính toán q1, q2: Lưu lượng xả đầu, cuối thời đoạn tính toán
: hệ số co hẹp bên.
m : hệ số lưu lượng.
B : Chiều rộng tràn H : Cột nước trên tràn.
Trong hệ phương trình trên có 2 giá trị cần phải xác định là q2 và V2. Do vậy, tại thời đoạn bất kỳ các giá trị này đƣợc xác định bằng cách tính đúng dần.
Dạng đường quá trình xả lũ:
Với công trình xả lũ là đập tràn, có cửa van thì đường quá trình lũ có dạng như sau :
Q0
Q,q(m3/s)
Q~t
t0 t1 t2 t3
q~t
t (h)
Hình 3.1: Dạng đường quá trình xả lũ của đập tràn có cửa van.
- Từ t0 – t1: lưu lượng đến tăng dần ta từ từ mở cửa van sao cho lưu lượng xả bằng lưu lượng đến.
- Từ t1 – t2 : ta mở toàn bộ cửa van, trạng thái chảy qua tràn là chảy tự do. Lưu lượng xả tăng dần và đạt giá trị cực đại tại thời điểm t2 khi đó mực nước trong kho đạt giá trị cực đại.
- Từ t2- t3: q giảm nhƣng vẫn lớn hơn Q, lƣợng trữ trong kho giảm xuống.Đến khi mực nước trong kho giảm xuống MNDBT thì ta từ từ đóng bớt của van xuống để lưu lượng lũ đến bằng lưu lượng xả.
- Sau t3: lưu lượng đến giảm, đóng cửa van sao cho lưu lượng xả bằng lưu lƣợng đến.
3.3.2.2.Nội dung của phương pháp tính toán.
Tại thời điểm đầu tiên, mực nước và dung tích ban đầu của hồ chứa đã được xác định. Các thời đoạn tiếp theo dung tích ban đầu hoặc mực nước ban đầu là các giá trị tương ứng của nó tại cuối thời đoạn trước.
Quá trình tính toán thử dần cho mỗi thời đoạn được xác định theo các bước sau đây:
Bước 1: Giả định giá trị q2 ở cuối mỗi thời đoạn tính toán, tính giá trị V2 theo công thức (1).
Bước 2: Xác định giá trị mực nước thượng lưu cuối thời đoạn tính toán bằng cách sử dụng đường cong hoặc bảng tra quan hệ Z~F~V.
Bước 3: Tính giá trị q2tt
tại cuối thời đoạn tính toán theo công thức (2) với các tham số đã biết và kiểm tra điều kiện:
- Nếu biểu thức thỏa mãn coi như giả thiết q2 ở bước 1 là đúng và chuyển sang thời đoạn tiếp theo. Giá trị q1 của thời đoạn sau là q2 của thời đoạn trước. Các bước tính toán với thời đoạn đó tiến hành lặp lại từ bước 1 đến bước 3.
- Nếu biểu thức không thỏa mãn cần thay đổi giá trị giả định q2 và quay lại bước 1. Giá trị lưu lượng xả được giả định lại theo biểu thức sau:
Trong đó: q2n+1: Giá trị giả định của lưu lượng xả q2 ở bước lặp thứ (n+1)
q2n và q2tn: Giá trị giả định và tính toán của đại lượng q2 ở bước lặp thứ n.
Tiến hành tính toán cho tất cả các thời đoạn sẽ xác định đƣợc quá trình xả lũ, các đặc trưng dung tích chống lũ và các mực nước đặc trưng.
Nếu ký hiệu I là chỉ số thời đoạn, giả sử ta chia làm n thời đoạn, khi đó mực nước cuối mỗi thời đoạn V2 = V(I), mực nước đầu thời đoạn là mực nước cuối thời đoạn trước V1 =V(I-1); tương tự Q(I-1), q(I-1) là lưu lượng đến và xả ở đầu thời đoạn còn Q(I) và q(I) là lưu lượng đến và xả ở cuối mỗi thời đoạn.
3.3.2.3.Tài liệu tính toán
- Quan hệ Z ~ F,V vùng lòng hồ đã có
- Quá trình lũ Q ~ t ứng với tần suất thiết kế P = 1 % và tần suất kiểm tra P = 0,2% , lũ vƣợt tần suất P= 0,1%.
- Dạng đập tràn đỉnh rộng, cao trình ngƣỡng Znguong = 204,48m - Hệ số lưu lượng lấy m= 0,35, hệ số co hẹp bên lấy ε= 0,93.
- q0m B. . 2. .g H3/20,35.30. 2.9,81.23/2122,34(m / s)3
Ta tiến hành tính toán điều tiết lũ cho phương án chiều rộng tràn đã xác định ở phần trên :
+ Phương án : Btr = 2x15 = 30 (m) 3.3.3.Trình tự tính toán
Bảng 3.5: Điều tiết lũ thiết kế P = 1%
STT t ∆t Q Qgt ∆V V Zt H qtt Sai
Số (phút) (s) (m3/s) (m3/s) (m3) (106m3) m m (m3/s) (%)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Trong đó:
Cột 1: Số thứ tự.
Cột 2: Thời điểm.
Cột 3: Thời gian.
Cột 4: Lưu Lượng lũ đến .
Cột 5: Lưu lượng xả nước giả thiết.
Cột 6: 1 2 . 1 2 .
2 t 2 t
V Q Q q q
Cột 7: Dung tích hồ chứ tại thời điểm t.Tại thời điểm t = 0, V ứng MNDBT V2 V V1 .
Cột 8: Mực nước thượng lưu, Zt = f(V).
Cột 9: H0 = Zt – MNDBT.
Cột 10: Lưu lượng xả tính toán. Tính theo công thức (*).
Cột 11: Sai Số gt tt.100%
gt
q q q
Kết quả tính toán ghi trong phụ lục A – bảng 3.4
Từ kết quả tính toán trong bảng 3.4, ta xác định được mực nước lũ thiết kế của công trình là: MNLTK = Zt max = 208,28 (m).
Tổng hợp các thông số của hồ chứa
Bảng 3.6: Bảng tóm tắt kết quả điều tiết lũ
Đại lƣợng Lũ thiết kế
P= 1%
Lũ kiểm tra P=0,2%
Đơn vị
Bề rộng tràn 30 30 m
Hệ số lưu lượng m 0,36 0,36
Lưu lượng xả lớn nhất 319,58 m3/s
Cột nước siêu cao Hsc 3,7941 4,634 m
Dung tích siêu cao Vsc 38948,1 81228 m3
Dung tích hồ lớn nhất Vkmax 6,3482 7,0593 106 .m3
Cao trình ngƣỡng tràn Zngƣỡng 204,48 204,48 m
Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ Q-q-t
Bảng 3.6: Điều tiết lũ kiểm tra P = 0,2%
STT
t ∆t Q Qgt ∆V V Zt H qtt Sai
Số (phút) (s) (m3/s) (m3/s) (m3) (106m3) m m (m3/s) (%)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Kết quả tính toán ghi trong phụ lục A
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Q (m3/s) qtt (m3/s)
Từ kết quả tính toán trong bảng , ta xác định được mực nước lũ thiết kế của công trình là: MNLKT = Zt max = 209,12 (m).
Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ Q-q-t