Bài giảng Thủy văn công trình: Chương 10

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thủy văn công trình: Chương 10 - Tính toán điều tiết lũ có nội dung trình bày khái niệm chung, nguyên lý tính toán điều tiết lũ, phân tích dạng quá trình xả lũ và một số nội dung liên quan khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thủy văn công trình: Chương 10

Chương 10 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
I. Khái niệm chung  Điềutiết lũ là toàn bộ công việc nhằm giảm lượng dòng chảy trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho công trình ven sông và khu vực hạ lưu.
1. Các biện pháp phòng chống lũ Biện pháp công trình:  Đắp đê  Xây dựng hồ chứa phòng lũ  Công trình phân lũ  Hình thành các khu chậm lũ  Hệ thống công trình thoát lũ  Cải tạo lòng sông
1. Các biện pháp phòng chống lũ (tiếp)  Biện pháp phi công trình:  Bảo vệ và trồng rừng đầu nguồn  Là biện pháp tích cực nhất  Giảm được sự khốc liệt của lũ  Chống xói mòn, bảo vệ nguồn nước  Đảm bảo sự cân bằng sinh thái  Phòng tránh lũ  Quy hoạch khu dân cư và khu vực sản xuất  Tăng cường công tác dự báo và cảnh báo lũ  Sống chung với lũ
2. Chống lũ và Phòng lũ  Nhiệm vụ chống lũ:  Là nhiệm vụ được đặt ra theo đó cần đảm bảo an toàn cho hệ thống công trình (hồ chứa, đê, …) khi xảy ra trận lũ thiết kế tại tuyến công trình  Nhiệm vụ phòng lũ:  Là nhiệm vụ được đặt ra theo đó cân bảo đảm an toàn cho vùng phòng lũ khi xảy ra trận lũ thiết kế ở vùng phòng lũ
3. Bài toán điều tiết lũ bằng hồ chứa  Bài toán thiết kế:  Biết  Quá trình lũ đến hồ ứng với tần suất thiết kế (Q~t)p  Kích thước của các công trình xả lũ  Tìm  Quá trình xả lũ  Dung tích siêu cao (mực nước siêu cao)  Bài toán nghịch:  Biết (Q~t)p; Vsc (Hsc).  Tìm (qxả~t)p và kích thước của các công trình xả lũ?  Bài toán tìm tần suất đảm bảo chống lũ P.
4. Các tài liệu cần thiết  Tài liệu khí tượng thủy văn  Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p  Tài liệu địa hình địa chất  Các quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ Z~V~F  Tài liệu địa chất vùng lòng hồ  Tài liệu dân sinh kinh tế  Tài liệu về các công trình xả lũ  Kích thước B, ω, m  Quan hệ qxả ~Ztl và qxả ~Zhl  Tài liệu về lưu lượng an toàn (qat) hoặc mực nước khống chế (Hkc)
II. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ  Dòng chảy trong sông trong thời kỳ có lũ là dòng không ổn định được mô tả bởi hệ phương trình Saint-Venant:  Pt liên tục: ∂Q ∂A + =q ∂x ∂t  Pt động lực: ∂Z α 0 ∂v α ∂v − Q Q + − v = ∂x g ∂t g ∂x K 2
Trong đó: Q- lưu lượng dòng chảy trong sông (m3/s) Z- mực nước tại mặt cắt tính toán (m) v – lưu tốc bình quân mặt cắt K- mô đun lưu lượng q- lượng gia nhập trên 1m chiều dài đoạn sông x – tọa độ đoạn sông t – thời gian (giờ) A – Diện tích mặt cắt ướt (m2) g – gia tốc trọng trường α – hệ số sửa chữa động năng α0 – hệ số sửa chữa động lượng
II. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ (tiếp) lũ di chuyển qua hồ chứa có các đặc  Khi điểm sau:  Mặt cắt mở rộng đột ngột  Độ dốc đường mặt nước nhỏ  Độ sâu dòng chảy rất lớn  Tốc độ dòng chảy rất nhỏ  Khi đó:  PT liên tục ⇒ PT cân bằng nước;  PT động lực được thay bằng các công thức thủy lực tính lưu lượng xả qua công trình
II. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ (tiếp)  Nguyên lý tính toán điều tiết lũ bằng hồ chứa chính là sự hợp giải hệ hai phương trình cơ bản sau: dV  PT cân bằng nước =Q−q dt  PT động lực q = f[A, Z, Zh] Trong đó:  Các quan hệ phụ trợ: Q- lưu lượng lũ đến (m3/s)  Đường quan hệ mực nước dung tích Z~V q- lưu lượng xả xuống hạ lưu  Đường quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu: H~Q
II. Nguyên lý tính toán điều tiết lũ (tiếp)  Viết lại PT cân bằng nước theo dạng sai phân: (Q − q)∆t = V2 − V1  PT động lực có dạng cụ thể tùy theo hình thức công trình xả lũ. Ví dụ: 3  Đối với đập tràn chảy tự do q = mB 2 g h 2 3 q = mBσ 2 g h 2  Đối với đập tràn chảy ngập q = µω 2 gh  Đối với lỗ chảy tự do  Đối với lỗ chảy ngập q = µω 2 g ( Z t − Z h )
III. Phân tích dạng quá trình xả lũ  Ta có dV = F.dh  dh là sự thay đổi độ sâu nước trong hồ  F là diện tích mặt thoáng hồ  Khi đó PT cân bằng nước được viết lại thành: dh dq  Q- q = Fdh/dt hay Q−q=F dq dt
1. Công trình xả lũ là đập tràn chảy tự do  Ta có: q = M B h3/2 với M= m 2 g  Từ đó có: dh 2 q −1 / 3 = = K1 q −1 / 3 dq 3 ( M B) 2 / 3  Vớ i K1 = (MB) 2 / 3 dq (Q − q ) 1 / 3  Biến đổi ta có: = q dt K1 F
250 Qmax 200 Tại t0 có Q=q=0 (Q~t) (qx~t) 150 qx max Từ t0 đến t1vì Q>q nên dq/dt > 0 tức là q ↑ Q(m3/s) Đến thời điểm t1vì Q = q nên dq/dt = 0 tức là q đạt cực đại 100 50 Sau t1, Q
2. Công trình xả lũ là cống ngầm chảy tự do  Ta có: q = µω 2 gh  Từ đó có: dh 2q = = K2 q dq ( µω ) 2 2  Với K2 = ( µω ) 2 Biến đổi ta có: dq (Q − q )  = dt K2 F q
0 Qmax Tại t0 có Q=0, q>0 nên dq/dt < 0, tức là q ↓ 0 (Q~t) (qx~t) 0 Đến t1thì Q=q nên dq/dt = 0 tức là q đạt giá trị cực tiểu qx max 0 Sau t1vì Q > q nên dq /dt > 0 tức là q ↑ 0 Đến t2, Q=q nên dq/dt = 0, tức là q đạt giá trị cực đại t0 Sau t2,t Q
IV. Các phương pháp tính toán điều tiết lũ 1. Phương pháp lặp trực tiếp  Viết lại hệ phương trình cơ bản dưới dạng: Q1 + Q2 q1 + q2 V2 = V1 + ∆t − ∆t (1) 2 2 q = f ( Z t , Z h , A) ( 2)
Sơ đồ khối tính toán Bắt đầu I=1 Giả định giá trị q(I) Tính V(I)=V(I-1)+0.5[Q(I) -Q(I-1)] ∆ t-0.5[q(I) -q(I-1)] ∆ t Xác định mực nước hồ Z t và mực nước hạ lưu Z h t Tính lại q (I) theo công thức thủy lực sai t qt (I)-q(I)  ε ≤ q(I)=0.5[q(I)+q(I)] đúng I=I+1 sai đúng I>1 STOP
Quá trình tính toán Tại thời đoạn tính toán bất kỳ  Bước 1: Giả định giá trị q gt ở cuối thời đoạn tính 2 toán, tính giá trị V2 theo phương trình (1)  Bước 2: Tra quan hệ Z~V xác định Z2  Bước 3: Tính giá trị q2tt theo phương trình (2) và tt kiểm tra điều kiện: q2 − q2 ≤ ε gt Với ε là số dương tùy ý được ấn định trước, chính là sai số cho phép giữa hai lần tính.  Nếu sai số thỏa mãn thì chuyển sang thời đoạn tiếp theo  Nếu sai số không thỏa mãn thì quay lại bước 1