Bài giảng Thủy văn công trình: Chương 8

Ph n II Đi u ti

t dòng ch y

ề

ầ

ế

ả

t dòng ch y

ả

ế

ề

ươ

ng 8: H ch a và đi u ti ứ

ứ

ồ b ng h ch a ồ

ng 9: Tính toán h ch a đi u ti

t c p

ứ

ề

ồ

ế ấ

t lũ

ề

ế

ể

N i dung: ộ  Ch ằ  Ch ươ n cướ ng 10: Tính toán h ch a đi u ti  Ch ứ ồ ươ ng 11: Bi u đ đi u ph i  Ch ố ồ ề ươ Tài li u: Giáo trình “Th y văn công trình” ủ ệ

CH

NG 8:

H ch a

ƯƠ ồ

t dòng ch y b ng h ch a

ứ ả

và đi u ti ề

ế

ứ

ồ

ằ

I. Khái ni m chung ệ

t dòng ch y:

ả

ế c trong t

nhiên có đ c đi m:

t đi u ti ề ướ

ự

ể

ặ

 S c n thi ế ự ầ – Các ngu n n ồ ố ố

ờ

ủ

i cũng bi n đ i ổ

ế

 phân b không đ u theo không gian ề  phân b không đ u theo th i gian ề c c a con ng ườ ề ướ theo không gian và th i gian ờ ộ ự ế

ầ

c c a ủ nhiên

– Nhu c u v n ầ

i và s bi n đ ng dòng ch y t ộ

ề ướ ả ự

ng l ch pha nhau

con ng th ườ

ườ ệ

– Tuy nhiên, s bi n đ ng nhu c u v n ự ế

t dòng ch y

Khái ni m đi u ti ệ

ề

ế

ả

t dòng ch y

ế

ộ

ả là t ấ ả i vào dòng ch y t

nhiên nh m

ườ

i dòng ch y t

ả ự

ố ạ

ớ

c và phòng ch ng lũ

c, s d ng n ử ụ

ầ ố

ướ

t c các tác đ ng  Đi u ti ề c a con ng ằ ả ự ủ nhiên theo th i phân ph i l ờ gian, không gian cho phù h p v i yêu c u ợ dùng n tụ l

Các bi n pháp đi u ti

t dòng ch y

ề

ệ

ế

ả

 Bi n pháp công trình:

ứ

ả

ồ

ắ

ả

ờ

ổ

ệ ế ộ ồ

ổ

ứ nh ng v trí c c b . Đi u này đ ụ

c ng d ng đ ể ụ

ế ượ ứ

ề

ộ

ở

ị

ệ – Đê – Kè – Kho n ướ – Tr m b m ơ ạ – C ng…ố Trong đó, h ch a là bi n pháp công trình có kh năng làm thay đ i sâu s c ch đ dòng ch y sông ngòi theo th i gian và không gian. Ngoài ra, h ch a còn làm thay đ i th năng và đ ng năng ộ ữ xây d ng các nhà máy th y đi n. ệ ự

ủ

 Bi n pháp phi công trình:

c (h ch a) ồ ứ

ệ – Bi n pháp nông nghi p: b vùng b th a, ru ng b c thang – Bi n pháp lâm nghi p: tr ng r ng

ờ ử ệ ậ ờ ộ

ệ ệ ừ ệ ồ

t dòng ch y

Phân lo i đi u ti ạ

ề

ế

ả

ệ

 Theo chu kỳ đi u ti

– Đi u ti ề – Đi u ti ề – Đi u ti ề – Đi u ti ề

ợ

 Các bài toán đi u ti

t đ c bi

 Theo nhi m v : ệ ụ – Đi u ti t ph c v nông nghi p ụ ế ề ụ t ph c v phát đi n – Đi u ti ụ ế ề ụ – Đi u ti t ph c v công nghi p ệ ụ ụ ế ề i d ng t ng h p… – Đi u ti t l ổ ế ợ ụ ề t: ế ề t năm t nhi u năm ề t tu n ầ t ngày đêm ề

ế ặ

ệ

ế ế ế ế

– Đi u ti ề – Đi u ti ề – Đi u ti ề – …

t lũ ế t b sung ế ổ t b c thang ế ậ

Kho n

cướ

 Kho n

c là n i tr n

c v i dung tích l n

ớ

ơ ữ ướ

ỏ

ể

ạ

ặ

c),

ướ ượ

ướ

ể ằ trên cao (các tháp n i n c ướ ướ c xây d ng trên m t đ t

ặ ấ

ự

ắ

su i, trên sông b ng các đ p ch n ngang sông

ướ nh khác nhau: – B ch a n c kín: b b ng kim lo i, đá xây ho c ứ bê tông, đ c đ t ặ ở trên m t đ t ho c d ặ ặ ấ c h : đ ở ượ ướ ứ ho c v a đào v a đ p. ừ ừ – Ki u h ch a: đ ượ ứ ồ ằ

c xây d ng ngay trên các khe ắ

ự ậ

– B ch a n ể ặ ể ố

H ch a và các công trình đ u m i ố

ứ

ồ

ầ

c nhân t o

ứ

ữ ướ

ạ

c xây d ng trên các khe su i, trên sông

đ ố b ng các đ p ch n ngang sông.

 H ch a là công trình tr n ự ậ

ồ ượ ằ

ắ

ủ

ứ

ị ấ

ả ướ ủ

ả ự

 Ch c năng chính c a h ch a là làm n đ nh ồ ổ t kh năng c p ả ề nhiên ho c th a mãn ỏ ặ c khác nhau c a các h ộ ủ

ề ướ

ứ dòng ch y b ng cách đi u ti ế ằ n c c a dòng ch y t các yêu c u v n ầ c.ướ dùng n

ứ

ố

ầ

H ch a và các công trình đ u m i ồ (ti p)ế

 Các công trình đ u m i: ố

ầ

ậ

c: c ng l y n

ướ

ố

c ướ

do, c ng ng m, xi

ự

ậ

ầ

ố

ặ

ế ợ ử

ứ

ặ

ở

phông ho c k t h p. Các công trình tháo lũ có hai hình th c: có c a đóng m ho c không có c a đóng m . ở ử

– Đ p ch n ắ – Công trình l y n ấ ấ – Công trình tháo lũ: đ p tràn t

M t s hình nh v h ch a ả

ề ồ ứ

ộ ố

t cho tính toán

ệ

ầ

ế

t dòng ch y

II. Các tài li u c n thi đi u ti ề

ế

ả

ượ

ng thu văn ỷ

ị

 Tài li u khí t ệ  Tài li u đ a hình đ a ch t ấ ị ệ  Tài li u dân sinh kinh t ế ệ

a) Tài li u khí t ệ

ượ

ng th y văn ủ

ng:

ượ

– L

ổ

 Tài li u Khí t ệ ượ ư

ng và quá trình thay đ i theo không gian và th i gian c a ủ n ng … ộ ứ ờ t đ , đ m, gió, đ b c x , s gi ạ ố ờ ắ

 Tài li u Th y văn: đ c bi ủ

ệ

ơ ặ m a, b c h i, nhi ố ố

ủ

t k ế ế

ặ ủ

ơ – Các đ c tr ng b c h i thi ư ệ ệ ộ ộ ẩ t k ế ế t là các đ c tr ng th y văn thi ư

ị

ệ

ả ả ượ

ỉ

– Tài li u dòng ch y lũ (đ nh lũ, l – Tài li u dòng ch y ki – Tài li u dòng ch y bùn cát…

ặ – Tình hình đ a lý th y văn c a l u v c ự ủ ư – Tài li u dòng ch y năm và s thay đ i dòng ch y trong năm, ổ ự ả trong nhi u năm (l t k ) ế ế ố ề t k ) ả ế ế ả ả

t (dòng ch y ki t thi ng và phân ph i dòng ch y năm thi ng lũ và quá trình lũ thi t k ) ế ế ượ ả ệ ệ

ệ ệ ệ

b) Tài li u đ a hình đ a ch t ấ

ệ

ị

ệ

ồ

 Tài li u đ a hình: ệ ặ  Quan h Z~F đ

b n đ đ a hình vùng lòng

ừ ả

ồ ị

ượ

ệ

hồ

ệ

c xây d ng d a theo quan h Z~F v i ớ

ệ

 Quan h Z~V đ ự ượ cách tính D V g n đúng nh sau: ầ

ự ư

– Các quan h đ c tr ng đ a hình lòng h Z~V, Z~F ị c xây d ng t ự

)

(

)

V i

F i

FF i i

+ 1

F i

+ 1

V i

F i

1 3

1 2

 Tài li u đ a ch t:

ệ

ấ

ị

D D D D Ho cặ

ng vùng xây d ng lòng h

ấ

ổ

ưỡ

ự

ồ

– Tình hình đ t đai th nh

Quan h Z~V~F c a h ch a

ủ

ứ

ồ

ệ

2500

2000

500

Capacity - W (mill. m3) 1500

1000

530

520

510

500

)

m

(

Z -

490

e g a t S

480

470

460

450

150

100

125

Surface - F (Km2)

c) Tài li u dân sinh kinh t

ệ

ế

ầ

ệ

ệ ạ

c: phát đi n, giao thông, nuôi tr ng th y ồ

 Tài li u yêu c u v n ề ướ c: nông nghi p, công nghi p, sinh ho t … – Yêu c u dùng n ướ ầ – Yêu c u s d ng n ử ụ ủ ướ ầ s n, du l ch, b o v môi tr ệ ả ị ả

 Các tài li u dân sinh kinh t

– Yêu c u phòng lũ ầ ệ ư

ệ ệ ng … ườ

ố ng l u h ư ồ

ượ ả

khác n m trong vùng nh h

ệ

ạ

ộ

khác: ế h l u và th – Dân c và phân b dân c ư ở ạ ư – Các tài nguyên thiên nhiên: r ng, khoáng s n, các tài nguyên ừ ng c a h ồ ả ủ ưở ằ ng vùng b nh h – Các ho t đ ng kinh t ưở ị ả ế ạ ộ – Các v n đ chính tr , xã h i và dân t c ị ề ộ t c a các lo i tài li u này tùy thu c và tính ế ủ ộ ch t và quy mô c a c a h th ng công trình ủ

ộ

ệ ố

ấ

ấ Ghi chú: M c đ chi ti ứ ủ

III. Các thành ph n dung tích và ầ c c a h ch a m c n

ự ướ ủ ồ ứ

Hsc

Vsc Hbt

Vpl Vkh

Htl H

Hhl

S h a m t c t h ch a ặ ắ ồ ơ ọ ứ

a) Dung tích ch t và m c n

ự

ế

ướ

c ch t ế

i cùng c a h ch a

 Dung tích ch t (Vế

ầ

ướ

ủ

ồ

c): là ph n dung tích d

ứ t dòng ch y, còn g i là

ề

ả

ọ

ế

i h n trên c a dung tích ch t V

không tham gia vào quá trình đi u ti dung tích lót đáy. c ch t (H ế ướ

ớ ạ

ủ

c): là gi ệ ớ

ế c. ị

ệ ặ

 M c n ự  Hc và Vc có quan h v i nhau theo quan h đ c tr ng đ a hình

lòng h Z~V. ồ

ọ

– Ch a đ ng toàn b bùn cát đ n h ch a trong th i gian ho t ế

 Nguyên t c l a ch n: ộ

ứ ạ ờ ồ ứ

c ‡ i t

c ‡

đ ng c a công trình V Vbl

ướ ướ ự ể

t ệ

ỷ ả

ắ ự ự ủ – B o đ m đ u n c t ả ầ – B o đ m c t n c t ộ ướ ố ả c t – B o đ m m c n ướ ố ự ả – B o đ m dung tích t ố ả – B o đ m dung tích t ố ả

ng ộ ả ả ả ả ả Zc ngố =Zru ngộ + D Z + a ệ i thi u đ giao thông trong mùa ki i thi u đ nuôi tr ng thu s n ồ i thi u đ du l ch và v sinh môi tr ị ch y H ả i thi u đ phát đi n ể ể ể ể ể ể ể ệ ườ

ồ ắ

ả

Ph ươ h ch a ồ

ng pháp gi n hóa tính b i l ng ứ

 Dung tích b i l ng t ng c ng V ồ ắ

ổ

bl:

ộ Vbl = Vll+Vdđ

 Dung tích bùn cát l

l ng V ơ ử =

5.31 ·

V ll

ll: TR l 0 g

ng bùn cát l l ng ả ả ệ ố ượ ơ ử

ồ ắ 3) ấ ọ

– Kbl: h s ph n ánh kh năng b i l ng l – g : dung tr ng riêng bùn cát (t n/m – T: tu i th công trình ọ ổ – Rl0: l u l ư ượ

ng bùn cát l l ng bình quân nhi u năm (kg/m ề

– Tính g n đúng b ng 20% - 80% V

ơ ử  Dung tích bùn cát di đáy Vdđ:

ll, tùy theo đi u ki n vùng xây

ằ ệ ề

ầ d ng h ch a ồ ự ứ

c

ự

ướ

Dung tích hi u d ng và m c n ụ ệ ngườ dâng bình th

 Dung tích hi u d ng (V

h) là ph n dung tích n m phía trên dung tích ằ

ệ

c cho các đ i t ng dùng ụ ệ ố ượ ụ ề ướ

ọ

bt) là gi

i h n trên c a dung tích hi u c dâng bình th ớ ạ ườ ướ ủ ệ

ụ

ệ

ế

ầ

ố

ế Vbt = Vc + Vh ng cong Z~V

ườ

– Hbt là Vbt có quan h theo đ

t k ế ế t k ế ế

c đ n thi ế c dùng thi ấ ủ

ướ ướ ị

ứ

ồ

ứ

ồ

và

ồ

c xác đ nh các đ c tr ng h ch a ư ặ ị t k c a h ch a theo các đi u ki n kinh t ứ ế ế ủ

ề

ệ

ế

ệ  Nguyên t c l a ch n: ắ ự ọ – Căn c vào đ ng quá trình n ườ ứ – Căn c vào đ ng quá trình n ườ ứ – Căn c vào đi u ki n đ a hình đ a ch t c a vùng h ch a ệ ề ứ ị t c p n – Tính toán đi u ti ướ ế ấ ề – L a ch n các đ c tr ng thi ọ ự ư ặ k thu t. ậ ỹ

ầ t c p n ch t Vc, làm nhi m v đi u ti ế ấ ế c. Còn g i là dung tích h u ích. n ướ ữ  M c n ng (H ự d ng.ụ – Dung tích kh ng ch ph n dung tích ch t và dung tích hi u d ng là:

c

ự

ướ

Dung tích siêu cao và m c n siêu cao

ủ

ệ

ứ

ậ ờ

ớ

ụ

ụ ữ ả

ờ ề ạ ư

ế ả ng.

ả

ườ

i h n trên c a dung tích siêu

c siêu cao (H

ướ

ọ ớ ạ

ủ

ộ ạ ả c công trình x lũ. Còn g i là dung tích gia c sc) là gi

T = Vc + Vh + Vsc

ứ

 Dung tích siêu cao (Vsc) là b ph n dung tích trên cùng c a h ồ ch a, làm nhi m v tr lũ t m th i trong th i gian lũ đ n công trình v i m c đích gi m kh năng tháo lũ v h l u, gi m kích th ướ  M c n ự cao. – G i Vọ T là dung tích toàn b h ch a: V – Hsc và VT có quan h theo đ

ọ ng quá trình lũ thi

ng cong Z ~ V. ộ ồ ườ

t k đ n h ế ế ế ườ ồ

ầ

vùng xây h du ấ ở ạ ị ế ệ ị

ệ  Nguyên t c l a ch n: ắ ự – Căn c vào đ ứ – Căn c vào yêu c u phòng lũ ứ – Căn c vào đi u ki n đ a hình, đ a ch t, dân sinh kinh t ề ứ d ng h ch a ồ ứ

i quy t bài toán kinh t ự – Gi ả ế ế ỹ k thu t ậ

c

ự

ướ

Dung tích k t h p và m c n ế ợ tr

c lũ

ướ

ừ

ệ

kh) là dung tích v a làm nhi m

ụ

v c p n ụ ấ –

i ta t n d ng m t ụ

ậ

ộ

ườ

ế ợ c v a làm nhi m v phòng lũ ệ ừ ầ

ủ

ứ ể ữ

ọ ồ

c c p cho

c l p đ y vào cu i mùa lũ đ l y n ố

Ở ộ ố ồ ph n c a V nhi m v phòng lũ c a h ch a là: V ầ

ướ

ấ

i h n d

c gi

ớ ạ

ướ

ự

i ướ

tl) là m c n

c lũ: V

tl = Vc + Vh – Vkh ng cong Z~V.

ườ

m t s h ch a, vào đ u mùa lũ ng kh. Khi đó, dung tích làm h đ tr lũ, g i là V ầ pl = Vkh + Vsc. ứ ủ ệ ụ – Vkh s đ ể ấ ẽ ượ ấ th i kỳ mùa ki t. ờ ệ  M c n c lũ (Z c tr ướ ướ ự c a dung tích k t h p ế ợ ủ – G i Vọ tl là dung tích tr ướ – Htl và Vtl có quan h theo đ ệ

 Dung tích k t h p (V ướ

ạ ổ

ự

ấ

Các lo i t n th t khi xây d ng h ồ ch aứ

ụ

 T n th t do b c h i ph thêm ố ấ  T n th t do th m ấ ấ

ổ ổ

ổ

ố

ơ

Tính toán t n th t do b c h i ph ụ ấ thêm

 Tr

ng b c

ề ặ ư

ự

ồ

ượ

ố

ự

ứ ướ ự h i g i là b c h i l u v c Z ơ ư ơ ọ – Do b m t l u v c r t đa d ng nên l

c khi xây d ng h ch a, trên b m t l u v c có l lv. ạ

ố ề ặ ư

– L

ượ ố ng b c h i l u v c trên ơ ư ự

ự ấ r t khó đo đ c ạ ự ơ ư ự ể ị

th c t ự ế ấ ố ượ trên ph ươ ự ằ

ướ ườ ng trình cân b ng n Zlv0=Z0=X0-Y0 (Tr

ự

ậ

ng b c h i là b c h i m t n

c Z

 Sau khi xây d ng h ch a làm ng p m t ph n l u v c và ự ặ ướ

ng b c h i l u v c bình quân nhi u năm có th xác đ nh d a ề t cho l u v c. c vi ư ế ng h p l u v c kín) ợ ư ộ

ố

ị

ượ

ố

ứ ồ ph n b ng p này s có l ậ ầ ẽ n>Zlv. ng Z  Thông th ườ  L p b c h i ph thêm (mm): ớ ụ ơ ng b c h i ph thêm (m  L ượ

ụ

ố

D Z = Zn-Zlv 3): Wbh= D Z. F.103

ự ầ ư ơ

B c h i ph thêm thi

ụ

ố

ơ

t k ế ế

 Xác đ nh l

ng b c h i ph thêm ng v i t n su t thi

ớ ầ

ứ

ụ

ấ

t k : ế ế

ố ấ

ị ự  Tr

ng m a và l ư

ượ

ng b c h i là ch t ch ẽ

ặ

ố

ệ ữ ượ

thì l a ch n P

 Tr

ng m a và l ư

ượ

ng b c h i là không ơ

ố

ch t ch thì l a ch n P

ự

ẽ

ọ

ng h p 3: N u ít tài li u thì l y năm có l

ế

ng b c h i l n nh t ấ

ố

ơ ớ ượ ấ c bình quân nhi u năm Z

ượ ọ ầ ườ ự ườ ặ  Tr ườ – Xác đ nh l ị – Xác đ nh l ị

z: – L a ch n t n su t tính toán P ng h p 1: Quan h gi a l ợ z=1-Py ọ ng h p 2: Quan h gi a l ệ ữ ượ ợ z=50% ệ ặ ướ ụ

ố ố ề ề

– L a ch n các đ c tr ng th ng kê: C ặ ng b c h i ph thêm thi – Xác đ nh l

ợ ng b c h i m t n ượ ơ ng b c h i ph thêm bình quân nhi u năm: ơ ượ D Z0 = Zn0-Zlv0 v, Cs ố t k ế ế ụ

ự ư ọ

ượ ị ơ

ố D Zpz= f(D Z0, Pz,Cv,Cs)

B c h i ph thêm thi

t k (ti p)

ụ

ơ

ố

ế ế ế

t k : ế ế ấ

ượ

ế

– M n d ng phân ph i b c h i m t n

c tính bình quân

ố ố

ặ ướ

ị – Xác đ nh l ị k Zế np ượ

ạ trong nhi u năm Z ề

 Xác đ nh phân ph i b c h i ph thêm thi ụ ơ ố ố c ng v i t n su t thi ng b c h i m t n ớ ầ ặ ướ ứ ơ ố

ni ~ t s thu phóng:

– Tính t

ỷ ố

– Tính l

ng b c ph thêm t ng tháng theo công th c:

ượ

ụ

ừ

ứ

ố

D Zi = KZni

Tính toán t n th t do th m

ổ

ấ

ng n

ướ

c b m t đi ị ấ

ổ

ấ

ượ

th là l

ượ ậ

do th m qua đáy h , qua thân đ p, qua công trình l y n ấ

c, qua vai đ p, rò r . ỉ

ồ ậ

ộ

ng t n th t do th m W ấ ướ  Wth ph thu c vào: ụ – V t li u xây d ng công trình ự ậ ệ – đ a ch t lòng h ị ồ ấ – c t n ộ ướ

 L

ng l y b ng t l

c trong h t ồ ạ ề

i th i đi m tính toán th th

ể ờ t, W ế ữ

ằ ỉ ệ i th i đi m tính ể

ấ ờ

ườ ph n trăm dung tích tr trong h t ồ ạ ầ toán

Wth (t) = K%. V(t)

 Trong tính toán đi u ti

Tiêu chu n th m trong h ch a

ồ ứ

ấ

ẩ

ề

ớ

ấ

ệ

L ượ theo l

ng th m tính ấ c ng n

L p th m tính theo di n tích bình quân (m)

ị

ượ

ướ bình quân (%)

Đi u ki n ệ đ a ch t ấ lòng hồ

Năm

Tháng

Năm

Ngày đêm

5-10 10-20 20-30

0.5-1 1-1.5 1.5-3

<0.5 0.5-1 1-2

0.001-0.002 0.002-0.003 0.003-0.004

T t ố Bình quân X uấ