THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM PÔNG, QUỲ CHÂU, NGHỆ AN

Chia sẻ: Phạm Thanh Thiện | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

386
lượt xem 112
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công trình thuỷ điện Nậm Pông dự kiến đặt trên dòng sông Nậm Pông. Khu đầu mối công trình thuộc xã Châu Phong còn nhà máy nằm cách quốc lộ 48 khoảng 1 km, cách đường Hồ Chí Minh trên 70km, trên địa bàn xã Châu Hạnh, huyện Quỳ Châu tỉnh Nghệ An. Nậm Pông bắt nguồn từ dãy

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM PÔNG, QUỲ CHÂU, NGHỆ AN

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM PÔNG, QUỲ CHÂU, NGHỆ AN MỤC LỤC .................................................................................................................. 1 PHẦN I :GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH .................................. 4 CHƯƠNG 1: Tổng quan về công trình............................................................... 4 1.1 Giới thiệu về công trình : ............................................................................. 4 1.2 Nhiệm vụ công trình: .................................................................................. 4 CHƯƠNG 2: Các tài liệu điều tra thu thập được ............................................. 5 2.1 Tài liệu về địa hình, địa chất:....................................................................... 5 2.2 Tài liệu thủy văn : ........................................................................................ 6 2.3 Tài liệu về dân sinh kinh tế tại khu vực dự kiến xây dựng công trình : .... 10 2.4 Nhu cầu dung điện : ................................................................................... 11 PHẦN II :TÍNH TOÁN THỦY VĂN ..................................................................... 13 CHƯƠNG 1: Tính toán điều tiết lũ................................................................... 13 1.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ : ................................................................. 13 1.2 Chọn phương pháp phòng lũ và biện pháp tháo lũ : .................................. 13 CHƯƠNG 2: Phương pháp tính toán điều tiết lũ ............................................ 14 2.1 Tính toán với lưu lượng thiết kế : .............................................................. 14 1.2 Tính toán với lưu lượng kiểm tra :............................................................. 14 PHẦN III: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG................................................................. 15 CHƯƠNG 1:Bố trí sơ bộ công trình ................................................................. 15 1.1 Bố trí các công trình đầu mối : .................................................................. 15 1.2 Cách bố trí các công trình trên tuyến năng lượng :.................................... 16 CHƯƠNG 2:Tính toán thủy năng .............................................................................. 18 2.1 Chọn hình thức điều tiết :........................................................................... 18 2.2 Tính toán thủy năng : ................................................................................. 18 2.3 Lựa chọn các thông số thiết kế : ................................................................ 22 2.4 Phương pháp tính toán thủy năng : .......................................................... 404 2.5 Kết quả tính toán thủy năng :..................................................................... 26 PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG .............................................................. 28 CHƯƠNG 1: Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu .................................... 28 1.1 Nhiệm vụ của các công trình thủy công nói chung : ................................. 28 1.2 Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình : ................................................. 28 CHƯƠNG 2: Chọn tuyến và bố trí tổng thể công trình.................................. 30 2.1 Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính : ............................................. 30 2.2 Bố trí tổng thể công trình :......................................................................... 30 CHƯƠNG 3: Chọn hình dạng cấu tạo cụm công trình................................... 32 3.1 Chọn hình dàng cấu tạo đập không tràn : .................................................. 32 3.2 Chọn hình dạng mặt cắt cho đập tràn : ...................................................... 32 CHƯƠNG 4: Tính toán thủy lực đập tràn ....................................................... 33 4.1 Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũ thiết kế : ...... 33 4.2 Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra :............................ 33 CHƯƠNG 5: Thiết kế đập không tràn ............................................................. 35 5.1 Mặt cắt cơ bản :.......................................................................................... 35 5.2 Tính toán mặt cắt thực dụng đập không tràn : ........................................... 37 CHƯƠNG 6: Tính toán thiết kế đập tràn.................................................................43 6.1 Thiết kế mặt cắt thực dụng của đập tràn :................................................... 43 6.2 Tính toán tiêu năng : .................................................................................. 45
CHƯƠNG 7 : Thiết kế tuyến năng lượng ....................................................... 49 7.1 Chọn phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lực : ........................ 49 7.2 Công trình lấy nước : .................................................................................. 49 7.3 Tính toán tổn thất thuỷ lực qua CLN : ........................................................ 54 7.4 Thiết kế đường hầm dẫn nước : .................................................................. 56 7.5 Tính toán tháp điều áp : .............................................................................. 57 7.6 Tính toán đường ống áp lực :...................................................................... 58 7.7 Tính toán nước va trong đường ống áp lực : .............................................. 60 PHẦN V:LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÁY THUỶ ĐIỆN ................................... 70 CHƯƠNG 1: Chọn số tổ máy ............................................................................ 70 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ : ........................................ 70 1.2 Chọn số tổ máy cho TTĐ Nậm Pông :........................................................ 71 CHƯƠNG 2: Xác định các thông số của turbin và máy phát ........................... 72 2.1 Xác định các thông số cơ bản của turbin : .................................................. 72 2.2. Chọn máy phát thủy điện: .......................................................................... 80 CHƯƠNG 3: Chọn thiết bị dẫn và thoát nước ...................................................... 88 3.1. Thiết bị dẫn nước cho nhà máy thuỷ điện: ................................................ 88 3.2. Thiết bị thoát nước cho nhà máy: .............................................................. 92 CHƯƠNG 4: Chọn thiết bị điều chỉnh turbin ........................................................ 95 4.1 Nhiệm vụ của điều chỉnh Turbin: .............................................................. 95 4.2 Hệ thống điều chỉnh turbin : ....................................................................... 96 CHƯƠNG 5: Chọn sơ đồ đấu điện chính, thiết bị nâng hạ ...............................101 5.1 Sơ đồ đấu điện chính:............................................................................... 101 5.2 Chọn thiết bị phân phối điện cho TTĐ Nậm Pông : ................................ 104 5.3 Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ Nậm Pông :.................................... 108 PHẦN VI: NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN ........................................................................ 6210 CHƯƠNG 1: Các kích thước cơ bản của nhà máy .................................... 6210 1.1 Vị trí và loại nhà máy : ........................................................................... 6210 1.2 Kết cấu và kích thước phần dưới nước của TTĐ :.................................... 110 1.3 Kết cấu và kích thước phần trên nước của TTĐ : ....................................... 63 CHƯƠNG 2: ..................................................................................................... 66 2.1 Các thiết bị bố trí trong nhà máy thuỷ điện : .................................................. 2.2 Các phòng phụ của nhà máy : ......................................................................... PHẦN VII: CHUYÊN ĐỀ .......................................................................................... PHẦN VIII: CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN............................................................... LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................
PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1. Giới thiệu về công trình 1.1.1. Tên công trình: Công trình thủy điện Nậm Pông, huyện Quỳ Châu, tỉnh Nghệ an. 1.1.2. Vị trí công trình Công trình thuỷ điện Nậm Pông dự kiến đặt trên dòng sông Nậm Pông. Khu đầu mối công trình thuộc xã Châu Phong còn nhà máy nằm cách quốc lộ 48 khoảng 1 km, cách đường Hồ Chí Minh trên 70km, trên địa bàn xã Châu Hạnh, huyện Quỳ Châu tỉnh Nghệ An. Nậm Pông bắt nguồn từ dãy Trường sơn, biên giới Việt nam- Lào, độ cao 1.400m đến 1.500m, là nhánh cấp I và nằm ở hữu ngạn sông Hiếu, một dòng sông có lưu lượng nước rất lớn, chảy về khu vực giữa tỉnh Nghệ an, hàng năm gây ra lũ lụt rất lớn cho đồng bào ở cả thượng du và hạ du. Từ nguồn về, dòng chảy chính chảy theo hướng Tây Nam- Đông Bắc, nhập với sông Hiếu cách thị trấn Quỳ Châu khoảng 8-10 km về phía thượng lưu. 1.2. Nhiệm vụ công trình: - Thuỷ điện Nậm Pông dự kiến xây dựng trong 3 năm. Nhiệm vụ chủ yếu là phát điện với công suất lắp máy là 30 MW, hoà vào lưới điện khu vực cấp điện áp 110 kV, sản điện lượng bình quân năm 123,965 triệu kWh. - Ngoài ra khi công trình thuỷ điện được xây dựng sẽ tạo công ăn việc làm cho một bộ phận không nhỏ dân trong vùng và cũng góp phần phát triển hạ tầng, thúc đẩy nền kinh tế của địa phương phát triển hơn nữa. CHƯƠNG II: CÁC TÀI LIỆU ĐIỀU TRA ĐÃ THU THẬP ĐƯỢC 2.1. Tài liệu về địa hình, địa chất: a). Đặc điểm địa hình khu vực công trình: - Khu vực công trình có dạng địa hình vùng núi cao trung bình với mức độ chia cắt mạnh, các sườn núi hẹp và dốc 20- 400 . - Hoạt động đứt gãy kiến tạo khu vực công trình thủy điện Nậm Pông phát triển khá mạnh, trong vùng nghiên cứu với hệ thống đứt gãy chủ yếu: Tây Bắc- Đông Nam có góc dốc lớn cắm về phía Đông Bắc, ít hơn là hệ thống đứt gãy theo phương Đông Bắc -Tây Nam có góc dốc lớn cắm về phía Đông Nam. Các đứt gãy gồm 9 đứt gãy bậc IV và một số đứt gãy bậc V. b). Các tài liệu qua công tác khoan trắc về địa hình: - Đã có bản đồ địa hình toàn vùng dự định xây dựng công trình với tỉ lệ 1:20000 - Bản đồ tỉ lệ 1:200 tại khu vực tuyến đập và tại nhà máy. c). Địa chất khu vực công trình: - Phần lớn khu vực nghiên cứu phân bố đá granitôgownai,…cấu tạo khối, đá cứng chắc, có các mạch thạch anh dày 0,5m đến 2,0m xuyên cắt. - Các hiện tượng địa chất vật lý như đá lăn, trượt lở, đá đổ tại các sườn dốc khu vực tuyến đập rất nguy hiểm đe dọa ổn định công trình. - Điều kiện địa chất các công trình chính: + Điều kiện địa chất công trình tuyến đập dự kiến là tương đối thuận lợi, lòng sông có lớp cát, cuội, sỏi và tảng lăn kích thước lớn dày 1,8 tới 4,3m. Dự kiến tuyến đập đặt tại vị trí mặt cắt 2-2 đã khảo sát và đập đặt trên đá đới IIA. + Điều kiện địa chất công trình tuyến đường hầm dự kiến xây dựng cũng tương đối tốt: tuyến dài khoảng 5km, địa hình phân cắt trung bình, hầm sâu dưới mặt đất đến hàng trăm mét. - Hồ chứa thủy điện Nậm Pông là hồ chứa miền núi, hẹp, nông, vách dốc 20- 400 . Địa hình phân cắt mạnh, hiện tượng trượt lở đất đá ven bờ phát triển mạnh với quy mô cục bộ, khả năng thấm mất nước qua hồ chứa và hai vai đập là nhỏ, không đáng kể. 2.2. Tài liệu thủy văn: a). Đặc điểm khí hậu:
- Khí hậu:Công trình thủy điện nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với các hướng gió chính là: Gió mùa Đông, Đông Bắc, gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Nam. Gió mùa Đông Nam ảnh hưởng lớn tới lượng mưa ở vùng. - Nhiệt độ và độ ẩm không khí: + Chế độ nhiệt trong năm biến đổi theo mùa rõ rệt mùa nóng và mùa lạnh, sự chênh lênh nhiệt độ giữa 2 mùa có khi lên tới 200 . + Lưu vực sông Hiếu nói chung có độ ẩm không cao. Giá trị độ ẩm tương đối trung bình năm ít biến đổi trong vùng, giữa các tháng độ ẩm ít thay đổi. - Chế độ mưa: Phân bố mưa trên lưu vực sông Hiếu có xu hướng tăng dần từ hạ lưu lên phía thượng nguồn. Để phục vụ cho việc tính toán xác định dòng chảy lũ thiết kế cho công trình, lượng mưa ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế được cho bảng sau: Bảng 2.1 Lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất thiết kế: Trạm Lượng mưa ứng với các tần suất thiết kế( X max p % ) 0,2 0,5 1 2 5 10 20 Quỳ Châu 496 435 382 331 269 224 - Lượng bốc hơi trên khu vực công trình: Lượng bốc hơi trung bình năm quan trắc được cho thấy trên lưu vực biến đổi từ vùng thấp đến vùng cao. Ở vùng cao có lượng bốc hơi nhỏ hơn vùng thấp và tổng lượng bốc hơi năm dao động trong khoảng từ 700m đến 950m. - Chế độ gió tại khu vực khảo sát: Gió hoạt động trên lưu vực sông Cả nói chung và lưu vực sông Hiếu nói riêng thay đổi theo mùa, cơ chế gió mang nhiều tính địa phương nhất là ở những nơi có địa hình phức tạp. Trong năm phân biệt hai mùa gió: + Mùa đông gió thịnh hành là Đông - Đông Bắc, mùa đông tập trung xung quanh hướng gió thịnh hành với một tần suất khá cao và tương đối ổn định. + Mùa hè hướng gió thịnh hành là Tây - Tây Nam, gió mùa hè không tập trung bằng mùa đông. Gió Lào tập trung nhiều từ tháng IV tới tháng VII mang thời tiết khô nóng rất khó chịu. b). Các đặc trưng về thủy văn dùng cho công tác thiết kế: - Đặc trưng dòng chảy năm thiết kế: Qua quá trình quan trắc tại các trạm thủy văn khu vực dự kiến xây dựng công trình và dựa trên những kết quả tính toán thủy văn ta thu được đặc trưng dòng cháy năm thiết kế tại tuyến công trình được cho bởi bảng sau: Bảng 2.2: Đặc trưng dòng chảy năm thiết kế tại tuyến Nậm Pông Diện tích lưu Qo Q p % ( m3 / s ) 2 Tuyến vực: F km Cv Cs 10 m3 / s 50 75 80 90 Nậm Pông 354 12,15 0,356 2 Cv 17,9 11,6 9,03 8,47 7,05 + Qo : là lưu lượng trung bình nhiều năm, + Cv , Cs : là hệ số đặc trưng dòng chảy năm, - Chế độ dòng chảy qua tuyến đập được đặc trưng bởi đường duy trì lưu lượng ngày đêm cho bởi bảng sau: Bảng 2.3. Lưu lượng ngày đêm tuyến Nậm Pông ứng với các mức bảo đảm: Tuyến Lưu lượng ngày đêm thiết kế P% Q p % (m3 / s ) F 2 km 10 30 50 75 80 85 90 Nậm Pông 354 22,9 12,09 8,15 4,62 4,09 3,67 3,18 Trong đó F là diện tích lưu vực tuyến công trình Bảng 2.4. Tọa độ đường duy trì lưu lượng ngày đêm tuyến nhà máy Nậm Pông. P% Qng − dêmtuyenNM 0,3 155,15
1 83,41 2 56,95 3 44,59 5 32,68 10 23,84 15 19,69 20 16,36 25 14,34 30 12,7 35 11,27 40 10,44 45 9,25 50 8,57 55 7,45 60 6,85 65 6,05 70 5,43 75 4,85 80 4,3 85 3,86 90 3,34 95 2,87 97 2,46 100 1,04 - Ngoài bảng lưu lượng ngày đêm còn có dòng chảy lũ thiết kế tại tuyến đập Nậm Pông được xác định theo 3 phương pháp nhưng trong đồ án này ta lấy kết quả tính toán theo phương pháp của Alếchxâyép. Với các tần suất kiểm tra 0,2%, tần suất thiết kế 0,1% Bảng 2.5. Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tại tuyến công trình Nậm Pông: Phương pháp Q p % ( m3 / s ) 0,2% 1% 5% 10% Alếchxâyép 2960 2198 1477 1203 - Dòng chảy bùn cát tự nhiên đến tuyến công trình: + Dòng chảy bùn cát tự nhiên tới tuyến công trình được xác định theo độ đục thực đo của trạm Quỳ Châu. + Kết quả tính toán lưu lượng phù sa trung bình hàng năm đến tuyến công trình được giới thiệu bảng sau: Bảng 2.6. Dòng chảy phù sa trung bình hằng năm tuyến đập Nậm Pông ρ o ( g / m3 ) Tuyến Q0 (m3 / s ) Wtc (103 t / n) Vtc (103 m3 / n) Nậm Pông 12,15 154,9 83,1 69,8 + ρo : Dung trọng riêng của bùn cát. + Wtc ,Vtc : là tổng lượng và tổng thể tích phù sa lơ lửng và di đẩy. - Trên cơ sở tính toán và đo đạc trên bình đồ tổng thể ta có được bảng tọa độ đường quan hệ Z - F và Z - W hồ chứa. Bảng 2.7. Quan hệ cao trình hồ với diện tích và dung tích. Z (m) 236,5 238 240 242 244 246 248 F (km2) 0,000 0,002 0,003 0,006 0,011 0,015 0,024 W( 10 m ) 0,000 0,001 0,005 0,014 0,031 0,057 0,1 6
250 252 254 256 258 260 262 264 0,07 0,012 0,17 0,25 0,32 0,44 0,57 0,7 0,19 0,38 0,68 1,10 1,67 2,43 3,44 4,71 - Đường quan hệ lưu lượng và mực nước tại tuyến công trình và tuyến nhà máy được xây dựng theo công thức: 2 1 ω .R J 3 2 Q= n + Q: là lưu lượng tính toán ( m3 / s ) + ω : diện tích mặt cắt ngang + R: bán kính thủy lực tại mặt cắt tính toán + J: độ dốc mặt nước + n: độ nhám lòng sông Bảng 2.8. Quan hệ Q= f(h) nhà máy: Q m3 / s 0,00 3,27 7,67 11,76 17,09 23,99 30,81 41,42 54,07 73,03 Z(m) 86,0 86,5 87,0 87,5 88,0 88,5 89,0 89,5 90,0 90,5 97,03 130,1 171,26 226,01 290,39 366,16 450,2 548,16 659,27 774,5 91,0 91,5 92,0 92,5 93,0 93,5 94,0 94,5 95,0 95,5 900,29 1035,31 1180,00 1332,44 1493,39 1660,98 1825,40 2010,24 96,0 96,5 97,0 97,5 98,0 98,5 99,0 99,5 2.3. Tài liệu về dân sinh kinh tế tại khu vực dự kiến xây dựng công trình: a). Tình hình thực tế của huyện Quỳ Châu: - Quỳ Châu là một huyện vùng cao của tỉnh Nghệ An, Việt Nam. Quỳ Châu nằm trong vùng kinh tế Phủ Quỳ, trung tâm của miền Tây Bắc Nghệ An. - Địa hình khu vực khá phức tạp bị ngăn cách bởi nhiều sông suối nhỏ. Tuy nhiên đây cũng là thuận lợi để phát triển thủy điện. Do địa hình phức tạp nên vốn rừng của huyện vẫn được bảo tồn tốt. - Cơ cấu ngành nghề của huyện: + Lâm nghiệp: Quỳ Châu là huyện có diện tích rừng lớn ở Nghệ An, chiếm gần 60% diện tích đất tự nhiên. + Trong sản xuất nông nghiệp: Tuy diện tích đất nông nghiệp bị hạn chế nhưng do áp dụng nhiều khoa học kỹ thuật tiến bộ nên sản lượng vẫn cao 93 tạ/ha (vào năm 2003). + Ngành tiểu thủ công nghiệp với các ngành nghề truyền thống như dệt thổ cẩm, đan lát,…tuy chưa phát triển nhưng đã đem lại phần nào thu nhập cho người dân. - Quỳ Châu vẫn là huyện nghèo, mỗi năm thu ngân sách trên địa bàn chỉ trên 1 tỷ đồng ngoài ngân sách do Nhà nước cân đối. => Trên thực tế Quỳ Châu còn phải đối mặt với nhiều khó khăn như tiềm năng lâm nghiệp chưa được khai thác hợp lý, công nghiệp- tiểu thủ công nghiệp- dịch vụ phát triển chậm, thu ngân sách còn thấp… b). Định hướng và mục tiêu phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2015: 1). Định hướng phát triển kinh tế: Để phát triển kinh tế đạt hiệu quả cao nhất Quỳ Châu đã chia các xã ra thành 4 vùng kinh tế khác nhau: 2). Một số chỉ tiêu phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2010.
- Tốc độ tăng trưởng GDP thời kỳ 2001-2010 là: 12,6%/năm. - Thu nhập bình quân đầu người năm 2010: 3,725 triệu đồng, tăng gấp đôi so với năm 2000. - 80% dân số dùng nước sạch năm 2005 và 100% dân dùng nước sạch năm 2010… 2.4. Nhu cầu dùng điện: Đến năm 2003, Quỳ Châu mới chỉ có 7/12 xã, thị trấn có điện lưới quốc gia với 6.550 hộ được dùng điện, chiếm 63,4% số hộ cả huyện, 519 máy phát thủy điện cực nhỏ của bà con nhân dân vùng sâu vùng xa. Vì vậy nhu cầu dùng điện của người dân là rất lớn. Công trình thủy điện Nậm Pông được xây dựng sẽ góp một phần lớn điện bổ sung cho các huyện thiếu điện trong vùng, làm cho đời sống người dân nâng cao và góp phần làm cho nền kinh tế phát triển. PHẦN II: TÍNH TOÁN THỦY VĂN CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 1.1. Mục đích của tính toán điều tiết lũ - Điều tiết lũ nói chung là quá trình làm thay đổi dòng chảy lũ dọc theo đường vận chuyển của nó, cụ thể là đỉnh lũ giảm nhỏ, thời gian lũ dài ra. - Nhiệm vụ tính toán điều tiết lũ nhằm thoả mãn nhu cầu phòng lũ, chứa bớt lũ vào dung tích phòng lũ, giảm bớt lưu lượng xả qua công trình xả lũ, từ đó đáp ứng yêu cầu phòng chống lũ cho các công trình ven sông và khu vực hạ lưu, qua tính toán tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiệu quả nhất, như xác định quy mô và kích thước của công trình xả.... 1.2. Chọn phương pháp phòng lũ và biện pháp tháo lũ 1.2.1. Các phương pháp phòng lũ của kho nước (hồ chứa) Có 3 phương pháp chính để phòng lũ cho hồ chứa đó là: - Phòng lũ bằng dung tích kết hợp. - Phòng lũ bằng dung tích siêu cao. - Kết hợp 2 phương pháp trên. => Do tình hình cụ thể của công trình: địa hình dốc, hồ chứa nhỏ dung tích hữu ích nhỏ. Vì vậy trong đồ án thiết kế sơ bộ, chọn phương pháp phòng lũ bằng dung tích siêu cao. 1.2.2. Chọn phương pháp tháo lũ - Có rất nhiều phương pháp tháo lũ như tháo lũ qua tràn tự do, xả lũ qua tràn có cửa van hay xả lũ qua tràn dọc hoặc xả qua xiphông. Từ tuyến đã chọn, mực nước thiết kế, phương án bố trí công trình và giải pháp kết cấu chính, chọn hình thức xả lũ là xả mặt với tràn không có cửa van vì công trình nhỏ, kích thước công trình xả lũ không lớn nên không cần thiết dùng đến van. CHƯƠNG II : PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 2.1.Tính toán với lưu lượng thiết kế: - Có rất nhiều phương pháp tính toán khác nhau như phương pháp tính đúng dần (phương pháp giải tích), phương pháp Pôtapốp, Kôtrêrin…Tuy nhiên trong giai đoạn thiết kế sơ bộ chọn phương pháp tính toán điều tiết lũ đơn giản của Kôtrêrin để tính. Lưu lượng xả lớn nhất được tính theo công thức   V q max = Q1% .1 − sc  max    WL  Trong đó : + Q1% : Lưu lượng lũ thiết kế, Q1% = 2198 (m3/s). max max + Vsc: Dung tích phòng lũ của hồ (dung tích siêu cao). + WL: Tổng lượng lũ thiết kế - Do hồ chứa của công trình Nậm Pông có dung tích hữu ích nhỏ, hồ chỉ điều tiết ngày đêm nên ta bỏ qua dung tích phòng lũ, coi Vsc = 0. Nên qxả = Q1% = 2198 (m3/s). max
Từ đó ta xác định Qxả theo công thức: Qxả = Qmax - αt .QTđmax Với αt là hệ số lợi dụng và αt =0,7 – 0,8 Do lưu lượng QTđmax nhỏ hơn nhiều so với lưu lượng xa qua tràn nên ta có thể tạm thời lấy Qxả = 3 Q1% =2198 m /s để tính toán xác định cột nước tràn để tính toán xác định cột nước tràn. max 2.2.Tính toán với lưu lượng kiểm tra: - Cũng dùng phương pháp tương tự như trên tính toán lưu lượng xả lớn nhất ứng với mức 0,2% là: Qxả = Q0,2% =2960 m3/s max PHẦN III:TÍNH TOÁN THỦY NĂNG CHƯƠNG I : BỐ TRÍ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH 1.1.Bố trí các công trình đầu mối: a). Tuyến đập chính. - Vị trí: Khi khảo sát địa hình tại khu vực các kỹ sư đã đưa ra 2 phương án chọn vị trí xây dựng tuyến đập.Trong đồ án này, chọn vị trí xây dựng tuyến đập theo phương án 2. Vị trí của tuyến đập được xác định trên bình đồ bởi hai điểm: D1 có tọa độ: X = 2158968,0468 Y = 503649,7685 D4 có tọa độ: X = 2158803,3877 Y = 503954,6937 - Tuyến đập gồm có đập dâng nước và đập tràn nối liền với nhau: b). Đập dâng nước: - Vị trí của đập dâng dược xác định dựa vào vị trí của tuyến đập. Đập dâng được bố trí ở hai bên của tuyến đập. Với chiều cao đập thảo mãn các điều kiện không cho nước tràn qua trong bất kì trường hợp nào. - Loại đập: Có thể thiết kế đập theo các loại sau đây: + Đập đất. + Đập bê tông trọng lực. + Đập đá đổ. - Việc lựa chọn loại đập phải dựa trên sự khảo sát, phân tích địa hình địa chất vật liệu để chọn ra loại đập thích hợp với công trình và đem lại hiệu quả cao nhất. Theo kinh nghiệm với các công trình thủy điện đã được xây dựng gần khu vực công trình và dựa vào tài liệu của các anh chị kỹ sư cũng như địa hình ở đây rất dốc, hẹp. Đập được xây dựng là loại đập bê tông trọng lực. - Hình dạng mặt cắt: Dạng tam giác c). Đập tràn: - Vị trí xây dựng đập tràn cũng giống như đập không tràn đều phụ thuộc vào vị trí tuyến đập. Được xác định bởi 2 điểm D1, D4. Được xây dựng kẹp giữa 2 đoạn của đập không tràn. - Đập tràn có mặt cắt dạng Ôphixêrốp tràn tự do với cao trình đỉnh tràn ứng với MNDBT = 258m. Đập chỉ có một khoang tràn không bố trí cầu công tác cũng như thiết bị nào trên tràn. Chiều rộng của tràn vào khoảng 60m. - Lưu lượng lớn nhất qua tràn sẽ là lưu lượng ứng với tần suất là 0,2% tức là mực nước lũ kiểm tra. Hình thức tiêu năng qua tràn sẽ là tiêu năng mặt với hình thức tiêu năng phóng xa, tiêu năng bằng mũi phun. Với cao trình mũi phun đảm bảo cho quá trình tiêu năng được tốt nhất. 1.2. Cách bố trí các công trình trên tuyến năng lượng: a). Cửa lấy nước: - Vị trí cửa lấy nước được bố trí ngay dưới đập không tràn phía góc phải. - Vì trạm thủy điện là kiểu đập kết hợp đường dẫn và do địa hình tương đối dốc lên cửa lấy nước là cửa lấy nước có áp.
- Hình dạng cửa lấy nước: Cửa lấy nước có mặt cắt là hình chữ nhật, nhưng phía trên được thiết kế có vòm để tăng khả năng chịu áp lực và cũng để thuận dòng chảy vào. - Cửa lấy nước có bố trí lưới chắn rác và các van sự cố và sửa chữa… - Ngưỡng của cửa lấy nước được bố trí thấp hơn mực nước chết. - Đáy của cửa lấy nước lấy cao hơn cao trình bùn cát từ 1-2m. - Ngưỡng trên hay ngưỡng dưới đều có phần đầu lượn theo hình elip để cho dòng chảy nào là thuận và tổn thất thủy lực là nhỏ nhất. b). Tuyến năng lượng: - Với một phương án chọn cửa lấy nước có rất nhiều phương án chọn tuyến năng lượng. Trên cơ sở điều kiện địa chất địa hình và tính kinh tế, ta thống nhất chọn phương án sẽ trình bày ở bản vẽ. Chiều dài tuyến đập là 5km. - Đường hầm là đường hầm có áp làm bằng bê tông cốt thép, nằm hoàn toàn trong lòng đất được nối tiếp với của lấy nước đoạn cuối là tháp điều áp. - Tháp điều áp làm theo hình thức viên trụ có họng cản là kiểu tháp dễ thi công và có khả năng làm giảm áp lực nước va rất tốt. Tháp được xây dựng gần nhà máy nhất có thể, đỉnh nhô lên phía trên thông khí, sau tháp là đường ống áp lực làm bằng thép được đặt lộ thiên, có các mố ôm, mố đỡ để cố định ống và ổn định đường ống. Độ dài đường ống chính là 354,5m, đoạn chia vào hai tổ máy dài 1,2m, nhằm dẫn nước có áp vào các tuabin nhà máy. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG 2.1. Chọn hình thức điều tiết: - Do công trình thủy điện Nậm Pông nằm trên khu vực miền trung của đất nước nơi có địa hình rất phức tạp. Địa hình ở trong khu vực chủ yếu là núi cao và dốc lên khi xây dựng đập hình thành hồ chứa thì dung tích hồ chứa không được nhiều. Chính vì vậy mà trạm thủy điện không thể đủ dung tích để tiến hành điều tiết năm chỉ đủ dung tích để tiến hành điều tiết ngày đêm. - Một lý do nữa khiến trạm chỉ có thể điều tiết theo hình thức ngày đêm là không thể tăng chiều cao đập lên quá cao sẽ làm diện tích ngập lụt lên quá lớn dẫn tới đền bù nhiều. Hơn nữa khi tăng mực nước trong hồ sẽ bị tổn thất nhiều do khi lên cao núi sẽ có nhiều hang và địa chất kém hơn. Hơn nữa, tăng chiều cao đập cũng không làm thể tích hồ chứa tăng lên đáng kể. 2.2. Tính toán thủy năng: 2.2.1. Chọn lưu lượng thiết kế: ( Qtk ) - Theo kinh nghiệm với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất thì lưu lượng thiết kế sẽ lấy 1,2 đến 2 lần lưu lượng bình quân năm của dòng chảy: Qtk = (1,2 ÷ 2). Qo + Qtk : lưu lượng thiết kế. + Qo : lưu lượng bình quân nhiều năm của dòng chảy theo tài liệu thủy văn( Qo =12,15 m3 / s ) Trong đồ án này cụ thể lấy hệ số là 1,8 tức là: Qtk = 1,8. Qo Qtk = 1,8.12,15 => Qtk =21,87( m3 / s ) 2.2.2. Xác định mực nước dâng bình thường (MNDBT) của hồ chứa: - Dựa vào bản đồ khu vực, địa chất khu vực, cũng như việc đo vẽ tính toán. Đưa ra những đánh giá về khả nằng phát điện cũng như mức độ ngập lụt của từng phương án MNDBT và những điều kiện hạn chế của mực nước trong hồ để đưa ra một phương án có tính kinh tế cao nhất. Quá trình tính toán rất phức tạp nên đồ án này không thể tìm hiểu hết được vì vậy sơ bộ chọn MNDBT = 258m. 2.2.3. Xác định dung tích có ích của hồ chứa: ( Wci ).
- Vì trạm thủy điện đang tính toán là trạm thủy điện điều tiết ngày đêm nên dung tích có ích của hồ chứa được xác định trên cơ sở: Vào mùa kiệt dung tích của hồ chứa phải trữ đủ nước của giờ không phát điện hoặc giờ phát thấp điểm để dùng toàn bộ dung tích đó phát điện cho giờ cao điểm trong ngày (4-8)giờ. Trong đồ án chọn số giờ cao điểm trong ngày là 5 giờ. - Tính dung tích có ích với trường hợp như sau: Vào mùa kiệt ngày có lượng nước đến trữ nước với số giờ không phát điện là 19 giờ và giành toàn bộ lượng nước đó phát cho 5 giờ cao điểm với lưu lượng thiết kế. Dung tích có ích trữ trong 19 giờ, trong trường hợp này vừa đúng bằng dung tích nước bổ sung dùng để phát điện cho 5 giờ cao điểm. Đây cũng là dung tích có ích lớn nhất và được xác định từ phương trình cân bằng như sau: Qs .19.3600 = ( Qtk - Qs ).5.3600 3,8. Qs = Qtk - Qs 4,8. Qs = Qtk Qtk 21,87 Qs = = 4,8 4,8 => Qs = 4,556 ( m3 / s ) + Qs : lưu lượng nước đến. - Trong trường hợp này Qs cũng chính bằng Qbd = 4,556 ( m3 / s ) vì ứng với Qs thì dung tích của hồ chứa sẽ lớn nhất làm cho lượng điện mà nhà máy phát được sẽ lớn nhất trong 5h cao điểm. => Wci = Qs .19.3600.k + K: hệ số an toàn lấy từ 1,2 tới 1,8 trong đồ án lấy k = 1,7 Wci =4,556.19.3600.1,7 Vậy Wci = 0,53. 106 ( m3 ) 2.2.4. Xác định mực nước chết (MNC) - Mực nước chết được xác định trên cơ sở đã biết MNDBT và dung tích có ích của hồ chứa đã tính toán được ở trên: - Từ MNDBT = 258m ta tra quan hệ Z – W lòng hồ bảng 1.7. suy ra dung tích toàn bộ của hồ chứa ( Wtb ) là: Wtb = 1,67. 106 ( m3 ). Wchet = Wtb - Wci = 1,67. 106 - 0,53. 106 => Wchet = 1,14. 106 ( m3 ) Tra quan hệ W – Z hồ chứa và nội suy ta có MNC = 256,342 m Vậy ta chọn MNC = 256 m. ∗ Kiểm tra MNC - Để kiểm tra xem MNC có phù hợp không ta tính ra tuổi thọ của công trình xem có phải bố trí cống tháo cát không. - Dựa trên cơ sở tính lượng bùn cát tới hồ trong vòng 1 năm Vì lượng bùn cát tới hồ khi xây dựng đập chủ yếu vào mùa lũ khi dòng chảy lớn. Tuy nhiên do hồ là điều tiết ngày đêm lên lưọng bùn cát tới sẽ bị xả qua tràn hết lên lượng bùn cát đọng lại tại chân đập chỉ còn là lượng bùn cát di đẩy ở dưới đáy. - Xác định thể tích bồi lắng trong 1 năm Wcattoanbo = ρ . Wnamnuocden + Wcattoanbo : dung tích cát toàn bộ đến hồ trong 1 năm. +ρ : độ đục của bùn cát theo tài liệu thủy văn ρ = 154,9 (g/ m3 ) + Wnamnuocden : dung tích nước đến trong 1 năm.
Mà Wnamnuocden = Qo .3600.24.365 = 12,15.3600.24.365 => Wnamnuocden = 383,162. 106 ( m3 ) Thay vào công thức trên ta có: Wcattoanbo = 154,89. 10−6 .383,162. 106 Wcattoanbo = 0,059. 106 (tấn) - Thể tích cát toàn bộ ( Vcattoanbo ): Wcattoanbo Vcattoanbo = γ cat 0, 059.106 = 1,5 => Vcattoanbo = 0,0396. 106 ( m3 ) + γ cat : dung trọng riêng của cát theo tài liệu thủy văn ( γ cat =1,5 tấn/ m3 ). - Lượng bùn cát di đẩy chính bằng lượng bùn cát lắng đọng và lượng bùn cát đó chỉ chiếm 0,4 lượng bùn cát toàn bộ. Vậy thể tích lượng bùn cát lắng đọng được xác định: = 0,4. Vcattoanbo Vcatlongdong = 0,4.0,0396. 106 => Vcatlongdong = 0,01582. 106 ( m3 ) - Tuổi thọ của công trình (T) được xác định dựa trên công thức: Wchet T= Vcatlongdong 1,14.106 = 0, 01582.106 T = 72 (năm) - Kiểm tra lại hình thức điều tiết theo công thức: 0,53.106 Wci β= = 383,162.106 Wnamnuocden => β = 0,0014. Vì hệ số β = 0,0014< 0,02 nên trạm thủy điện chỉ thích hợp với hình thức điều tiết ngày đêm. 2.3. Lựa chọn các thông số thiết kế: a) Lưu lượng bình quân nhiều năm ( Qo ): Theo tài liệu tính toán thủy văn Qo = 12,15 ( m3 /s) b) Lưu lượng thiết kế ( Qtk ): Theo tính toán ở trên Qtk = 21,87 ( m3 /s) c) Lưu lượng bảo đảm ( Qbd ): Như đã tính toán ở trên Qbd = 4,556 ( m3 /s) d) Tính toán các cột nước công tác: - Cột nước lớn nhất ( H max ): Cột nước lớn nhất của nhà máy được xác định theo công thức: Q = MNDBT - Z hl H max min = 258 – 87,6 => H max = 170,4 (m)
- Cột nước nhỏ nhất ( H min ) Cột nước nhỏ nhất qua nhà máy được xác định theo công thức: Q = MNC - Z hl H min m ax = 256 – 94,22 => H min = 161,78 (m) - Cột nước tính toán ( H tt ): Theo kinh nghiệm cột nước tính toán lấy lớn hơn và gần bằng cột nước min.Vậy chọn H tt = 162m. - Cột nước ứng với công suất bảo đảm ( H bd ): Cột nước được xác định theo công thức: Q Q = Z tl - Z hl - H w H bd bd bd = 257 – 86,65 – 0,56 => H bd = 169,79 (m) MNDBT + MNC 258 + 256 + Z tl : Mực nước thượng lưu bình quân Z tl = = 2 2 Q + Z hl : mực nước hạ lưu ứng với Qbd tra bảng 1.8 trong đồ án. bd Q + H w : cột nước tổn thất ứng với Qbd bd - Cột nước bình quân ( H bq ): Cột nước bình quân là lấy trung bình cộng của các cột nước trong các thời đoạn tính toán và được xác định theo công thức: ∑H t ii H bq = ∑t i => H bq = 164,78 (m) e) Sơ bộ tính ra các công suất của nhà máy: - Công suất bảo đảm ( Nbd ): Công suất bảo đảm được tính theo công thức như sau: = 8,5. Qbd . H bd N bd = 8,5.4,556.169,79 => N bd = 6,575 (MW) - Công suất lắp máy ( Nlm ): Theo kinh nghiệm lấy N lm = (2-5). Nbd Trong đồ án này chọn N lm bằng 4,5 lần Nbd vậy ta có Nlm ≈ 30 (MW) Để tính ra các công suất lắp máy chính xác ra thực hiện việc so sánh về lợi ích kinh tế, số giờ lợi dụng công suất lắp máy giựa các phương án để tìm ra công suất lắp máy cho phù hợp.Quá trình tính toán sẽ được trình bày ở phần sau. Kết quả tính toán trong phần phụ lục tính toán dựa trên sự so sánh giữa 3 phương án N lm lần lượt là 29MW; 30MW; 31MW. Dựa vào số giờ lợi dụng công suất lắp máy và điện lượng trung bình năm ứng với từng công suất lắp máy kể trên đi tới lựa chọn ra N lm = 30 (MW). 2.4. Phương pháp tính toán thủy năng. 2.4.1. Cách tính toán mô hình phát điện như sau: a).Ngày có lưu lượng dàng chảy lớn Qs ≥ Qtk thì phát điện với lưu lượng thiết kế ( Q fd = Qtk ) trong suốt 24h.
b).Ngày có lưu lượng nhỏ Qs < Qtk thì phát điện vào 5 giờ cao điểm trong ngày với ( Q fd = Qtk ) (gọi là Qcao ). Lượng nước còn lại sẽ được phân phối đều vào 19 giờ thấp điểm còn lại và gọi là Qthap 2.4.2. Các trị số cột nước ở từng thời đoạn: i i H i = Z tl - Z hl - H w + H i : cột nước ở thời đoạn thứ i. i + Z hl : mực nược hạ lưu tương ứng với lưu lượng thứ Qi tra bảng 1.8. i + H w : cột nước tổn thất ứng với lưu lượng Qi . 2.4.3. Công suất trong từng thời đoạn ( N i ) N i = 8,5. Qi . H i + Qi : lưu lượng ở thời đoạn thứ i. 2.4.4. Điện lượng trong từng thời đoạn ( Ei ). Ei = N i . ti + ti : thời đoạn tính toán tương ứng với H i . 2.4.5. Tiền thu được ứng với lượng điện Ei Tính theo giá bán điện các giờ tương ứng và các mùa tương ứng do Tập đoàn Điện lực Việt Nam đưa ra thì: - Mùa lũ (4 tháng trong năm) + Giá giờ cao điểm: 418 đ/kWh + Giờ thấp điểm: 439 đ/kWh - Mùa khô (8 tháng trong năm): + Giá giờ cao điểm: 2077 đ/kWh + Giờ thấp điểm: 418 đ/kWh Quá trình tính toán đã được lập thành bảng trong phụ lục với: Cột 1: P% chọn thời đoạn là 10h lên ∆ P%= 0,114% lên P% là cấp số cộng của 0,114%. Qdau + Qcuoi Cột 2: Qs lưu lượng nước đến trung bình cua của thời đoạn tính toán Qs = 2 Qs .24 Cột 3: Qcao với Qs > Qtk , Qcao = Qtk . Qs < Qtk => Qcao = 5 Qs .24 − Qcao .5 Cột 4: Qthap = 19 Cột 5: Cột nước tổn thất ứng với Qcao . H tt tra quan hệ Q H tt nội suy. Cột 6: Cột nước tổn thất ứng với Qthap . H tt tra quan hệ Q H tt nội suy. Cột 7: Mực nước hạ lưu ứng với Qcao . Z hl tra quan hệ Q Z hl nội suy. Cột 8: Mực nước hạ lưu ứng với Qthap . Z hl tra quan hệ Q Z hl nội suy. Cột 9: Cột nước phát điện tương ứng với giờ cao điểm H fd .Được xác định theo công thức H fd = Z tl - cột 5 – cột 7. Cột 10: Cột nước phát điện tương ứng với giờ thấp điểm H fd .Được xác định theo công thức H fd = Z tl - cột 6 – cột 8 Cột 11: Công suất phát điện giờ cao điểm N fd được xác định theo công thức N fd = 8,5.cột 3.cột 9/1000 + Chia cho 1000 để đổi từ kW ra MW.
Nhưng nếu N fd > Nlm thì chỉ lấy N fd = Nlm = 30 (MW) Cột 12: Công suất phát điện giờ thấp điểm N fd được xác định theo công thức N fd = 8,5.cột 4.cột 10/1000 + Chia cho 1000 để đổi từ kW ra MW. Nhưng nếu N fd > Nlm thì chỉ lấy N fd = Nlm = 30 (MW) Cột 13: Điện lượng thu được vào giờ cao điểm Ecao được xác định theo công thức: 5.10.cot11 Ecao = N i .ti = 24 Cột 14: Điện lượng thu được vào giờ thấp điểm Ethâp được xác định theo công thức: 19.10.cot12 Ethâp = N i .ti = 24 Cột 15: Tiền điện thu được trong thời đoạn được tính theo công thức: Tiền = Ecao .giá điện giờ cao điểm + Ethâp .giá điện giờ thấp điểm Cụ thể mùa lũ Tiền = 418.cột 13 + 439.cột 14 Mùa khô Tiền = 2077.cột 13 + 418. cột 14 2.5.Kết quả tính toán thủy năng: a) Điện lượng mùa lũ bình quân năm: Tiền thu được: 7,654 tỷ VNĐ Ecao = 18312,5 MWh; Ethâp = 54554,58 MWh; Tiền thu được: 23,949 tỷ VNĐ b) Điện lượng mùa kiệt bình quân: Ecao = 33365,28 MWh; Tiền thu được: 69,3 tỷ VNĐ Ethâp = 17733,47 MWh; Tiền thu được: 7,413 tỷ VNĐ c) Tổng điện lượng bình quân năm: Tiền thu được: 108,316 tỷ VNĐ. E = 123965,8 MWh; => Từ phụ lục tính toán ta rút ra bảng kết quả sau Bảng 2.1. Kết quả tính toán các thông số thuỷ năng được tổng hợp ở bảng sau Thông số Đơ n v ị Trị số TT km2 Diện tích lưu vực tuyến Nậm Pông 1 F 345,0 Lưu lượng trung bình năm 2 12,15 m3 / s Qo Lưu lượng đảm bảo 3 4,556 m3 / s Qbd Tổng lượng trung bình năm 106 m3 4 383,16 Wo Mực nước dâng bình thường 5 MNDBT m 258 Mực nước chết 6 MNC m 256 Dung tích toàn bộ 106 m3 7 1,67 Wtb Dung tích chết 106 m3 8 1,14 Wchêt Dung tích hữu ích 106 m3 9 0,53 Whi km2 Diện tích mặt hồ 10 0,32 Cột nước lớn nhất 11 m 170,4 H max Cột nước bình quân 12 m 164,78 H bq Cốt nước tính toán 13 m 162 H tt Cột nước nhỏ nhất 14 m 161,78 H min
Công suất lắp máy 15 MW 30 Nlm Công suất đảm bảo 16 MW 6,575 N bd Điện lượng mùa mưa 106 kWh 17 72,867 Điện lượng mùa khô 106 kWh 18 51,099 Điện lượng trung bình năm 106 kWh 19 123,965 Enam Số giờ sử dụng công suất lắp máy giờ 20 h 4132 PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU 1.1.Nhiệm vụ của các công trình thủy công nói chung - Những công trình thuỷ công là bộ phận quan trọng của trạm thủy điện (TTĐ), khi xây dựng xong những công trình này có nhiệm vụ tập trung cột nước tạo thành hồ chứa, tích nước mùa lũ và cấp nước vào mùa kiệt theo yêu cầu dùng nước của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp, đồng thời đảm bảo an toàn cho bản thân công trình dâng nước và các công trình đầu mối khác, đưa dẫn nước từ hồ chứa tới nhà máy để phát điện. Vì vậy công trình thủy công còn có nhiệm vụ là xả được lượng nước thừa khi có lũ về. Ngoài ra công trình thủy công còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát điện cũng như vốn đầu tư xây dựng công trình, vì vậy khi thiết kế cần phải tính toán sao cho đảm bảo cả điều kiện về kinh tế và kỹ thuật. Các hạng mục chủ yếu của công trình thủy công: 1) Đập dâng nước. 2) Đập tràn và công trình xả lũ. 3) Tuyến năng lượng của nhà máy thủy điện. 1.2. Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình 1.2.1. Nhiệm vụ cụ thể của công trình. Thuỷ điện Nậm Pông được xây dựng có nhiệm vụ chính là phát điện với công suất lắp máy N lm = 30MW và cấp cho lưới điện quốc gia với sản lượng điện trung bình là 123,965.106 kWh/năm đã tính toán ở trên. Ngoài ra nó còn góp phần giảm mực nước lũ cho vùng hạ du, tích một phần nước dùng để tưới tiêu cho vùng hạ lưu tỉnh Nghệ An vào mùa kiệt. Ngoài nhiệm vụ phát điện, công trình còn giúp phát triển giao thông, du lịch. 1.2.2. Đánh giá cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 1). Cấp công trình được xác định từ 2 điều kiện: a). Theo chiều cao đập và loại nền: ∇đỉnh đập = MNDBT+d Sơ bộ lấy d = 4 (m). ∇đỉnh đập = MNDBT + d = 258 + 4 = 262 (m) ⇒ Chiều cao đập là : Hđập = ∇đỉnh đập - ∇đáy đập ∇đáy xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, lấy tại vị trí sâu nhất ứng với cao trình 235m, sau khi đã bóc bỏ lớp phủ ta có ∇đáy = 232 (m). Hđập =∇đỉnh đập - ∇đáy đập = 262 – 232= 30 (m). Và lớp đáy tuyến đập là nền đá. Vậy theo TCVN 285-2002 ta tra được cấp của công trình là cấp III. b). Theo nhiệm vụ của công trình: Nhiệm vụ chính của công trình Nậm Pông là phát điện với công suất lắp máy là 30 MW. Theo TCVN 285-2002 ta tra được cấp của công trình là cấp III. => Từ hai điều kiện trên ta có cấp của công trình là cấp III.
2) Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định được: Tần suất lũ thiết kế p = 1%. Có Q1% = 2198(m3 / s ) Tần suất lũ kiểm tra p = 0,2%. Q0,2% = 2960(m3 / s ) Tần suất lưu lượng đảm bảo phát điện p = 85%. Hệ số tin cậy khi thiết kế công trình Kn = 1,15. - Đà sóng: + Ứng với MNDBT: D = + Ứng với MNDGC: D' = 600 km - Dòng chảy lũ lớn nhất: Q 0,2% = 2960 m3 / s . max - Dòng chảy lũ thiết kế: Q max = 2198 m3 / s . 1% - Hệ số tổ hợp tải trọng: nc = 1,0. CHƯƠNG 2 : CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH 2.1. Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính. a). Chọn tuyến đập: - Vị trí: Khi khảo sát đưa ra 2 phương án chọn vị trí xây dựng tuyến đập.Trong đồ án này chọn vị trí xây dựng tuyến đập theo phương án 2. Vị trí của tuyến đập được xác định trên bình đồ bởi hai điểm: D1 có tọa độ: X = 2158968,0468 Y = 503649,7685 D4 có tọa độ: X = 2158803,3877 Y = 503954,6937 - Tuyến đập gồm có đập dâng nước và đập tràn nối liền với nhau: b). Chọn loại đập cho công trình dâng nước và đập tràn: Việc lựa chọn kết cấu đập cần dựa trên cơ sở so sánh kinh tế– kỹ thuật giữa các phương án. Nhưng trong đồ án này lấy theo kinh nghiệm của một số công trình đã xây dựng gần khu vực nên sơ bộ chọn giải pháp kết cấu đập bê tông trọng lực để thiết kế. 2.2. Bố trí tổng thể công trình. Vị trí tuyến công trình thủy công định xây dựng có địa hình thuận lợi để bố trí các hạng mục như tuyến đập, tuyến năng lượng, khu phụ trợ và hệ thống giao thông trong công trường - Đập dâng: Tuyến đập được bố trí tại vị trí có địa hình vai bởi phải nơi có bờ dốc, lòng sông hẹp. - Đập tràn: Tuyến tràn dự kiến thiết kế nối tiếp với đập dâng từ lòng sông tới bờ trái dự kiến khẩu diện tràn là 60m và trên đó không bố trí bất kỳ một công trình giao thông hay của van nào. - Tuyến năng lượng bao gồm: Cửa nhận nước, đường hầm áp lực, tháp điều áp, đường ống áp lực và nhà máy. Việc bố trí công trình đầu mối phải chú ý kích thước tiết diện xả nước của công trình, đảm bảo nối tiếp dòng chảy hạ lưu, nước ra thuận dòng, khối lượng đào đắp ít, không gây xói lở đập, bờ sông. Căn cứ vào loại đập đã chọn và các tài liệu địa hình, địa chất ta bố trí công trình đầu mối cho trạm thuỷ điện Nậm Pông như sau: 1). Tuyến đầu mối: - Đập dâng được bố trí ở bờ phải của lòng sông, làm bằng bê tông trọng lực bên dưới là cửa lấy nước. Nối tiếp với đập không tràn là đập tràn có chiều dài 60m cũng làm bằng bê tông trọng lực có hình dạng mặt cắt thực dụng theo Ôphixêlốp loại I tại vị trí đã xác định ở trên. 2). Tuyến năng lượng: - Cửa nhận nước bố trí ở bên dưới đập dâng ở bờ bên phải. - Đường hầm áp lực nối tiếp với cửa lấy nước dài 5km đi xuyên qua núi, chạy dọc theo bờ phải của sông Nậm Pông.
- Cuối đường hầm dẫn nước là tháp điều áp. - Sau tháp điều áp là đường ống áp lực được làm bằng thép dài 345,7m được đặt lộ thiên đưa dòng nước có áp vào nhà máy. - Nhà máy thủy điện được đặt ở cuối đường ống áp lực. Sau nhà máy là đoạn kênh để dẫn nước từ nhà máy ra dòng sông chính chảy về phía hạ lưu. 3). Trạm phân phối và đường dây. 4). Nhà vận hành. 5). Đường vận hành. CHƯƠNG 3: CHỌN HÌNH DẠNG CẤU TẠO CỤM CÔNG TRÌNH 3.1.Chọn hình dạng cấu tạo của đập không tràn 3.1.1. Chọn loại đập: - Trong hệ thông các công trình đầu mối thì đập dâng là một bộ phận rất quan trọng. Nó trực tiếp chặn dòng nâng cao cột nước tạo thành hồ chứa. Đập dâng có thể là đập đất, đập đá đổ, đập bê tông trọng lực. - Việc xác định loại đập được dựa vào điều kiện địa hình, địa chất của tuyến đập, tình hình vật liệu địa phương và các đặc trưng khác như điều kiện khí hậu, địa chất thuỷ văn, thuỷ văn dòng chảy. Để chọn được loại đập thích hợp phải thông qua phân tích kinh tế kỹ thuật để chọn được phương án hợp lý. - Nhưng do thời gian làm đồ án hạn chế nên chỉ dựa trên những phân tích về điều kiện địa hình ở đây rất dốc, qua khảo sát địa chất nơi đây có sẵn rất nhiều cát sỏi, dòng chảy tới có lưu tốc bình thường. Chính vì vậy dự kiến chọn hình thức đập là đập bê tông trọng lực như vậy tuyến năng lượng của nhà máy sẽ ngắn hơn và đường ống được bố trí trong thân đập làm tăng độ an toàn. 3.1.2. Chọn hình dạng mặt cắt đập không tràn. - Do đập là bê tông trọng lực lên theo sách thủy công chọn mắt cơ bản của đập không tràn là mặt cắt có dạng tam giác nhưng để đảm bảo ổn định thì đỉnh đập làm rộng 5m. 3.2.Chọn hình dạng mặt cắt cho đập tràn: 3.2.1. Chọn loại đập tràn: - Do vật liệu địa phương tương đối sẵn có lên đập không tràn cũng là đập bêtông trọng lực giống đập không tràn và tạo cho tuyến đập tạo nên sự liền khối vững chắc hơn. 3.2.1. Chọn mặt cắt cơ bản của đập tràn: - Để đảm bảo dòng chảy là thuận nhất và tổn thất thủy lực là nhỏ nhất đồng thời ít ảnh hưởng tới công trình thì đập không tràn được thiết kế theo mặt cắt Ôphixêlôp loại không chân không với hình thức tiêu nước bằng mũi phun và chảy ngập. CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN 4.1. Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũ thiết kế: - Do công trình thủy điện Nậm Pông là công trình nhỏ, đập dâng nước thấp, dung tích hữu ích của hồ nhỏ nên chọn hình thức xả mặt không có cửa van, lưu lượng xả được xả trên toàn bộ chiều dài tuyến tràn, dựa vào điều kiện địa hình địa chất chọn bề rộng tràn là Btràn= 60m chỉ là một khoang tràn không bố trí cầu giao thông phía trên vì cửa lấy nước đã bố trí hết bên phải dưới đập dâng. - Sơ bộ chọn đập tràn thực dụng để tính toán. Dựa trên công thức tính lưu lượng qua đập tràn: Qxả = ε.m.σn.B. 2g . H t3/2 Ta sẽ có chiều cao Ht của đập tràn là :
Q xa Ht = ( )2/3 m.B.ε . 2 g.σ n   2198 Ht =   = 6, 63(m)  0, 49.60.1. 2.9,81.1  Vậy chọn Ht = 6,7 (m) Trong đó: + Qxả = 2198 m3/s + σn = 1 (coi chế độ chảy trong tràn là tự do) + m : hệ số lưu tốc của tràn theo kinh nghiên (m = 0,49) + ε là hệ số co hẹp bên, vì chỉ có mỗi mố bên lên sơ bộ lấy ε = 1. -Vậy MNLTK= MNDBT+ Ht= 258+6,7= 264,7 (m). 4.2.Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra: Vì ta chọn bề rộng khoang tràn theo điều kiện địa hình nên bề rộng của khoang tràn là không đổi B= 60m và cũng chỉ có một khoang tràn duy nhất, xả nước theo phương thức xả mặt không cửa van. Từ công thức: Qxả = ε.m.σn.B. 2g . H t3/2 Q xa Ta có: H t = ( )2/3 m.B.ε . 2 g.σ n 2960 Ht = ( ) 2/3 = 8, 024(m) 0, 49.60.1. 2.9,81.1 Vậy chọn cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra là: 8m. + Qxa : ứng với lưu lượng lũ kiểm tra: ( Qxa = 2960(m3 / s ) Vậy mực nước ứng với mực nước lũ kiểm tra (MNLKT) là: MNLKT = MNDBT + 8= 258 + 8 = 266 m. ∗ Từ kết quả tính toán trên ta có: - Bề rộng khoang tràn B = 60m - Cột nước tràn ứng với mực nước lũ thiết kế H tMNLTK = 6, 7(m) - Cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra H tMNLKT = 8(m) - Mực nước lũ thiết kế: 264,7m, - Mực nước lũ kiểm tra: 266m, - Với qxảMNLTK = 2198(m3/s) tra quan hệ Q Z hl tuyến đập ta có: ZhlMNLTK= 256,36m. - Với qxảMNLKT = 2960(m3/s) tra quan hệ Q Z hl sau đập ta có ZhlMNLKT=259,82m. 3 - Với QTDmax= 21,87(m /s) tra quan hệ Q Z hl sau nhà máy ta có Zhlmax= 88,35m. - Với QTDmin= 4,556 (m3/s) tra quan hệ Q Z hl sau nhà máy ta có Zhlmin= 86,65m. CHƯƠNG 5:THIẾT KẾ ĐẬP KHÔNG TRÀN 5.1. Mặt cắt cơ bản: 5.1.1. Dạng mặt cắt cơ bản: Như đã trình bày ở trên mặt cắt cơ bản của đập không tràn là dạng tam giác và sơ bộ ta xác định được chiều cao và bề rộng đập như sau:
mnltk H1 ®¸y (1-n)B nB L1 L2 s1 δ - Đỉnh mặt cắt có cao trình ngang với MNDGC = MNDBT + Hsc Hsc: Cột nước siêu cao, lấy theo tài liệu tính toán điều tiết lũ ở trên ta có: Hsc = Htr = 6,7 m ⇒ MNDGC =258 + 6,7 = 264,7 m. - Chiều cao mặt cắt đập: H1 = MNDGC – ∇dáy . ⇒ H1 = 264,7–232 = 32,7 m. + ∇đáy: 232 theo tài liệu về địa hình. - Chiều rộng đáy đập (B) bao gồm đoạn hình chiếu của mái thượng lưu là n.B, hình chiếu của của mái hạ lưu là (1 – n).B . Trị số n chọn theo kinh nghiệm: n = (0 ÷ 0,1), ta chọn n = 0 (mái thượng lưu thẳng đứng). 3.1.2. Xác định chiều rộng đáy đập (B): Chiều rộng đáy đập được xác định theo điều kiện ổn định và ứng suất - Theo điều kiện ổn định: H1 B = Kc. γ  f. 1 + n − α1  γ  n  H1 32, 7 B = Kc. = 1, 09. = 26,8 (m)  γ1   2, 4  + 0 − 0,5  f.  + n − α1  0, 7.  1   γn  Trong đó: + H1: Chiều cao mặt cắt đập, H1 = 32,7 (m). + f: Hệ số ma sát giữa đập và nền, lấy f = 0,7. + γ1: Dung trọng của đập (bê tông), γ1 = 2,4 (t/m3). + γn: Dung trọng của nước, γn = 1 (t/m3). + n: Hệ số mái thượng lưu, n = 0. + α1: Hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vì đập cao, công trình quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màng chống thấm.α1 = (0,4 ÷ 0,6) xác định theo mức độ xử lý nền, sơ bộ ta chọn: α1 = 0,5. + Kc- Hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định theo quy phạm mới, ổn định của công trình trên nền được bảo đảm khi: R nc .Ntt ≤ m. Kn
Trong đó: nc- Hệ số tổ hợp tải trọng nc =0,9. + m- Hệ số điều kiện làm việc, m=0,95. + Kn- Hệ số tin cậy Kn =1,15. + Ntt và R lần lượt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và của lực chống trượt giới hạn. Công thức trên có thể viết dưới dạng: R ncKn ≥ N tt m So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi n c .K n Kc = = 1,09 m - Theo điều kiện ứng suất: H1 32, 7 B= = = 23, 72 (m). γ1 2, 4 . (1 − n ) + n.(2 − n) − α1 . (1 − 0 ) + 0.(2 − 0) − 0,5 γn 1 ∗ Để thoả mãn cả hai điều kiện ổn định và ứng suất, chọn B =27 (m). 5.2. Mặt cắt thực dụng đập không tràn Từ mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ xung một số chi tiết ta được mặt cắt thực dụng đập không tràn. 5.2.1. Cao trình đỉnh đập(∇đ): Đỉnh đập bê tông phần không tràn được xác định từ hai điều kiện: ∇đ1 = MNDBT + ∆h + ηs + a. ∇đ2 = MNDGC + ∆h' + ηs' + a'. Trong đó: + MNDBT: Mực nước dâng bình thường, MNDBT = 258 m. + MNDGC: Mực nước gia cường, MNGC = 264,7 m. + ∆h, ∆h': Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. + ηs, ηs': Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. + a, a': Độ vượt cao an toàn. Đối với công trình cấp III: a = 0,5 (m), a’ = 0,4 (m). Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính toán 1). Xác định ∆h: V 2 .D ∆h=2.10-6. cos α s (m). g .H Trong đó: + V – vận tốc gió tính toán. + D - đà sóng ứng với các mực nước khác nhau. + g - gia tốc trọng trường, g= 9,81 (m/s2). + H- chiều sâu nước trước đập. + α s- góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió, α s=00. 2). Xác định η s và η s' Độ dềnh cao nhất của sóng được xác định như sau. η s =k. hs1% Trong đó : + k ηs được xác định theo quy phạm: QPTL- C1-78 . + hs1%- chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; được xác định như sau (theo QPTL- C1-78): + Giả thiết trường hợp đang tính toán là sóng nước sâu: (H>0,5l)