Đang tải... (xem toàn văn)
công trình- thủy điện cửa đạt ( huyện thường xuân - tỉnh thanh hoá )-phần 1 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luậ...
t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ III .TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 1.TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ: A. MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN. Mục đích tính toán điều tiết lũ bằng hồ chứa bảo vệ công trình là trên cơ sở quy mô công trình tháo lũ, thông qua việc tính toán xác định: Các thành phần dung tích phòng lũ cần thiết của hồ; Đường quá trình mực nước hồ Ζ=ƒ(t), các mực nước lũ đặc trưng của hồ, bao gồm mực nước cao nhất trong hồ, ứng với đường quá trình lũ tính toán. Các đường quá trình lưu lượng xả tổng q x (t), xả mặt q xm (t), xả sâu q xs (t), xả sự cố q sc (t). b. CÁC MỰC NƯỚC HỒ ĐẶC TRƯNG. Các mực nước hồ đặc trưng cần được xem xét trong mùa lũ gồm có: • Mực nước khống chế phòng lũ (mực nước trước lũ MNTL): Đó là mực nước cao nhất cần khống chế ở mùa lũ khi tích nước sử dụng. • Mực nước dâng bình thường (MNDBT): Đó là mực nước cao nhất trong hồ cần phải tích trữ để cấp nước phát điện trong trường hợp hồ vận hành bình thường. • Mực nước cao phòng lũ (MNCPL): Đó là mực nước cao nhất trong hồ đạt được khi gặp con lũ ứng với tiêu chuẩn lũ thiết kế của đối tượng cần bảo vệ ở hạ lưu, hồ chứa phải làm nhiệm vụ tích nước lũ và hồ chỉ tháo xuống hạ lưu lưu lượng không quá lưu lượng tháo an toàn cho phép (đối với hồ có nhiệm vụ phòng lũ hạ du). • Mực nước lũ thiết kế (MNLTK): Đó là mực nước cao nhất trong hồ có thể đạt được khi gặp con lũ ứng với tiêu chuẩn lũ thiết kế công trình, các công trình tháo xả hết khả năng tháo của mình, để bảo vệ bản thân công trình. • Mực nước lũ kiểm tra (MNLKT): Đó là mực nước cao nhất trong hồ đạt được khi gặp con lũ ứng với tiêu chuẩn lũ kiểm tra. Với năng lực xả tối đa của tất cả các công trình tháo từ hồ. Mực nước bắt đầu điều tiết là mực nước dâng bình thường. (Nếu có đặt dung tích phòng lũ thì tính từ MNTL) c. PHƯƠNG THỨC ĐIỀU TIẾT LŨ . Đối với hồ chứa không có nhiệm vụ bảo vệ các công trình ở hạ lưu, thì chỉ xem xét việc đảm bảo an toàn cho bản thân công trình. Xác định mực nước lũ thiết kế, mực nước lũ kiểm tra theo phương thức năng lực xả tối đa của tất cả các công trình xả lũ, công trình tháo nước khác khi hồ đã tích đầy. Đối với đập tự tràn không có cửa van thì ngưỡng tràn phải ở mực nước dâng bình thường. Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ Đối với đập tràn có cửa van, cần quy định điều kiện đóng mở van. Thường quy định đóng mở van để hạ mực nước lũ về mực nước trước lũ và khống chế cửa van giữ nguyên mức nước trước lũ. Khi lũ đến hồ lớn thì mở thêm cửa van xả lũ, nếu hồ đầy thì mở toàn bộ cửa van công trình xả lũ. Mô hình lũ tính toán bất lợi nhất được xác định theo tần suất, hoặc lũ PMF, các giá trị này phụ thuộc vào cấp công trình. i. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 1 Nguyên lý cơ bản. Tính toán điều tiết lũ dựa trên phương trình cân bằng nước: Dòng chảy lũ thuộc về dòng không ổn định, phương trình có dạng: + ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ + ∂ ∂ , 1 ;0 2 K QQ t V gs V g V s h s z ts Q ω (V-1) Trong đó: • Q- Lưu lượng; • S - Khoảng cách; • ϖ- Diện tích; • t - Thời gian; • z - Cao trình đáy; • h - Chiều sâu; • v - Lưu tốc; • K- Modul lưu lượng ; Lúc dòng chảy vào hồ chứa, do diện tích mặt hồ tương đối rộng, chiều sâu lớn, V rất nhỏ, từ phương trình liên tục có thể đưa về phương trình đơn giản sau: Qdt - qdt = F.dh ; (V-2) Trong đó: • Q - Lưu lượng vào ; • q - Lưu lượng ra • F - Diện tích mặt hồ chứa ; • h - Cột nước trên công trình tháo lũ Phương trình (V-1) có thể viết thành: (Q- q) = F dt dh (V-3) Dùng trị số bình quân Q bq , q bq Q bq . ∆ t - q bq . ∆ t = ∆ V (V-4) Nếu dùng chỉ số 1 và 2 để chỉ đầu và cuối thời đoạn thì ta có thể viết biểu thức cơ bản để tính toán điều tiết lũ là hệ phương trình: Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ = ∆=−=∆+−∆+ )( )()( 2 1 )( 2 1 122121 Vfq VVVtqqtQQ (V-5) Q 1 , Q 2 , q 1 , q 2 Lưu lượng đến, lưu lượng xả ở đầu và cuối thời đoạn Phân tích các đường quá trình tháo lũ từ hồ chứa. Gọi V m là tổng lượng nước giữ lại, q = f(t) là đường quá trình nước tháo từ hồ chứa. Từ hình 1 ta thấy lúc Q = F(t) đã biết thì V m thay đổi theo đường quá trình q= f(t). Nhưng nếu q = f(t) thay đổi thì hình thức và kích thước của công trình tháo lũ cũng thay đổi theo. Do đó việc phân tích đường quá trình tháo của hồ chứa là một vấn đề quan trọng trong tính toán điều tiết lũ. Từ phương trình (V-3) nhận thấy mực nước hồ đạt cực trị khi Q=q (nghĩa là khi Q d =q x ), tùy thuộc diễn biến lưu lượng xả trước và sau cực trị so với lưu lượng đến mà ta có mực nước hồ đạt Max, hoặc mực nước hồ đạt Min. HìnhV-1 q x = q x (t) Q d = Q d (t) z = z(t) 3 T(giê) Q(m /s)z(m) Do Q là hàm số của thời gian, từ đường đặc trưng diện tích của hồ chứa, ta thấy F là hàm số của h; còn qua biểu thức về thuỷ lực của đập tràn và đường ống có áp ta cũng có thể lập quan hệ giữa q và h. Từ đó lập được phương trình vi phân: θ q FK qQ dt dq . . )( − = ; (V-6) • K- Modul lưu lượng, • θ - Số mũ. K, θ phụ thuộc vào loại công trình tháo. Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ Ta có đường q = f(t) như hình V-1: Tại điểm Q=q thì 0= dt dq đường cong tiếp tuyến với trục hoành, tại đó ta có cực trị. Tùy thuộc diễn biến lưu lượng xả trước và sau cực trị so với lưu lượng đến mà ta có lưu lượng xả Max q max hoặc lưu lượng xả Min q min . Diện tích giữa hai đường Q = Q(t) và q = q(t) bằng lượng nước trữ lớn nhất của hồ chứa (dung tích điều tiết) : q 1 , q 2 là lưu lượng xả từ hồ ở thời điểm t 1 , t 2 với q=q xm + q xs +q tđ +q k (V-7) V 1 ,V 2 là dung tích hồ ở thời điểm t 1 , t 2; t 2 = t 1 + ∆t V 2 = V 1 + ∆V. (V-8) Như vậy, Tại thời điểm t 1 , biết Z 1 , ta có V 1 tương ứng. Từ các công thức tính lưu lượng tháo qua công trình xả mặt, xả sâu .v.v. tìm được q 1 theo (V-6): Tổng lưu lượng xả xuống hạ lưu ở thời điểm t 1 là: q 1 =( 1 xm q + 1 xs q + 1 sc q + 1 k q ) (V-9) Giả thiết lưu lượng xả thời điểm t 2 là q 2 (1) =q 1 . Biết Q 1 , Q 2 , q 1 , q 2 (1) từ ((V-3)) tính được ∆V (1) ⇒ ((V-7)) tính được V 2 (1) , từ quan hệ V = f(Z) ta có Z 2 (1) . Khi đã biết cao độ mực nước hồ Z 2 (1) từ các công thức tính lưu lượng xả qua các công trình tương ứng tìm được q 2 (2) Tính lặp lại cho đến khi |q 2 (n) -q 2 (n+1) |< ε (sai số cho phép) thì xác định được q 2 , Z 2 , V 2 . Với cách làm như vậy có thể tìm ra được mực nước hồ Z, lưu lượng xả q, thời điểm liên tiếp nhau. Từ đó tìm được các đường quá trình mực nước hồ Z =f(t), lưu lượng xả tổng q=q(t), và các lưu lượng qua các công trình xả tương ứng. q xm = q xm (t), q sx =q sx (t), từ đó tìm được mực nước cao nhất trong hồ và dung tích phòng lũ tương ứng. Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t Q(m3/s) Z(m) Q ®Õn1 Q x¶1 Q x¶2 Q ®Õn2 1 2 1 3 4 2 Hình V-2. Sơ đồ tính toán để tìm quan hệ Z = f(t) và Q xả = f(t) t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ ii. CÔNG THỨC TÍNH LƯU LƯỢNG QUA CÔNG TRÌNH XẢ LŨ. 1. Công thức khả năng tháo của công trình tràn, mặt cắt thực dụng: Q= m ε n B 2/3 0 .2 Hg (V-10) • B- Chiều rộng tràn B=nb (n-số khoang tràn, b- chiều rộng một khoang tràn). • ε -Hệ số co hẹp ngang cho trụ giữa và tường biên thuận 4 3 )1( /2,0 1,0 1 B b B b HC B − + −= ε (V-11) b/B<0.2 lấy b/B=0.2; C B /H>3 lấy C B /H=3 • C B - Chiều cao đập tràn. • H - Cột nước tác dụng lên đỉnh đập tràn • H 0 - Cột nước tác dụng lên đỉnh đập tràn có xét vận tốc tiến gần V o g v 2 . H H 2 0 0 α += ; H 0 = MNTL - ∇ ngưỡng tràn. (V-12) g v 2 . HH 2 0 0 α −= (V-13) • m - Hệ số lưu lượng: m = m 0 . K a .K c .K n (V-14) • m 0 Hệ số lưu lượng dẫn xuất, không bị ảnh hưởng của co hẹp bên được tính theo các công thức (V-14), (V-15) • K a , K c , K n là các hệ số xem bảng dưới: • Đập tràn mặt cắt phi chân không Kriger- Ophixêrov H H m /21 /5,2 1.036.0 0 δ δ + − += ; (V-15) iii. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH THÁO: 1. Lựa chọn kích thước công trình tháo mặt. Mặt cắt đập tràn, nhất là phần đỉnh đập có ảnh hưởng quyết định đến hệ số lưu lượng (tức là khả năng tháo nước của đập), và cả chế độ nối tiếp dòng chảy và tiêu năng. Với phương án chọn là xây dựng đập bằng đập BTTL, công trình tràn mặt bố trí lệch về bên bờ phải, và dựa vào các điều kiện địa hình,vị trí tuyến bố trí, địa chất, đặc điểm tuyến xây dựng , đặc điểm công trình, lưu lượng tháo lũ ta chọn phương án đập tràn có mặt cắt thực dụng loại phi chân không kiểu Cơrigiơ - Ôphixêrốp. - Ưu điểm: Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ Tháo vật nổi dễ dàng. Dòng chảy thuận. Hệ số lưu lượng lớn (khả năng tháo lưu lượng qua đập lớn). Chiều dài tràn nước bé hơn. - Nhược điểm: Khối lượng đào lớn và khối lượng bê tông công tác cũng lớn hơn Thi công phức tạp hơn, khó khăn hơn trong công tác ván khuân phân khối đổ. Khi lựa chọn kích thước của công trình tháo mặt, ta nhận thấy công trình tháo càng lớn thì khối lượng đập dâng càng bé và ngược lại hay giá thành của đập tỷ lệ nghịch với giá thành của đập tràn. Để lựa chọn phương án tối ưu về nguyên tắc ta phải lựa chọn công trình tháo với nhiều phương án kích thước khác nhau, tại nhiều cao trình khác nhau và sau đó dựa trên cơ sở tính toán điều tiết để tìm ra được kích thước công trình tháo hợp lý nhất ,đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất. Song ở đây trong phạm vi của một đồ án tốt nghiệp em chỉ đưa ra một số phương án kích thước công trình tháo Bảng V-1 PHƯƠNG ÁN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH THÁO TT Hạng mục ∇ngưỡng ( m ) n B tr (m) ΣB tr (m) Σl tp (m) L tr (m) ∇DB T (m) MNT L (m) I Tháo mặt 80 5 15 75 16 91 97.7 93,5 II Tháo mặt 81 5 16 80 16 96 97.7 93,5 III Tháo mặt 82 5 17 85 16 101 97.7 93,5 iv. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG THÁO: 1. Chuẩn bị số liệu. Theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 285 – 2002) thì việc thiết kế công trình tháo lũ sử dụng mô hình lũ ứng với tần xuất P = 0,1% đối với công trình cấp I Chuẩn bị các số liệu ban đầu cần thiết khác: * Đường quá trình lũ thực đo. * Đường quá trình lũ mô hình ứng với tần xuất P = 0,1% và P = 0,01%. * Phương án kích thước công trình tháo * Công trình tháo mặt. * Lưu lượng tháo qua nhà máy thuỷ điện. * Các đường quan hệ V = f(Z), F = f(Z), Q = f(H hl ). * Các thông số hồ chứa. * Các giá trị lưu lượng tháo ban đầu của quá trình điều tiết. * Các thông số khác như cao trình đáy sông, cao trình lỗ xả sâu và xả sâu sự cố. Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ Mục đích và nhiệm vụ: Mục đích: Xác định được mực nước lớn nhất của hồ chứa tìm ra cao trình đỉnh đập tối ưu nhất vừa đảm bảo điều kiện kinh tế vừa đảm bảo kỹ thuật ,đảm bảo công trình làm việc an toàn khi có lũ lớn nhất có thể xảy ra. Nhiệm vụ: Phải xác định được dung tích tích lại trong hồ chứa qua từng thời đoạn trong quá trình lũ. Từ đó tìm ra dung tích lớn nhất của hồ dựa vào đường quan hệ Z=F(W) ta sẽ tìm ra được mực nước lớn nhất hồ chứa. Để làm được việc này ta phải tiến hành tính toán điều tiết lũ theo phương pháp thử dần. Tiến hành điều tiết Dựa trên cơ sở lý thuyết,mô hình và các công thức tính toán đã nêu trên bộ môn XDTĐ đã xây dựng chương trình tính toán điều tiết,phục vụ cho công tác thiết kế và xây dựng công trình. Trong đồ án này ta sẽ sử dụng chương trình này để tiến hành tính toán điều tiết. Tính cho các phương án ,ở đây ta chỉ trình bày tính toán của phương án thứ I các phương án còn lại được trình bày ở phụ lục (Phụ lục tính toán điều tiết ) Giải thích file số liệu đầu vào: • Dòng 1: Tên công trình: Thuỷ điện Cửa Đạt I • Dòng 2: Tên người tính: Sùng A Sinh • Dòng 3: Tần suất tính toán: P = 0,10% • Dòng 4: Phương án: PA1 • Dòng 5: Gồm 2 số liệu • Số liệu về lũ sự cố (có xả lũ sự cố = 1; không xả lũ sự cố = 0) • Mực nước bắt đầu xả lũ sự cố. • Dòng 6: Số liệu về công trình tháo sâu (có tháo sâu = 1; không tháo sâu = 0) • Dòng 7: Gồm 4 số liệu • Số điểm trên đường quan hệ Z = f(V) • Số điểm trên đường quá trình lũ mô hình Q = f(t) • Mực nước dâng bình thường = 97,7 m • Mực nước trước lũ (Mực nước bắt đầu điều tiết) = 93,5 ( m ). • Dòng 8: Các thông số về công trình tháo mặt • Tổng số khoang tràn: n = 5 • Số khoang tràn tham gia điều tiết: n 1 = 5 • Delta: δ = 4 m • Cao trình ngưỡng: ∇ng = 80 m • Cao trình đáy: ∇đáy = 22 m Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ • Tổng chiều dài (tính cả trụ pin): 91 m • Tổng chiều dài tràn nước: B = 75 m • Tổng chiều dài trụ pin: L trụ pin = 16 m • Dòng 9: • Lưu lượng tháo qua nhà máy thuỷ điện: Q TĐ = 169,24 m 3 /s • Chỉ số kết hợp: (Có tháo kết hợp = 1; không kết hợp = 0) • Dạng mặt cắt đập tràn: = 0 nếu là mặt cắt thực dụng phi chân không =1 nếu là đập tràn đỉnh rộng • Dòng 11: • Dòng 12&13: Các thông số dung tích hồ trong đường quan hệ Z = f(V) • Dòng 14&15: Các thông số về cao độ trong đường quan hệ Z = f(Q) • Các thông số thời gian trong đường quá trình lũ tình toán Q = f(t) • Các thông số lưu lượng trong đường quá trình lũ tình toán Q = f(t) - Quá trình tính toán Quá trình tính toán tương tự như phần tính toán khả năng tháo nhưng ở đây thay tần suất tính toán (P = 0,10%) bằng tần suất kiểm tra (P = 0,01%). File số liệu tính toán: sử dụng phần mền điều tiết lũ của bộ môn XDTĐ- trường ĐHXĐ, để tính toán KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT : PHƯƠNG ÁN : PA1 NGƯỜI TÍNH : Dương Văn Định SỐ LIỆU BAN ĐẦU Cao độ mực nước dâng bình thường: MNDBT = 97.70 m Cao độ mực nước bắt đầu điều tiết : Zo = 93,5 m Tần suất tính toán . tần suất p = 0.01% Qtd lưu lượng tháo qua NMTĐ : Qtd = 169.24m3/s Cao độ ngưỡng tràn : ngưỡng = 80 m Cột nước trà tính toán : H = 17,7 m Diện tràn (tổng chiều rộng tràn ): B = 75.00 m Chiều rộng sân sau tràn : L_sân sau = 91.00 m Số khoang tràn : no = 5 Số khoang tràn tham gia điều tiết : no1 = 5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN : Mực nước thượng lưu max : Zmax = 100.40(m) Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ Lưu lượng đến max : Qdmax = 21670.0(m3/s) Tổng lưu lượng xả max : Qtmax = 15645(m3/s) Lưu lượng max xả qua tràn : Qtrmax = 15476(m3/s) Tỷ lưu lượng max xả qua tràn : qtr = 170(m3/s.m) Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 11 . Biết Q 1 , Q 2 , q 1 , q 2 (1 ) từ (( V-3)) tính được ∆V (1 ) ⇒ (( V-7)) tính được V 2 (1 ) , từ quan hệ V = f(Z) ta có Z 2 (1 ) . Khi đã biết cao độ mực nước hồ Z 2 (1 ) từ các công thức tính lưu. được q 1 theo (V-6): Tổng lưu lượng xả xuống hạ lưu ở thời điểm t 1 là: q 1 =( 1 xm q + 1 xs q + 1 sc q + 1 k q ) (V-9) Giả thiết lưu lượng xả thời điểm t 2 là q 2 (1 ) =q 1 . Biết Q 1 , Q 2 ,. Dương Văn Định KV15. MSSV: 01N-20 t ® x d Chương II Tính toán thuỷ văn, thuỷ nâng vầ diều tiét lũ = ∆=−=∆+−∆+ )( )() ( 2 1 )( 2 1 12 212 1 Vfq VVVtqqtQQ (V-5) Q 1 , Q 2 , q 1 , q 2 Lưu