203 B - bùn cát Chương PH-ơNG PHáP tính toán bồi lắng hồ chứa v n 3.1 tính toán l-ợng bùn cát bồi lắng hồ chứa DV = VT - VS đó: co ld 3.1.1 Ph-ơng pháp so sánh thể tích Phương pháp so sánh thể tích phương pháp tính toán bồi lắng hồ chứa đơn giản phổ biến Từ số liệu đo đạc địa hình lòng hồ, tiến hành tính toán chênh lệch dung tích hai lần đo liên tiếp, phần hồ bị bồi xói khoảng thời gian tính toán (3-1) VT - thể tích hồ đầu thời khoảng tính toán; VS - thể tích hồ cuối thời khoảng tính toán; DV - lượng bùn cát bồi lắng thời kỳ tính toán .v n DV > hồ bị bồi, DV < hồ bị xói Dưới ba cách tính thể tích hồ ứng với mực nước w Phương pháp đường đồng mức Nếu lòng hồ thể chi tiết đồ địa hình với đường đẳng cao (hình 3-1) thể tích hồ ứng với mực nước tính theo công thức (3-2) (3-3): (3-2) n ộ ổ F + Fi + Fi +1 + Fi +1 ự V = Dh i,i +1 ỗ i ữỳ ỗ ữỳ i =1 ố ứỷ (3-3) w n ộ ổ F + Fi +1 ự V = Dh i,i +1 ỗ i ữỳ ố ứỷ i =1 w đó: V - thể tích hồ ứng với mực nước đó; F - diện tích mặt hồ ứng với đường đẳng cao đó; Dh - khoảng chênh cao hai đường đẳng cao liên tiếp; i - số thứ tự đường đẳng cao 204 v n sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Hình 3-1 Sơ đồ đoạn sông - hồ ộ ổ A j + A j,j +1 ự V = DL j,j+1 ỗ ữữ ỳ ỗ j=1 ố ứ ỷỳ (3-4) ộổ A S ổ A A ửự j,j +1 ữ ỗ j + j+1 ữ ỳ V = ờỗ ỗ ữ ỗố Wj Wj+1 ữứ ỳ j=1 ứ ởố ỷ (3-5) m đó: v n m co ld Phương pháp tính thể tích khống chế hai mặt cắt ngang Nếu lòng hồ thể địa hình mặt cắt ngang (hình 3-1) thể tích hồ ứng với mực nước tính theo công thức: V - thể tích hồ ứng với mực nước đó; A - diện tích mặt cắt ngang ứng với mực nước đó; w AS - diện tích mặt hồ khống chế hai mặt cắt ngang liên tiếp; W - độ rộng hồ ứng với mực nước đó; w DL - khoảng cách hai mặt cắt ngang liên tiếp; j - số thứ tự mặt cắt ngang w Phương pháp yếu tố không đổi (CFM) Thực chất phiên phương pháp tính thể tích khống chế hai mặt cắt ngang Dựa đồ địa hình gốc thể chi tiết dạng đường đồng mức, tiến hành tính toán thể tích diện tích mặt cắt ngang ứng với cao trình khác cho đoạn hồ Tiếp theo, tính toán yếu tố không đổi C0: C0 = V0 A0 (3-6) 205 B - bùn cát Từ tính lượng bùn cát bồi xói hồ: DV = C A S = C ( A - A1 ) (3-7) đó: V0 - dung tích ban đầu đoạn hồ; C0 - yếu tố không đổi; DV - lượng bùn cát bồi xói hồ; v n A0 - tổng diện tích ban đầu hai mặt cắt ngang khống chế; AS - tổng diện tích bùn cát bồi lắng hai mặt cắt ngang khống chế thời khoảng tính toán; co ld A1 - tổng diện tích hai mặt cắt ngang khống chế cuối thời khoảng tính toán Xuất phát từ sở phương pháp CFM tính chất liên tục hệ tuyến tính Viện Thủy lực Wallingford đ xây dựng mô hình SWIMM (Stage Width Modification Method) dựa sở giả định sau đây: v n Thừa nhận tồn hàm mô E(x) sử dụng để từ đường quan hệ độ rộng - mực nước ban đầu mà xây dựng quan hệ diện tích - mực nước ban đầu Hàm coi ổn định để áp dụng cho lần đo tiếp sau Về mặt toán học, biểu diễn hàm mô E(x) biến thực cho: Nếu tồn A0(x) = E(x)W0(x) tồn w An(x) = E(x)Wn(x) (3-8) đó: w x - độ sâu từ mặt cắt chuẩn ứng với Hmax; A0(x) - diện tích ứng với độ sâu x cũ; w An(x) - diện tích ứng với độ sâu x mới; W0(x) - độ rộng ứng với độ sâu x cũ; Wn(x) - độ rộng ứng với độ sâu x Như vậy, với đoạn hồ cho trước, xác định hàm E(x) hàm độ rộng W(x) tính hàm diện tích A(x) từ tích phân theo độ sâu có hàm dung tích V(x) Với hàm dung tích đoạn hồ xác định lượng bùn cát bồi lắng đoạn hai lần đo liên tiếp 206 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 3.1.2 Ph-ơng pháp cân l-ợng bùn cát qua hồ Phương pháp cân bùn cát dựa phương trình có dạng: DW = WV + Wkg Wr (3-9) WV - lượng bùn cát vào hồ qua cửa vào; Wr - lượng bùn cát tháo khỏi hồ; v n đó: DW - lượng bùn cát bồi lắng hồ; DW > hồ bị bồi, DW < hồ bị xói; Wkg - lượng bùn cát gia nhập khu (gồm lượng bùn cát xói mòn đất sạt lở bờ) co ld Như muốn biết lượng bùn cát lắng đọng hồ phải xác định thành phần bên vế phải phương trình (3-9) Lượng bùn cát vào hồ tính theo phương pháp trình bày chương I Lượng bùn cát khỏi hồ ước tính theo phương pháp kinh nghiệm, phương pháp Brune phương pháp Churchill, phương pháp dòng phân tầng - Phương pháp Brown (1950) dựa vào quan hệ tỷ số dung tích hồ (V) diện tích lưu vực (AC) với hệ số bồi lắng (TR): v n ộ ự ỳ ỳ TR = 100 ờ1 Kb V ỳ ờ 1+ A ỳ C ỷ (3-10) đó: TR - hệ số bồi lắng; w Kb - hệ số thay đổi từ 0,046 đến 1, trung bình lấy 0,1; V - dung tích hồ mức nước dâng cao (ac-ft); w AC - diện tích lưu vực (mi2) w - Phương pháp Brune (1953) lại dựa vào quan hệ hệ số bồi lắng (TR) với tỷ số dung tích hồ (V) lượng nước đến trung bình năm (MAR) hình 3-2 Dendy (1974) đ bổ sung thêm nhiều số liệu thực đo vào đường cong Brune đ xây dựng phương trình dự báo hệ số bồi lắng: TR = 100 ( 0, 97 ) 0,19 log V MAR đó: TR - hệ số bồi lắng; MAR - lượng nước đến trung bình năm (ac-ft hay m3); V - dung tích hồ mức nước dâng cao (ac-ft hay m3) (3-11) 207 co ld v n B - bùn cát Hình 3-2 Đường cong Brune (1953) - Phương pháp Churchill (1948) dựa quan hệ % phù sa tháo khỏi hồ với số bồi lắng (Hình 3-3) V = V2 Q2 L R v n SI = TR (3-12) Sau Roberts biến đổi thành số không thứ nguyên: gV2 Q2 L R w SI = đó: w TR - hệ số bồi lắng; TR - thời gian lưu giữ nước hồ (s); w LR - chiều dài hồ (ft hay m); v - tốc độ trung bình nước chảy qua hồ (ft/s hay m/s); Q - lưu lượng nước đến hồ trung bình năm (ft3/s hay m3/s); V - dung tích hồ mức nước dâng cao (ft3 hay m3); g - gia tốc trọng trường (9,81 m/s2) (3-13) 208 co ld v n sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Hình 3-3 Đường cong Churchill (1948) Roberts cải tiến năm 1982 3.1.3 Tính toán l-ợng bùn cát bồi lắng hồ chứa theo công thức kinh nghiệm Công thức Shamov ( đó: ) (3-14) v n WT = WƠ - a T0 WT - tổng lượng bùn cát bồi lắng sau T năm vận hành hồ (m3); WƠ - thể tích giới hạn bùn cát bồi lắng hồ (m3); w a0 - hệ số tỷ lệ; T - thời gian tính từ hồ bắt đầu vận hành (năm); w a0, WƠ tính sau: w a0 = - W1 WƠ ộ ổ A WƠ = V ờ1 - ỗ r ỗ Ap ởờ ố (3-15) 1,7 ự ữ ữ ứ ỳ ỳ ỷỳ n1 ự ộ R0 ổ Ar ỳ W1 = 1- ỗ ữ rS ỗố A p ữứ ỳ ỳỷ ởờ (3-16) (3-17) 209 B - bùn cát đó: W1 - thể tích bùn cát bồi lắng năm vận hành (m3); R0 - tổng lượng bùn cát năm vào hồ (bao gồm bùn cát lơ lửng bùn cát di đẩy) trung bình nhiều năm (kg); Ar, Ap - tiết diện ướt lòng sông tiết diện ướt hồ vị trí sát đập ứng với mực nước tương ứng với lưu lượng nước 3/4 lưu lượng nước lớn nhất; n1 - hệ số phụ thuộc vào độ dốc sông s n1 = 1,00 0,80 s < 0,0001, co ld = 0,80 0,50 s = 0,0001 0,001, v n V - dung tích hồ ứng với mực nước dâng bình thường (m3); = 0,50 0,33 s = 0,001 0,01; rS - khối lượng riêng bùn cát bồi lắng (kg/m3), phụ thuộc vào thành phần hạt rS = 0,8 0,9 tấn/m3 hạt sét, = 1,5 1,6 tấn/m3 hạt mịn, v n = 1,6 1,8 tấn/m3 hạt cát trung bình thô, = 2,0 2,2 tấn/m3 hạt sỏi cát cuội Công thức Garde w w V = WT ổTử ỗ ữ ố tT ứ m m ự4 ộ ổTử ờ1 + ỗ ữ ỳ ố tT ứ ỳ ỷ w đó: V - dung tích hồ ban đầu (m3); WT - thể tích bùn cát bồi lắng tính thời điểm t (m3); T - thời gian tính từ hồ bắt đầu vận hành (năm); m - số (m = 0,8 1,4) (3-18) 210 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 3.2 tính toán phân bố l-ợng bùn cát bồi lắng hồ chứa v n Qua nghiên cứu khảo sát tình hình bồi lắng lòng hồ Thác Bà, Hòa Bình chứng tỏ rằng, việc để dung tích chết coi bồi lắng theo lớp nơi sâu tỏ không phù hợp với thực tế Phù sa vào hồ theo dòng nước, sau điểm đổ (nơi nước sông tự nhiên gặp nước hồ) trình bồi lắng đ diễn Quá trình bồi lắng có ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ công trình, chí làm nâng cao đáy sông gây ngập lụt phía thượng lưu Có nhiều phương pháp ước tính phân bố phù sa hồ chứa mà khái quát thành hai hướng Đó là: + Các phương pháp kinh nghiệm co ld + Phương pháp mô hình toán Theo Robert Pemberton (1982) có tới 22 phương pháp khả thi tính phân bố phù sa hồ chứa theo kinh nghiệm, phổ biến phương pháp BorlandMiller Phương pháp mô hình toán tỏ có triển vọng Tuy nhiên, tài liệu thu thập mô tả mô hình toán trình bồi lắng thường thiếu thốn vài xử lý thuật toán chưa thỏa đáng 3.2.1 Ph-ơng pháp kinh nghiệm v n Phương pháp Borland Miller Phương pháp Borland & Miller thành lập dựa kết khảo sát 30 hồ chứa Mỹ, trình tính toán gồm hai bước: + Phân loại hồ + Tính phân bố bùn cát bồi lắng w w Các hồ chứa phân làm loại dựa quan hệ thể tích chiều sâu ban đầu hồ (Hình 3-4) Sau loại hồ tiêu phân loại: Bảng 3-1 Bảng phân loại hồ theo Borland - Miller Tên loại hồ M C m N I Hồ tự nhiên (Lake) 3,5 4,5 3,417 1,5 0,2 II Hồ chứa vùng đồng - bán sơn địa (Floodplain - foothill) 2,5 3,5 2,324 0,5 0,4 III Hồ chứa vùng đồi (Hill) 1,5 2,5 15,88 1,1 2,3 IV Hồ chứa vùng núi cao (Gorge) 1,0 1,5 4,232 0,1 2,5 w Loại 211 co ld v n B - bùn cát Hình 3-4 Quan hệ dung tích - độ sâu M số nghịch đảo độ dốc đường quan hệ dung tích - độ sâu Có trường hợp đường quan hệ dung tích - độ sâu cho hai độ dốc khác (ví dụ hình 3-4) Việc chọn loại hồ để xem phần chiếm tỷ lệ nhiều mà định Ví dụ hình 3-4, phần M1 = 3,3 chiếm tới 70% hồ xếp vào loại II .v n Thể tích bồi lắng tính toán tính theo biểu thức: VS = i=c ( ) Dh A A P ( i ) + A P ( i +1) + V0 2A p( ) w đó: H-h0 Dh -1 VS - thể tích bồi lắng tính toán; w Dh - gia số độ sâu bước tính; h0 - cao trình bồi lắng tích đọng trước đập; w A0 - diện tích bề mặt hồ ban đầu độ cao h0; V0 - thể tích phù sa lắng đọng độ cao h0; Ap(i) - diện tích tương đối độ sâu tương đối P, Ap(i) = Cpm(1 P)n ; P - độ sâu tương đối, P = h/H; H - độ sâu tổng cộng trước đập; C, n, m - hệ số không thứ nguyên cho loại hồ (bảng 3-1) (3-19) 212 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Biểu thức (3-14) tính dần (tính lặp) lượng phù sa bồi lắng gần với số lượng đ biết dừng lại Quá trình phân bố tương ứng chấp nhận Ví dụ bước tính cho hồ Hòa Bình tóm tắt sau: (1)Vẽ quan hệ Dung tích/ độ sâu hồ hình 3-4 xác định loại hồ (2)Xác định độ sâu tương đối P = h/H ghi vào cột bảng 3-2 (3)Tính diện tích mặt hồ tương đối không thứ nguyên w w v n co ld v n AP = CPm(1 P)n ghi vào cột bảng 3-2 (4)Lựa chọn cao trình bồi lắng trước đập gần thứ sau thời kỳ tính toán bồi lắng Các giá trị diện tích bồi lắng nằm cao trình giá trị diện tích cột bảng 3-2 Các diện tích tương ứng với cấp cao trình nằm cao trình bồi lắng trước đập vừa lựa chọn tính cách chia diện tích ban đầu cao trình h0 cho giá trị AP tương ứng cột nhân tỷ số K với giá trị AP khác Ví dụ bảng 3-2, giả thiết cao trình h0 = 45 m, diện tích bề mặt AS = 49 km2, AP = 1,192 K = 49/1,192 = 41,1074 Các diện tích bề mặt giá trị AP nhân với 41,1074, ghi cột bảng 3-2 (5)Tính thể tích bồi lắng nằm hai cao trình liền kề cách lấy khoảng cách chênh lệch hai cao trình nằm liền kề cột nhân với diện tích trung bình hai diện tích tương ứng với hai cao trình Kết ghi cột bảng 3-2 Cột cột thể kết xấp xỉ phân bố bùn cát bồi lắng lòng hồ lần thứ Kết kiểm tra cách lấy tổng thể tích bùn cát bồi lắng vừa tính toán, lớn nhỏ tổng lượng bùn cát bồi lắng mà ta đ xác định từ trước phải tiếp tục thực xấp xỉ lần thứ hai, thứ ba sở giả thiết lại độ sâu bồi lắng trước đập trình bày bảng 3-2 (6)Tính thể tích bùn cát bồi lắng tích lũy, sửa lại quan hệ Diện tích/Mực nước Thể tích/Mực nước, ghi kết vào cột 12,13 14 tương ứng; (cột 13 = cột cột 10), (cột 14 = cột cột 12) :0m : 115 m : 115 m - Lượng bùn cát đến hồ hàng năm : 71,5.106 m - : 60 năm : 3715.106 : 45 m, 43 m & 40 m : C = 2,324; m = 0,5; n = 0,4 w Các thông số tính toán: - Cao trình đáy sông đập - Cao trình mực nước dâng bình thường - Độ sâu ban đầu đập Thời gian bồi lắng Lượng bùn cát bồi lắng tích lũy sau 60 năm Cao trình bồi lắng trước đập sau 60 năm vận hành Các hệ số 218 v n sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập co ld Hình 3-8 Sơ độ vận động dòng chảy chứa cát w w v n Điểm khác công thức (3-25) phương trình vận động không ổn định nước đ tăng thêm số hay thứ thứ bên phải Số hạng thứ độ chênh áp lực lượng hàm cát thay đổi dọc đường, số hạng thứ động lượng dòng chảy bồi lắng mà giảm bớt, số hạng thứ bên phải có khác định với thủy lực học, bao gồm ảnh hưởng thay đổi lòng sông xói lở bồi lắng Hai phương trình liên tục phương trình vận động phương trình tính toán bồi lắng hồ chứa Chỉ với phương trình không đủ để giải ẩn số m, h, Sv, y, nên phải đưa vào công thức quan hệ sức tải cát (giả thiết lượng hàm cát mặt cắt sức tải cát dòng chảy), loại phương pháp thống gọi phương pháp cân chuyển cát Lợi dụng phương trình nêu tiến hành tính toán bồi lắng hồ chứa, giải tích có khó khăn Trong tính toán thực tế không đưa số điều kiện giả thiết, tiến hành giản hóa phương trình ứng dụng phương pháp tích phân gần để tiến hành tính toán, thông thường sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn (Khối lượng tính toán theo phương pháp đường đặc trưng lớn, không giới thiệu) w Công thức tính toán theo phương pháp sai phân hữu hạn Sử dụng phương pháp tiến hành tính toán bồi lắng hồ chứa, cần có giả thiết sau: a Đem dòng không ổn định làm dòng ổn định để xử lý, đem đường trình lưu lượng thực tế sửa thành đường trình bậc thang số cấp lưu lượng khác tạo thành b Bỏ qua số hạng 3, 4, phương trình 3-25, giản đơn hóa thành J= Q2 K2 + u du Q2 n d ổ u2 = + ỗ ữ 10 g dx dx ỗố 2g ữứ B H (3-26a) 219 B - bùn cát c Giả thiết trình xói bồi mực nước hồ không thay đổi Trong tính toán cụ thể phải hạn chế lượng xói bồi thời khoảng lớn quá, giản hóa công thức (3-23) thành v n d ( uh ) = dx lưu lượng Q = số d Không xét đến hàm lượng cát nước thay đổi theo thời gian, giản hóa công thức (3-24) thành d d ( uhS v ) + ( hS v ) = dx dt dG ' dy +rB =0 dl dt co ld (3-27a) đó: G - lưu lượng chuyển cát lòng sông (kg/s); r' - dung trọng khô cát lòng sông (kg/m3); v n B - chiều rộng mặt nước (m); H - độ sâu nước bình quân (m); l - khoảng cách mặt cắt; Các ký hiệu khác giống Khi tính toán nên viết dạng sai phân hữu hạn J= Q2 n 2 10 w B H + ổ Q2 Q2 ỗ 2gDx ỗố B 22 H 22 B12 H12 (G1 G2)Dt = r'DxBDy ữ ữ ứ (3-26b) (3-27b) w đó: Chỉ số 1, biểu thị mặt cắt dưới; w D - sai phân hữu hạn ` Phương pháp tính toán độ dốc cân bồi lắng hồ chứa Xét thời gian đoạn sông tương đối dài, lòng sông thường thay đổi quanh trạng thái bình quân Nguyên nhân nó, biến hình lòng sông so với thay đổi lưu lượng từ từ chậm hóa; hai biến hình lòng sông thực tế năm thường có xói có bồi mà xói bồi thường khống chế lẫn nhau, dẫn đến loại cân tương đối Vì độ dốc cân bồi lắng hồ chứa khái niệm tương đối thời gian tương đối dài ứng dụng qui hoạch 220 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Phương pháp tính toán độ dốc cân bồi lắng hồ chứa thường giả thiết dòng chảy đều, sử dụng công thức lực cản, công thức chuyển bùn tải cát công thức quan hệ với lòng sông, tìm quan hệ độ dốc cân bồi lắng với lưu lượng, lượng hàm cát, độ nhám Trong tính toán sức tải cát dòng sông nhiều cát sử dụng công thức R 0,74 w0,77 đó: S* - lượng hàm cát (kg/m3); w - tốc độ lắng đọng (cm/s) co ld R - bán kính thủy lực (m); v - tốc độ bình quân mặt cắt (m/s); v n S* = 1, 07 v 2,26 dùng công thức kinh nghiệm tìm qua phân tích tài liệu thực đo Hình thức quan hệ với sông tương đối nhiều, hệ số khác nhau, tốt từ tài liệu thực đo vùng đo qua phân tích so sánh mà xác định .v n Sau hồ xây, phần lớn lòng sông vùng hồ bị bồi lắng, điều kiện nước đến, cát đến thay đổi không lớn, độ dốc cân sau trước xây dựng hồ nói chung nhỏ 1, bình quân 0,5 Có thể dùng tỷ số với số nhân tố đường kính hạt đất lòng sông mà xác lập quan hệ kinh nghiệm, tìm độ dốc sau cân bồi lắng Đối với dòng sông cát, thường lấy sườn dốc đỉnh tam giác châu làm độ dốc ước tính cân bồi lắng hồ chứa w w Tính toán bồi lắng chuyển cát không cân Trong phương pháp phân tích sai phân hữu hạn, giả thiết lượng hàm cát thay đổi dọc đường Vấn đề cấp phối chất lơ lửng cấp phối chất lòng sông phải đồng thời tiến hành điều chỉnh tương ứng, mức độ định lại ảnh hưởng đến thay đổi lượng hàm cát Viện nghiên cứu thủy điện thủy lợi Trường Giang đ đề công thức tính toán thay đổi dọc đường yếu tố lượng hàm cát, cấp phối chất lơ lửng cấp phối chất lòng sông, tương đối phức tạp w Tính toán trình bồi lắng hồ chứa theo phương pháp sai phân hữu hạn a Các bước tính toán trình bồi lắng hồ chứa nước Mục đích việc tính toán bồi lắng hồ chứa dự tính trước phần diện dọc bồi lắng, tổng lượng bồi lắng dung tích hồ cuối sau thời gian tương đối dài vận hành hồ chứa (như 50 năm 100 năm) Các bước tính toán sau: 1) Đem toàn khu hồ phân thành nhiều đoạn sông nhỏ, đoạn sông ta chọn mặt cắt đại biểu để làm mặt cắt cửa đoạn sông, mặt cắt chọn phức tạp nên giản hóa thành mặt cắt tương đối quy tắc 221 B - bùn cát v n 2) Vẽ sơ đồ mặt cắt dọc lòng sông khu hồ, sơ đồ mặt cắt ngang tuyến đại biểu vẽ đường cong làm việc hữu quan tuyến đại biểu đường cong quan hệ mực nước chiều rộng sông, đường cong quan hệ mực nước diện tích mặt cắt ướt v.v 3) Đem đường trình lưu lượng tính toán giản hóa thành số bậc thang, lưu lượng bậc số, thời gian bậc dài, nên phân thành số thời khoảng tính toán 4) Xác định mực nước trước đập làm mực nước khống chế, dung công thức (3-26b) để vẽ đường mặt nước khu hồ từ tìm nhân tố thủy lực mặt cắt đại biểu co ld 5) gần đầu mút nước vật chọn mặt cắt vào hồ làm mặt cắt bắt đầu bồi lắng hồ chứa thông qua phân tích tài liệu thực tế xác định quan hệ lưu lượng lưu lượng chuyển cát lơ lửng, di đẩy phạm vi lưu lượng tính toán, sau tính toán lưu lượng chuyển cát mặt cắt đại biểu 6) Dùng công thức (3-27b) tính toán độ dày xói bồi bình quân đoạn sông Căn vào kết xói bồi tính toán vẽ mặt cắt dọc lòng sông Đến đây, coi hoàn thành việc tính toán thời khoảng thứ .v n 7) Trên sở mặt cắt dọc lòng sông mới, theo bước từ (4) (6), vào điều kiện thời khoảng thứ (lưu lượng vào hồ mực nước hồ), tiến hành tính toán cho thời khoảng thứ Tiếp tục tính toán cho thời khoảng ta xác định thay đổi theo mặt cắt dọc lòng sông đường cong mặt nước bồi lắng hồ chứa thời gian dài Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn, cần thời khoảng đoạn hồ phân chia thỏa đáng, chọn dùng tham số cách hợp lý, xử lý vấn đề đắn kết tính toán đạt độ xác định sử dụng tính toán biến hình dòng sông tương đối phức tạp song khối lượng tính toán lớn w w b Tính toán phân bố bồi lắng hướng dọc Sự phân bố bồi lắng hướng dọc bao gồm tam giác châu, xói lở ngược dòng xói lở dọc đường v.v Theo 3-28 phán đoán hình thái bồi lắng hồ chứa tam giác châu, ta chia tổng lượng bồi lắng thành phần bồi lắng tam giác châu bồi lắng dòng chảy dị trọng, biết dung trọng khô bồi lắng chúng tìm thể tích tương ứng, sau xác định vị trí bồi lắng phần riêng biệt w Từ số liệu đo dòng chảy dị trọng dùng 0,02 mm làm đường kính hạt phân giới bùn cát Loại lớn vật bồi lắng tam giác châu, nhỏ phần bồi lắng dòng chảy dị trọng Nhưng trình hình thành tam giác châu, phần nhỏ đường kính hạt chìm lắng xuống (ví dụ tam giác châu hồ chứa Quan Đình Trung Quốc có 10% số hạt nhỏ 0,02 mm) Đường viền tam giác châu bồi lắng độ dốc đoạn tạo thành xem hình (2-1), từ công thức kinh nghiệm (3-21a, 3-21b) v.v tính toán độ dốc đoạn Cao trình điểm đỉnh a tam giác châu nói chung xác định cách lấy mực nước 222 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập v n hồ bình quân thời kỳ nước dâng trừ độ sâu nước mặt bi ứng với lưu lượng bình quân đồng thời cao trình di động lên trước lùi sau tam giác châu abcd cho lượng bồi lắng tam giác châu đ biết vị trí tam giác châu xác định Lượng bồi lắng dòng chảy dị trọng tổng lượng bồi lắng trừ lượng bồi lắng tam giác châu Khi địa hình vùng hồ tương đối dốc, nước dềnh ngắn lượng bồi lắng rải trước đập; địa hình vùng hồ tương đối bằng, nước dềnh tương đối dài phân thành hai phần bồi lắng dọc đường bồi lắng trước đập hình (2-1) biểu thị c Tính toán phân bố bồi lắng theo độ sâu nước (Phương pháp kinh nghiệm giảm nhỏ diện tích) Địa hình vùng hồ ảnh hưởng lớn đến phân bố bồi lắng khu hồ Nói chung quan hệ dung tích độ sâu nước hồ là: V = Nhm co ld đó: (3-28) V - dung tích tương ứng với độ sâu nước h (m3); h - độ sâu nước trước đập tính từ lòng sông cũ (m); m - số dung tích hồ tăng thêm theo cao trình, m= ( ) 106 V m3 h ( m) v n N - hệ số xem bảng 3-3 w w w Mỹ, Ba Lan v.v đ thu thập tài liệu bồi lắng vận hành trữ nước dài ngày 30 hồ chứa sông phù sa, lấy tiêu m dựa vào đặc tính địa hình hồ mà phân bố bồi lắng theo cao trình để phân thành loại bảng 3-3 Vẽ biểu đồ quan hệ % lượng bồi lắng hồ độ sâu tương đối hình 3-9a Trong hình độ sâu tương đối hồ chứa nước năm (là độ sâu ứng với mực nước so với độ sâu ứng với mực nước trữ cao hình (3-9b) quan hệ độ sâu tương đối diện tích bồi lắng tương đối Dưới trình bày phương pháp kinh nghiệm giảm nhỏ diện tích, phân bố bồi lắng dọc theo cao trình tính toán: Đầu tiên tìm trị số m để phán đoán loại hình xác định độ sâu bồi lắng trước đập h0 Giả thiết tỷ số diện tích bồi lắng cao trình với diện tích bồi lắng tương đối toàn vùng hồ số k: A0 A = =k a0 a - Vr Vs - V0 = a0 HA đó: A0 - diện tích bồi lắng (m2); (3-29) 223 B - bùn cát a0 - diện tích bồi lắng tương đối; V0 - thể tích bồi lắng h0; Vr - thể tích bồi lắng tương đối (m3); Vs - tổng lượng bồi lắng (m3); H - độ sâu nước trước đập tính từ đáy sông cũ (m); v n co ld a - diện tích bồi lắng tương đối tương ứng .v n A - diện tích bồi lắng chỗ độ sâu nước h tính từ đáy sông vị trí đập trở lên (m2); w Hình 3-9a Phân bố bồi lắng dựa vào địa hình để phân loại w Khi dùng công thức (3-29) tìm độ sâu bồi lắng trước đập h0 dùng phương pháp tính thử dần trị số vế công thức có không; sử dụng đường bổ trợ hình (3-9c) để xác định độ sâu bồi lắng trước đập Đ biết tổng lượng bồi lắng; độ sâu nước hồ chứa tính toán, trị số (Vs-V0) (tức lượng bồi lắng dư thừa w từ mặt bồi lắng trước đập trở lên) trị số Vs - V0 Xây dựng biểu đồ đường cong bổ HA trợ xác định độ sâu bồi lắng trước đập (3-9c) theo loại đặc tính địa hình Chúng giao với đường loại hình xác định từ trị số m Giao điểm độ sâu tương đối bồi lắng trước đập P0, h0 A0 cao trình tương ứng Từ hình (3-9b) tra a0 xác định K Từ tính diện tích bồi lắng, thể tích bồi lắng dung tích hồ sau bồi lắng Phạm vi tài liệu thực đo với dung tích hồ 0,04 38,6 tỷ m3, lượng bồi lắng 57% dung tích hồ cũ, thời hạn vận hành 14 50 năm Đối với loại phương pháp này, nghiên cứu 224 v n co ld v n sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập w w w Hình 3-9b Phân bố diện tích bồi lắng tương đối dựa vào phân loại địa hình hồ chứa Hình 3-9c Đường cong bổ trợ xác định độ sâu bồi lắng trước đập 225 B - bùn cát Bảng 3-3 Phân loại đặc tính địa hình hồ chứa Địa hình hồ chứa Trị số m Trị số N Ghi I Hình ao hồ m > 35 N < 0,28 Điểm giấy hai trục đối số II Địa hình núi cao 3,5 > m > 2,5 0,4 > N > 0,28 Quan hệ dung tích hồ độ sâu nước III Địa hình đồi núi 2,5 > m > 1,5 0,67 > N > 0,4 Tìm trị số m IV Trong thung lũng sâu m < 15 N > 0,67 v n Số phân loại w w w v n co ld Tính toán trình bồi lắng hồ chứa theo mô hình toán HEC-6 Mô hình HEC-6 Trung tâm Kỹ thuật Thủy văn Quân đội Mỹ, phiên 4.1 Thomas Prasuhn nâng cấp năm 1993 [1] có số ưu việt mô hình tính bồi lắng hồ chứa khác, cụ thể sau: - HEC-6 mô hình chiều viết cho dòng chảy ổn định biến đổi dần kênh hở lòng động; thiết kế để mô dự báo xu biến đổi lòng dẫn đặc trưng bùn cát sông hồ chứa nông, trình bồi lắng cát bùn hồ chứa sâu thời kỳ dài nhiều năm Mặc dù vậy, có khả ứng dụng cho trận lũ - HEC-6 có khả phân tích dòng chảy bùn cát mạng lưới sông cho phép lựa chọn dạng nhập - tách khác dòng chảy - HEC-6 cho phép mô tả tình trạng dòng chảy sát thực việc chia lòng sông thành phận: bờ trái, lòng bờ phải (hoặc phần đáy động đáy cứng) với đặc điểm thủy lực bùn cát khác - HEC-6 có khả mô trình bồi - xói hạt bùn cát có kích cỡ thay đổi từ sét (d = 0,00024 0,004 mm) đến đá tảng (d > 256 mm) - HEC-6 sử dụng 11 quan hệ để tính toán sức tải cát cho cấp hạt khác nhau, cho phép người sử dụng xây dựng hàm sức tải riêng có đủ số liệu đo đạc - HEC-6 cho phép tính toán đường mặt nước sông, hồ ứng với điều kiện lòng cứng lòng động - HEC-6 có khả mô trình thô hóa đáy sông hạ lưu đập dựa khái niệm lớp hoạt động lớp không hoạt động trình trao đổi bùn cát hai lớp - Ngoài khả tính bồi lắng hồ chứa, HEC-6 dùng để: (i) Mô xu dài hạn tượng bồi xói lòng sông kết thay đổi có tính thường xuyên tính chu kỳ lưu lượng thay đổi hình dạng kênh (ii) Tính toán thiết kế thu hẹp lòng dẫn để trì chiều sâu vận tải thủy 226 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập (iii) Tính toán khối lượng nạo vét dự đoán ảnh hưởng việc nạo vét tốc độ bồi lắng (iv) Ước tính khả xói lớn trận lũ lớn co ld v n Mô hình có số điểm hạn chế như: (i) Không mô tả chuyển động bùn cát nhánh từ cấp II trở lên (ii) Không tính toán chuyển tải bùn cát theo phương ngang mô tượng dòng chảy vòng (iii) Giữa hai mặt cắt ngang cho phép có điểm nhập - tách lưu cục điểm giao dòng chảy (iv) Không có khả áp dụng cho đoạn sông bị ảnh hưởng triều Tuy nhiên, hạn chế không ảnh hưởng nhiều đến kết tính toán bồi lắng hồ chứa, đặc biệt hồ chứa dài, hẹp sâu Hòa Bình, Sơn La Dưới giới thiệu kết tính toán trình bồi lắng hồ chứa Hòa Bình với thời kỳ tính toán kéo dài từ năm 1992 đến năm 2090 với bước tính ngày tháng VI - X; tháng tháng lại năm Kết dự tính bồi lắng cát bùn hồ Hòa Bình đến năm 2080 (theo Trung tâm nghiên cứu Môi trường không khí Nước Viện Khí tượng Thủy văn) sau: v n Trong năm đầu tích nước điều tiết (1992 2000), trung bình hàng năm hồ Hòa Bình bị bồi lấp 62,5 triệu mét khối với 69,78%, bùn cát lắng đọng dung tích chết, hệ số bồi lắng đạt 0,83; hạt sét bùn mịn có đường kính 0,002 0,016 mm xả xuống hạ lưu Cuối thời kỳ này, bi ngầm bùn cát bồi lắng hình thành với đỉnh cách tuyến đập khoảng 120 km, cao trình bồi lắng trước đập đạt 15,8 m w w Trong 20 năm (2001 2020), trung bình hàng năm hồ Hòa Bình bị bồi lấp 57,1 triệu mét khối với 66 72% bùn cát lắng đọng dung tích chết, hệ số bồi lắng 0,75; hạt sét bùn mịn có đường kính 0,002 0,016 mm xả xuống hạ lưu Cuối thời kỳ này, đỉnh bi ngầm bùn cát bồi lắng cách tuyến đập khoảng 90 km, cao trình bồi lắng trước đập đạt 18,5 m w Thời kỳ 2021 2040, trung bình hàng năm hồ Hòa Bình bị bồi lấp 54,2 triệu mét khối với 66 73% bùn cát lắng đọng dung tích chết, hệ số bồi lắng 0,72; hạt sét bùn mịn có đường kính 0,002 0,016 mm xả xuống hạ lưu Cuối thời kỳ này, đỉnh bi ngầm bùn cát bồi lắng cách tuyến đập khoảng 60 km, cao trình bồi lắng trước đập đạt 22,0 m Thời kỳ 2041 - 2060, trung bình hàng năm hồ Hòa Bình bị bồi lấp 51,7 triệu mét khối với 64 73% bùn cát lắng đọng dung tích chết, hệ số bồi lắng 0,68; hạt sét bùn mịn, hạt bùn trung bình thô có đường kính 0,016 0625 mm xả xuống hạ lưu Cuối thời kỳ này, đỉnh bi ngầm bùn cát bồi lắng cách tuyến đập khoảng 35 km, cao trình bồi lắng trước đập đạt 26,1 27,2 m 227 B - bùn cát Thời kỳ 2061 2080, trung bình hàng năm hồ Hòa Bình bị bồi lấp 46,5 triệu mét khối với 64% bùn cát lắng đọng dung tích chết, hệ số bồi lắng 0,62; hạt sét bùn có đường kính 0,002 0,0625 mm xả xuống hạ lưu Cuối thời kỳ này, đỉnh bi ngầm bùn cát bồi lắng cách tuyến đập khoảng 20 km, cao trình bồi lắng trước đập đạt 33,1 38,7 m co ld v n Tóm lại, thời kỳ 1992 2080, trung bình hàng năm hồ Hòa Bình bị bồi lấp 54,5 triệu mét khối với khoảng 70% bùn cát lắng đọng dung tích chết hệ số bồi lắng 0,72 Sau 75 năm vận hành, đến năm 2065, lượng bùn cát bồi lắng hồ gần dung tích chết Sau 90 năm vận hành, đến năm 2080, bi ngầm tiến cách đập khoảng 20 km cao trình bồi lắng trước đập đạt xấp xỉ 40 m Từ kết dự tính bồi lắng mô hình HEC-6 nhận thấy, với cách bố trí cửa xả đáy cao trình 56 m, cửa lấy nước vào turbine cao trình 65 75 m nay, đến năm 2080 hồ Hòa Bình đảm bảo chức sản xuất điện Tuy nhiên, bùn cát bồi lắng 1456 triệu mét khối phần dung tích điều tiết 90 năm vận hành, nên đến năm 2080 dung tích hữu ích phòng lũ hồ tương ứng bị giảm xuống 4194 4414 triệu mét khối, khoảng 74 75% dung tích ban đầu .v n Kết tính toán lượng phân bố bồi lắng cát bùn hồ Hòa Bình theo thời gian mô hình HEC-6 tương đối phù hợp với kết tính toán phương pháp Shamov Kết tính toán độ cao bồi lắng trước đập mô hình HEC-6 nhỏ kết tính toán phương pháp Borland-Miller Điều giải thích: giả thiết bùn cát bồi lắng trước tiên hố trũng sát đập sau lan dần phía thượng lưu hồ, nên phương pháp Borland-Miller cho kết tính cao trình bồi lắng trước đập lớn w Hiện có nhiều mô hình toán tính toán trình bồi lắng hồ chứa mô hình Mike 11 (mô hình toán chiều), Mike 21 (mô hình toán chiều), HEC-6 HEC-RAS (kết nối) w 3.3 Một số vấn đề liên quan tính toán bồi lắng hồ chứa w Độ xác độ tin cậy tính toán bồi lắng hồ chứa định xử lý số vấn đề có thích đáng không, lựa chọn số tham số có hợp lý không, chí có lúc trở thành nội dung quan trọng việc đánh giá kết tính toán Vì số vấn đề liên quan tính toán phải thật coi trọng, có nội dung chủ yếu sau: 3.3.1 Xác định l-ợng bùn cát vào hồ Lượng bùn cát vào hồ có quan hệ lớn lượng bồi lắng phân bổ bồi lắng, nói chung thông qua phương pháp phân tích tài liệu thực đo để vẽ đường quan hệ lưu lượng bình quân tuần ngày lưu lượng chuyển cát lơ lửng di 228 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập v n đẩy qua mặt cắt vào hồ để xác định Nếu tài liệu thực đo bùn cát, dòng sông vùng núi vào đồ đẳng trị module lượng chuyển cát đồng thời kết hợp với phương pháp tượng tự để ước tính lượng bùn cát nhập vào hồ; Đối với sông đồng bằng, lưu lượng hàm cát bổ sung thêm dùng công thức vận chuyển bùn cát để tính toán xác định số lượng chất lơ lửng Để phân tách lượng bồi lắng chất lơ lửng chất di đẩy cần lợi dụng kết thực đo công trình thủy lợi đ xây dựng thượng lưu quan hệ so sánh cấp phối bùn cát lơ lửng cấp phối vật bồi lắng dọc đường hồ để tìm % hai chất để tính toán lượng bồi lắng chất lơ lửng chất di đẩy w v n co ld 3.3.2 Lựa chọn độ nhám Độ nhám lòng sông nhân tố ảnh hưởng đến độ dốc, không ảnh hưởng đến điều kiện dòng chảy mà ảnh hưởng đến lượng bồi lắng vị trí bồi lắng khu hồ, phải thận trọng việc lựa chọn độ nhám Tài liệu thực đo khu hồ Tây Tân, Thanh Đồng Hiệp (Trung Quốc) cho thấy tình hình giảm nhỏ độ nhám sau xây dựng hồ phức tạp Với hồ chứa khác nhau, với giai đoạn phát triển bồi lắng khác nhau, với đoạn hồ khác nhau, giảm nhỏ độ nhám khác Độ nhám đoạn nước dềnh biến động giảm tương đối nhiều, độ nhám đoạn trước đập giảm tương đối Việc xác định độ nhám cần ý xem xét đoạn biến động nước dềnh đoạn nước dềnh không thường xuyên Ước tính độ nhám chủ yếu có phương pháp sau: - Ước tính độ nhám theo chất tạo lòng sông - Sử dụng độ nhám đoạn sông hạ lưu hồ chứa để ước tính độ nhám đáy sông sau bồi lắng - Lợi dụng tài liệu thực đo độ nhám sau bồi lắng hồ chứa đ xây dựng làm w w 3.3.3 Vấn đề mịn hóa thô hóa chất đất lòng sông Sự bồi lắng lòng hồ làm mịn hóa lòng làm tăng thêm sức tải cát dòng chảy, nên giảm bớt số lượng bồi lắng Sự xói lở hồ chứa làm thô hóa chất lòng sông Vì vấn đề thô, mịn hóa bùn cát lòng sông phức tạp, nên chọn kích thước hạt làm tiêu chuẩn phân chia ranh giới chất bị xói chất lòng sông Theo số liệu bồi lắng hồ chứa Trung Quốc đường kính hạt chia khoảng 0,01 0,02 mm Học viện Thủy lợi điện lực Vũ Hán vào tài liệu hồ chứa cửa Đôn Giang hồ chứa Quan Đình đ đề công thức kinh nghiệm tính đường kính hạt phân chia Ngoài chia vùng hồ làm đoạn mà điểm phân giới có mực nước xấp xỉ mực nước đập lưu lượng nhau, đoạn hồ điểm phân giới dùng d10 cấp phối chất lòng sông hạ lưu làm cấp hạt phân giới, đoạn hồ điểm phân giới sử dụng 0,01 mm làm cấp hạt phân giới Đây cách tính thô 229 B - bùn cát DG c = j DG z 1-j v n 3.3.4 Bồi lắng chất xung xói Công thức tính toán sức tải cát dòng nước thường dùng bao gồm phần chất lòng sông, không xét đến bồi lắng chất xung xói Vì thế, tính toán bồi lắng hồ chứa phải ước tính đến vấn đề bồi lắng chất xung xói Bồi lắng chất xung xói nội dung chia làm phần, bồi lắng theo chất lòng sông; phần khác tham gia dòng chảy dị trọng bồi lắng theo dạng thủy tĩnh xuống trước đập Sau đ tính lượng bồi lắng chất lòng sông DGz, lượng bồi lắng chất xung xói DGc tính theo công thức sau: (3-30) đó: j - % mà lượng bồi lắng chất xung xói chiếm so với tổng lượng bồi lắng w v n co ld 3.3.5 Ước tính l-u l-ợng tạo lòng Nhân tố ảnh hưởng đến độ dốc cân bồi lắng lưu lượng tạo lòng Khi tính toán độ dốc cân bằng, trước mắt người ta thường lấy lưu lượng tạo lòng lưu lượng tràn bi nước ta, cát đến từ lòng sông chủ yếu tập trung vào mùa lũ, có người đề lấy lưu lượng bình quân mùa lũ lưu lượng lũ bình quân (lưu lượng bình quân trình đỉnh lũ) lưu lượng bình quân lấy lưu lượng chuyển cát trọng số làm lưu lượng tạo lòng Makavâyer vào tần số xuất cấp lưu lưu lượng P độ dốc bình quân J, vẽ đường quan hệ QmPJ - Q (với sông đồng m = 2), lấy lưu lượng tương ứng với trị số lớn QmPJ làm lưu lượng tạo lòng Trong năm có trị số lớn nhất, số tương đương với lưu lượng lũ lớn bình quân nhiều năm, tần suất P = 6% (tương đương với mực nước tràn bi cao sông), số khác lớn lưu lượng bình quân năm, tần suất p = 24 25% (tương đương với mực nước tràn bi thấp) Trong tính toán hồ chứa, ta lấy số trước làm lưu lượng tạo lòng thích hợp w w 3.3.6 Vận hành hồ chứa vấn đề dung tích hồ Phương thức vận hành hồ chứa có nhiều phù sa dung tích hồ sử dụng lâu dài Trên dòng sông có nhiều phù sa, xu phát triển bồi lắng hồ chứa có quan hệ lớn đến phương thức vận hành, nghĩa thiết kế phải xét đến phương thức vận hành Phương thức vận hành hồ chứa chủ yếu có: chứa xả đục, trữ lũ xả cát, chậm lũ Căn vào kinh nghiệm vận hành có sơ đề tiêu phân biệt ổ V ổ V K T ỗ = ữ K W ỗ = ữ để lựa chọn phương thức vận hành KT > 50, KW < 0,2 có ố Wứ ố VS ứ thể ưu tiên trữ lũ; KT < 20 á30, KW < 0,1 ưu tiên "tích xả đục"; KT = 20 30, KW = 0,1 0,2 thời kỳ đầu trữ lũ, thời kỳ sau tích xả đục, loại thay sử dụng Trong đó: V0 dung tích hồ ban đầu, VS lượng cát đến bình quân năm, W lượng nước đến bình quân năm 230 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập v n Khi tình hình xói bồi hồ chứa phát triển đến mức cân bằng, thời gian định, lượng cát vào hồ trì cân bằng, tổn thất dung tích hồ đạt đến trị số lớn Với mực nước dâng bình thường mặt bi tiêu chuẩn thiết kế đó, dung tích hồ bi đ lấp đầy, lúc dung tích lại dung tích hồ dùng lâu dài gọi dung tích hồ cấp cuối Chỉ cần có phương thức vận hành thích đáng Như sử dụng phương thức tích xả đục chậm lũ phải có quy mô dòng xả định cao trình cửa xả nước tương đối thấp hồ hình thành máng sâu bi cao giữ dung tích hồ với mức lớn để sử dụng lâu dài Ngược lại, biện pháp thích hợp chưa giữ dung tích hồ sử dụng lâu dài co ld Hình thái cực hạn bồi lắng hồ chứa ước tính niên hạn bồi lắng Hình thái cuối bồi lắng hồ chứa thường xói bồi hồ chứa phát triển đến trạng thái cân bằng, không phát sinh bồi lắng Đây nói tình hình trung bình đoạn sông tương đối dài thời gian tương đối dài .v n Căn vào quy luật hồ chứa theo hướng cân bồi lắng, tốc độ bồi lắng giảm nhỏ theo dung tích hồ kết thúc bồi lắng Vì niên hạn bồi lắng có ý nghĩa thực tế thời gian bồi lắng hoàn toàn dung tích hồ bồi, mà niên hạn hiệu ích phần sử dụng hồ xuống thấp, tuổi thọ sử dụng hồ chứa đ đến lúc kết thúc Cũng có người cho dung tích hồ lại xấp xỉ với dung tích lòng sông bồi lắng đ đạt đến mức cân tương đối, coi thời gian tương ứng làm niên hạn bồi lắng w Đối với hồ chứa dòng sông cát, niên hạn bồi lắng ước tính theo tỷ số lượng bồi lắng hồ lượng bùn cát năm đầu sau số năm t (lượng bùn cát bị giữ lại hồ chứa năm chiếm % lượng bùn cát nhập vào hồ năm đó) Niên hạn bồi lắng có quan hệ với dung tích hồ Công thức quan hệ hệ số lắng đọng bùn cát hồ chứa sau t năm lượng bồi lắng là: n (3-31) w ổ W bt = b0 ỗ - t ữ W0 ứ ố đó: w bt - hệ số lắng đọng bùn cát hồ chứa sau t năm (%); b0 - hệ số lắng đọng bùn cát hồ chứa năm đầu (%); Wt - lượng bồi lắng tích lũy sau t năm (m3); W0 - dung tích hồ bồi lắng lớn (m3); n - số triết giảm hệ số lắng đọng bùn cát theo dung tích hồ, số cần xác định có quan hệ với nước bùn cát 231 B - bùn cát v n Căn vào tài liệu bồi lắng số hồ chứa nước Trung Quốc, trị số n nói chung nhỏ Hồ chứa không xả cát, n = 0,45; Với hồ chứa xả cát tương đối nhiều n = 0,9 0,95; vào trạng thái n = 0,6 0,75 Vì hệ số lắng đọng bùn cát có quan hệ rõ ràng với tỷ số dung tích hồ lượng nước bình quân năm (xem hình 3-10) nên lợi dụng công thức (3-31) để xác định trị số n cho hồ chứa Khi biết tổng lượng dòng chảy năm bình quân, hệ số lắng đọng bùn cát năm đầu dung tích lớn bồi lắng, giả thiết lượng bồi lắng tích lũy Wt, theo tỷ số dung tích lại lượng dòng chảy năm, từ hình (3-10) ta tra hệ số lắng đọng bùn cát tương ứng bt, dùng công thức (3-31) vẽ giấy loga chiều tìm trị số n w w v n co ld Trong quy hoạch thiết kế, niên hạn bồi lắng hồ chứa phải xác định theo tính chất mục tiêu công trình khác Đối với hồ chứa phòng chống lũ, niên hạn bồi lắng thường lấy 100 năm dài nữa; Hồ chứa bị hạn chế ngập úng đất đai di dân, niên hạn bồi lắng lấy 10 20 năm Nếu hồ chứa có nhiệm vụ phòng lũ cho đô thị trọng yếu niên hạn bồ lắng nên có nghiên cứu riêng w Hình 3-15 Quan hệ kinh nghiệm hệ số lắng đọng bùn cát bình quân nhiều năm hồ chứa nước 232 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Tài liệu tham khảo w w w v n co ld v n Trung tâm nghiên cứu Môi trường không khí nước - Viện Khí tượng Thủy văn Nghiên cứu tính toán bồi lắng nước dềnh ứng với phương án xây dựng khác hồ chứa Sơn La Hà Nội - 2004 Học viện Thủy lợi Hoa Đông - Trung Quốc (Chủ biên) Sổ tay thiết kế công trình Thủy công - NXB Thủy lợi - Điện lực Trung Quốc Bắc Kinh - 1984 Trung tâm Thủy văn ứng dụng Kỹ thuật môi trường - Đại học Thủy Lợi (Chủ biên) Quy phạm tính toán thủy văn Dự án phát triển Tài nguyên nước Bản thảo 2004 Ngô Đình Tuấn Tài nguyên nước cân nước hệ thống Giáo trình Cao học Thủy văn - Môi trường Hà Nội 1998 Ngô Đình Tuấn Thủy văn nâng cao Giáo trình Cao học Thủy văn - Môi trường Hà Nội - 1998; 2004 [...]... phức tạp w 4 Tính toán quá trình b i lắng hồ chứa theo phương pháp sai phân hữu hạn a Các b ớc tính toán quá trình b i lắng hồ chứa nước Mục đích của việc tính toán b i lắng hồ chứa là dự tính trước phần diện dọc b i lắng, tổng lượng b i lắng và dung tích hồ cuối cùng sau thời gian tương đối dài vận hành hồ chứa (như 50 năm hoặc 100 năm) Các b ớc tính toán như sau: 1) Đem toàn b khu hồ phân thành...213 B - b n cát B ng 3-2 B ng tính sự phân b lượng b n cát b i lắng lòng hồ Hòa B nh sau 60 năm vận hành Thử sai lần thứ hai Thử sai lần thứ ba Thể tích Diện Dung b n Độ tích tích cát sâu tương Diện Thể Diện Thể Diện Thể ban tương b i tích tích tích tích tích đối tích đầu đối tích b i b i b i b i b i b i (106m3) AP 2 2 2 2 2 (km ) (km ) (km ) (km ) (km... 2080, trung b nh hàng năm hồ Hòa B nh b b i lấp 54,5 triệu mét khối với khoảng 70% b n cát lắng đọng trong dung tích chết và hệ số b i lắng 0,72 Sau 75 năm vận hành, đến năm 2065, lượng b n cát b i lắng trong hồ gần b ng dung tích chết Sau 90 năm vận hành, đến năm 2080, bi ngầm sẽ tiến về cách đập khoảng 20 km và cao trình b i lắng trước đập đạt xấp xỉ 40 m Từ kết quả dự tính b i lắng b ng mô hình... thì b i lắng đ đạt đến mức cân b ng tương đối, coi thời gian tương ứng của nó làm niên hạn b i lắng w Đối với hồ chứa trên dòng sông ít cát, niên hạn b i lắng có thể ước tính theo tỷ số lượng b i lắng trong hồ và lượng b n cát năm đầu sau số năm t (lượng b n cát b giữ lại ở hồ chứa trong 1 năm chiếm % lượng b n cát nhập vào hồ trong năm đó) Niên hạn b i lắng cũng có quan hệ với dung tích hồ Công thức... giữa hệ số lắng đọng b n cát của hồ chứa sau t năm và lượng b i lắng là: n (3-31) w ổ W ử bt = b0 ỗ 1 - t ữ W0 ứ ố trong đó: w bt - hệ số lắng đọng b n cát của hồ chứa sau t năm (%); b0 - hệ số lắng đọng b n cát của hồ chứa năm đầu (%); Wt - lượng b i lắng tích lũy sau t năm (m3); W0 - dung tích hồ có thể b i lắng lớn nhất (m3); n - chỉ số triết giảm của hệ số lắng đọng b n cát theo dung tích hồ, là số... lượng b i lắng rải đều trước đập; khi địa hình vùng hồ tương đối b ng, nước dềnh tương đối dài thì có thể phân thành hai phần là b i lắng dọc đường và b i lắng trước đập như hình (2-1) biểu thị c Tính toán phân b b i lắng theo độ sâu nước (Phương pháp kinh nghiệm giảm nhỏ diện tích) Địa hình vùng hồ ảnh hưởng rất lớn đến sự phân b b i lắng trong khu hồ Nói chung quan hệ giữa dung tích và độ sâu nước trong. .. khoảng 74 á 75% dung tích ban đầu .v n Kết quả tính toán lượng và phân b b i lắng cát b n hồ Hòa B nh theo thời gian b ng mô hình HEC-6 tương đối phù hợp với kết quả tính toán b ng phương pháp của Shamov Kết quả tính toán độ cao b i lắng trước đập b ng mô hình HEC-6 nhỏ hơn kết quả tính toán b ng phương pháp Borland-Miller Điều này có thể giải thích: do giả thiết b n cát b i lắng trước tiên ở hố trũng... cách tính thô 229 B - b n cát DG c = j DG z 1-j v n 3.3.4 B i lắng chất xung xói Công thức tính toán sức tải cát của dòng nước thường dùng chỉ bao gồm một phần chất lòng sông, không xét đến sự b i lắng của chất xung xói Vì thế, trong tính toán b i lắng hồ chứa còn phải ước tính đến vấn đề b i lắng của chất xung xói B i lắng của chất xung xói nội dung có thể chia làm 2 phần, một là b i lắng theo chất lòng... được dung tích hồ sử dụng lâu dài co ld 2 Hình thái cực hạn b i lắng hồ chứa và ước tính niên hạn b i lắng Hình thái cuối cùng trong b i lắng hồ chứa thường là chỉ sự xói b i trong hồ chứa phát triển đến trạng thái cân b ng, về cơ b n không phát sinh b i lắng nữa Đây chỉ là nói tình hình trung b nh trên đoạn sông tương đối dài trong thời gian cũng tương đối dài .v n Căn cứ vào quy luật hồ chứa dần dần... kỳ này, đỉnh bi ngầm b n cát b i lắng cách tuyến đập khoảng 90 km, cao trình b i lắng trước đập đạt 18,5 m w Thời kỳ 2021 á 2040, trung b nh hàng năm hồ Hòa B nh b b i lấp 54,2 triệu mét khối với 66 á 73% b n cát lắng đọng trong dung tích chết, hệ số b i lắng 0,72; chỉ các hạt sét và b n mịn có đường kính 0,002 á 0,016 mm được xả xuống hạ lưu Cuối thời kỳ này, đỉnh bi ngầm b n cát b i lắng cách tuyến ... (m2); ( 3-2 9) 223 B - b n cát a0 - diện tích b i lắng tương đối; V0 - thể tích b i lắng h0; Vr - thể tích b i lắng tương đối (m3); Vs - tổng lượng b i lắng (m3); H - độ sâu nước trước đập tính từ... dâng b nh thường - Độ sâu ban đầu đập Thời gian b i lắng Lượng b n cát b i lắng tích lũy sau 60 năm Cao trình b i lắng trước đập sau 60 năm vận hành Các hệ số 213 B - b n cát B ng 3-2 B ng tính. .. H-h0 Dh -1 VS - thể tích b i lắng tính toán; w Dh - gia số độ sâu b ớc tính; h0 - cao trình b i lắng tích đọng trước đập; w A0 - diện tích b mặt hồ ban đầu độ cao h0; V0 - thể tích phù sa lắng