BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ĐỖ MINH THU NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC BỂ THÁO NHỎ NHẤT HỢP LÝ CHO CÁC TRẠM BƠM TIÊU NƯỚC RA SÔNG Chuyên ngành: Qui hoạch Quản lý Tài nguyên nước Mã số: 60 – 62 - 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1.TS.NGUYỄN TUẤN ANH 2.PGS.TS.ĐINH VŨ THANH Hà Nội – 2010 Phụ lục 2: Mẫu xếp tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Quách Ngọc Ân (1992) "Nhìn lại hai năm phát triển lúa lai" Di truyền học ứng dụng, 98(1), trang 10-16 Bộ Nông nghiệp & PTNT (1996) Báo cáo tổng kết năm (1992-1996) phát triển lúa lai, Hà Nội Nguyễn Hữu Đống, Đào Thanh Bằng, Lâm Quang Dụ, Phan Đức Trực (1997) Đột biến - Cơ sở lý luận ứng dụng Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Thị Gấm (1996) Phát đánh giá số dòng bất dục đực cảm ứng nhiệt độ Luận văn thạc sĩ khoa học Nông nghiệp, Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội 23 Võ Thị Kim Huệ (2000) Nghiên cứu chuẩn đoán điều trị bệnh , Luận án Tiến sĩ Y khoa, Trường Đại học Y Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh 28 Anderson J E (1985) The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case American Economic Review, 75(1), pp 178-90 29 Borkakati R P., Virmani S S (1997) Genetics of thermosensitive genic male sterility in Rice Euphytica 88, pp 1-7 30 Burton G W (1988) Cytoplasmic male-sterility in pearl millet (pennisetum glaucum L.) Agronomic Journal 50, pp 230-231 32 Central Statistical Oraganisation (1995) Statistical Year Book, Beijing 33 Institute of Economics (1988) Analysis of Expenditure Pattern of Urban Households in Vietnam Department of Economics, Economic Research Report, Hà Nội -1PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đối với trạm bơm tiêu nước mưa sông mà mực nước sông dao động lớn mùa mưa lũ ngồi sơng khơng trùng tần suất xuất với mưa đồng nhiều mưa lớn khu tiêu mực nước ngồi sơng thấp Hiện nay, thiết kế trạm bơm tiêu nước sơng mà bể tháo bố trí liền cống xả qua đê việc xác định cao trình đáy cống xả qua đê việc xác định mực nước bể tháo nhỏ Zbt theo ý chủ quan người thiết kế đến chưa có quy định hay hướng dẫn cụ thể vấn đề Nếu chọn cao trình đáy cống xả qua đê cao hay ( Zbt ) cao nhiều nước bơm lên bể tháo cao, qua cống xả chảy xuống qua bậc hay dốc tiêu để nối tiếp với dòng chảy kênh tháo ngồi đê (khi mực nước ngồi sơng thấp), điều cho thấy việc lãng phí lượng bơm Ngược lại, chọn cao trình đáy cống xả qua đê hay ( Zbt ) thấp dẫn đến cao trình đáy bể tháo thấp tức chiều cao bể tháo lớn cống xả phải đặt sâu, làm tăng chi phí xây dựng Vấn đề đặt cần xác định giá trị Zmin bt tối ưu tổng chi phí xây dựng quản lý nhỏ Đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu xác định mực nước bể tháo nhỏ hợp lý cho trạm bơm tiêu nước sông” thực nhằm góp phần giải vấn đề Mục đích đề tài - Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn xác định mực nước bể tháo nhỏ Zbt tối ưu Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q -2min - Ứng dụng mơ hình để xác định Zbt cho trạm bơm cụ thể (Trạm bơm Đông Mỹ- Hà Nội) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trong luận văn học viên tập trung nghiên cứu trạm bơm tiêu nước mưa có bể xả liền cống xả qua đê đoạn kênh xả đê ngắn Mực nước sông (nơi nhận nước tiêu) dao động lớn Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: + Tiếp cận cách tổng thể đến chi tiết + Tiếp cận kế thừa kết có - Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: + Phương pháp phân tích hệ thống + Phương pháp tối ưu hoá + Phương pháp mơ hình tốn + Phương pháp ứng dụng lý thuyết thủy lực, máy bơm, kinh tế xây dựng Bố cục luận văn Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở khoa học để xây dựng mơ hình Chương 3: Xây dựng mơ hình tính tốn Chương 4: Ứng dụng mơ hình thiết lập cho TB Đông Mỹ - Hà Nội Phần kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phần phụ lục Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q -3CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phương pháp thiết kế bể tháo trạm bơm tiêu nước 1.1.1.Nhiệm vụ bể tháo Bể tháo cơng trình quan trọng trạm bơm Ở trạm bơm tiêu, bể tháo nối tiếp ống đẩy với chỗ chứa nước tiêu (sơng) cơng trình chuyển nước dốc nước, bậc nước…dẫn đến chỗ chứa nước tiêu Bể tháo có những nhiệm vụ sau: - Bảo đảm dòng chảy vào kênh hoặc nơi lấy nước thuận dòng, tổn thất ít; - Phân phối và khống chế mực nước, bảo đảm yêu cầu cho các kênh tưới; - Ngăn được dòng nước chảy ngược về ống đẩy đột nhiên dừng máy Muốn thực nhiệm vụ thiết kế bể tháo cần phải đảm bảo yêu cầu: - Kết cấu bể tháo phải bền vững ổn định - Kích thước hình dạng bể tháo phải đảm bảo cho dòng chảy thuận lợi mặt thủy lực hợp lý mặt kinh tế - Tạo điều kiện thuận lợi cho quản lý, thi công sửa chữa 1.1.2.Phân loại bể tháo điều kiện áp dụng Dựa vào kinh nghiệm xây dựng, nghiên cứu quản lý trạm bơm người ta tổng kết phân loại bể tháo sau: - Theo cách nối tiếp với kênh, bể tháo có loại thẳng dòng hay phân dòng xem hình (1.1) Bể tháo thẳng dòng nối với kênh dẫn có trục kênh trùng với trục bể tháo Bể tháo phân dòng nối tiếp với nhiều kênh dẫn nước, thường gặp trạm bơm phụ trách nhiều khu tưới với hay trạm bơm tưới tiêu kết hợp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q -4- Hình 1.1- Phân loại bể tháo theo điều kiện nối tiếp với kênh - Theo vị trí và cách nối tiếp với nhà máy bơm có thể chia hai loại bể tháo: bể tháo xây tách xa nhà máy và bể tháo xây liền (kết hợp) với nhà máy Loại bể tháo kết hợp được dùng với trạm có cột nước thấp , bơm trục đứng và dao động mực nước nguồn thấp miệng ống đẩy Hình thức này phải tính nền móng cẩn thận để bảo đảm lún đều và ổn định thi công xong và chú ý đến chống thấm chỗ tiếp giáp giữa bể tháo với tường nhà máy - Theo phương pháp ngắt dòng chảy trở lại ống đẩy có loại: + Bể tháo có nắp ống đẩy đóng mở tự động; + Bể tháo có nắp ống đẩy dạng xi phơng; Đối với trạm bơm có ống đẩy đường kính 0,6m nên dùng loại nắp ống đẩy khơng có đối trọng, làm kim loại gỗ tốt Miệng ống đẩy nên làm nghiêng góc β=15 ÷20o so với đường thẳng đứng để nắp P P đóng kín miệng Khi đường kính ống đẩy từ 0,7÷1,2m để giảm lực va đập nắp ống đẩy, đồng thời để nắp nâng lên nhẹ nhàng cần bố trí đối trọng tốt làm kiểu nắp hình cánh bướm có lề lệch tâm miệng Bể tháo dùng thiết bị ngăn nước ống đẩy tiện lợi, đơn giản, làm việc đảm bảo, nhược điểm tổn thất thủy lực miệng lớn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q -5Đối với ống đẩy có đường kính lớn 2m nên dùng loại van phẳng kéo lên hạ xuống tự động tời điện thay cho nắp ống đẩy 1.1.3.Các điều kiện kỹ thuật thiết kế bể tháo Kết cấu toàn hay phận riêng bể tháo phải bền vững ổn định Vì với phận phải tính tốn tĩnh học theo qui phạm kỹ thuật ban hành Hình dạng mặt bể phải đảm bảo điều kiện thủy lực cho dòng chảy vào bể thuận lợi, khơng sinh xốy, dâng, sóng phản hồi bể Phải kiểm tra chiều dài đường thấm áp lực nước thấm từ bể tháo bể hút, cần đặt tầng lọc ngược để tránh xói ngầm đùn đất đường thấm Cần tính tốn kiểm tra bể tháo cạn để sửa chữa lúc nước kênh đầy, đồng thời phải kiểm tra khoang cần sửa chữa khoang lúc trạm bơm làm việc Chiều dài gia cố bờ kênh phải đảm bảo không gây xói lở Tất kích thước bể tháo (chiều rộng, chiều dài, chiều sâu) phải xác định sở tính tốn thủy lực, cần phải thí nghiệm mơ hình Đồng thời phải thỏa mãn yêu cầu lắp ráp, sửa chữa thiết bị quản lý thuận lợi Bể tháo có phần: Giếng tiêu sát miệng ống đẩy đoạn chuyển tiếp với kênh dẫn đảm bảo nước chảy vào kênh với tốc độ Hình dạng phần chuyển tiếp phụ thuộc vào bề rộng bể kênh phần chuyển tiếp Vị trí bể tháo nên đặt chỗ đất nguyên, thường chiều sâu bể tháo nửa đào, nửa đắp, bể tháo ổn định Ống đẩy nối với bể tháo phải có mối nối chống lún chống thấm, dùng ống thép phải đặt khớp nối chống co dãn nhiệt trước nối với bể tháo để tránh việc truyền lực vào tường bể tháo nhiệt độ thay đổi gây Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q -61.1.4 Tính tốn thủy lực bể tháo thẳng dòng có thiết bị nắp ống đẩy Nhiệm vụ tính toán thủy lực bể tháo là: - Xác định độ sâu ngập của miệng ống đẩy dưới mực nư ớc thấp nhất bể - Bảo đảm dòng chảy khỏi ống đẩy ở trạng thái ngập lặng - Xác định chiều dài giếng tiêu của bể tháo - Xác định hình dạng kích thước thềm từ giếng tiêu - Xác định chiều dài đoạn bảo vệ mái và đáy kênh tháo - Xác định các kích thước bể tháo hợp lý Hình 1.2- Bể tháo thẳng dòng có thiết bị nắp ống đẩy Tính đường kính miệng ống đẩy để giảm tốc độ nước khỏi ống đẩy, đường kính miệng ống đẩy lấy theo kinh nghiệm công thức (1.1) D o = (1,1÷1,2)D (m) R R (1.1) D o –đường kính miệng ra, (m) R R D – đường kính ống đẩy, (m) Tính tốc độ nước chảy khỏi miệng ống đẩy theo lưu lượng ứng với mực nước nhỏ bể tháo, công thức (1.2) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q -7V = R R 4.Q π D 02 (1.2) (m/s) Với Q: Lưu lượng tính tốn máy bơm mực nước bể xả nhỏ Độ ngập sâu nhỏ nhất của mép miệng ống đẩy để bảo đảm dòng chảy ngập lặng được xác định theo cơng thức (1.3) h ngmin = (3÷4) R R Vra2 ; với điều kiện h ngmin ≥ 0,1 (m) 2.g R (1.3) R Chiều sâu nhỏ giếng tiêu bể tháo công thức (1.4) H gi.min = D + h ng.min + p R R R R R (m) R (1.4) Ở p khoảng cách từ mép miệng ống đẩy đến đáy bể tháo Tùy theo cấu tạo nắp ống đẩy bể tháo có vật đệm chống rò lấy p= 0,2÷0,3m Chiều cao thềm giếng tiêu tính theo cơng thức (1.5): h t = H gi.min − h kmin R R R R R R (m) R R (1.5) h kmin – Chiều sâu nhỏ kênh tháo trường hợp có kênh tháo R R sau bể tháo Độ sâu lớn nhất của giếng tiêu tính theo cơng thức (1.6): H gi.max = h t + h k.max R R R R R R (m) R R h kmax – Chiều sâu lớn kênh: h kmax = Z max bt - Z đk R R R R R (1.6) R (1.7) : mực nước bể xả lớn Z max bt Độ ngập sâu lớn nhất của mép miệng ống xả công thức (1.8): h ngmax = H gi.max – D o – p R R R R R (1.8) R Chiều cao dự trữ từ mực nước lớn bể đến mép tường bể tháo, khơng có điều kiện đặc biệt lấy theo bảng (1.1) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 80 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 170.433 207.173 163.704 580.999 132.837 248.547 178.048 272.391 189.090 167.065 207.173 161.017 580.999 132.837 245.177 176.863 266.537 189.783 163.697 207.173 158.948 580.999 132.837 241.806 175.678 263.752 189.783 158.646 207.173 155.844 580.999 132.837 237.297 173.901 255.847 189.783 147.457 207.173 142.496 577.373 132.837 235.436 172.716 250.576 189.783 Từ kết bảng (4.9a) (4.9b) (4.9c) (4.9d) chi phí điện năm giảm dần theo phương án Khi cống xả đặt sâu, mực nước bể tháo cột nước bơm nhỏ dần dẫn tới chi phí điện giảm dần 4.5.2.Xác định chi phí lương Theo điều tra số lượng cơng nhân vận hành bơm điện trạm bơm thực tế số trạm bơm luận văn học viên lấy trung bình với cơng nhân vận hành Chi phí lương vận hành 108 triệu/năm C lương = 3người x 3.000.000 đồng/tháng x 12 tháng = 108.000 000đồng/năm R R 4.5.3.Xác định chi phí sửa chữa thường xun, chi phí khác Trên thực tế cơng trình đầu mối trạm bơm chi phí dành cho việc sửa chữa phụ thuộc vào số vận hành máy bơm để định công tác sửa chữa nhỏ, sửa chữa lớn Trong thời gian làm việc 20 năm kể từ trạm bơm vào vận hành, sở khảo sát thực tế số trạm bơm tiêu nước sông Hồng, luận văn tác giả lấy trung bình năm cơng ty cần bỏ số tiền C SC = 20.000.000 đồng/năm dành cho công tác R R tu sửa chữa Với chi phí khác tác giả tính theo cơng thức (3.15) trình bày Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 81 4.5.4.Chi phí quản lý bình qn hàng năm 20 Cbqql = ∑C i =1 i ql (4.21) 20 Chi phí quản lý Ci ql (4.21) tính theo cơng thức (3.16) với : P R P R Lãi suất tính tốn i=0,12 Hệ số qui đổi tổng chi phí quản lý năm năm đầu β=7,5 Lập bảng tính chi phí quản lý trung bình theo cơng thức (4.21) Kết tính ghi phụ lục (4.5): Phụ lục tính chi phí quản lý trung bình 20 năm từ 1987 đến 2006 20 phương án cao trình đáy cống 4.6 Kết tính phương án Từ thông số đầu vào, tiến hành lập bảng với cao trình đáy cống khác với điều kiện 4,2 m ≤ Z đc ≤ 8,5m tìm quan hệ cao trình đáy cống chi phí xây dựng, chi phí quản lý tổng chi phí xem bảng (4.10) bảng (4.11) Bảng 4.10.Kết tính chiều cao bể tháo 20 phương án Z đc R PA 10 11 12 13 14 Z đc (m) 8,5 8,3 8,0 7,8 7,6 7,4 7,1 6,9 6,7 6,5 6,2 6,0 5,8 5,6 R Z bt (m) 9,69 9,46 9,24 9,01 8,79 8,56 8,33 8,11 7,88 7,66 7,43 7,20 6,98 6,75 R RP Luận văn thạc sĩ kỹ thuật H KT (m) 6,49 6,26 6,04 5,81 5,59 5,36 5,13 4,91 4,68 4,46 4,23 4,00 3,78 3,55 R RP Qmax v h ng (m /s) (m/s) (m) 5,60 1,78 0,49 5,66 1,80 0,50 5,71 1,82 0,51 5,77 1,84 0,52 5,82 1,85 0,53 5,88 1,87 0,54 5,93 1,89 0,55 5,99 1,91 0,56 6,04 1,92 0,57 6,10 1,94 0,58 6,16 1,96 0,59 6,21 1,98 0,60 6,27 2,00 0,61 6,32 2,01 0,62 R P P R Z đáybể H bểtháo (m) (m) 6,90 5,71 6,67 5,94 6,43 6,18 6,20 6,41 5,96 6,65 5,72 6,89 5,49 7,12 5,25 7,36 5,02 7,59 4,78 7,83 4,54 8,07 4,31 8,30 4,07 8,54 3,83 8,78 R R Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 82 15 16 17 18 19 20 5,3 5,1 4,9 4,7 4,4 4,2 6,53 6,30 6,07 5,85 5,62 5,40 3,33 3,10 2,87 2,65 2,42 2,20 6,38 6,43 6,49 6,54 6,60 6,66 2,03 2,05 2,07 2,08 2,10 2,12 0,63 0,64 0,65 0,66 0,68 0,69 3,60 3,36 3,12 2,88 2,65 2,41 9,01 9,25 9,49 9,73 9,96 10,20 Bảng 4.11.Bảng tổng hợp kết chi phí tổng 20 phương án PA Z đc Z bt C XD bểtháo C XD côngxả 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 (m) 8,5 8,3 8,0 7,8 7,6 7,4 7,1 6,9 6,7 6,5 6,2 6,0 5,8 5,6 5,3 5,1 4,9 4,7 4,4 4,2 (m) 9,69 9,46 9,24 9,01 8,79 8,56 8,33 8,11 7,88 7,66 7,43 7,20 6,98 6,75 6,53 6,30 6,07 5,85 5,62 5,40 (1000đ) 4.899.165 5.003.529 5.117.039 5.236.470 5.383.673 5.495.122 5.635.513 5.784.180 5.909.508 6.109.576 6.288.202 6.478.935 6.664.985 6.902.222 7.138.077 7.392.734 7.751.930 7.968.644 8.296.219 8.611.616 (1000đ) 2.365.900 2.422.227 2.488.075 2.558.208 2.632.626 2.711.329 2.794.317 2.881.591 2.973.149 3.068.993 3.169.121 3.273.535 3.382.234 3.495.218 3.612.487 3.734.041 3.859.880 3.990.005 4.124.414 4.263.109 R R RP R RP R RP C XD R C quảnlý Ctổng (1000đ) 3.712.614 3.633.921 3.529.212 3.442.973 3.377.809 3.346.572 3.299.286 3.272.940 3.246.110 3.221.437 3.182.939 3.162.014 3.141.739 3.123.057 3.104.104 3.083.852 3.069.740 3.057.182 3.028.360 2.991.781 (1000đ) 52.083.413 52.061.151 52.022.404 52.006.417 52.015.819 52.063.396 52.099.239 52.160.314 52.225.169 52.296.539 52.358.348 52.442.028 52.530.638 52.625.177 52.723.729 52.825.285 52.937.372 53.055.155 53.161.071 53.263.501 R (1000đ) 48.370.799 48.427.231 48.493.192 48.563.444 48.638.010 48.716.824 48.799.953 48.887.375 48.979.059 49.075.102 49.175.409 49.280.014 49.388.899 49.502.120 49.619.625 49.741.434 49.867.632 49.997.973 50.132.710 50.271.720 Sau lập biểu đồ thể quan hệ cao trình đáy cống chi phí xây dựng, chi phí quản lý tổng chi phí xem hình (4.11); hình (4.12); hình (4.13) Từ kết bảng tính biểu đồ lựa chọn cao trình đáy cống tối ưu từ xác định mực nước bể tháo nhỏ hợp lý trạm bơm tiêu nước sông Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 83 - Hình 4.11 Biểu đồ quan hệ chi phí xây dựng cao trình đáy cống Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ chi phí quản lý cao trình đáy cống Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 84 - Hình 4.13 Biểu đồ quan hệ tổng chi phí cao trình đáy cống Nhận xét: U - Hình (4.11) biểu diễn quan hệ chi phí xây dựng C XD Z ĐC R R R R Quan hệ cho thấy Z ĐC tăng (cống đặt cao) chi phí xây R R dựng giảm - Hình (4.12) biểu diễn quan hệ chi phí quản lý C ql Z ĐC Đồ thị R R R R cho thấy Z ĐC tăng chi phí quản lý tăng chi phí điện R R tăng chi phí điện tăng - Hình (4.12) biểu diễn quan hệ chi phí tổng C tổng Z ĐC Nhìn R R R R vào đồ thị ta thấy: + Khi Z ĐC tăng từ 4,2m đến 7,8m chi phí tổng giảm (Z ĐC nghịch R R R R biến với C tổng ) R R + Khi Z ĐC > 7,8m chi phí tổng đồng biến với Z ĐC R R R R + Khi Z ĐC = 7,8m cho chi phí tổng C tổng nhỏ Đây giá R R R R trị Z ĐC tối ưu cần tìm R R Tương ứng với giá trị Z ĐC = 7,8m ta xác định R R Zmin = Z ĐC +H c = 7,8+ 1,2 = (m) bt R Luận văn thạc sĩ kỹ thuật R R RP P Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 85 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ Kết luận: U Luận văn giải vấn đề sau: - Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào tốn thiết kế cơng trình thủy lợi - Áp dụng lý thuyết tối ưu hố phân tích hệ thống để thiết lập mơ hình tính tốn xác định cao trình mực nước bể tháo nhỏ ( Zbt ) cao trình đáy cống ( Z đc ) hợp lý để tính tốn thiết kế bể tháo trạm bơm tiêu nước sông trường hợp bể tháo liền cống xả qua đê Đây đóng góp luận văn - Ứng dụng mơ hình thiết lập để xác định cao trình đáy cống Z đc , mực nước bể tháo nhỏ ( Zbt ) cho hệ thống trạm bơm tiêu Đơng Mỹ- Thanh Trì- Hà Nội Kết phân tích cho thấy: - Nếu chọn cao trình đáy cống xả qua đê cao hay ( Zbt ) cao nước bơm lên bể tháo cao, qua cống xả chảy xuống qua bậc hay dốc tiêu để nối tiếp với dòng chảy kênh tháo ngồi đê (khi mực nước ngồi sơng thấp) dẫn tới việc lãng phí lượng bơm - Nếu chọn cao trình đáy cống xả qua đê hay ( Zbt ) thấp dẫn đến cao trình đáy bể tháo thấp tức chiều cao bể tháo lớn cống xả phải đặt sâu, làm tăng chi phí xây dựng cống đặt sâu chi phí điện có giảm chi phí xây dựng tăng dẫn tới chi phí tổng lớn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 86 - Phương án Z đc tối ưu Zbt hợp lý phương án cho tổng chi phí xây dựng quản lý qui năm đầu nhỏ Đối với TB Đơng Mỹ, cao trình đáy cống hợp lý Z ĐC = 7,8m hay Zbt = (m) R R Phương pháp áp dụng để xác định cao trình đáy cống hợp lý cho trạm bơm tiêu khác có điều kiện tương tự TB Đông Mỹ - Kết nghiên cứu làm sở cho việc lựa chọn xác định mực nước bể tháo nhỏ Zbt cao trình đáy cống Z đc hợp lý tối ưu giai đoạn lập dự án, thiết kế sở cơng trình đầu mối trạm bơm tiêu nước sơng có mực nước sơng dao động lớn Khi thiết kế kỹ thuật - vẽ thi công, cần tính tốn xác định mực nước bể tháo nhỏ Zbt tối ưu xác theo phương pháp trình bày chương Kiến nghị: U Cần tiếp tục nghiên cứu ứng dụng phương pháp xác định cao trình đáy cống xả mực mực nước bể tháo nhỏ hợp lý xây dựng luận văn cho nhiều trạm bơm tiêu có qui mơ, điều kiện thủy văn khác để sở xây dựng tài liệu hướng dẫn (hay bảng tra) giúp cho kỹ sư thiết kế trạm bơm nhanh chóng xác định cao trình đáy cống xả mực nước bể tháo nhỏ trạm bơm Trong trình làm luận văn, tác giả cố gắng Song thời gian có hạn, khả kinh nghiệm tác giả hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong giảng viên, nhà khoa học đồng nghiệp quan tâm bảo, giúp đỡ để tác giả có thêm kinh nghiệm cơng tác sau Xin chân thành cảm ơn! Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO TiÕng ViÖt: Nguyễn Tuấn Anh, (2003), Nghiên cứu xác định phương án bố trí quy mơ hợp lý trạm bơm tưới vùng cao, Luận văn thạc sĩ khoa học thuỷ lợi, Trường đại học Thuỷ lợi Phó Đức Anh, Nguyễn Hữu Đạo, (2002), Giáo trình phân tích hệ thống tối ưu hố, NXB Nơng nghiệp Nguyễn Ngọc Bích, Hồng Lâm Viện, Nguyễn Văn Tích, (2006), Giáo trình Máy bơm Trạm bơm, NXB từ điển Bách Khoa Đỗ Chí Cơng, (2010), Xác định đường kính ống tối ưu hệ thống cấp nước bơm, Luận văn thạc sĩ khoa học thuỷ lợi, Trường đại học Thuỷ lợi Nguyễn Thế Hoà, Đào Văn Khiêm, (2004), Bài giảng toán kinh tế NXB nơng nghiệp Phạm Việt Hòa, (2008), Chế độ kỹ thuật tiêu nâng cao,Bài giảng cao học Phạm Thị Hoài, (2001), Phân vùng tưới tối ưu hệ thống thuỷ nông Văn Giang, Luận văn thạc sĩ khoa học thuỷ lợi, Trường đại học Thuỷ lợi Bùi Văn Hức, (1993), Xác định mức nước sông thiết kế hợp lý để xây dựng trạm bơm tưới tiêu nước, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Văn Khối, Lê Đình Thành, Ngơ Lê Long,(2007), Qui hoạch phân tích hệ thống tài nguyên nước,NXB giáo dục 10 Dương Thanh Lượng, (1997), Hệ số tiêu thiết kế tối ưu trạm bơm cho vùng trồng lúa đồng Bắc Bộ - Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học học Thuỷ lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 88 11 Dương Thanh Lượng, (2006), Xác định qui mô tối ưu hệ thống tiêu đông lực, Trường đại học Thuỷ lợi 12 Lê Chí Nguyện,(2008), Một số vấn đề sở nghiên cứu hệ thống tưới tiêu động lực,NXB nông nghiệp 13 Đỗ Hồng Quân, (2002), Nghiên cứu xác định quy mô đường ống tối ưu cho hệ thống tưới Trung tâm nghiên cứu sản xuất giống ngơ Sơng Bơi – Hồ Bình, Luận văn thạc sĩ khoa học thuỷ lợi, Trường đại học Thuỷ lợi 14 Lê Văn Ước, (2007), Kinh tế tài nguyên nước môi trường, Bài giảng cao học TiÕng Anh: 15 Garland E Laliberte and Marshall J English, M.ASCE (1983) Design of Energy-Efficient Pipe-Size Expansion, Journal of Irrigation and Drainage TU Engineering, Vol 109, No 1, March 1983, pp 13-28 T U 16 Roberto Canales-Ruiz(1980), Optimal Design of Gravity Flow Water Conduits, Journal of the Hydraulics, Vol 106, No 9, September 1980, pp 1489-1502 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 89 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU - T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - T 1.1 Giới thiệu phương pháp thiết kế bể tháo trạm bơm tiêu nước T - T 1.1.1.Nhiệm vụ bể tháo - T T 1.1.2.Phân loại bể tháo điều kiện áp dụng - T T 1.1.3.Các điều kiện kỹ thuật thiết kế bể tháo - T T 1.1.4 Tính tốn thủy lực bể tháo thẳng dòng có thiết bị nắp ống đẩy - T T 1.1.5 Xác định mực nước bể tháo nhỏ - T T 1.2 Tổng quan việc ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa vào tốn thiết kế T cơng trình thủy lợi - 13 T CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ XÂY DỰNG MƠ HÌNH - 16 T 2.1 Lý thuyết phân tích hệ thống ứng dụng nghiên cứu hệ thống T tưới tiêu động lực - 16 T 2.1.1 Mở đầu - 16 T T 2.1.2.Hệ thống đặc trưng hệ thống - 16 T T 2.1.2.1.Định nghĩa - 16 T T 2.1.2.2.Các đặc trưng hệ thống - 17 T T 2.1.2.3 Phân loại hệ thống - 18 T T 2.1.2.4 Các toán hệ thống tiêu đánh giá - 20 T T 2.1.2.5.Hệ thống phương pháp luận phân tích hệ thống - 21 T T 2.2 Lý thuyết tối ưu hoá ứng dụng nghiên cứu hệ thống tưới tiêu T động lực - 24 T 2.2.1 Phân loại tổng qt mơ hình tối ưu - 24 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 90 2.2.2.Thiết lập mơ hình tính tốn phân tích hệ thống cơng trình T thuỷ lợi - 25 T 2.2.2.1 Mơ hình hố hệ thống - 25 T T 2.2.2.2 Hàm số mục tiêu - 26 T T 2.2.2.3.Điều kiện ràng buộc - 27 T T CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN - 28 T T T 3.1 Đặt toán - 28 T T 3.2 Phương pháp giải toán - 28 T T 3.3 Hàm mục tiêu điều kiện ràng buộc - 29 T T 3.3.1 Các tiêu tối ưu - 29 T T 3.3.1.1 Chỉ tiêu tối ưu giá trị thu nhập dòng quy thời điểm T NPV max : - 29 R R T 3.3.1.2 Chỉ tiêu tối ưu hệ số nội hoàn kinh tế: IRR max - 30 T R R0 T 3.3.1.3 Chỉ tiêu tối ưu tổng chi phí vốn đầu tư quy năm đầu T C - 30 R R0 T 3.3.2 Lựa chọn tiêu tối ưu - hàm mục tiêu - 31 T T 3.3.3 Điều kiện ràng buộc - 32 T T 3.4 Xác định thành phần hàm mục tiêu - 33 T T 3.4.1 Xác định chi phí xây dựng C XD - 33 T R R0 T 3.4.2 Xác định chi phí quản lý hàng năm bình qn - 34 T T CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ĐÃ THIẾT LẬP CHO TRẠM BƠM T T T ĐÔNG MỸ- HÀ NỘI - 38 - 4.1 Mô tả hệ thống tiêu trạm bơm tiêu - 38 T T 4.1.1 Điều kiện tự nhiên hệ thống - 38 T T 4.1.1.2 Đặc điểm địa hình - 38 T T 4.1.1.3 Đất đai thổ nhưỡng - 38 T T 4.1.1.4 Điều kiện khí tượng - 39 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 91 4.1.1.5 Điều kiện thủy văn - 40 T T 4.1.1.6 Địa chất, địa chất thủy văn - 41 T T 4.1.1.7 Nguồn vật liệu xây dựng - 41 T T 4.1.1.8 Tình hình giao thơng - 41 T T 4.1.2 Tình hình dân sinh, kinh tế - 42 T T 4.1.2.1 Đặc điểm dân số - 42 T T 4.1.2.2 Phương hướng phát triển kinh tế - 42 T T 4.1.3 Hiện trạng thủy lợi khu vực - 44 T T 4.1.4 Biện pháp thủy lợi - 46 T T 4.2 Xác định thông số thiết kế TB Đông Mỹ - 46 T T 4.2.1.Xác định mực nước bể hút, bể xả - 46 T T 4.2.1.1 Xác định mực nước bể tháo thiết kế kiểm tra - 47 T T max 4.2.1.2.Tính tốn mực nước bể hút Z TK bh , Z bh , Z bh - 53 T T T T T T 4.2.2 Xác định cột nước trạm bơm - 54 T T 4.2.2 Chọn máy bơm - 55 T T 4.2.4 Kích thước trạm bơm - 56 T T 4.3 Thiết kế bể tháo cống xả qua đê - 57 T T 4.3.1 Xác định kích thước bể tháo - 57 T T 4.3.2 Thiết kế cống xả - 57 T T 4.3.2.1.Xác định kích thước cống - 57 T T 4.3.2.2 Tính tốn thủy lực cống - 59 T T 4.3.2.3.Xác định phương án cao trình đáy cống - 61 T T 4.4 Xác định chi phí xây dựng cơng trình - 64 T T 4.4.1.Chi phí xây dựng nhà trạm, kênh dẫn, kênh tháo - 64 T T 4.4.2.Chi phí xây dựng bể tháo cống xả - 64 T T 4.5 Xác định chi phí quản lý hàng năm bình qn - 66 T T 4.5.1.Xác định chi phí điện trạm bơm - 66 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 92 4.5.1.1.Xác định nhu cầu tiêu nước - 66 T T 4.5.1.2.Xác định chi phí điện - 75 T T 4.5.2.Xác định chi phí lương - 80 T T 4.5.3.Xác định chi phí sửa chữa thường xuyên, chi phí khác - 80 T T 4.5.4.Chi phí quản lý bình qn hàng năm - 81 T T 4.6 Kết tính phương án - 81 T T KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ - 85 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO - 87 T T PHỤ LỤC - 87- Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 93 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1- Phân loại bể tháo theo điều kiện nối tiếp với kênh - T T Hình 1.2- Bể tháo thẳng dòng có thiết bị nắp ống đẩy - T T Hình 1.3 Trạm bơm Hữu Bị II (Nam Hà) - 10 T T Hình 1.4 Trạm bơm Đơng Mỹ (Thanh Trì -Hà Nội) - 10 T T Hình 1.5- Sơ đồ bể tháo cách xa cống xả qua đê - 11 T T Hình 1.6 Sơ đồ bể tháo xây liền cống xả qua đê - 12 T T Hình 1.7 Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê cao - 13 T T Hình 1.8.Sơ đồ cao trình đáy cống xả qua đê thấp - 13 T T Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý tiếp cận hệ thống - 23 T T Hình 3.1 Sơ đồ trạm bơm tiêu - 28 T T Hình 3.2.Sơ đồ lựa chọn phương pháp tối ưu - 29 T T Hình 4.1.Hiện trạng TB Đơng Mỹ lắp 24 máy loại HL 980-12 - 45 T T Hình 4.2.Đoạn ống đẩy đưa nước lên bể xả - 46 T T Hình 4-3: Sơ hoạ vị trí trạm bơm - 47 T T Hình 4.4 Đường tần suất mực nước sông Hồng ngày max trạm Hà Nội - 50 T T Hình 4.5 Đường tần suất mực nước sơng Hồng ngày trạm Hà Nội - 51 T T Hình 4.6 Đường tần suất mực nước sông Hồng ngày max trạm Hà Nội - 52 T T Hình 4.7 Đường đặc tính máy bơm ZL5650–8 - 56 T T Hình 4.8: Kích thước bể tháo - 57 T T Hình 4.9.Sơ đồ chọn phương án Zmin tối ưu - 63 bt T T T T Hình 4.10.Đồ thị mối quan hệ chi phí cao trình đáy cống - 65 T T Hình 4.11 Biểu đồ quan hệ chi phí xây dựng cao trình đáy cống - 83 T T Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ chi phí quản lý cao trình đáy cống - 83 T T Hình 4.13 Biểu đồ quan hệ tổng chi phí cao trình đáy cống - 84 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T Đỗ Minh Thu –CH 16Q - 94 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.Xác định chiều cao dự trữ a - T T Bảng 1.2 Xác định hệ số K - T T Bảng 4.1 Bảng thống kê mực nước Z ngày max, Zbq ngày max - 48 T T Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật máy bơm ZL5650–8 - 56 T T Bảng 4.3 Kích thước cống xả - 60 T T Bảng 4.4 Tính toán thuỷ lực cống xả - 60 T T Bảng 4.5 Các phương án Z đc Zbt - 62 T T T T Bảng 4.6: Chi phí xây dựng cống xả bể xả - 64 T T Bảng 4.7 Kết tính tốn chi phí xây dựng - 65 T T Bảng 4.8.Diện tích vùng đặc trưng trạm bơm quản lý - 66 T T Bảng 4.9a Chi phí điện PA1÷PA5 - 76 T T Bảng 4.9b Chi phí điện PA6÷PA10 - 77 T T Bảng 4.9c Chi phí điện PA11÷PA15 - 79 T T Bảng 4.9d Chi phí điện PA16÷PA20 - 79 T T Bảng 4.10.Kết tính chiều cao bể tháo 20 phương án Z đc - 81 T R R0 T Bảng 4.11.Bảng tổng hợp kết chi phí tổng 20 phương án - 82 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T Đỗ Minh Thu –CH 16Q ... sĩ Nghiên cứu xác định mực nước bể tháo nhỏ hợp lý cho trạm bơm tiêu nước sông thực nhằm góp phần giải vấn đề Mục đích đề tài - Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn xác định mực nước bể tháo nhỏ. .. Với: α1 : Góc thu hẹp từ bể tháo vào kênh tháo 1.1.5 Xác định mực nước bể tháo nhỏ để tính tốn cột nước bơm Xác định mực nước bể tháo nhỏ Z bt nhỏ xác định cao trình đáy bể tháo theo công thức (1.14)... trạm bơm tiêu nước 1.1.1.Nhiệm vụ bể tháo Bể tháo công trình quan trọng trạm bơm Ở trạm bơm tiêu, bể tháo nối tiếp ống đẩy với chỗ chứa nước tiêu (sơng) cơng trình chuyển nước dốc nước, bậc nước dẫn