Bài giảng công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 2: Công trình lấy nước

BÀI GIẢNG CT TRÊN HTTL CHƯƠNG 2. CT LẤY NƯỚC GIỚI THIỆU CHUNG CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC2-1. GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích:- Lấy nước từ sông, kênh, hồ => phục vụ tưới, phát điện, cấp nước,2. Yêu cầu:- Lấy đủ nước theo biểu đồ đã định (số lượng),- Đảm bảo chất lượng nước lấy vào kênh (ngăn bùn cát có hại, vật nổi), Kiểm soát được ảnh hưởng đến môi trường chung, Các yêu cầu chung khác: ổn định, thuận tiện thi công, quản lý, mỹ quan.3. Các công trình trong cụm đầu mối lấy nước:Đập, bể lắng cát, cống xả cát, các công trình điều chỉnh dòng sông (tường hướng dòng, mỏ hàn, kè bảo vệ bờ,) => có các sơ đồ bố trí khác nhau.4. Phân loại:a. Theo thành phần công trình đầu mối: - CTLN có đập - CTLN không đậpb. Theo phương tách dòng từ dòng chính vào CLN:* Lấy nước bên cạnh: dòng chảy vào CLN hợp với phương dòng chính một góc  90o.* Lấy nước chính diện: dòng chảy vào CLN hợp với phương dòng chính một góc  0o.2-1. GIỚI THIỆU CHUNG2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPI. Khái niệm Bố trí: CLN bên bờ sông, không làm đập chắn ngang sông. Điều kiện sử dụng: Khi mực nước sông đủ lớn => lấy nước tự chảy. Khi lưu lượng trong sông đủ cấp theo yêu cầu. Ưu điểm: Kết cấu và bố trí đơn giản, rẻ. Nhược: Sự làm việc chịu ảnh hưởng nhiều của sông thiên nhiên. Quản lý phức tạp, chi phí quản lý lớn. Chất lượng lấy nước khó cải thiện.* Các ví dụ: Cống Xuân Quan, Liên Mạc,Hình 2.1 Sơ đồ mặt bằng cống lấy nước Liên Mạc1. Sông Hồng2. Sông Nhuệ3. Đê sông Hồng4. Bãi sông Hồng5. Cống Liên Mạc2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPCống Xuân QuanII. Điều kiện làm việc của công trình lấy nước không đập1. Cửa lấy nước ở đoạn sông congHình 2.2. Hình thái một đoạn sông1. Đoạn bồi cạn2. Vực3. Bãi bồi2-I-2-I-2: Tuyến lạch2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP Hiện tượng: Tại đoạn cong có chảy vòng hướng ngang: Trên mặt → bờ lõm dưới đáy → bờ lồiHình 2.3. Sơ đồ dòng chảy ở đoạn sông cong2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPSông cong => lưu tốc dọc đổi hướng => lực li tâm Phân bố của Plt đồng dạng với phân bố V trên thủy trực => trên mặt có lực li tâm lớn => kéo nước về bờ lõm => tạo độ dốc hướng ngang. Xét cân bằng của 1 cột chất lỏng có F = 1.Lực thủy tĩnh hướng về bờ lồi:=>(2) (1)Từ (1) và (2) =>2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP Biểu đồ lưu tốc ngang đồng dạng với biểu đồ hợp lực => trên mặt → bờ lõm dưới đáy → bờ lồi Kết hợp dòng chảy dọc + ngang => chảy xoắn Hậu quả: Dòng mặt: gây xói ở bờ lõm Dòng đáy: gây bồi ở bờ lồi Vị trí đặt CLN: - bờ lõm: có lợi - bờ lồi: bất lợi2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPHình 2.4. Dòng chảy ở đoạn sông thẳng có cửa lấy nước Phần dòng chảy bị hút vào CLN:- Dưới đáy:- Trên mặt:- Nhận xét: Bđ  2Bm => bất lợi2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP2. Cửa lấy nước ở đoạn sông thẳng3. Cửa lấy nước ở đoạn sông có bờ không ổn địnhHình 2.5. Cửa lấy nước ở bờ không ổn định1. Vùng bồi lắng 2. Vùng xói lở+ Đặc điểm: bờ sông diễn biến liên tụcVị trí CLN bị đẩy lùi về hạ lưu giảm khả năng lấy nước2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP4. Chọn vị trí đặt CLN* Đặt ở bờ lõm đoạn cong * Vị trí mép trên CLNHình 2.6: Chọn vị trí đặt cửa lấy nước theo N.F. Danhêliia* Độ dài đoạn cong:* Góc lấy nước:2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPIV. Các hình thức bố trí:1- Lấy nước bên cạnha. Điều kiện áp dụng:Mực nước sông đảm bảo lấy nước tự chảyQlấy  0.2QsĐiều kiện địa hình, địa chất cho phép.b. Hình thức bố trí* Loại không có cống (1 cửa, nhiều cửa):Đơn giản nhất, Không khống chế được Qlấy nước,Bùn cát kéo vào cửa nhiềuLoại nhiều cửa: có thể luân phiên nạo vét.* Loại có cống (1 cửa, nhiều cửa): hoàn thiện hơn* Loại có cống + bể lắng cát: hoàn thiện nhất2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPHình 2.7: Sơ đồ các hình thức lấy nước bên cạnh không đập1. Kênh lấy nước 2. Kênh xả 3. Cống4. Bể lắng cát kết hợp kênh dẫn 5. Cống luồn6. Cầu máng hoặc ống dẫn nước2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPHình 2.12. Cống lấy nước đặt ở bờ sông có ngưỡng ngăn cátHình 2.11. Mặt cắt dọc cống lấy nước2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬP2. Lấy nước chính diệna. Các trường hợp sử dụng: Mực nước sông (mùa kiệt) tương đối thấp Qlấy  (10 – 20)% Qs Yêu cầu hạn chế bùn cát đáy cao hơn.b. Bố trí* Trước CLN xây tường hoặc đê hướng dòng => làm dâng cao mực nước trước CLN.* Kích thước hợp lý đoạn sông dẫn: Chiều dài: Lđ = (1.5 – 3.0)b Chiều rộng: b1 = 1.5b b: bề rộng cửa lấy nước* Có thể làm thêm bộ phận xả nước thừa, xả cát bên cạnh => tăng chất lượng lấy nước.2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPHình 2.13. Các hình thức lấy nước chính diện không đập1. Kênh dẫn 2. Tường hoặc đê hướng dòng3. Đoạn sông dẫn 4. Phần tháo nước 5. Công trình xả cát6. Cửa cống 7. Đê 8. Ngưỡng ở đáy2-2. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC KHÔNG ĐẬPI. Khái niệm1. Trường hợp sử dụng:a. Trường hợp tất yếu: khi mực nước sông (mùa kiệt) không đủ cao để tự chảy vào CLN.b. Các trường hợp so sánh, lựa chọn: Làm đập => rút ngắn chiều dài kênh chính. Khi cần lấy nước ở cả 2 bờ. Khi lưu lượng cần lấy (mùa kiệt) lớn. Khi cần cải thiện chất lượng nước lấy vào kênh.2. Thành phần công trình: đập (phần tràn và không tràn), cửa lấy nước, cửa xả cát, tường hướng dòng,2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬPHình 2.14: Sơ đồ mặt bằng tổng thể đầu mối công trình lấy nước Thạch Nham1. Sông Trà Khúc 2. Đập dâng tràn bêtông trọng lực3. CLN bờ Nam 4. Cống xả cát bờ Nam 5. CLN bờ Bắc6. Cống xả cát bờ Bắc 7. Khe lún của đập2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬPII. Diễn biến lòng sông sau khi xây dựng đập1. Thượng lưu:* Thời gian đầu: h tăng => V giảm => bồi lắng mạnh, kéo dài về phía trước.* Khi độ sâu trước đập đạt độ sâu thường ngày (ho) => ngừng bồi lắng (thời gian  3năm).2. Hạ lưu:* Thời gian đầu: bùn cát lắng mạnh ở thượng lưu => nước về hạ lưu trong => xói mạnh (nhất là vùng gần chân đập).* Khi ở thượng lưu đã ổn định => ở hạ lưu sẽ bồi trở lại, nhưng không về đúng đáy sông ban đầu.2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬPHình 2.15. Mặt cắt dọc sông vùng đậpa. Không có công trình hướng dòng; b. Có công trình hướng dòng1. Đập; 2, 3: Đáy sông và mặt nước sông cũ; 4. Bùn cát lắng đọng5. Mặt nước dâng; 6. Xói lở ban đầu; 7.,8: Đáy sông và mực nước phía HL ở thời kỳ cuối 9. Đường mặt nước tương ứng với thời kỳ bị xói ban đầu; 10,11. Công trình hướng dòng ở TL và HL.2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP3. Ảnh hưởng* Thượng lưu:+ Mực nước lũ dâng cao trên 1 đoạn dài => ảnh hưởng đến các công trình đã có (cửa lấy nước, cầu, đường,).* Hạ lưu:Xói làm hạ thấp đáy và mực nước trên một đoạn dài =>+ Làm sạt lở bờ (VD: hồ Hòa Bình).+ Làm “treo” các CLN đã có.=> Cần tính toán diễn biến sông ở thượng và hạ lưu để có biện pháp xử lý.2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬPIII. Hình thức bố trí:1- Lấy nước bên cạnh + xả cát chính diện(Sơ đồ ngưỡng bậc, ngưỡng bản công xôn)Hình 2.16: Hình thức lấy nước bên cạnh, bùn cát xả qua lỗ đặt ở thân đập1. Cống lấy nước2. Ngưỡng thẳng đứng3. Đập tràn4. Lỗ xả cát5. Kênh dẫn6. Bản côngxon2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP2. Lấy nước bên cạnh + xả cát bên cạnhHình 2.17: Hình thức lấy nước bên cạnh cống đáy xả cát1. Cống lấy nước2. Đập có cửa van3. Đập đất4. Kênh5. Cống đáy xả cát6.Đê hướng dòng2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP* Có thể bố trí thêm khoang chứa cát ở trước cốngHình 2.18: Hình thức lấy nước bên cạnh có túi chứa cát1. Cống lấy nước2. Kênh3. Đường hầm xói cát4. Đập5. Ngưỡng vào6. Túi chứa cát phía trước7. Ngưỡng túi chứa2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP3. Lấy nước chính diện + xả cát chính diện* Làm tường hướng dòng tạo thành khoang lắng cát.Hình 2.19: Hình thức lấy nước chính diện có lỗ xả cát chính diện1. Đập; 2. Lỗ xả cát; 3. Máng dẫn; 4. Kênh; 5. Ngưỡng vào;6. Túi lắng cát; 7. Tường cánh 8. Cống lấy nước2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP4. Lấy nước chính diện + xả cát bên cạnh* Loại có đoạn đê dẫn cong (Kiểu Phergan)Hình 2.21. Hình thức lấy nước chính diện, bùn cát được xả qua đập trànĐập 2. Cống lấy nước 3. Kênh 4,5. Ngưỡng cong6. Cống luồn 7. Đê hướng dòng 8. Bể tiêu năng2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬP5. Lấy nước qua lưới chắn đáyHình 2-23: Công trình lấy nước có lưới chắn đặt ở đỉnh đập1. Đập tràn; 2. Lưới chắn; 3. Đoạn đập lấy nước; 4. Hào thu bùn cát;5. Thép bảo vệ; 6. Cống lấy nước ở bờ; 7. Xi phông; 8. Cống xả cát đáy;9. Cống lấy nước đầu kênh; 10. Kênh lấy nước; 11. Hào lấy nước;12. Lưới chắn ở mép trụ; 13. Ống tháo bùn cát.2-3. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CÓ ĐẬPĐẬP CẦU SƠN (BẮC GIANG)I. Với CLN không đập1. Mục đích: + Hướng chủ lưu vào CLN + Hướng bùn cát ra xa CLN2. Biện pháp:a. Đặt hệ thống lái dòng Pôtapốp (hình vẽ)2-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚCHình 2-25: Hệ thống lái dòng M.V.Pôtapốp1. Dòng mặt; 2. Dòng đáy; 3; Lạch sông; 4. Cửa lấy nước; 5. Đập tràn2-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚCHình 2- 26. Kết cấu của hệ thống lái dòng1. Khung thép; 2. Phao; 3. Dây neo; 4. Mắt nối; 5. lỗ quan sát; 6. ống đổ nước vào phao.Hình dạng phao trên mặt bằngHệ thống lái dòng hai hàng phaoc. Kết cấu của một phao dạng cung 2-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚCb. Giữ cho chủ lưu đi sát CLN:+ Đào vát đoạn lồi trước CLN + Làm mỏ hàn nắn lại chủ lưu+ Lái dòng xói bãi bồi trước CLN + Xây kè bảo vệ đoạn sông có lợiHình 2-27: Biện pháp giữ và hướng chủ lưu đi sát cửa lấy nước không đập2-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚCc. Giữ và nâng cao mực nước trước CLN+ Xây mỏ hàn, đê hướng dòng ngắn (a)+ Xây đê, tường hướng dòng dài (b)Hình 2-28. Biện pháp nâng cao mực nước trước cửa lấy nước13-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚCII. Với CLN có đậpGiữ cho đoạn sông ổn định ở trạng thái có lợi:Tạo đoạn sông cong ở thượng và hạ lưu đập+ Bán kính cong: Thượng lưu: R1 = 7B; R2 = 3.5B Hạ lưu: R1 = 7B1 R2 = 3.5B1B1, B2 – chiều rộng ổn định của đoạn sông thẳng ứng với Qtạo lòng ở thượng và hạ lưu đập+ Chiều dài đoạn sông chỉnh trị Lấy nước 1 bên: LTL >= (5-6)B LHL >= (4-5)B1 Lấy nước 2 bên: LTL >= (6-7)B LHL >= (3-4)B1 Lấy nước luân phiên 2 bên: LTL >= (8-10)B LHL >= (4-5)B12-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚCHình 2-29. Sơ đồ chỉnh tri đoạn sông có cửa lấy nước có đậpa) Cửa lấy nước một phía ; b,c) Cửa lấy nước hai phía; d) Cửa lấy nước theo trình tự hai phía.1. Đê hướng dòng; 2. Đập; 3. Cửa lấy nước; 4,5. Kênh lấy nước; 6. Bể lắng cát; 7. Đê ngăn.2-4. CHỈNH TRỊ ĐOẠN SÔNG CÓ CT LẤY NƯỚC