Bài giảng Thủy công - Chương 1: Kiến thức chung về công trình thủy lợi

1Giảng viên: TS. LÊ THANH HÙNG Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ môn: THỦY CÔNG BÀI GIẢNG THỦY CÔNG 2Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 3Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI I. NGUỒN NƯỚC: - Nước là yếu tố quyết định tới sự sống của con người, động vật và thực vật. - Nước đóng một vai trò đặc biệt quan trọng đối với nền kinh tế và sự sống trên tất cả các quốc gia. 1. Trữ lượng nước trên trái đất: - Ước tính khoảng 1,5 tỷ km3, hơn 90% là nước ở các đại dương, và khoảng 10% nước ở trong lục địa. - Lượng nước thích hợp cho cuộc sống của con người chỉ chiếm khoảng 20% lượng nước ở trong lục địa. => Vậy nước ngọt có giá trị sử dụng là rất hạn chế. 4Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 5Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI I. NGUỒN NƯỚC: - Dòng chảy bình quân năm trên thế giới khoảng 40 000 km3. - Nước phân bố không đều trên các lục địa: + Châu Âu 3,8%, + Châu Á 26,6%, + Châu Phi 9,2%, + Bắc Mỹ 11,8%, + Nam Mỹ 47, 4%, + Châu Úc 1,2%. 6Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI I. NGUỒN NƯỚC: 2. Trữ lượng nước ở Việt Nam: - Nước ta có lượng mưa dồi dào, mưa BQ năm X = 1 800 ÷ 2 500 mm, 70 ÷ 80% vào các tháng mùa mưa. - Tổng lượng nước hàng năm là 845 km3 và 350 triệu m3 phù sa chuyển tải trên 2 360 con sông. - Tổng lưu lượng bình quân hàng năm là 27 500 m3/s. - Nguồn nước của nước ta đủ cho nhu cầu sử dụng nhưng phải có kế hoạch quản lý, sử dụng nguồn nước hợp lý. - Nước ta có 3 200km bờ biển, ảnh hưởng chế độ bão khu vực biển thái bình dương, hàng năm có khoảng 8÷9 cơn bão. 7Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. KỸ THUẬT KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC: 1. Sử dụng nguồn nước: - Lượng nước phân phối không đều theo thời gian (mùa lũ, mùa kiệt) và không gian (Bắc, Trung, Nam; miền núi, trung du, đồng bằng). => Cần xây dựng các CTTL để phân phối lại nguồn nước. - Mục đích sử dụng nguồn nước: + Phát điện, + Giao thông vận tải, + Cung cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, + Phòng chống bão lụt, + Nuôi trồng thuỷ sản... 8Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. KỸ THUẬT KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC: 2. Các lĩnh vực khai thác nguồn nước: - Thủy năng: Sử dụng năng lượng nước để phát điện. - Thủy nông: Dùng biện pháp thủy lợi để tưới tiêu, thau chua rửa mặn chống xói mòn. - Cấp nước: Cung cấp nước và thoát nước sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi... - Giao thông thủy: Lợi dụng nước sông, hồ, biển để phát triển giao thông đường thủy. - Thủy sản : Làm hồ nuôi cá, cấp nước nuôi trồng thủy sản. - Môi trường: Xây dựng công trình cải tạo môi trường sinh thái, công trình phục vụ thể thao và du lịch... 9Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. KỸ THUẬT KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC: 3. Sử dụng tổng hợp nguồn nước: - Sử dụng nguồn nước vào nhiều mục đích khác nhau: + Nguồn nước để phát điện đồng thời để tưới trong nông nghiệp, + Nguồn nước để tưới, cấp cho khu công nghiệp đồng thời dùng cho giao thông thủy, nuôi trồng thủy sản... - Trong sử dụng tổng hợp ưu tiên cho ngành trọng điểm và có chú ý thích đáng đến các ngành khác. - Lợi dụng tổng hợp nguồn nước sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. 10 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI MỘT VÍ DỤ VỀ CTTL LỢI DỤNG TỔNG HỢP: CT THUỶ ĐIỆN SƠN LA 11 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
ĐÞa ®iÓm x©y dùng: TØnh S¬n La.
DiÖn tÝch mÆt n−íc hå 224km2 thuéc ®Þa bµn c¸c tØnh S¬n la, Lai ch©u, ®iÖn biªn.
Dung tÝch toµn bé cña hå chøa 9,26 tû m3 nøíc, dung tÝch h−ò Ých 6,5 tû m3 n−íc, dung tÝch phßng lò 4,0 tû m3 MỘT VÍ DỤ VỀ CTTL LỢI DỤNG TỔNG HỢP: CT THUỶ ĐIỆN SƠN LA 12 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
MNDBT 215m, MNC 175m.
C«ng suÊt l¾p m¸y 2400 MW gåm 6 tæ m¸y ®iÖn l−îng 9,429 tû kwh/n, doanh thu 500tr USD /n, thu håi vèn ®Çu t− 10-11năm.
N©ng tÇn suÊt chèng lò cho ®ång b»ng b¾c bé tõ 125 n¨m lªn 500 n¨m .
Cung cÊp n−íc cho 20 triÖu ng−êi vµ cÊp n−íc t−íi cho hµng tr¨m ngµn ha c©y trång.
T¹o hÖ thèng giao th«ng däc c¸c tØnh T©y b¾c, ph¸t triÓn nu«i trång thñy s¶n, c¶i t¹o khÝ hËu tiÓu vïng däc hå chøa vµ ph¸t triÓn sinh th¸i. MỘT VÍ DỤ VỀ CTTL LỢI DỤNG TỔNG HỢP: CT THUỶ ĐIỆN SƠN LA 13 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
C«ng tr×nh cÊp ®Æc biÖt. Tæng møc ®Çu t− 36.933 tû VN§ trong ®ã vèn x©y dùng c«ng trinh 69%, t¸i ®Þnh c− vµ giao th«ng 31%.
TuyÕn ¸p lùc gåm ®Ëp chÝnh vµ ®Ëp trµn lµ ®Ëp bª t«ng träng lùc dµi 1043,75m chiÒu cao lín nhÊt cña ®Ëp lµ 138,1m, tæng khèi l−îng bª t«ng lµ 5 triÖu m3 (3/5 sö dông c«ng nghÖ BT§L, 2/5 lµ c«ng nghÖ BT truyÒn thèng).
TuyÕn n¨ng l−îng gåm cöa lÊy n−íc, ®−êng dÉn n−íc ¸p lùc, nhµ m¸y thñy ®iÖn víi 6 tæ m¸y, tr¹m ph©n phèi ®iÖn ngoµi trêi.
HÖ thèng l−íi ®iÖn ®Êu víi l−íi ®iÖn quèc gia. MỘT VÍ DỤ VỀ CTTL LỢI DỤNG TỔNG HỢP: CT THUỶ ĐIỆN SƠN LA 14 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY LỢI Ở VIỆT NAM: 1. Về hồ chứa nước: - Có trên 460 hồ chứa (V > 1 triệu m3, Hđập > 10m). - Có khoảng 3000 hồ tiểu thuỷ nông khác. - Đảm bảo tưới hàng năm cho 40 vạn ha đất canh tác. - Sản xuất 17 tỷ kWh điện. - Xây dựng được nhiều hồ chứa nước phục vụ nông nghiệp như: Suối Hai, Đại Lải, Cấm Sơn, Thác Bà, Kẻ Gỗ, Quất Đông, Yên Lập, sông Mực, Xạ Hương, sông Rác, suối Nứa, Gò Miếu, Bảo Linh, Nam Thạch Hãn, Vực Tròn, Phú Ninh, Ya Yun hạ, Tuyền Lâm, Dầu Tiếng... 15 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY LỢI Ở VIỆT NAM: 2. Về phòng chống bão lụt: - Bắc Bộ: Chống được lũ với mức 13,6m (Hà Nội) và 7m (Phả Lại). - Xây dựng được nhiều hồ chứa lớn để cắt lũ, chậm lũ, phân lũ... đề phòng những trận lũ lớn, hồ Hoà Bình trên sông Đà đóng vai trò quan trọng, hồ Tuyên Quang... - Đê Thanh - Nghệ Tĩnh cũng đã được củng cố cơ bản. - Nam Bộ: Việc chống lũ đồng bằng sông Cửu Long đã có kết quả, nhưng còn hạn chế. - Việc phân lũ và tiêu thoát lũ cùng với quy hoạch hợp lý đã có tác dụng rõ rệt trong việc phòng tránh lũ. 16 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THỦY LỢI Ở VIỆT NAM: 3. Về thủy điện: - Nguồn thuỷ năng lớn, trữ năng kỹ thuật khoảng 90 tỉ kWh với khoảng 21 triệu kW công suất lắp máy. - Hồ Hoà Bình (1.920 MW), hồ Thác Bà (108 MW), hồ Tuyên Quang (342 MW), hồ Yaly (720 MW), hồ Trị An (400 MW), hồ Hàm Thuận - Đa Mi (500 MW), hồ Thác Mơ (160 MW), hồ Cần Đơn (72 MW), hồ Sông Hinh (70 MW)... - Hiện nay đang xây dựng hồ Sơn La (2.400 MW) có công suất lắp máy lớn hơn nhiều so với hồ Hoà Bình. 17 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Biểu đồ phân bố hồ chứa toàn quốc (tài liệu tổng kết năm 2000) 18 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Hồ Hoà Bình (1.920 MW) 19 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Hồ Sơn La (2.400 MW) 20 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Hồ Thác Bà (108 MW) 21 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Hồ Yaly (720 MW) 22 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-1: VAI TRÒ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 23 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI I. NHIỆM VỤ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI: - Những Công trình được xây dựng để sử dụng nguồn nước gọi là công trình thuỷ lợi. - Công trình thủy lợi có nhiệm vụ làm thay đổi, cải biến trạng thái tự nhiên dòng chảy sông, hồ, biển, nước ngầm để sử dụng hợp lý nguồn nước, bảo vệ môi trường, hạn chế tác hại của dòng nước gây nên. - Công trình thủy lợi có thể tạo dòng chảy nhân tạo khi dòng chảy tự nhiên ở nơi đó không đủ hoặc không có. - Công trình thủy lợi có thể chia thành: công trình dâng nước, công trình điều chỉnh và công trình dẫn nước. 24 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC: 25 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC: 26 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC: - Đập được xây dựng ngăn các sông suối tạo chênh mực nước thượng hạ lưu. - Càng gần đến đập, lưu tốc càng giảm, độ sâu càng tăng, => bùn cát lắng xuống đáy theo thứ tự từ hạt lớn đến hạt bé. - Đến gần sát đập V ≈ 0 => các hạt cát rất bé cũng lắng xuống, nước rất trong. - Dòng chảy hạ lưu không mang bùn cát => năng lực vận chuyển bùn cát tăng => hạ lưu lại bị xói lở. 27 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. CÔNG TRÌNH DÂNG NƯỚC: - Do có độ chênh cột nước thượng hạ lưu nên có hiện tượng thấm qua nền đập và thấm vòng quanh 2 bên bờ từ thượng lưu về hạ lưu. - CT dâng nước có ảnh hưởng đến dòng chảy, lòng sông và cả nước ngầm. - CT dâng nước được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kinh tế nước. a) b) c) 28 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI II. CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY: - Công trình điều chỉnh dòng chảy gồm: đê, đập, tường, kè được xây ngăn một phần hoặc theo hướng dọc lòng sông. - Các công trình này dùng để khống chế xói lở, làm thay đổi hướng, trạng thái, phân bố lại lưu tốc dòng chảy để bảo vệ lòng sông tránh khỏi những tác hại nguy hiểm. - Các công trình này có thể để giữ độ sâu, lưu tốc và hình dạng lòng sông cần thiết cho giao thông thủy, đảm bảo điều kiện bình thường để lấy nước từ sông, giữ ổn định bờ sông để đảm bảo an toàn cho dân cư và nhà máy, xí nghiệp ở hai bên bờ. 29 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY: 30 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY: 31 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY: 32 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY: 33 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI III. CÔNG TRÌNH ĐIỀU CHỈNH DÒNG CHẢY: 34 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI IV. CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC: - Công trình dẫn nước thông thường gồm: kênh mương, đường hầm, cầu máng, xi phông, đường ống... dùng để dẫn nước vào turbin thủy điện, tưới ruộng, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, giao thông thủy... - Công trình dẫn nước tháo lũ gồm: công trình tháo nước thừa của hồ chứa từ thượng lưu về hạ lưu qua đập hoặc hai bên bờ của đập, các công trình phân lũ sang khu vực khác nhằm giảm lũ sông chính tránh ngập lụt hạ lưu... 35 Chương 1: KIẾN THỨC CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §1-2: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI IV. CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC: Đường ống thủy lực Đa Nhim