thiết kế hồ chứa nước phước quang phương án 1

CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN: - Tài liệu khảo sát địa hình: các loại bản đồ, bình đồ, bình đồ khu vực xây hựng công trình đầu mỗi, các mặt cắt dọc và cắt ngang của tuyến đập, tràn xả lũ... - Tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHƯỚC QUANG-PHƯƠNG ÁN 1

ĐỒ ÁN T T NGHI P Ố Ệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI KHOA CÔNG TRÌNH

3

Ngành:Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Lớp:59C2

Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình thủy Khoa:Công Trình

1 TÊN ĐỂ TÀI:

Thiết kế hồ chứa nước Phước Quang Phương án 1 –

2 CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN:

- Tài liệu khảo sát địa hình: các loại bản đồ, bình đồ, bình đồ khu vực xây hựng công trình đầu mỗi, các mặt cắt dọc và cắt ngang của tuyến đập, tràn xả lũ

- Tài liệu địa chất khu vục công trình đầu mỗi và vật liệu xây dựng: Cấu tạo địa chất, mặt cắt địa chất, địa hình thủy văn, địa chất công trình vùng tuyến, chỉ tiêu cơ lý - Tài liệu khí tượng thủy văn, tính toán thủy nông phục vụ cho thiết kế : Dòng chảy lũ, bùn cát, yêu cầu dùng nước, yêu cầu cao trình tưới tự chảy, tài liệu bốc hơi, thấm - Tài liệu về điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý khu vực xây dựng công trình

- Tài liệu về tình hình dân sinh kinh tế, giao thông vận tải, phương hướng phát triển kinh tế trong khu vực trong tương lai.

- Điều ki n t nhiên, dân sinh kinh t , nhiêm v công trình ệ ự ế ụ

- Giải pháp, thành ph n, c p b c, ch tiêu thi t k công trình ầ ấ ậ ỉ ế ế

- Tính toàn khối lượng và d toán 1 h ng mự ạ ục công trình đầu m ối

4 BẢN VẼ VÀ BIỂU ĐỒ (ghi rõ tên và kích thước bản vẽ ): A1 và A kéo dài1- Bình đồ lòng hồ, khổ A ( nếu cần thiết)1

- Mặt bằng tổng thế các công trình đầu mối, khổ A1

- Mặt bằng, các mặt cắt thể hiện đập ngăn nước, khổ A1

- Mặt bằng, các mặt cắt thể hiện tràn xả lũ, khổ A1

- Mặt bằng, các mặt cắt thể hiện cống lấy nước, khổ A1

- Các bản vẽ cấu tạo chi tiết, khổ A (nếu cần thiết) 1

- Bản vẽ chuyên đề thể hiện kết cấu một bộ phận công trình, khổ A1

5.GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TỪNG PHẦN:

Phần I và phần III (50 %) PGS TS Lê Thanh Hùng Phần II và phần IV (50 %) PGS.TS.Nguyễn Quang Hùng

6.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:

Ngày 27 tháng 09 năm 2021 Trưởng Bộ môn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Giáo viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ h tên)

Nhi m v án t t nghiêp ã ệ ụ đồ ố đ được Hội đồngthi t t nghi p c a Khoa thông qua ố ệ ủNgày 27 tháng 09 năm 2021

Chủ tịch hội đồng (Ký và ghi rõ H tên) ọ

GS.TS Nguyễn Ngọc Thắng

LỜI CẢM ƠN

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu của bản thân và được sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Lê Thanh Hùng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài:

“ Thiết kế hồ chứa nước Phước Quang – PA1 ” Thuyết minh thiết kế bao gồm 5 phần chính như sau: 1 Tổng quan v công trình ề

2 Tính toán các thông số cơ bản của hồ chứa

3 Thiết kế kỹ thuật các công trình đầu mối: Đập, tràn, c ng, ố4 Tính toán khối lư ng và d toán m t h ng mợ ự ộ ạ ục công trình đầu m i ố5 Tính toán kết cấu m t b ph n cộ ộ ậ ủa công trình đầu m i ố

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua là khoảng thời gian bổ ích để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đã được học, vận dụng lý thuyết vào thực tế, làm quen với công việc thiết kế của một kỹ sư công trình thủy lợi

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Công trình, Bộ môn Thủy công đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo đã giảng dạy, chỉ bảo em trong suốt những năm học vừa qua

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Lê Thanh Hùng và PGS.TS.Nguyễn Quang Hùngđã dành thời gian, tâm sức hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án này

Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi, vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do điều kiện thời gian không cho phép nên trong đồ án em chưa giải quyết được đầy đủ và sâu sắc các trường hợp trong thiết kế cần tính, mặt khác do trình độ và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót

Em xin kính mong nhận được ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy cô giáo giúp cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 7 tháng 1 năm 2022 Sinh viên

Khánh Nguyễn Quốc Khánh

7MỤC LỤC

PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN 11

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 11

1.1ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH: 11

1.1.1Vị trí địa lý: 11

1.1.2Đặc điểm địa hình, địa mạo: 12

1.2ĐIỀU KIỆN KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN,: 13

1.2.1Đặc trưng khí tượng 13

1.2.2Đặc trưng thủy văn, tài liệu lũ 15

1.2.3Bùn cát 16

1.2.4Các đặc trưng của hồ chứa 16

1.2.5Tài liệu tính toán thủy nông, thủy lợi 17

1.3ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT: 17

1.3.1Tổng quan toàn vùng 17

1.3.2Điều kiện địa chất vùng hồ 17

1.3.3Địa chất công trình vùng tuyến 17

1.4ĐỊA CHẤT THỦY VĂN: 18

1.4.1Nước mặt 18

1.4.2Nước dưới đất 18

1.4.3Nước ngầm trong lớp phủ đệ Tứ 18

1.4.4Nước trong khe nứt: 18

1.4.5Tính chất hóa học của nước 19

1.5TÌNH HÌNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG: 19

1.5.1Đất đắp đập 19

1.5.2Vật liệu cát, cuội, sỏi 20

1.5.3Vật liệu đá 21

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ, NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH 22

2.1ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ: 22

2.1.1Tình hình dân sinh kinh tế 22

2.1.2Phân bố ruộng đất và sản xuất nông nghiệp 22

2.1.3Giao thông vận tải 23

2.1.4Các ngành kinh tế trong khu vực 23

2.2HIỆN TRẠNG THỦY LỢI TRONG KHU VỰC 23

2.2.1Tình hình nguồn nước 23

2.2.2Hiện trạng về các công trình thủy lợi 23

2.3PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC: 23

2.4NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH 24

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HỒ CHỨA 25

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 25

3.1VỊ TRÍ TUYẾN CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI: 25

3.1.1Vị trí đập ngăn sông 25

3.1.2Vị trí tràn xả lũ 25

3.4.1Tính toán cao trình mực nước chết (MNC): 28

3.4.2Tính toán cao trình mực nước dâng bình thường (MNDBT): 30

3.4.3Tính toán điều tiết lũ, xác định mực nước lũ: 37

PHẦN III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 44

4.1.5Thiết bị thoát nước thân đập 53

4.1.6Thiết bị bảo vệ mái đập 54

4.1.7Nối tiếp đập với nền và bờ 56

4.2TÍNH THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 56

4.2.1Nhiệm vụ và các trường hợp tính toán 56

4.2.2 Tính thấm cho mặt cắt lòng sông, thượng lưu là MNDBT, hạ lưu không có nước 57

4.2.3Tính thấm cho mặt cắt sườn đồi 60

4.2.4Tổng lượng nước thấm qua đập 65

4.2.5Tính thấm bằng phần mềm Geoslope 67

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN 73

5.1VỊ TRÍ, HÌNH THỨC VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA ĐƯỜNG TRÀN 73

5.1.1Vị trí, hình thức bố trí tuyến tràn : 73

5.1.2Quy mô công trình: 73

5.1.3Kiểm tra khả năng tháo của tràn 76

5.3.1 Tính toán kênh dẫn hạ lưu 93

5.3.2Tính toán bể tiêu năng 95

5.4TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRÀN 101

5.4.1 Mục đích 101

5.4.2Trường hợp tính toán 102

5.4.3Tài li u tính toán ệ 102

5.4.4 1045.5TRƯỜNG H P TÍNH TOÁNỢ 104

5.5.1Nguyên lý tính toán 105

5.5.2Tính toán ổn định cho trường hợp mới thi công xong (tổ hợp tải trọng thi công): 106

5.5.3Tính toán ổn định cho trường hợp vừa tháo lũ xong (tổ hợp tải trọng cơ bản): 109

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 115

6.4.3 Kiểm tra chế độ chảy trong cống 128

6.5MỘT SỐ CHI TIẾT CẤU TẠO CỐNG 135

6.5.1Cấu tạo cửa vào, cửa ra 135

7.4.1Tính toán kiểm tra nứt cho bản đáy vị trí nối tiếp với bản mặt 158

7.4.2Tính toán kiểm tra nứt cho mặt cắt bản mặt 159

CHƯƠNG 8: KHỐI LƯỢNG VÀ DỰ TOÁN HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 160

8.1TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG HẠNG MỤC TRÀN XẢ LŨ 160

8.1.1Hạng mục tính toán: Ngưỡng tràn 160

8.1.2Tính toán khối lượng đào, đắp tràn 160

8.1.3Tính toán khối lượng ngưỡng tràn 161

8.1.4Tính dự toán hạng mục xây dựng công trình 1628.2KẾT QUẢ TÍNH DỰ TOÁN 164TÀI LIỆU THAM KHẢO 169

11PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN

Chương 1: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Điều kiện địa hình:

1.1.1 Vị trí địa lý: 1.1.1.1 Theo tọa độ:

- Hồ chứa nước Phước Quang dự đặt trên đoạn sông Trà Bương có tọa độ 109 2 310 ’’’ kinh độ Đông và 13017’29” vĩ độ Bắc Tại đây lũng sông đã được thu hẹp lại khi mở rộng thành một lòng chảo trước khi mở ra một bình nguyên ở hạ du Vì thế nơi đây có điều kiện tự nhiên đắp đập ngăn sông tương đối ngắn, tạo lên một hồ chứa nước

- Khu hưởng lợi của công trình chạy dài ven theo hai bên bờ tả và hữu của sông Trà Bương Chủ yếu là bên bờ hữu (nằm ở phía Nam) Khu hưởng lợi có rộng trung bình 2km, chiều dài gần 10km nằm trong phạm vi vĩ độ Bắc từ 13 17’30” đến 013022’30”, và kinh độ Đông từ 10902’31” đến 10906’40”, có diện tích khoảng 23 km2 bao gồm 15.000ha đất đã được khai phá trồng trọt lâu đời nhưng đang thiếu nước của hai xã Xuân Phước và Xuân Quang, và một phần thị trấn La Hai.

1.1.1.2 Theo địa giới hành chính

- Hồ chứa nước Phước Quang, dự kiến xây dựng trên sông Trà Bương, thuộc địa phận hai xã Xuân Phước và Xuân Quang, huyện Đồng Xuân, tỉnh Phú Yên, cách thị trấn La Hai khoảng 15km về phía Tây Nam và cách thị xã Tuy Hòa khoảng 60 km - về Tây -Bắc

- Sông Trà Bương là một nhánh cấp 1 bờ hữu của sông Kỳ Lộ, một sông lớn ở phía Bắc tỉnh Phú Yên Sông Trà Bương bắt nguồn từ đỉnh núi Chang Chang cao trên 900 m và dãy núi nhà Tót cao khoảng 700 m, chảy theo hướng Tây Bắc Đông Nam - lượn quanh sườn núi phía Nam dãy núi Trà Bương cao trên 540m và chuyển hướng chảy ngược về hướng Tây Bắc Đông Nam, cách cửa biển khoảng 25km.-

- Lưu vực sông Trà Bương tính đến vị trí hồ chứa được giới hạn trong phạm vi vĩ độ Bắc từ 13 11’ đến 13 20’ và kinh độ Đông từ 108 55’ đến 109 5’, có diện tích 0000hứng nước khoảng 126 km2

1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo: 1.1.2.1 Khu vực dự án

a) Đặc điểm đồi núi:

- Địa hình của vùng nghiên cứu bị phân cách mạng và sâu Loại núi cao từ 100m trở lên sườn núi dốc tới 30 đến 45 , loại đồi thấp trên dưới 50m có sườn dốc 00thoải từ 150đến 250

- Dựa vào nguồn gốc và hình thái của khu vực ta có thể phân thành 2 dạng địa hình địa mạo: dạng bào xói bóc mòn và dạng tích tụ

+ Dạng bào xói bóc mòn: bao gồm toàn bộ các dãy núi, đồi bao quanh lòng hồ và khu đầu mối

+ Dạng tích tụ: Phân bố dọc theo sông Trà Bương tạo thành các dải bồi và thềm sông nhỏ nó chiếm hầu hết khu tưới hạ lưu, địa hình này tương đối bằng phẳng Nham thạch cấu tạo dạng tích tụ bao gồm các bồi tích á sét, á cát và cuội sỏi.

b) Đặc điểm sông suối

Sông Trà Bương bắt nguồn từ các dải núi cao ở phía Nam, đoạn đầu khoảng 4km chảy theo hướng Nam Bắc, đoạn tiếp theo tới tuyến đập sông chảy theo hướng - Tây Nam- Đông Bắc

Dòng sông Trà Bương trong khu vực xây dựng công trình về mùa khô chỉ rộng khoảng 10 đến 20 m, độ sâu trung bình chỉ 0,5m, nước chảy chậm

Về mùa mưa lũ lòng sông Trà Bương mở ra rất rộng, chỗ vùng tuyến mở ra đến hàng trăm m, nước dâng cao từ 5 đến 10m và chảy rất xiết

Đặc biệt ở bờ trái tuyến 2 có một bầu nước gọi là Bầu Da có kích thước khoảng 35x140m không bao giờ cạn nước, nguyên nhân hình thành Bầu Da có thể do đá gốc phía thượng lưu Bầu Da nhô ra là vật cản tích tụ cát, cuội, sỏi và dần dần nó được tách ra khỏi dòng chảy chính

1.1.2.2 Khu vực lòng hồ

Lòng hồ khá nông và rộng gần như vuông có chiều mỗi cạnh khoảng hơn 1km, xung quanh có núi cao bao bọc như hòn Cấm cao khoảng 207 m, hòn Cao cao khoảng 148m Đáy hồ có độ cao trung bình từ 23 24m, các yên ngựa xung quanh đều trên 40m, diện tích hứng nước lưu vực là 126 km2, chiều dài sông đến đập dài 26,2km

131.1.2.3 Khu vực công trình đầu mối

Trên khu vực đoạn sông nghiên cứu các tuyến đập dâng có địa hình hai vai thoải tương đối hoàn chỉnh Tuy khoảng cách có rộng làm cho tuyến đập dài từ 500 đến 600m, mặc dù đây là chỗ hẹp nhất từ vùng đồi núi mở ra vùng bình nguyên phía hạ lưu

Ở phía bờ tả có eo yên ngựa rộng, địa hình tương đối bằng phẳng tốt và hoàn chỉnh có thể bố trí tràn xả lũ

Tuyến cống lấy nước dự kiến đặt ỏ bên bờ hữu đập (bờ hữu sông), tùy địa hình, địa chất và các yếu tố liên quan, ta sẽ nghiên cứu và xác định cao trình đặt cống ở các chương sau này

1.1.2.4 Khu hưởng lợi

Khu tưới khá bằng phẳng, thấp dần từ thượng lưu về hạ lưu cao độ +20m trở xuống Và thấp nhất từ hai sườn xuống lũng sông, có cao độ từ 10 đến 12 m, chỗ thấp nhất 8m

Đặc điểm khu tưới khá đơn giản, hai bên sườn núi thấp, giữa là thung lũng đồng bằng vì vậy việc bố trí hệ thống tuyến kênh mương tương đối thuận lợi, tuy có bị phân cách nhiều nhưng những công trình này đều nhỏ, lưu lượng dẫn thấp nên không đáng lo ngại

Đối với tuyến kênh chính sau cống lấy nước đến điểm chia nước dài 1,2km, đi qua địa hình tương đối phức tạp, đoạn đầu kênh vượt qua sườn núi khá dốc (đến 200) sau đó đi vòng hoặc vượt qua khe cạn Tuy nhiên kênh chính chỉ chuyển tải lưu lượng không lớn vì thế cũng không phức tạp trong việc bố trí và thi công

và N

Đối với kênh cấp I (N12) thì đều men theo hai khu tưới ở về hai phía thềm tả và thềm hữu của sông Trà Bương Do tuyến kênh bị phân cắt nhiều do vậy phải chú trọng việc phòng lũ quét để bảo vệ kênh và các công trình trên kênh, cần phải nạo vét tu sửa các tuyến kênh sau mỗi mùa mưa lũ

1.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn: 1.2.1 Đặc trưng khí tượng

Vùng lưu vực sông Trà Bương thuộc tiểu vùng khí hậu miền núi thấp mưa vừa của tỉnh Phú Yên nằm trên phía Tây của vùng đồng bằng duyên hải Đồng Xuân, Tuy An, Tuy Hòa Lượng mưa trung bình năm từ 1500 đến 2000 mm, năm thấp nhất xuống dưới 1000mm, năm cao nhất 2000mm

Nhiệt độ trung bình năm khoảng 26 C, tháng nóng nhất ở vùng thung lũng 0khuất gió bị đốt nóng nhiều, kém lưu thông, nhiệt độ lên đến 41 C, gió Tây nóng xuất 0hiện sớm và mạnh, tốc độ gió lớn nhất đo được trên 20 m/s Độ ẩm trung bình hàng năm là 82%

Bảng 1-1: Nhiệt độ không khí trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất hàng tháng Tháng

đặc trưng I II III IV V VI VII VIII IX X XII XII TB năm T(0C) 21,9 22,6 25,7 27,6 29,0 28,3 28,3 28,1 26,8 25,1 24,4 22,4 25,9 Tmax(0C) 35,4 38,4 39,2 40,1 40,5 39,8 38,0 38,0 36,9 38,4 31,0 32,8 40,5 Tmin(0C) 13,1 13,7 16,3 17,2 21,3 21,9 20,9 21,7 21,5 17,9 15,8 15,0 13,1

Bảng 1-2: Độ ẩm tương đối của không khí trung bình nhỏ nhất trong tháng Tháng đặc trưng I II III IV V VI VII VII

I IX X XI XII TBnăm W(%) 84 84 84 83 80 74 74 76 82 86 87 85 82 Wmin(%) 37 38 29 27 24 21 31 31 33 32 41 32 21

Vùng công trình cũng chịu ảnh hưởng của bão lốc, bão thường tập trung vào tháng 6 đến tháng 12, bão nói chung không nhiều, trung bình mỗi năm có một trân, năm nhiều có ha trận, có nhiều năm không có bão Bão gây gió to mưa lớn, có khi lên đến 35 đến 37 m/s Trận bão ngày 8/11/1964 vào Phú Yên tốc độ gió khoảng 36 m/s, lượng mưa đạt 655mm trong 5 ngày làm ngập nhiều ruộng đất canh tác và nhà cửa

Hàng năm, vùng công trình cũng có 5 đến 10 ngày có sương mù vào các tháng mùa đông, sương mù gây cản trở giao thông và quang hợp của cây trồng nhưng mức độ ảnh hưởng không nhiều

Bảng 1-3: Tốc độ gió theo hướng vuông góc với đập (hướng S W) theo các tần suất

151.2.2 Đặc trưng thủy văn, tài liệu lũ

Diện tích lưu vực: Flv = 126 km 2Chiều dài sông đến đập: Ls = 26,2 km Lượng mưa bình quân nhiều năm: X0 = 1500 mm Lớp dòng chảy bình quân nhiều năm: Y0 = 610 mm Modun dòng chảy bình quân nhiều năm: M0 = 19,4 l/s/km 2Lưu lượng bình quân nhiều năm: Q0 = 2,44 m3/s.Tổng lượng dòng chảy bình quân nhiều năm: W0 = 77.106 m3Hệ số phân tán Cv = 0,45; Hệ số thiên lệch: Cs = 2.C v

Bảng 1-5: Dòng chảy bình quân ứng với tần suất bảo đảm P = 85%

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII năm TB Q85%

TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT TG (giờ) Q lũ KT

1 14 71, 9 937,55 17 64 43, 2 48 58, 10 636,65 18 56 78, 3 82 45, 11 333,12 19 47 86,

1.2.4 Các đặc trưng của hồ chứa

Căn cứ vào bình đồ lòng hồ tỷ lệ 1/5000 và tuyến đã xác định, lập được các quan hệ Z ~ W và Z ~ F

Bảng 1-9: Bảng Quan hệ Z F, Z W

F(km2) 0,34 0,45 0,59 0,7 0,8 0,9 1,02 1,15 1,25 W(10 m6) 0,35 0,735 1,26 1,9 2,65 3,5 4,46 5,55 6,75

F(km2) 1,35 1,45 1,5 1,68 1,83 1,94 2,05 2,27 2,54 W(10 m6) 8,05 9,45 11 13,4 15,3 19,1 20,1 23,8 29,1

Quan hệ Z~F

W(106m3)Z(m)