Giáo trình Quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên nước

Nội dung text: Giáo trình Quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên nước

1. ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC XAÕ HOÄI VAØ NHAÂN VAÊN PGS-TS HOAØNG HÖNG QUAÛN LYÙ VAØ SÖÛ DUÏNG HÔÏP LYÙ TAØI NGUYEÂN NÖÔÙC NHAØ XUAÁT BAÛN ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH - 2005
2. LÔØI NOÙI ÑAÀU Nöôùc - coäi nguoàn cuûa söï soáng, ôû ñaâu coù nöôùc thì ôû ñoù coù söï soáng ñieàu ñoù noùi leân taàm quan troïng vaø vai troø cuûa nöôùc ñoái vôùi moâi tröôøng. Nhöng nöôùc treân haønh tinh naøy nhieàu hay ít, coù ñuû ñeå phuïc vuï cuoäc soáng loaøi ngöôøi vaø phuïc vuï söï phaùt trieån vöõng beàn cuûa nhaân loaïi hay khoâng? Taøi nguyeân nöôùc treân theá giôùi khoâng phaûi quoác gia naøo cuõng ñaày ñuû nhö nhau, thaäm chí ngay caû treân moät quoác gia giaøu coù veà taøi nguyeân nöôùc, thì söï phaân boá theo khoâng gian vaø thôøi gian cuõng khoâng gioáng nhau. Nhu caàu thöôøng maâu thuaãn vôùi ñieàu kieän töï nhieân do ñoù muoán quaûn lyù vaø söû duïng taøi nguyeân nöôùc moät caùch khoa hoïc hôïp lyù, ñaàu tieân caàn phaûi hieåu bieát ñaày ñuû tính chaát cuûa doøng chaûy vaø ñaëc ñieåm cuûa doøng chaûy, treân cô sôû ñoù môùi tìm bieän phaùp coâng trình phuø hôïp, choïn cô caáu caây troàng vaät nuoâi phuø hôïp ñeå khai thaùc nguoàn taøi nguyeân ñoù Taäp giaùo trình “Quaûn lyù vaø söû duïng hôïp lyù taøi nguyeân nöôùc”nhaèm giôùi thieäu cho baïn ñoïc nhöõng khaùi nieäm cô baûn:  Veà söï phaân boå taøi nguyeân nöôùc treân theá giôùi cuõng nhö ôû VN  Veà tính chaát doøng chaûy, veà tieàm naêng doøng chaûy  Nguyeân nhaân daãn ñeán caïn kieät taøi nguyeân nöôùc  Nhöõng bieän phaùp nhaèm quaûn lyù vaø söû duïng hôïp lyù nguoàn taøi nguyeân nöôùc Vaán ñeà töông ñoái phöùc taïp. Tuy ngöôøi vieát ñaõ heát söùc coá gaéng nhöng sai soùt laø ñieàu khoâng theå naøo traùnh khoûi, neân raát mong ñöôïc söï ñoùng goùp nhieät tình cuûa baïn ñoïc xa gaàn . Taùc giaû
3. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 5 Chöông I DOØNG CHAÛY VAØ TÍNH CHAÁT CUÛA DOØNG CHAÛY I. CHUAÅN DOØNG CHAÛY NAÊM 1. Ñònh nghóa: Chuaån doøng chaûy naêm hay chuaån doøng chaûy laø trò soá doøng chaûy naêm trung bình trong nhieàu naêm vôùi caùc ñieàu kieän caûnh quan ñòa lyù khoâng thay ñoåi , cuøng thuoäc thôøi kyø ñòa chaát vaø cuøng möùc ñoä khai thaùc taøi nguyeân nöôùc treân doøng soâng. 2. YÙ nghóa nghieân cöùu: Chuaån doøng chaûy laø ñaëc tröng cô baûn cuûa nguoàn nöôùc ñöôïc söû duïng ñeå thieát keá caùc coâng trình coù lieân quan ñeán taøi nguyeân nöôùc, ñoàng thôøi cuõng töø ñoù maø tìm hieåu moái lieân quan giöõa chuùng vaø caùc nhaân toá khí haäu. Bôûi vì doøng chaûy laø saûn phaåm cuûa khí haäu. 3. Caùc ñaëc tröng bieåu thò chuaån doøng chaûy naêm 3 • Löu löôïng bình quaân nhieàu naêm Q o (m /giaây) Q = V. F (löu löôïng töùc thôøi) (1.1) 1 V = R2/ 3I1/ 2 = C RI n ÔÛ ñaây : V: toác ñoä doøng chaûy (m/s) n: heä soá goà gheà R: baùn kính thuûy löïc (m) I: ñoä doác maët nöôùc (%oo ) C: heä soá Chezi F: dieän tích maët caét ngang (m2) Toång löôïng doøng chaûy trung bình nhieàu naêm W o: 6 3 Wo = Qo × 31,536 × 10 (m ) (1.2) ÔÛ ñaây 31,536 × 10 6 laø soá giaây cuûa moät naêm • Modun doøng chaûy trung bình nhieàu naêm M o
4. 6 Chöông I 3 Qo ×10   M = lít / 2  (1.3) o F  giây ×km  (Vì ñoåi töø m 3 ra lít neân nhaân 10 3) F – dieän tích löu vöïc (km 2) • Ñoä saâu doøng chaûy trung bình nhieàu naêm Y 0 W  Q ×31536  Y = o =  o  (mm) (1.4) o  2  F  F(km )  (Vì ñoåi ra mm neân khoâng coøn 10 6 ôû töû soá) • Heä soá doøng chaûy α vaø yù nghóa cuûa vieäc nghieân cöùu Y α = o (1.5) Xo Heä soá doøng chaûy : + phaûn aùnh moái quan heä giöõa möa vaø toån thaát + phaûn aùnh taøi nguyeân nöôùc treân caùc vuøng cuûa löu vöïc ÔÛ Vieät Nam qua nhieàu nghieân cöùu thaáy raèng heä soá α ≈ 0,50 (toaøn quoác) 4. Phöông trình caân baèng doøng chaûy Y = X – Z ± ∆W (1.6) Ñoái vôùi löu vöïc kín trong thôøi gian daøi thì: Y= X- Z (1.7) R  −  Theo Sraybe: Z = X 1− e LX  (1.8)   ÔÛ ñaây: Y: doøng chaûy bình quaân nhieàu naêm (mm) X: löôïng möa bình quaân nhieàu naêm (mm) Z: löôïng boác hôi bình quaân nhieàu naêm (mm) R: caùn caân böùc xaï Kcalo/cm 2 × naêm L: tieàm nhieät boác hôi ∆W: löôïng doøng chaûy ngaàm trao ñoåi hoaëc heä soá ñieàn ñaày  R  Theo M.I. Buñökoâ, neáu ñaët:  Zo =   L  Goïi Z o laø khaû naêng boác hôi lôùn nhaát. ÔÛ Vieät Nam Z0 ≅ 1400mm, thì Z seõ laø:
5. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 7 Z  − 0  Z = X 1− e X    (1.9)   Thay (1.9) vaøo (1.7) ta seõ coù:  Z   − o  Y = X − X 1− e X  (1.10)     Z − o Y = Xe X (1.11) Ghi chuù: ÔÛ Vieät Nam noùi chung löôïng boác hôi lôùn hôn doøng chaûy 8% nhöng so vôùi möa thì noù chæ xaáp xæ 1/2 löôïng möa naêm maø thoâi. Veà böùc xaï maët trôøi: Vieät Nam tuy caùch maët trôøi 150 trieäu km nhöng haøng naêm vaãn nhaän ñöôïc moät löôïng böùc xaï raát ñaùng keå, öôùc tính 15 tyû Kcalo/ ha / naêm. Neáu 1 gam vaät chaát caàn 4,25 Kcalo thì treân 1 ha haøng naêm seõ cho ta moät khoái löôïng vaät chaát (caây, caønh, laù, quaû ) 3500 taán/ha. Coù ñieàu hieäu quaû böùc xaï chæ ñaït 1% hay 0,5%, do ñoù treân 1ha trong 1 naêm chuùng ta chæ nhaän ñöôïc 35 taán hoaëc 17,5 taán vaät chaát maø thoâi. II. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP THEÅ HIEÄN CHU KYØ MÖA NAÊM VAØ DOØNG CHAÛY NAÊM 1. Khaùi nieäm: Chuùng ta bieát raèng: doøng chaûy laø saûn phaåm cuûa khí haäu (Y = X - Z). Maø bieán ñoäng laïi laø thuoäc tính cuûa khí haäu - cuõng coù nghóa tuy treân cuøng moät laõnh thoå nhöng khí haäu khoâng nôi naøo gioáng nôi naøo. Thaäm chí ngay caû treân moät ñòa phöông nhoû heïp ñi nöõa thì thôøi tieát töøng muøa cuõng khaùc nhau - naêm naøy cuõng khaùc naêm kia, muøa naøy khaùc muøa kia Chính vì leõ ñoù maø doøng chaûy töøng muøa, töøng naêm cuõng khoâng hoaøn toaøn gioáng nhau Khaû naêng cung caáp nöôùc cuûa moät doøng soâng hay, noùi moät caùch khaùc, laø taøi nguyeân nöôùc cuûa doøng soâng ñöôïc bieåu thò bôûi doøng chaûy trung bình nhieàu naêm cuûa noù hay coøn goïi laø doøng chaûy chuaån cuûa doøng soâng . 2. Muïc ñích nghieân cöùu: Tìm hieåu söï thay ñoåi doøng chaûy naêm theo thôøi gian ñeå laøm cô sôû: - Cho vieäc thieát keá caùc coâng trình thuûy lôïi, thuûy ñieän
6. 8 Chöông I - Cho vieäc caáp nöôùc cho sinh hoaït, cho coâng nghieäp - Cho vieäc quaûn lyù vaän haønh, khai thaùc hôïp lyù caùc coâng trình 3. Caùc phöông phaùp theå hieän chu kyø möa naêm vaø doøng chaûy naêm A. Veõ ñöôøng quaù trình Ñaây laø phöông phaùp ñôn giaûn nhaát ñeå theå hieän chu kyø möa naêm hoaëc doøng chaûy naêm. Ví duï: Ñöôøng quaù trình möa X = f(t) hoaëc doøng chaûy naêm Y = f(t) B. Phöông phaùp trung bình tröôït Phöông phaùp ñöôøng quaù trình coù nhöôïc ñieåm Hình 1.1 laø caùc chu kyø nhoû seõ laøm môø caùc chu kyø lôùn töø ñoù gaây khoù khaên cho vieäc xaùc ñònh chu kyø laëp laïi cuûa doøng chaûy hoaëc möa. Ngöôøi ta ñöa ra phöông phaùp trung bình tröôït thay cho ñöôøng quaù trình. Bieåu ñoà trung bình tröôït coù taùc duïng san baèng ñöôøng quaù trình. Ví duï: Taïi moät nôi naøo ñoù coù chuoãi taøi lieäu laø n naêm Vaäy ñöôøng quaù trình seõ laø Q i ~T i vôùi i =1.2 n Ñöôøng trung bình tröôït laø: Y i ~ t i vôùi i =1.2 n Q + Q + Q ÔÛ ñaây: Y = 1 2 n+1 a a laø chu kyø tröôït thöôøng choïn a = 4, a = 5 . C. Ñöôøng cong luõy tích chuaån sai Bieåu ñoà trung bình tröôït coù taùc duïng san baèng ñöôøng quaù trình nhöng vieäc xaùc ñònh chu kyø laëp laïi cuõng coøn khoù khaên do ñoù ngöôøi ta thöôøng duøng ñöôøng cong luõy tích chuaån sai. n ∑(ki −1) ~ tn i−1 Vôùi n =1, 2 n, thöôøng n ≥ 30, Qi Trong ñoù Ki = Qo Hình 1.2
7. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 9 Ñeå tieän so saùnh chu kyø laëp laïi cuûa caùc traïm ño khaùc nhau treân cuøng löu vöïc - ngöôøi ta phaûi loaïi boû tính ñòa phöông cuûa caùc traïm. Tính ñòa phöông thöôøng theå hieän qua heä soá sai bieán C v. Do ñoù ñeå thay cho ñöôøng luõy tích chuaån sai ngöôøi ta thöôøng duøng ñöôøng cong coù daïng: n ∑()Ki −1 i=1 ~ tn vôùi n =1, 2 n-1 CV ÖÙng vôùi thôøi kyø maø ñöôøng cong coù ñoä doác nghieâng leân treân so vôùi ñöôøng naèm ngang vaø giaù trò cuûa ñaïi löôïng K i-1 > 0 laø ñöôøng cuûa chu kyø pha nhieàu nöôùc . Ngöôïc laïi laø ñöôøng cuûa pha ít nöôùc . Heä soá sai bieán C V coøn goïi laø heä soá phaân taùn N ∑()Ki −1 2 i=1 CV = n > 30 (1.12) n ∑ ()Ki −1 2 CV = n 30) (1.14) nC V n ∑()Ki −1 3 C = 1 S 3 (n < 30) (1.15) (n − )3 CV Heä soá töông quan γ laø heä soá bieåu thò möùc ñoä quan heä giöõa 2 ñaïi löôïng – ví duï giöõa löôïng mua (X) vaø ñoä saâu doøng chaûy (Y), hoaëc möùc ñoä quan heä cuûa moät ñaïi löôïng naøo ñoù ôû hai ñòa ñieåm khaùc nhau. Ví duï löôïng möa (X) giöõa hai ñieåm A vaø B. ∑(x x)( y y) γ = i − i− (1.16) 2 2 ∑(xi− x) (yi− y) Phöông trình hoài quy:
8. 10 Chöông I σ y Y − Y = γ (X − X ) (1.17) σ x ÔÛ ñaây sai soá bình phöông trung bình töông ñoái laø σ y , σ x 2 ∑(y − y) σ = i (1.18) y n 2 ∑(x − x) σ = i (1.19) x n Trong tính toaùn thuûy vaên, thuûy naêng, caùc coâng thöùc treân laø caàn thieát vaø ñöôïc söû duïng raát nhieàu do ñoù chuùng ta caàn naém roõ yù nghóa cuõng nhö caùch söû duïng chuùng. Caùc hình veõ döôùi ñaây duøng ñeå minh hoïa söï aûnh höôûng cuûa caùc giaù trò trung bình maãu X , caùc heä soá Cs ; Cv ñeán ñöôøng taàn suaát vaø ñöôøng phaân phoái xaùc suaát cuûa maãu. Hình 1.3. Söï aûnh höôûng cuûa caùc giaù trò X ;Cs;Cv ñeán caùc ñöôøng taàn suaát III. TÍNH TOAÙN LUÕ THIEÁT KEÁ Nöôùc luõ thieát keá coù taùc duïng quyeát ñònh: - Quy moâ coâng trình - Kích thöôùc caùc caàu, coáng, ñaäp traøn
9. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 11 - Cao trình ñeâ, ñaäp ngaên nöôùc - Cheá ñoä laøm vieäc caùc coâng trình - Möùc ñoä an toaøn cuõng nhö ñaùnh giaù chaát löôïng coâng trình Vì vaäy trong thöïc tieãn vieäc tính toaùn nöôùc luõ thieát keá coù yù nghóa voâ cuøng quan troïng ñoái vôùi haàu heát caùc coâng trình thuûy lôïi thuûy ñieän cuõng nhö giao thoâng 1. Taàn suaát thieát keá Tieâu chuaån duøng ñeå ñònh ra xaùc suaát phuïc vuï cho vieäc thieát keá coâng trình goïi laø tieâu chuaån thieát keá. Tieâu chuaån thieát keá cuûa nöôùc luõ quyeát ñònh treân cô sôû söï phoái hôïp coù lôïi nhaát giöõa: - Giaù thaønh cuûa coâng trình - Möùc ñoä baûo ñaûm an toaøn coâng trình - Taát caû caùc coâng trình thi coâng döïa theo voán ñaàu tö vaø taàm quan troïng maø chia ra nhieàu caáp khaùc nhau, taàn suaát thieát keá ñöôïc quy ñònh theo caáp ñoù. QPVN - 08-76 Caáp coâng I II III IV V Ghi chuù trình Coâng 0,1% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% trình Coâng Trong tröôøng hôïp cuï trình laáp theå coù theå laáy taêng leân 5% 5% 10% 10% 10% doøng nhöng phaûi ñöôïc caáp coù thaåm quyeàn pheâ duyeät tính toaùn % Coâng Neáu coù luaän chöùng trình taïm 10% 10% 10% 10% 10% chaéc chaén coù theå laáy Taàn suaátTaàn löu löôïng lôùn nhaát thôøi 5% Tieâu chuaån thieát keá ñoái vôùi nöôùc luõ laïi chia laøm hai loaïi:
   Tieâu chuaån thieát keá choáng luõ (ñaûm baûo chaéc chaén an toaøn cho coâng trình khi coù côn luõ döï kieán)
   Tieâu chuaån cho thieát keá phoøng luõ (ñaûm baûo an toaøn cho vuøng haï löu coâng trình) Neáu ñoàng thôøi coù caû hai nhieäm vuï phoøng luõ vaø choáng luõ thì tieâu chuaån choáng
10. 12 Chöông I luõ cho coâng trình bao giôø cuõng cao hôn hoaëc baèng tieâu chuaån phoøng luõ. Thieát keá nöôùc luõ öùng vôùi P = 1% coù nghóa laø bình quaân trong nhieàu naêm thì 100 naêm môùi coù moät laàn xuaát hieän nöôùc luõ lôùn hôn hoaëc baèng tieâu chuaån ñoù. Ví duï: Taàn suaát thieát keá cuûa moät soá hoà chöùa treân löu vöïc Ñoàng Nai nhö sau: 2 3 Coâng trình Soâng F(km ) Qp0,5% (m /s) Qp1% Ña Nhim Ña Nhim 775 4200 Daàu Tieáng Saøi Goøn 2700 2700 Trò An Ñoàng Nai 14.800 17.000 13.200 Thaùc Mô Soâng Beù 2215 4360 Haøm Thuaän La Ngaø 1280 4500 3800 Neáu goïi K A laø chi phí cho vieäc xaây döïng Neáu goïi K B laø chi phí cho vieäc phoøng luõ haï löu , coâng trình,
    Khi Q xaû töø hoà chöùa xuoáng lôùn thì chi
    Khi Q xaû lôùn thì chi phí cho xaây phí cho phoøng luõ haï löu lôùn (phaûi ñaép döïng coâng trình khoâng lôùn. ñeâ phoøng luõ).
    Neáâu Q xaû nhoû (coù nghóa phaûi giöõ laïi
    Khi Q xaû nhoû thì chi phí cho phoøng luõ trong dung tích phoøng luõ) thì chi phí haï löu nhoû. xaây döïng coâng trình phaûi lôùn.
    Haï löu ngaäp nhieàu khi Q xaû lôùn. Hình 1.4. Moâ taû moái quan heä giöõa quy moâ coâng trình, möùc ñaàu tö vaø löu löôïng xaû. 2. Taàn suaát ñaûm baûo - möùc baûo ñaûm Trong thöïc teá, khi khai thaùc coâng trình gaëp naêm coù löôïng doøng chaûy beù hôn heä soá töông öùng vôùi taàn suaát thieát keá töùc laø löôïng nöôùc thöïc teá khoâng baûo ñaûm taàn suaát caáp nöôùc, töø ñoù daãn ñeán nhöõng thieät haïi cuõng khaùc nhau (khu coâng nghieäp lôùn, khu daân cö quan troïng coù möùc ñaûm baûo caáp nöôùc cao) Taàn suaát ñaûm baûo caáp nöôùc tính baèng soá naêm baûo ñaûm caáp nöôùc.
11. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 13 Nhö vaäy: Taàn suaát thieát keá caøng nhoû thì vaán ñeà caøng quan troïng. Taàn suaát ñaûm baûo hoaëc möùc ñaûm baûo caøng lôùn, coâng trình caøng coù yù nghóa quan troïng hôn. Ví duï: Ñoái töôïng A vôùi möùc ñaûm baûo caáp nöôùc laø 90% coù nghóa laø trung bình 10 naêm thì ñoái töôïng A ñöôïc caáp nöôùc 9 naêm coøn 1 naêm thì thieáu nöôùc. (Trong thöïc teá chuùng ta coøn caàn phaûi bieát thôøi gian keùo daøi cuûa moät laàn thieáu nöôùc laø bao nhieâu.) Vaäy taàn suaát ñaûm baûo laø khaû naêng xuaát hieän nhöõng trò soá khoâng lôùn hôn löu löôïng cuûa moät taàn suaát naøo ñoù trong thôøi haïn söû duïng coâng trình. 3. Taàn suaát phaù hoaïi Ñaûm baûo an toaøn cho coâng trình vaø coâng trình bò phaù hoaïi laø hai bieán coá ñoái laäp nhau. Do ñoù ta coù quan heä giöõa taàn suaát baûo ñaûm vaø taàn suaát phaù hoaïi nhö sau: V = 1 – S (1.20) ÔÛ ñaây: S: taàn suaát baûo ñaûm cuûa coâng trình trong thôøi kyø söû duïng V: taàn suaát phaù hoaïi cuûa coâng trình trong thôøi kyø söû duïng Xuaát phaùt töø giaû thieát söï xuaát hieän löu löôïng lôùn nhaát giöõa caùc naêm laø ñoäc laäp nhau. Alecxaâyep ñeà nghò tính taàn suaát phaù hoaïi coâng trình theo coâng thöùc sau: V = 1 – (1- P) n (1.21) Trong ñoù: P: taàn suaát thieát keá nöôùc luõ n: soá naêm söû duïng coâng trình (luoân > 1,0) V: taàn suaát phaù hoaïi cuûa coâng trình Chuù yù: Khi 1 – P < 1,0. Vaäy khi moät soá nhoû hôn 1,0 maø soá luõy thöøa caøng lôùn (töùc n caøng lôùn) thì keát quaû caøng nhoû. Töø ñoù taàn suaát phaù hoaïi V caøng lôùn Töø coâng thöùc treân ñaây ta thaáy raèng: Khi taàn suaát thieát keá khoâng ñoåi thì taàn suaát ñaûm baûo coâng trình phuï thuoäc vaøo soá naêm söû duïng ( soá naêm söû duïng caøng daøi thì möùc baûo ñaûm caøng thaáp ) QUAN HEÄ GIÖÕA TAÀN SUAÁT PHAÙ HOAÏI VAØ TAÀN SUAÁT THIEÁT KEÁ (Theo Alecxaâyep) P% Soá naêm söû duïng coâng trình (Thieát keá) 5 naêm 10 naêm 50 naêm 100 naêm 200 naêm 0,01 0,05 0,10 0,50 1,0 1,82
12. 14 Chöông I 0,1 0,5 4,00 4,88 9,52 18,0 1,0 4,9 9,5 39,5 63,4 86,6 5,0 22,7 40,1 92,3 99,4 100 10,0 41,0 65,0 99,5 100 100 Taàn suaát phaù hoaïi Ví duï P = 1%, thì khi n = 5  V = 4,9 khi n =10  V = 9,5 IV. ÑÖÔØNG TAÀN SUAÁT VAØ PHÖÔNG PHAÙP KEÙO DAØI TAØI LIEÄU Neáu lieät taøi lieäu veà doøng chaûy khaù daøi vaø ñaày ñuû, thoâng qua caùc ñaëc tröng thuûy vaên chuùng ta coù theå bieåu dieãn quaù trình doøng chaûy baèng ñöôøng löu löôïng theo thôøi gian Q = f(t), ñöôøng luõy tích löôïng nöôùc ñeán W = f(t) hoaëc döôùi daïng xaùc suaát thì laø ñöôøng phaân phoái xaùc suaát hoaëc ñöôøng taàn suaát. Nhöng khi gaëp vaán ñeà trong thu thaäp taøi lieäu nhö: ít taøi lieäu, thieáu taøi lieäu hoaëc taøi lieäu khoâng lieân tuïc thì laøm theá naøo coù theå boå sung taøi lieäu moät caùch ñaùng tin caäy. Coâng cuï höõu hieäu ñeå xöû lyù vaán ñeà naøy laø xaây döïng caùc “ñöôøng taàn suaát lyù luaän”. Trong thuûy vaên, taàn suaát lyù luaän vaø doøng chaûy coù lieân heä mang tính chaát haøm soá thoâng qua ñöôøng taàn suaát lyù luaän. Coøn ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm cuûa maãu quan traéc thöôøng ñöôïc tính theo hai coâng thöùc : Coâng thöùc soá giöõa Coâng thöùc naøy ñöôïc aùp duïng cho tính toaùn doøng chaûy naêm, möa naêm : m − 3,0 P = (1.22) n + 4,0 Coâng thöùc kyø voïng Coâng thöùc kyø voïng ñöôïc aùp duïng cho tính toaùn doøng chaûy luõ vaø möa luõ, bôûi vì keát quaû tính toaùn thieân veà an toaøn: m P = (1.23) n +1 Trong ñoù: m: soá thöù töï cuûa giaù trò quan traéc sau khi xeáp thöù töï töø lôùn ñeán nhoû n: toång soá giaù trò quan traéc (ñoä lôùn cuûa maãu) * Ñöôøng taàn suaát lyù luaän (hoaëc ñöôøng phaân phoái xaùc suaát lyù luaän) laø ñöôøng taàn suaát (hoaëc ñöôøng phaân phoái xaùc suaát) ñöôïc xaây döïng töø moät haøm tích phaân haøm phaân phoái xaùc suaát (hoaëc chính haøm chính phaân phoái xaùc suaát), noù laø moät ñöôøng
13. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 15 bieåu thò moät haøm soá, töùc laø khi ñaõ cho ñoái soá x baát kyø seõ xaùc ñònh ñöôïc giaù trò töông öùng cuûa haøm y. Cho ñeán nay, ngöôøi ta chöa chöùng minh ñöôïc baèng lyù thuyeát laø caùc hieän töôïng thuyû vaên tuaân theo daïng ñöôøng lyù luaän naøo . Do ñoù ngöôøi ta nghieân cöùu moät soá daïng ñöôøng lyù luaän nhö: Bionmial, Possion, Uniform, Exponential, Normal, Log Norman, Pearson III (hay Gama) Kriski Menken sau ñoù tuyø theo chuoãi soá lieäu thöïc ño taïi nhöõng khu vöïc khaùc nhau, kieåm tra tính phuø hôïp thoâng qua caùc ñaëc tröng thuyû vaên ñeå löïa choïn daïng ñöôøng lyù luaän phuø hôïp. Trong phaàn naøy giôùi thieäu moät soá daïng ñöôøng lyù luaän thöôøng gaëp trong baûng sau: Baûng 1.1 Daïng phaân Haøm phaân phoái xaùc suaát Mieàn xaùc ñònh Giaù trò Ñoä leäch phoái TB chuaån Normal 1 − y( − )y 2 2/ σ2 − ∞≤ x≤+ ∞ x σ f(x) = e σ 2π Log Normal 1 − y( − )y 2 2/ σ2 − ∞ ≤ y ≤ + ∞ y σ f(x) = e y y = ln(x) σ 2π 0≤ x ≤ + ∞ 0≤ x ≤ + ∞ β = (α +1) 2 Gama xneα +β β = (α + )1 F(x) = βα +1Γ(α + )1 1. Phaân boá Normal (phaân boá chuaån) Phaân boá Normal vôùi daïng haøm hình quaû chuoâng caân, coøn ñöôïc goïi laø phaân boá Gauss hay quy luaät sai soá maëc nhieân. Maëc duø daïng phaân boá naøy thaät phuø hôïp vôùi caùc quaù trình doøng chaûy vaø quaù trình thuûy vaên, nhöng noù laïi ñöôïc söû duïng roäng raõi khi ñaùnh giaù sai soá hoaëc söû duïng trong caùc pheùp bieán ñoåi trung gian. Phaân boá Normal coù hai thoâng soá laø x vaø ñoä leäch chuaån σ (ñoái vôùi maãu), thöôøng ngöôøi ta hay söû duïng pheùp bieán ñoåi ñôn giaûn ñeå ñöa phaân boá naøy veà daïng haøm phaân boá töông ñöông vôùi moät thoâng soá baèng caùch ñaët: Z = (x − x)/σ vaø suy ra dx = σdz Nhö vaäy, haøm phaân phoái trôû thaønh:
14. 16 Chöông I −z2 1 f (x) = e 2 (1.24) 2π − z 2 1 z Coøn haøm taàn suaát töông öùng laø: f (x) = ∫e 2 2π −∞ Bieán z ñöôïc goïi laø ñôn vò chuaån, noù coù daïng phaân phoái vôùi giaù trò trung bình baèng zero vaø ñoä leäch chuaån ñôn vò. 2. Phaân boá Log Normal Thöïc teá quan traéc cho thaáy raát nhieàu quaù trình thuûy vaên coù daïng phaân boá leäch beân phaûi , do caùc nhaân toá aûnh höôûng (caùc hieän töôïng töï nhieân) coù giôùi haïn khoâng aâm hoaëc bò chaën. Luùc ñoù caùc bieán vaø daïng phaân boá cuûa chuùng khoâng tuaân theo quy luaät phaân boá chuaån (Normal), nhöng haøm logarit töï nhieân cuûa chuùng laïi tuaân theo quy luaät chuaån . Trong baûng 1.1, haøm phaân boá naøy cho thaáy neáu thay y = lnx trong phaân boá Normal, ta seõ thaáy ñöôïc daïng phaân boá Log Normal. Daïng phaân boá Normal coù hai thoâng soá laø y vaø σ y . Döôùi ñaây laø caùc coâng thöùc lieân heä giöõa bieán ban ñaàu x vaø bieán y. 2 x = exp( y + σ y )2/ (1.25) 2 2 2 σ x = x [exp( σ y ) −1] (1.26) 2 2/1 CV = [exp( σ y ) −1] (1.27) 3 Csx = 3CVX + CCX (1.28) 3. Phaân boá Pearson III (PIII) Pearson III laø daïng ñaëc bieät trong phaân boá Gama, PIII cuõng nhö gama ñöôïc aùp duïng roäng raõi trong lónh vöïc toaùn thoáng keâ vaø trong thuûy vaên. PIII ñaëc bieät phuø hôïp khi nghieân cöùu doøng chaûy luõ. Phaân boá PIII ñöôïc moâ taû kyõ döôùi ñaây: Phöông trình phaân phoái xaùc suaát coù daïng  x -α/β f(x) = f 1 + e x/ β (1.29) o  α  Trong ñoù: f o laø tung ñoä ñöôøng phaân phoái öùng vôùi giaù trò soá ñoâng x d ; α laø khoaûng caùch töø giaù trò f (xo ) = 0 ñeán x d
15. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 17 β laø khoaûng caùch töø x d ñeán kyø voïng toaùn M(X) nhö beân hình veõ Daïng phaân boá naøy coù ñaëc ñieåm: - Khoaûng bieán thieân cuûa bieán xo ≤ x ≤ +∞ vôùi xo 2 C V töùc xo > 0 Do ñoù ñeå x phuø hôïp vôùi tính chaát vaät lyù cuûa caùc hieän töôïng thuûy vaên (khoâng aâm) thì C S phaûi lôùn hôn hay baèng 2C V. Nhöõng ñieàu treân ñaây aùp duïng vôùi toång theå, coøn ñoái vôùi maãu thì giaù trò nhoû nhaát cuûa bieán x phaûi khoâng nhoû hôn x o cuûa toång theå. Phuï luïc 1 ghi giaù trò tung ñoä Kp cuûa ñöôøng PIII khi taàn suaát thay ñoåi. 4. Phaân boá Kritxki-Menken
16. 18 Chöông I Do ñöôøng Pearson III chæ phuø hôïp vôùi tính chaát vaät lyù cuûa caùc hieän töôïng thuûy vaên vaø doøng chaûy khi C S ≥ 2 C V Kritxki vaø Menken ñaõ xaây döïng moâ hình phaân phoái xaùc suaát cuûa mình vôùi nhöõng ñaëc ñieåm sau: - Moâ hình coù ba thoâng soá x , C V, vaø C S, trong ñoù C S laáy theo coâng thöùc C S = m C V - Ñöôøng phaân phoái xaùc suaát coù daïng quaû chuoâng vaø chæ coù moät soá ñoâng; - Khoaûng bieán thieân cuûa bieán x trong khoaûng 0 ≤ x ≤ +∞ - Xuaát phaùt töø quy luaät Pearson III khi C S = 2 C V hai oâng ñaõ xaây döïng ñöôøng phaân phoái xaùc suaát Kritxki vaø Menken hay coøn goïi laø ñöôøng Gama 3 thoâng soá. Töø quy luaät phaân phoái xaùc suaát, muoán xaây döïng ñöôøng taàn suaát ñaõ laäp saün baûng tra. Neáu bieát taàn suaát P%, C S , CV vaø tyû soá giöõa C S vaø C V seõ tra ñöôïc giaù trò Kp töông öùng (Baûng tra ñöôïc in trong Phuï luïc 2). Sau ñoù x p ñöôïc tính theo coâng thöùc: xp= x Kp Thí duï 1 : Do lieät taøi lieäu chöa ñuû daøi, haõy aùp duïng coâng thöùc vaø ñöôøng taàn suaát lyù luaän Kritxki vaø Menken ñeå tính caùc giaù trò löu löôïng öùng vôùi caùc taàn suaát P = 0,5%, 1%, 3%, 5%, 99%. Veõ ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm vaø ñöôøng taàn suaát lyù luaän treân cuøng moät ñoà thò . Giaûi: Quaù trình giaûi theo caùc böôùc sau: 1) Tính caùc ñaëc tröng thuûy vaên cuûa chuoãi quan traéc. Töø keát quaû cuûa moät thí duï, ta ñaõ coù: – Löu löôïng trung bình cuûa chuoãi: Qtb = 1550m 3/s – Heä soá phaân taùn C V = 0,1415 – Heä soá leäch C S = 0,2911 Lieät doøng chaûy naøy coù CS = 2 C V 2) Saép xeáp giaù trò löu löôïng quan traéc theo thöù töï töø lôùn ñeán nhoû. Vì tính toaùn doøng chaûy trung bình neân aùp duïng coâng thöùc soá giöõa ñeå tính taàn suaát xuaát hieän töông öùng vôùi nhöõng giaù trò löu löôïng quan traéc. 3) Töø caùc giaù trò taàn suaát ñaõ coùù cuûa chuoãi quan traéc, tra ra K p töông öùng. 4) Laëp laïi böôùc 3 vôùi caùc giaù trò P maø ñaàu baøi yeâu caàu. Keát quaû tính trình baøy trong baûng döôùi ñaây.
17. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 19 5) Veõ ñoà thò ñöôøng kinh nghieäm vaø ñöôøng lyù luaän treân hình 6. Hai ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm (giaù trò coät 5) vaø ñöôøng taàn suaát lyù luaän (giaù trò coät 7 vaø 8) ñöôïc veõ treân hình 6, toû ra khaù phuø hôïp nhau.
18. 20 Chöông I Baûng 1.2: Quaù trình tính toaùn cuûa thí duï 1 Naêm Qtb (m 3/s) Qtb giaûm d aàn m − 3,0 P% theo KM K theo KM Q lyù P% ( P = ) p TT n + 4,0 luaän (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 0,50 1,404 2176 1,00 1,356 2105 3,00 1,284 1990 1 1962 1440 1961 4,55 5,0 1,242 1925 2 1963 1188 1915 11 ,04 10 ,0 1,182 1832 3 1964 1605 1727 17 ,53 20 ,0 1,112 1724 4 1965 1443 1711 24 ,03 25 ,0 1,094 1696 5 1966 1915 1610 30 ,52 30 ,0 1,066 1652 6 1967 1298 1605 37 ,01 7 1968 1727 1563 43 ,51 40 ,0 1,028 1593 8 1969 1520 1520 50 ,00 50 ,0 0,994 1541 9 1970 1711 1520 56 ,49 10 1971 1961 1493 62 ,99 60 ,0 0,934 1448 11 1972 1493 1443 69 ,48 70 ,0 0,914 1471 12 1973 1563 1440 75 ,97 75 ,0 0,888 1376 13 1974 1520 1298 82 ,47 80 ,0 0,866 1342 14 1975 1259 1259 88 ,96 90 ,0 0,798 1237 15 1976 1610 1188 95 ,45 95 ,0 0,784 1215 97 ,0 0,756 1172 99 ,0 0,704 1092 99 ,5 0,680 1054 Ghi chuù: Coät 1: laø thöù töï caùc naêm coù taøi lieäu, toång coäng coù 15 giaù trò Coät 2: laø naêm coù taøi lieäu Coät 3: laø giaù trò löu löôïng trung bình naêm Coät 4: laø giaù trò löu löôïng ñaõ saép xeáp theo thöù töï giaûm daàn
19. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 21 Coät 5: laø taàn suaát P% tính theo coâng thöùc (1.22) Coät 6: laø taàn suaát P% theo yeâu caàu ñaàu baøi vaø caùc taàn suaát chaün cuûa ñöôøng taàn suaát lyù luaän Coät 7: laø tung ñoä Kp cuûa ñöôøng taàn suaát lyù luaän (Gama 3 thoâng soá) khi tra söû duïng baûng vôùi C S = 2 C V; C V = 0,14 (phaûi noäi suy giöõa C V = 0,1 vaø 0,2) Coät 8: laø giaù trò löu löôïng tính toaùn theo coâng thöùc xp = xK p. 3 Trong ñoù X tb = 1550m /s Hình 1.6. Ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm vaø lyù luaän 5. Töông quan vaø boå sung taøi lieäu Khaùi nieäm veà töông quan: Chuùng ta ñaõ nghieân cöùu phöông phaùp haøm soá hoùa, thoâng qua quan heä haøm soá lyù thuyeát ñeå keùo daøi vaø boå sung taøi lieäu doøng chaûy. Ñaây laø moät trong caùc phöông phaùp höõu hieäu trong thuyû vaên. Cô sôû cuûa phöông phaùp, hay noùi caùch khaùc laø höôùng tieáp caän cuûa phöông phaùp, laø döïa vaøo nhöõng taøi lieäu ñaõ coù (duø ngaén) taïi tuyeán chính nghieân cöùu ñeå boå sung vaø keùo daøi taøi lieäu cho tuyeán ñoù. Phaàn naøy chuùng ta theo moät höôùng tieáp caän khaùc cuõng khoâng keùm phaàn hieäu quaû, ñoù laø phaân tích töông quan Vaäy töông quan laø gì? Coù theå neâu khaùi nieäm veà töông quan thoâng qua khaùi nieäm veà haøm soá vaø phi haøm soá nhö sau: - Neáu coù moät moái quan heä chaët cheõ Y = f(X), töùc laø neáu bieát X seõ tính chính xaùc ñöôïc Y thoâng qua haøm toaùn hoïc f hoaëc ngöôïc laïi. Quan heä nhö vaäy goïi laø quan heä haøm soá, hoaëc coù theå goïi laø quan heä töông quan chaët cheõ
20. 22 Chöông I - Neáu X vaø Y laø nhöõng ñaïi löôïng khoâng coù quan heä vôùi nhau, khoâng coù aûnh höôûng tôùi nhau, bieát ñaïi löôïng naøy cuõng khoâng tìm ñöôïc quy luaät naøo ñeå coù theå suy luaän ñaïi löôïng kia, thì X vaø Y khoâng coù quan heä töông quan vôùi nhau. Luùc ñoù X vaø Y coøn ñöôïc goïi laø nhöõng ñaïi löôïng ngaãu nhieân ñoäc laäp. - Neáu X vaø Y laø hai ñaïi löôïng coù quan heä, coù aûnh höôûng vôùi nhau nhöng moái quan heä khoâng chaët cheõ döôùi daïng haøm soá, ngöôøi ta goïi chuùng coù quan heä töông quan vôùi nhau. (Coâng thöùc (1.16) laø coâng thöùc duøng ñeå xaùc ñònh heä soá töông quan) V. TÍNH TOAÙN LÖÔÏNG MÖA NAÊM ÖÙNG VÔÙI TAÀN SUAÁT THIEÁT KEÁ Treân thöïc teá nhöõng vaán ñeà neâu ra döôùi ñaây cuõng laø phöông phaùp ñeå tính Q max , Qmin , X max , Xmin öùng vôùi caùc taàn suaát thieát keá. 1. Tröôøng hôïp coù ñuû taøi lieäu quan traéc Moät chuoãi taøi lieäu ñaõ quan traéc ñöôïc goïi laø ñuû khi chuùng ñaûm baûo sai soá cho pheùp, coù tính ñaïi bieåu vaø oån ñònh. Ñaùnh giaù tính ñaïi bieåu cuûa chuoãi quan traéc a) Theo trò soá sai soá bình phöông trung bình töông ñoái cuûa löu löôïng bình quaân nhieàu naêm, tính baèng coâng thöùc sau: CV σ Q = x 100% (1.31) o n Töø coâng thöùc (1) ta suy ra soá naêm caàn thieát ñeå ñaûm baûo coù sai soá bình phöông töông ñoái cuûa löu löôïng bình quaân nhoû hôn sai soá cho pheùp seõ laø: (100C ) 2 n ≥ v (1.32) (σ ) 2 Qo Trong ñoù: σQ : sai soá bình phöông trung bình töông ñoái cuûa löu löôïng bình quaân nhieàu naêm 0 n: soá naêm quan traéc (soá soá haïng cuûa chuoãi quan traéc doøng chaûy trong naêm) CV: heä soá bieán sai cuûa doøng chaûy naêm Töø baûng sau ñaây ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc soá naêm n caàn thieát cuûa chuoãi quan traéc ñöôïc choïn (xem nhö coù ñuû taøi lieäu)
21. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 23 Baûng 1.3 Giaù trò heä soá Soá naêm quan traéc caàn thieát (n) bieán sai C σ ± 5% V Qo ± 6% ± 7% ± 8% ± 9% ± 10% 0,10 4 3 2 2 1 1 0,20 16 11 8 6 5 4 0,30 36 25 19 14 11 9 0,40 64 44 33 25 20 16 0,50 100 69 50 39 31 25 0,60 144 99 74 56 45 36 0,70 196 136 100 76 60 49 0,80 256 177 131 100 79 64 1,00 400 278 205 156 123 100 1,20 576 400 294 225 178 144 b) Theo sai soá bình phöông trung bình töông ñoái cuûa heä soá bieán sai C v xaùc ñònh baèng phöông phaùp moâmen, tính theo coâng thöùc sau: 3 σ = x100 % (1.33) CV 2 2n 3( + CV Toùm laïi: Soá trò soá cuûa chuoãi thoáng keâ ñöôïc coi laø coù ñuû soá lieäu ñeå tính doøng chaûy naêm thieát keá, neáu soá naêm quan traéc n ≥ 15 naêm vaø sai soá bình phöông trung bình töông ñoái σQ0 vaø σCV töông öùng nhoû hôn trò soá trong baûng döôùi ñaây Treân thöïc teá, moät chuoãi quan traéc coù trò soá trung bình oån ñònh theo thôøi gian thì coù theå xem laø ñuû daøi. Giai ñoaïn Quy Nhieäm vuï Thieát keá Thieát keá Baûn veõ Sai soá hoaïch thieát keá sô boä kyõ thuaät thi coâng σ’Q0 (%) ≤ 15 ≤10 - 15 ≤ 6 - 10 ≤ 6 ≤ 6 σ’C V (%) ≤ 20 ≤15 - 20 ≤10 - 15 ≤ 10 - 15 ≤ 10 - 15
22. 24 Chöông I Thí duï 2: Traïm ño möa A coù 51 naêm quan traéc (1916 ÷1944 vaø 1956 ÷1977). Thöû tính löôïng möa naêm öùng vôùi taàn suaát thieát keá cho töôùi P = 75% vaø P = 85% Baûng 1.4 2 3 Thöù töï Naêm XI Xm Km K-1 (k -1) (K -1) P% (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 1 1916 1500 2168 1,38 0,38 0,144 +0 ,0549 1,36 2 1917 1536 2156 1,37 0,37 0,137 +0 ,0507 3,31 3 1918 1763 2040 1,29 0,29 0,084 +0 ,0244 5,26 4 1919 1475 2020 1,28 0,28 0,078 +0 ,0220 7,21 . . . . 29 1944 1621 1512 0,96 -0,04 0,002 -0,0001 55 ,9 30 1956 2168 1500 0,95 -0,05 0,003 -0,0001 57 ,9 . . 49 1975 1571 1190 0,76 -0,24 0,058 -0,0138 94 ,9 50 1976 1321 1039 0,66 -0,34 0,116 -0,0138 96 ,9 51 1977 1242 983 0,62 -0,38 0,144 -0,0549 98 ,6 ∑ 80373 51 ,0 -0,00 1,534 +0 ,0729 X (1576) σ 276 CV 0,175 Lôøi giaûi: 1. Tính vaø veõ ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm K m ~ P% Chuù yù saép taøi lieäu töø lôùn ñeán nhoû daàn (coät 4) + Tính trò soá trung bình cuûa lieät thoáng keâ töùc tìm X Xm + Tính heä soá bieán suaát Km = (coät 5) X m: soá thöù töï caàn tính toaùn + Tính taàn suaát kinh nghieäm theo coâng thöùc (ghi ôû coät 9)
23. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 25 m − 0.3 P = 100 % . Ñaây laø coâng thöùc soá giöõa (1-22) n + 0.4 n: soá naêm quan traéc Coâng thöùc ñöôïc duøng ñeå tính doøng chaûy naêm m Coâng thöùc kyø voïng P = thieân veà an toaøn vaø duøng cho doøng chaûy luõ, möa n +1 luõ Xm + Chaám caùc ñieåm cuûa quan heä K = töông öùng treân giaáy taàn suaát Hazen m X (taàn suaát 1 chieàu) Hình 1.7: Ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm vaø lyù luaän löôïng möa naêm traïm A daïng Piecxôn III, C s = 0,28 C v = 0,175 C s = O C s = 2C v 2. Tính vaø veõ ñöôøng taàn suaát lyù luaän (coù ba phöông phaùp) A. Phöông phaùp moâmen Ñaây laø phöông phaùp duøng tröïc tieáp giaù trò ba tham soá thoáng keâ X , C v, C s ñöôïc tính theo ba coâng thöùc moâmen ñeå tính ra giaù trò ñaëc tröng thuûy vaên öùng vôùi taàn suaát quy ñònh. Caùc böôùc tính nhö sau: n * Tính theâm caùc coät (6) (7) (8), chuù yù kieåm tra coät (6) ∑(Ki − )1 = 0 1 * Thay giaù trò toång cuûa caùc coät 7 vaø 8 vaøo coâng thöùc ñeå tính heä soá phaân taùn C V vaøø heä soá thieân leäch C s
24. 26 Chöông I n ∑ K − 1 2 ()i 1534 C = 1 = = ,0 175 v n − 1 50 n 3 ∑(Ki −1) 0,0729 C 1 , S = 3 = 3 = 0 28 n( − 3)CV 48(0.175) Coù giaù trò C s = 0,28 ñem tra vaøo baûng Foster-Rubkin döôùi ñaây seõ tìm ñöôïc caùc khoaûng leäch tung ñoä Φ töông öùng vôùi caùc taàn suaát P% ñöôïc choïn. Töø ñoù tính ra ñöôïc K p vaø X p theo bieåu thöùc KP = Φ CV+1 (1.34) XP = Kp X (1.35 ) Φ : khoaûng leäch tung ñoä Baûng tính löôïng möa naêm thieát keá X P theo phöông phaùp moâmen 7 8 P% 5% 5% Φ - - 0.70 1.03 Kp 0 0 = Φ CV+1 .878 .820 Xp = ( ( Kp. X 1384) 1290) Keát quaû: X75% =1384 mm X85% =1290 mm (chuù yù X = 1576mm ) Treân thöïc teá cho thaáy raèng khi n ≥ 50 thì ñöôøng taàn suaát lyù luaän veõ baèng phöông phaùp moâmen so vôùi thöïc nghieäm khaù phuø hôïp. Neáu (n) ngaén thì ñoä sai khaùc giöõa hai ñöôøng raát lôùn. P% 0,1 1 3 5 10 20 30 50 70 75 85 90 95 99 I. Φ 3,09 2,33 1,88 1,64 1,28 0,84 0,52 0 -0,52 -0,67 -1,04 -1,28 -1,64 -2,33 C = 0 1,541 1,408 1,329 1,286 1,224 1,147 1,901 1,000 0,909 0,883 0,818 0,776 0,713 0,592 S Φ CV+ 1 II. φ 3,49 2,52 1,99 1,72 1,31 0,82 0,48 0,05 -0,56 -0,70 -1,03 -1,24 -1,55 -2,12 1,61 1,44 1,349 1,301 1,229 1,143 1,084 0,991 0,903 0,878 0,820 0,783 0,729 0,630 CS = 0,28 Φ CV +1
25. Doøng chaûy vaø tính chaát cuûa doøng chaûy 27 III. KP 1,634 1,453 1,355 1,305 1,230 1,144 1,083 0,989 0,901 0,877 0,817 0,784 0,732 0,641 CS = 2C V B. Phöông phaùp ñöôøng thích hôïp (phöông phaùp khoâng tính C s, chæ tính C V) Caùc traïm ño möa ôû nöôùc ta haàu heát coù chuoãi quan traéc ngaén n ≤ 20 neân thöôøng duøng phöông phaùp thích hôïp ñeå xaây döïng ñöôøng taàn suaát lyù luaän. Trong phöông phaùp ñöôøng thích hôïp thì giaù trò Cs khoâng tính baèng coâng thöùc maø cho C s = mC V (m laø heä soá ñöôïc choïn, sau ñoù tính thöû sao cho ñöôøng “lyù luaän” phuø hôïp vôùi caùc ñieåm “kinh nghieäm” laø ñöôïc) Caùc böôùc tính toaùn nhö sau: Tính heát caùc coät trong baûng (1) tröø coät 8. Döïa vaøo luaät phaân boá caùc ñieåm taàn suaát kinh nghieäm ñaõ veõ, ta giaû thieát laàn löôït giaù trò (m). (m = 0 ÷ 2 C v) vôùi giaù trò C V ñaõ tính, tra baûng Foster-Rubkin ta ñöôïc Φ öùng vôùi caùc taàn suaát P% roài tính ra K p = Φ CV +1. Chaám caùc ñieåm K p ~ P% leân hình noái thaønh caùc ñöôøng cong trôn töông öùng Kp = Φ CV +1 Löïa choïn giaù trò (m) treân ñöôøng lyù luaän öùng vôùi C s = 0,28 vaø C v = 0,175 ñi saùt vôùi caùc ñieåm kinh nghieäm vaø naèm trung gian giöõa 2 ñöôøng C s = 0, C s = 2C v (vôùi Cv = 0,175). Coù theå laáy m = 1,50 ñeå tính toaùn vaø keát quaû tìm ñöôïc löôïng möa naêm öùng vôùi caùc taàng suaát P = 75%, 85% töông töï nhö phöông phaùp moâmen C. Phöông phaùp ba ñieåm: Ñeå giaûm bôùt khoái löôïng tính toaùn G.A Alecxaâyep ñeà nghò duøng phöông phaùp naøy Noäi dung phöông phaùp: Söû duïng caùc coät (1) (2) (3) (4) vaø (9) cuûa baûng (1) xaây döïng ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm X m ~P% (Cuõng coù theå veõ K m ~ P% khi chuoãi quan traéc bieán ñoäng lôùn). Trong baøi naøy söû duïng hình 3 ñaõ veõ saün quan heä K m~P% ñeå trình baøy. Löôïn moät ñöôøng cong ñi qua caùc ñieåm kinh nghieäm, sau ñoù choïn ba ñieåm: K1% =1,44; K50% = 0,99; K99% = 0,62 K + K − 2K Tính S = 1 99 50 K1 − K99 1,44 + 0,62 − 2(0,99) 0,08 S = = = 0,0975 1,44 − 0,62 0,82 Tra baûng quan heä S = f (C s) → tìm ñöôïc C s = 0,23 (baûng Phuï luïc 3)
26. 28 Chöông I K − K 99 1,44 − 0,62 Tính ra CV = = = 1,70 φ1 −φ99 2,57 − 2,09 Coù C s = 0,23, Cv = 0,17 tra baûng vaø laäp baûng tính K p% ~P% seõ cho ñöôøng “lyù luaän” gaàn truøng vôùi ñöôøng C s = 2C v vôùi C v = 0.175 Veà phaàn tính toaùn thuyû vaên chuùng ta coù theå tham khaûo cuï theå baøi taäp tính toaùn cho coâng trình hoà chöùa nöôùc Suoái Haønh ôû Cam Ranh – Khaùnh Hoaø ôû phaàn sau.
27. Ñaëc tröng doøng chaûy 27 Chöông II ÑAËC TRÖNG DOØNG CHAÛY I. TRAÏNG THAÙI CHAÛY TRONG SOÂNG NGOØI 1. Khaùi nieäm veà doøng chaûy taàng vaø chaûy roái Doøng chaûy trong soâng thieân nhieân haàu heát laø chaûy roái, chaûy taàng thöôøng chæ xuaát hieän trong phoøng thí nghieäm. Naêm 1880, Raynol, nhaø baùc hoïc ngöôøi Anh, qua nhieàu thí nghieäm ñaõ ñeà ra chæ tieâu duøng ñeå phaùn ñoaùn traïng thaùi chaûy nhö sau: Traïng thaùi chaûy taàng: Vd + Trong oáng: R = < 2320 (2.1) e ν VR + Trong keânh: R = < 300 e ν (2.2) ÔÛ ñaây: V: toác ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc (m/giaây) D: ñöôøng kính oáng (m) R: baùn kính thuûy löïc cuûa keânh (m) ν : heä soá nhôùt ñoäng hoïc (m 2.giaây) 0,00000178 V = 1 + 0,0337t + 0,00221t 2 ÔÛ ñaây: t : nhieät ñoä nöôùc ( oC) µ ν = ρ µ : heä soá nhôùt ñoäng löïc (taán x giaây/m 2) γ ρ : maät ñoä (taán x sec 2/m 4) ρ = g γ : tyû troïng (taán /m 3) g: gia toác troïng tröôøng
28. 28 Chöông II Ví duï: Trong oáng daãn nöôùc coù ñöôøng kính: d = 2,5 cm; V = 50cm/giaây T = 10 oC; ν = 0,013cm 2/giaây Ta tìm ñöôïc R e = 9620. Do ñoù traïng thaùi chaûy trong oáng laø chaûy roái 2. Nguyeân nhaân hình thaønh chaûy roái Caùch giaûi thích ñöôïc nhieàu nhaø khoa hoïc thöøa nhaän ñoù laø: doøng chaûy roái sinh ra do söï tieáp xuùc giöõa theå nöôùc vaø theå raén. Treân beà maët phaân giôùi giöõa theå nöôùc vaø theå raén sinh ra moät löïc öùng tieáp raát lôùn. Do löïc huùt giöõa caùc phaân töû theå raén laøm cho caùc phaàn töû nöôùc treân beà maët theå raén chuyeån ñoäng raát chaäm hình thaønh traïng thaùi chaûy taàng. Ñoä daøy cuûa chaûy taàng phuï thuoäc vaøo heä soá nhôùt µ. Doøng chaûy coù tính nhôùt töông ñoái thì taàng chaûy saùt vaùch töông ñoái daøy. Maët khaùc, neáu toác ñoä doøng nöôùc beân treân töông ñoái lôùn thì doøng chaûy saùt vaùch seõ moûng. Caùc phaàn töû nöôùc chuyeån ñoäng trong taàng saùt vaùch hình thaønh nhöõng löu tuyeán nöôùc chuyeån ñoäng gaàn nhö song song nhau. Caên cöù theo ñònh luaät Becnuli: Khi löu toác nhoû thì aùp löïc lôùn, ngöôïc laïi khi löu toác lôùn thì aùp löïc nhoû. Chính do söï cheânh nhau veà aùp löïc theo ñöôøng thaúng ñöùng töø ñoù laøm cho caùc löu tuyeán nöôùc seõ uoán cong vaø hình thaønh Hình 2.1 “xoaùy nöôùc”. Nhöõng xoaùy nöôùc naøy baét ñaàu chuyeån ñoäng vaø saûn sinh ra gia toác ñoàng thôøi khaéc phuïc löïc caûn. Neáu caùc xoaùy nöôùc sau khi thaéng ñöôïc löïc caûn seõ chuyeån ñoäng töø döôùi ñi leân. Töø ñoù doøng chaûy maø keát caáu noäi boä do voâ soá nhöõng xoaùy nöôùc hình thaønh töø ñaùy vaø chuyeån ñoäng ñi leân moät caùch hoãn loaïn goïi laø ñöôøng chaûy roái. 3. Toác ñoä maïch ñoäng Tröôùc ñaây, chuùng ta ñònh nghóa: Chaûy roái laø hieän töôïng chuyeån ñoäng hoãn loaïn cuûa voâ soá nhöõng xoaùy nöôùc töø ñaùy ñi leân. Chính söï chuyeån ñoäng hoãn loaïn Hình 2.2.
29. Ñaëc tröng doøng chaûy 29 ñoù laøm cho toác ñoä doøng chaûy taïi moät ñieåm baát kyø naøo treân ñöôøng thuûy tröïc luoân luoân bieán ñoåi theo thôøi gian (nhö hình 2 döôùi ñaây U =U ±U ' (2.3) U: toác ñoä töùc thôøi taïi moät thôøi ñieåm naøo ñoù U : toác ñoä trung bình 1 T U = ∫Udt (2.4) T 0 U’: toác ñoä maïch ñoäng taïi ñieåm töùc thôøi Môùi nhìn chuùng ta töôûng chöøng hieän töôïng maïch ñoäng raát khoâng quy luaät, nhöng neáu quan traéc trong moät thôøi gian daøi thì toác ñoä maïch ñoäng luoân giao ñoäng quanh trò soá trung bình. Söï phaân boá toác ñoä maïch ñoäng coù daïng ñoái xöùng quanh trò soá trung bình. Khi toác ñoä maïch ñoäng coù trò soá tuyeät ñoái beù thì xaùc suaát xuaát hieän lôùn, coøn khi toác ñoä maïch ñoäng coù trò soá tuyeät ñoái lôùn thì xaùc suaát xuaát hieän nhoû. Neáu veõ ñöôøng cong quan heä giöõa toác ñoä maïch ñoäng U’ treân truïc hoaønh vaø xaùc suaát xuaát hieän F( U-U ) treân truïc tung thì thaáy raèng söï thay ñoåi cuûa chuùng cô baûn phuø hôïp vôùi quy luaät phaân boå ñoái xöùng cuûa Gauss trong toaùn hoïc vaø coù daïng nhö sau: (u− u ) 2 1 2 fuu(− ) = e 2σ (2.5) 2πσ ÔÛ ñaây: σ laø sai soá quaân phöông ∑(U −U )2 σ = (2.6) n Sai soá quaân phöông σ noùi leân möùc ñoä cheânh leäch giöõa trò soá trung bình vaø toác ñoä maïch ñoäng. Neáu chuùng ta laáy sai soá quaân phöông cuûa toác ñoä maïch ñoäng σ chia cho toác ñoä trung bình thì ta seõ ñöôïc heä soá phaân taùn C V σ CV = (2.7) Hình 2.3 V
30. 30 Chöông II Chuùng ta nhôù laïi heä soá phaân taùn (heä soá sai Y H bieán) trong doøng chaûy CV ñöôïc theå hieän baèng coâng thöùc: 0.8 n 2 ∑(Ki − )1 0.6 i=1 CV = (khi n < 30 (2.8) n −1 0.4 Heä soá phaân taùn (heä soá sai bieán CV ) cuûa toác 0.2 0.1 C = σ ñoä taïi moät ñieåm coù theå goïi laø “cöôøng ñoä maïch v V ñoäng töông ñoái”. Roõ raøng cöôøng ñoä maïch ñoäng 0.1 0.2 töông ñoái CV tyû leä thuaän vôùi thaønh phaàn maïch Hình 2.4 ñoäng höôùng leân. Chuùng quyeát ñònh toác ñoä quay cuûa caùc xoaùy nöôùc. Raát deã hieåu: Khi toác ñoä quay caøng nhanh thì cöôøng ñoä maïch ñoäng töông ñoái vaø thaønh phaàn maïch ñoäng höôùng leân caøng lôùn, caøng taêng theâm naêng löïc duy trì buøn caùt lô löûng Vì vaäy, vieäc nghieân cöùu cöôøng ñoä maïch ñoäng trong doøng chaûy coù yù nghóa voâ cuøng quan troïng khoâng nhöõng giuùp chuùng ta naém roõ keát caáu noäi boä doøng chaûy maø coøn hieåu ñöôïc quy luaät phaân boå buøn caùt lô löûng cuõng nhö söï vaän ñoäng buøn caùt noùi chung . Naêm 1942, Kalinske V.A, khi phaân tích taøi lieäu thuûy vaên cuûa soâng Missipxipi, y ñaõ veõ ñöôïc quan heä C = f ( ) nhö hình 4: V H y ÔÛ ñaây: ( ) laø ñoä saâu töông ñoái H Ñoä saâu thí nghieäm cuûa Kalinske V.A laø H = 4,4 – 7,1m Töø hình veõ treân ta thaáy:
    Cöôøng ñoä maïch ñoäng töông ñoái cuûa doøng chaûy CV ôû treân maët töông ñoái yeáu coøn ôû ñaùy töông ñoái maïnh (khoaûng 1/15).
    Caàn phaûi thaáy raèng: caên cöù vaøo haøm phaân boá ñoái xöùng cuûa Gauss thì söï cheânh leäch giöõa toác ñoä maïch ñoäng lôùn nhaát Vmax vôùi toác ñoä trung bình V baèng ba laàn sai soá quaân phöông cuûa toác ñoä maïch ñoäng σ Töùc (Vmax −V ) = 3σ
31. Ñaëc tröng doøng chaûy 31 Tröôùc ñaây, chuùng ta ñaõ chöùng minh: ôû gaàn ñaùy (vaùch ) thì: σ 1 V C = ≅ hoaëc σ = V V 3 3 Ñieàu naøy coù nghóa laø: trong loøng soâng toác ñoä maïch ñoäng lôùn nhaát V max coù theå lôùn hôn ba laàn toác ñoä trung bình cuûa doøng chaûy . II. THÖÙ TÖÏ XUAÁT HIEÄN CAÙC NHAÂN TOÁ THUÛY LÖÏC CÖÏC ÑAÏI Giaû thieát: Taïi maët caét cöûa vaøo laø S vaø cöûa ra laø: (S+ds) Neáu nhö khoâng coù gia nhaäp khu giöõa: (Pds ×dt=0) ∂ω ∂Q Thì phöông trình lieân tuïc cuûa doøng chaûy seõ laø: + = 0 (2.9) ∂t ∂s Hình 2.5. Thöù töï xuaát hieän caùc nhaân toá thuûy löïc I max → Vmax → Qmax → Hmax Ñieàu ñoù coù nghóa laø söï thay ñoåi löu löôïng doïc ñöôøng ñi seõ daãn ñeán söï thay ñoåi möïc nöôùc (dieän tích) theo thôøi gian. Töø hai ñöôøng quaù trình Q~t cuûa hai traïm S vaø (S + ds) ta thaáy nhö sau: Do quaù trình truyeàn soùng luõ neân traïm treân (traïm S) xuaát hieän Q max tröôùc traïm (S+ds) Ñeán thôøi ñieåm t c naøo ñoù thì löu löôïng ∂Q giöõa hai traïm baèng nhau, töùc = 0 ∂s Töø phöông trình (2.9) ta thaáy taïi ∂Q ñieåm t c thì = 0 , cuõng coù nghóa ∂s
32. 32 Chöông II ∂ω ∂ω = 0 . Maø = 0 coù nghóa luùc naøy ñaõ ñaït ñeán H max : song theo hai ñöôøng quaù ∂t ∂t trình Q = f(t) thì ñieåm xaûy ra Q max ñaõ xaûy ra roài nhö vaäy coù nghóa Q max xaûy ra tröôùc Hmax . ∂Q Khi ñaõ ñeán Q max töùc = 0 cuõng coù nghóa V ×ω  Max ∂t Theo nguyeân lyù [Q=V ×ω] ta coù theå vieát: ∂Q ∂v ∂ω = ω + V = 0 (2.10) ∂t ∂t ∂t Vöøa roài ta ñaõ chöùng minh Q max xuaát hieän tröôùc H max ∂ω Maø khaû naêng xaûy ra Q max thì möïc nöôùc vaãn coøn taêng ñeå ñaït H max töùc > 0 ∂t ∂h ∂Q hay > 0 coøn = 0 ∂t ∂t Töø phöông trình 2 ta thaáy: ∂Q ∂h ∂v Muoán = 0 khi maø > 0 chæ coù caùch 0 . ∂t
33. Ñaëc tröng doøng chaûy 33 ∂h Nhö vaäy theo (2.13) muoán cho (2.13) ñaït ñeán 0 khi > 0 , thì chæ coù caùch ∂t ∂I < 0 . ∂t Ñieàu aáy coù nghóa ñoä doác sau khi ñaït ñeán cöïc ñaïi (I max ) ñang treân ñaø giaûm daàn, töùc I max xuaát hieän tröôùc V max . Keát luaän: Imax → Vmax → Qmax → Hmax Hieåu ñöôïc vaán ñeà naøy seõ giuùp chuùng ta deã daøng khi ñoái phoù vôùi nhöõng tình huoáng trong luõ luït, ñoàng thôøi giuùp chuùng ta tính toaùn söï bieán daïng loøng soâng chính xaùc hôn Bôi qua moät doøng soâng khi luõ leân cao nhaát - ñieàu aáy coù nghóa laø nöôùc chaûy xieát nhaát khoâng phaûi luùc ñoù maø ñaõ xaûy ra tröôùc ñoù roài! III. CAÙC DAÏNG QUAN HEÄ MÖÏC NÖÔÙC (H) VAØ LÖU LÖÔÏNG (Q) Chuùng ta bieát raèng löu löôïng laø tích soá giöõa toác ñoä vaø dieän tích. Treân nhöõng doøng soâng thieân nhieân ôû mieàn nuùi, ít phaùt sinh boài laéng vaø xoùi lôû. Thoâng thöôøng, quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng laø quan heä ñoàng bieán, coù nghóa möïc nöôùc taêng seõ daãn ñeán söï gia taêng veà löu löôïng Ngaøy nay, con ngöôøi trong quaù trình khai thaùc taøi nguyeân ñeå phuïc vuï nhu caàu cuoäc soáng laøm cho taøi nguyeân treân beà maët löu vöïc bò taøn phaù daãn ñeán loøng soâng haï du hieän töôïng boài laéng, xoùi lôû dieãn bieán phöùc taïp. Treân caùc doøng soâng, nhieàu coâng trình phuïc vuï kinh teá quoác daân ñöôïc xaây döïng nhö: beán caûng, caàu coáng, ñaäp ngaên soâng töø ñoù laøm cho cheá ñoä doøng chaûy thay ñoåi, quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng dieãn bieán phöùc taïp H H H H ∆Z QQQQ a) OÅn ñònh b) Xoùi boài c) Nöôùc vaät d) Luõ leân xuoáng Hình 3.6. Daïng ñöôøng quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng Döôùi ñaây ta laàn löôït xem xeùt caùc tröôøng hôïp quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng trong soâng ngoøi nhö sau:
34. 34 Chöông II 1. Quan heä oån ñònh (hình 3.6.a ) Tröôøng hôïp naøy ta coù theå noùi: öùng vôùi moät möïc nöôùc chæ cho ta moät giaù trò löu löôïng nhaát ñònh (hoaëc nhieàu giaù trò löu löôïng nhöng ôû trong sai soá cho pheùp). 2. Quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng chòu aûnh höôûng boài xoùi (hình 3.6.b) Chuùng ta bieát raèng trong ñieàu kieän buøn caùt vaø doøng chaûy nhaát ñònh: - Khi khaû naêng mang buøn caùt lôùn hôn löôïng ngaäm caùt thöïc teá thì doøng soâng phaùt sinh xoùi lôû ( Scp > ρ ). - Khi khaû naêng mang buøn caùt nhoû hôn löôïng ngaäm caùt thöïc teá thì doøng soâng phaùt sinh boài laéng ( Scp < ρ ) m V 3  Scp = K   (2.14) gHw  3 ÔÛ ñaây: Scp : khaû naêng mang buøn caùt cuûa doøng soâng kg/m K, m: heä soá vaø chæ soá kinh nghieäm V: toác ñoä trung bình doøng chaûy (m/s) H: ñoä saâu doøng chaûy (m) g: gia toác troïng tröôøng w: toác ñoä laéng chìm hay coøn goïi laø ñoä thoâ thuûy löïc (m/s) ρ : löôïng ngaäm caùt thöïc teá Khi doøng soâng bò xoùi lôû thì dieän tích taêng leân. Ngöôïc laïi khi doøng soâng phaùt sinh boài ñaép thì dieän tích giaûm nhoû . Töø ñoù taïi cuøng moät möïc nöôùc: - Khi xoùi lôû löu löôïng seõ taêng leân so vôùi luùc oån ñònh - Khi boài ñaép löu löôïng seõ giaûm xuoáng so vôùi luùc oån ñònh 3. Quan heä H~Q aûnh höôûng nöôùc vaät (hình 3.6.c) Treân soâng thieân nhieân, vì muïc ñích phuïc vuï giao thoâng, töôùi, phaùt ñieän Ngöôøi ta thöôøng xaây döïng caùc coâng trình nhö caàu coáng, ñaäp daâng, hoà chöùa, beán caûng Töø ñoù doøng chaûy töï nhieân bò coâng trình ngaên caûn daãn ñeán hieän töôïng nöôùc daâng leân, nöôùc chaûy vaät laïi cuoái cuøng daãn ñeán haäu quaû: taïi cuøng moät möïc nöôùc nhö nhau nhöng löu löôïng nhoû hôn khi oån ñònh. 4. Quan heä H~Q aûnh höôûng luõ leân xuoáng (hình 3.6.d)
35. Ñaëc tröng doøng chaûy 35 Trong tröôøng hôïp ñoaïn soâng ôû trung löu vaø haï löu do ñoä doác maët nöôùc luoân nhoû hôn thöôïng löu vì vaäy quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng luoân theå hieän hình voøng daây. Coù khi chæ moät voøng daây, coù khi lieân tieáp xuaát hieän hai hoaëc ba voøng daây trong muøa luõ. Khi luõ leân: Do thöôïng löu - nöôùc luõ leân tröôùc, do ñoù ñoä doác maët nöôùc lôùn hôn khi oån ñònh. Töùc laø I m = (I c + ∆I) Khi luõ xuoáng: Do thöôïng löu nöôùc luõ ruùt xuoáng tröôùc, haï löu ruùt xuoáng sau neân ñoä doác nhoû hôn khi oån ñònh I m = (I c-∆I) Vì vaäy tuy cuøng moät möùc nöôùc nhöng do luõ leân vaø luõ xuoáng coù söï cheânh leäch vaø ñoä doác so vôùi ñoä doác khi oån ñònh Khi luõ leân: Im= I c + ∆I Khi luõ xuoáng: Im= I c - ∆I Neáu ñem so saùnh löu löôïng khi luõ leân vaø luõ xuoáng taïi cuøng moät möùc nöôùc nhö nhau, nhö H c chaúng haïn, thì söï khaùc bieät giöõa chuùng seõ laø: Q I + ∆I I + ∆I m = c = c (2.15) Qc I c − ∆I I c Q I + ∆I m = c (2.16) Qc I c ∆h  ∆h  1  dh  maø ∆I = =   =   (2.17) ∆L  ∆L  U  dt  Ñem (2.17) thay vaøo (2.16) vaø chænh lyù ta coù: Q 1 dh m =1 + Qc UI c dt Bôûi vì theo quy öôùc: dh Cöôøng suaát möïc nöôùc khi luõ leân laø mang daáu (+) ngöôïc laïi laø (-) dt Q 1 dh Do ñoù ta vieát: m = 1± (2.18) Qc UI C dt I (L) m Ic ∆I ∆I H Im (X) L=Uxdt
36. 36 Chöông II Hình 2.7. Söï bieán hoùa ñoä doác khi luõ leân xuoáng * Nhöõng vaán ñeà caàn naém : Q Vì ñaây laø ñoaïn soâng khoâng phaùt sinh boài xoùi, do ñoù tyû soá m khoâng aûnh Qc höôûng ñeán dieän tích. Quyeát ñònh ñoä lôùn nhoû cuûa voøng daây laø giaù trò I c ñoùng vai troø quan troïng hôn caû. Do ñoù: 1 - ÔÛ ñoàng baèng vì ñoä doác maët nöôùc nhoû do ñoù > 0 neân ñöôøng voøng daây seõ lôùn. UI c 1 Qm Ngöôïc laïi, ôû mieàn nuùi ñoä doác I c raát lôùn neân ≅ 0 do ñoù tyû soá ≅ 1,0 , coù UI c Qc nghóa laø khoâng coù voøng daây. IV. LÖU LÖÔÏNG TAÏO LOØNG Ñònh nghóa: - Theá naøo laø löu löôïng taïo loøng? Phaûi chaêng laø Q max ,Q cp hay Qmin Ñaây laø moät loaïi löu löôïng coù taùc duïng lôùn nhaát trong quaù trình hình thaønh loøng soâng. Caùch xaùc ñònh: - Chia ñöôøng quaù trình Q~t ra laøm nhieàu caáp. Ñaây laø ñöôøng quaù trình löu löôïng ñieån hình cuûa nhieàu naêm. - Noùi chung neân choïn ñöôøng quaù trình cuûa naêm naøo ñoù maø coù löôïng ngaäm caùt trung bình baèng löôïng ngaäm caùt trung bình nhieàu naêm + Xaùc ñònh taàn suaát xuaát hieän (P%) cuûa caùc caáp löu löôïng ñaõ chia Xaùc ñònh ñoä doác trung bình cuûa caáp löu löôïng ñaõ tìm (treân thöïc teá neáu coù quan heä Q = f(I) thì raát toát) + Ñoái vôùi moãi caáp löu löôïng ñaõ choïn, tính tích soá PIQ m Hình 2.8. Phöông phaùp xaùc ñònh
37. Ñaëc tröng doøng chaûy 37 + Ñoái vôùi loøng soâng laø caùt thì m = 2,0. Ñoái vôùi loøng soâng laø soûi cuoäi m = 2,5 (theo kinh nghieäm) Treân thöïc teá thöôøng xuaát hieän hai giaù trò: - ÖÙng vôùi möïc nöôùc coù P = 5 ÷10% thì taïo thaønh löu löôïng taïo loøng muøa luõ - ÖÙng vôùi möùc nöôùc coù P = 25 ÷50% taïo thaønh löu löôïng taïo loøng muøa kieät. Vieäc xaùc ñònh löu löôïng taïo loøng treân ñaây: . Chæ môùi giôùi thieäu löu löôïng taïo loøng treân nhöõng doøng soâng khoâng chòu aûnh höôûng thuûy trieàu. - Neáu muoán xaùc ñònh löu löôïng taïo loøng trong doøng soâng chòu aûnh höôûng thuûy trieàu thì vaán ñeà coøn phöùc taïp hôn nhieàu. Thöôøng thöôøng ngöôøi ta laáy löu löôïng trung bình trieàu xuoáng ñeå tìm Q tk (vì Q xuoáng > Q leân) Chuùng ta seõ ñeà caäp trong nhöõng phaàn khaùc Thöïc chaát cuûa phöông phaùp naøy ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû lyù luaän cuûa Makaveep (Lieân Xoâ). Makaveep khaúng ñònh söï dieãn bieán loøng soâng coù lieân quan chaët cheõ ñeán söï chuyeån ñoäng cuûa buøn caùt. Möùc chuyeån caùt caøng lôùn seõ daãn ñeán söï dieãn bieán loøng soâng caøng maïnh. Löu löôïng öùng vôùi möùc chuyeån caùt lôùn nhaát goïi laø löu löôïng taïo loøng. Theo Makaveep thì söùc chuyeån caùt lôùn nhaát coù quan heä maät thieát ñeán ba yeáu toá laø: + Löu löôïng Q + Taàn soá xuaát hieän cuûa löu löôïng aáy (P%) + Ñoä doác maët nöôùc I öùng vôùi caáp löu löôïng ñaõ choïn Ñieàu aáy cuõng coù yù nghóa löu löôïng taïo loøng coù quan heä vôùi moät toå hôïp ba yeáu toá noùi treân. V. TOÁC ÑOÄ LAÉNG CHÌM 1. Ñònh nghóa Toác ñoä laéng chìm, hay coøn goïi laø ñoä thoâ thuûy löïc, töùc laø toác ñoä rôi ñeàu cuûa haït  L caùt trong nöôùc tónh. Thöù nguyeân laø ω =  cm / s T  2. Muïc ñích hoïc taäp veà toác ñoä laéng chìm - Tính toaùn boài laéng vaø xoùi lôû thoâng qua khaû naêng mang caùt buøn
38. 38 Chöông II m V 3  Sg = K   gHw  - Xaùc ñònh kích thöôùc beå laéng caùt khi xöû lyù nöôùc thaûi - Haøn khaåu hoaëc tính toaùn laáp doøng 3. Cô sôû lyù thuyeát ñeå tính toaùn toác ñoä laéng chìm Haït caùt coù troïng löôïng rieâng ( ρ S) lôùn hôn troïng löôïng rieâng cuûa nöôùc ( ρ w). Khi thaû haït caùt vaøo trong nöôùc tónh, döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc, haït caùt seõ baét ñaàu chìm xuoáng. Do taùc duïng cuûa troïng löïc, haït caùt chìm vôùi moät gia toác, toác ñoä chìm seõ taêng leân vaø löïc caûn cuõng taêng leân. Ñeán moät giôùi haïn naøo ñoù, troïng löôïng höõu hieäu cuûa haït caùt vöøa baèng söùc caûn thì haït caùt seõ rôi ñeàu vôùi moät toác ñoä giôùi haïn ñoù. Vaäy toác ñoä rôi ñeàu cuûa haït caùt trong nöôùc tónh ñöôïc goïi laø toác ñoä laéng chìm hay ñoä thoâ thuûy löïc. Giaû thieát: F1 - löïc rôi cuûa haït caùt F=(ρs − ρ w ) gV (2.19) Fd - löïc caûn (löïc ma saùt) taùc ñoäng leân haït caùt S F = C w W 2 A (2.20) d D 2 ÔÛ ñaây: ρ s vaø ρ w: khoái löôïng rieâng cuûa haït caùt vaø khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc 2 g: gia toác troïng tröôøng g = 9,81m/ sec V: theå tích chieám choã cuûa haït caùt CD: heä soá ma saùt (khoâng thöù nguyeân) W: vaän toác laéng chìm cuûa haït caùt A: dieän tích tieát dieän cuûa haït caùt theo chieàu chuyeån ñoäng cuûa noù Döïa vaøo ñònh luaät Newton: caân baèng hai löïc treân vaø coi nhö chuyeån ñoäng ñeàu, ta seõ tính ñöôïc toác ñoä laéng chìm nhö sau:
39. Ñaëc tröng doøng chaûy 39 2 ρ− ρ  V W= S W  g (2.21) CDρ W  A Neáu xem xeùt haït caùt coù daïng hình caàu vôùi ñöôøng kính laø d ta seõ coù: πd 2 π A = vaø V = d 3 4 6 Luùc naøy toác ñoä laéng chìm seõ laø: 4 ρ− ρ  W= S W  gd (2.22) 3CDρ W  Trong thöïc teá, giaù trò cuûa heä soá ma saùt C D khoâng phaûi laø haèng soá nhö giaû thieát cuûa Newton maø noù phuï thuoäc vaøo chæ soá Reynold cuûa quaù trình laéng Wd R = (2.23) E γ 2 ÔÛ ñaây λ - heä soá nhôùt ñoäng hoïc cuûa chaát loûng (m /giaây ) Vôùi nöôùc saïch, γ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä nhö döôùi ñaây T0C 0 5 10 20 30 40 -6 2 γ =10 m /s 1,79 1,52 1,31 1,01 0,80 0,66 Hoaëc theo coâng thöùc kinh nghieäm sau ñaây 0,00000178 γ = (2.24) 1+ 0,0337t + 000022t 2 4. Moät soá coâng thöùc duøng ñeå xaùc ñònh ñoä thoâ thuûy löïc A. Xaùc ñònh khoaûng caùch laéng chìm Trong soâng thieân nhieân khi buøn caùt hoaëc vaät lieäu rôi xuoáng-luoân bò doøng chaûy cuoán troâi-do ñoù haït caùt hoaëc vaät lieäu khoâng chìm thaúng ñöùng maø troâi xuoâi theo doøng chaûy moät khoaûng caùch L naøo ñoù so vôùi khoaûng caùch thaúng ñöùng. Qua thöïc teá thi coâng treân nhieàu coâng trình trong nöôùc ngöôøi ta ñaõ tìm ñöôïc coâng thöùc kinh nghieäm sau ñaây:
40. 40 Chöông II  U 0  L = 5.1 h 6/1  (2.25) G  ÔÛ ñaây: U 0 - vaän toác gaàn maët nöôùc G - troïng löôïng ñaù π G = d 3 × 2650 (2.26) 6 3 Coù nghóa γ s = 2.65 taán/ m (troïng löôïng ñaù) H - ñoä saâu doøng chaûy B. Toác ñoä laéng chìm ñoái vôùi buøn caùt thieân nhieân Buøn caùt thieân nhieân thuoäc ñuû loaïi hình daïng nhöng ñeå deã daøng nghieân cöùu ngöôøi ta thöôøng chia chuùng ra laøm ba loaïi: Loaïi coù goùc caïnh hôi nhoïn, d > 2mm, khi chìm thöôøng ôû trong khu chaûy roái Loaïi goùc nhoïn, d = 2 ÷ 0,10mm, khi chìm thöôøng ôû trong khu phaân giôùi Loaïi hoãn hôïp, d < 0,10mm khi chìm ôû trong khu chaûy taàng 5. Toác ñoä laéng chìm trong ba khu 1 - Trong khu chaûy taàng d 2 W = 0,674 (2.27) γ ÔÛ ñaây: W: toác ñoä laéng chìm m/s d: ñöôøng kính (m) 2 γ : heä soá nhôùt ñoäng hoïc (m /giaây ) phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä. Coù baûn tra 0,00000178 rieâng hoaëc theo coâng thöùc ν = 1+ 0,0337t + 0,000221t 2 2- Khu phaân giôùi   2  w   d  lg + 3,386 + lg − 5,374 = 39 (2.28)  1 / 3   2 / 3   γ   γ  3- Khu chaûy roái w = 4,58 d (2.29) ÔÛ ñaây: d = m (ñöôøng kính)
41. Ñaëc tröng doøng chaûy 41 W = m/ giaây Caên cöù vaøo caùc coâng thöùc (2.27),(2.28),(2.29) ngöôøi ta veõ ra quan heä w = f(d) ñeå söû duïng hoaëc tra ôû caùc bieåu thöùc tính saün nhö Tieàn Ninh ñaõ laäp. 6. Beå laéng caùt Thöôøng maët caét beå laéng laø hình chöõ nhaät: roäng (B), saâu (H) → A = B × H Söï phaân boå toác ñoä treân ñöôøng thuûy tröïc theo quy luaät v = f(h) Hình 2.9. Quyõ ñaïo haït caùt khi rôi trong nöôùc chaûy Giaû thieát coù moät haït caùt vôùi ñöôøng kính laø d Toác ñoä laéng chìm laø w e töø maët nöôùc chìm xuoáng Quyõ ñaïo cuûa haït caùt trong quaù trình laéng chìm coù daïng gaàn nhö ñöôøng thaúng (A-B-C) Giaû thieát ñoä saâu cuûa beå laéng laø H H Thôøi gian chìm tS = (2.30) we Toác ñoä bình quaân cuûa doøng nöôùc laø V Nhö vaäy thì khoaûng caùch naèm ngang maø haït caùt rôi töø treân xuoáng ñaùy laø:
42. 42 Chöông II    H  L = tSV =  V (2.31)  we  Dung tích cuûa beå laéng caùt laø:    H  BHL = Qt S = Q  (2.32)  we  Nhö theá cuõng coù nghóa dieän tích beå laéng caùt laø: Q A= B × L = (2.33) We Vôùi W e laø toác ñoä laéng chìm Töø coâng thöùc (2.33) treân ñaây ta thaáy raèng: Vôùi moät löu löôïng nhaát ñònh vaø moät toác ñoä laéng chìm (hay ñöôøng kính nhaát ñònh) thì kích thöôùc cuûa beå laéng caùt chuû yeáu quyeát ñònh bôûi dieän tích cuûa beå laéng maø khoâng quan heä ñeán ñoä saâu cuûa beå laéng . Nhöng vì maët nöôùc quaù lôùn cho neân doøng chaûy hay taùn loaïn, daãn ñeán laéng chìm khoâng ñeàu, töø ñoù deã laøm cho hieäu quaû beå laéng giaûm thaáp. Vì vaäy trong thöïc teá ngöôøi ta thöôøng duøng beå laéng hình daøi hôn laø beå laéng coù daïng roäng, to Trong thöïc teá, neáu caàn thieát phaûi loaïi tröø nhöõng haït caùt nhoû coù ñöôøng kính d min khi ñaõ bieát löu löôïng Q roõ raøng, chuùng ta coù theå töø nhöõng coâng thöùc treân ñeå xaùc ñònh dieän tích beå laéng caùt. Ví duï: Trong nhaø maùy thuûy ñieän ñeå phoøng ngöøa söï maøi moøn maùy phaùt do buøn caùt nhoû gaây neân (loaïi lôùn thì chìm) (thöôøng ñoù laø loaïi buøn caùt coù d min =0.3 ÷0.5mm), luùc naøy toác ñoä laéng chìm seõ laø W e= 30 ÷ 50mm/ sec Roõ raøng dieän tích cuûa beå laéng caùt A seõ laø: (thay giaù trò W e vaøo coâng thöùc (2.33) beân kia ta seõ coù keát quaû 2.34) A = (20 ÷ 30)Q 0 (2.34) Caên cöù vaøo tình hình ñòa chaát. Sau khi ñaõ löïa choïn ñoä roäng phuø hôïp vaø toác ñoä  L V  V phuø hôïp, ta seõ duøng ñaúng thöùc  =  (theo coâng thöùc 2.31) ñeå löïa choïn ñoä daøi  L We  L vaø ñoä saâu H cuûa beå laéng. Khaùi nieäm veà toác ñoä laéng chìm aùp duïng trong beå laéng radian Beå laéng Radian thöôøng coù maët baèng hình troøn, ñöôøng kính töø 16 ÷ 40m (coù tröôøng hôïp ñeán 60m).
43. Ñaëc tröng doøng chaûy 43  1 1  Chieàu cao laøm vieäc H =  ÷ R  3 5  Beå laéng radian höôùng taâm coù hieäu suaát cao hôn loaïi ly taâm. Beå laéng naøy coù maùng phaân phoái nöôùc ôû chu vi vaø pheãu thu nöôùc ôû trung taâm. Maùng ñöôïc ñuïc nhieàu loã ñeå nöôùc chaûy xuoáng beå. Ñöôøng kính caùc loã vaø khoaûng caùch giöõa chuùng phaûi tính toaùn sao cho toác ñoä nöôùc chaûy trong maùng laø khoâng ñoåi. Nhö vaäy seõ traùnh ñöôïc hieän töôïng laéng caïn trong maùng. Doøng chuyeån ñoäng cuûa nöôùc choaùn ñeàu treân toaøn boä tieát dieän öôùt cuûa beå vaø haàu nhö khoâng coù nhöõng vuøng nöôùc xoaùy cuïc boä. Nöôùc ñöôïc doàn vaøo tôùi taän ñaùy beå laéng laøm cho chaát lô löûng chæ phaûi traûi qua moät ñoaïn ñöôøng ngaén maø thoâi. Nhôø ñaëc ñieåm thuûy löïc naøy neân hieäu quaû laéng cao hôn so vôùi loaïi ly taâm. Chieàu daøi cuûa beå laéng ngang xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: VH L = (2.35) KU 0 Baùn kính cuûa beå laéng radian vaø laéng ñöùng laø: Q R = (2.36) 6,3 πKU 0 ÔÛ ñaây: V: toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa nöôùc thaûi trong beå laéng (mm/ sec ) H: chieàu cao coâng taùc cuûa beå laéng (m) K: heä soá kinh nghieäm lieân quan ñeán töøng loaïi beå laéng Ñoái vôùi beå laéng ngang K = 0,50 Ñoái vôùi beå laéng Radian K = 0,45 Ñoái vôùi beå laéng ñöùng K = 0,35 U0: toác ñoä laéng chìm cuûa haït caën lô löûng (mm/ sec ) Q: löu löôïng nöôùc thaûi m 3/giôø 1000 KH U 0 = n −W (2.37) at (KH / h ) ÔÛ ñaây: a: Heä soá kinh nghieäm coù lieân quan ñeán nhieät ñoä vaø ñoä nhôùt cuûa nöôùc
44. 44 Chöông II thaûi t: thôøi gian löu giöõ nöôùc trong oáng (h) vaø hieäu suaát laéng cho tröôùc (Qua thí nghieäm seõ xaùc ñònh t). W: toác ñoä noái thaønh phaàn thaúng ñöùng Noùi chung: Treân ñaây chuùng ta chæ môùi ñeà caäp ñeán vieäc öùng duïng toác ñoä laéng chìm trong xöû lyù nöôùc thaûi. Khi tính toaùn cuï theå chuùng ta caàn ñi saâu nghieân cöùu theâm môùi coù theå aùp duïng khaùi nieäm naøy moät caùch hoaøn chænh.
45. 44 Chöông III Chöông III TIEÀM NAÊNG SOÂNG NGOØI I. KHAÙI NIEÄM CHUNG Nhìn doøng soâng eâm ñeàm troâi chaûy ít ai nghó raèng trong loøng noù chöùa chaát moät tieàm naêng voâ cuøng to lôùn Neáu khoâng bieát roõ ñaëc ñieåm naøy thì doøng soâng aáy seõ gaây bieát bao nhieâu hieåm hoaï cho con ngöôøi. Neáu naém vöõng ñöôïc ñaëc ñieåm vaø tính chaát cuûa noù, tìm caùch lôïi duïng noù thì cuõng chính doøng soâng aáy seõ ñem ñeán cho con ngöôøi bieát bao nhieâu lôïi ích lôùn lao Thuûy naêng laø nguoàn naêng löôïng tieàm taøng cuûa doøng nöôùc. Khai thaùc nguoàn thuûy naêng naøy voâ cuøng kinh teá bôûi vì noù laø nguoàn naêng löôïng saïch, laø loaïi taøi nguyeân coù theå taùi taïo ñöôïc, khoâng phaûi nhö than ñaù, daàu moû hay khí ñoát Soâng ngoøi nöôùc ta cung caáp cho con ngöôøi: - Nguoàn nöôùc sinh hoaït - Nöôùc cho coâng nghieäp - Nöôùc cho thuûy saûn - Nöôùc cho giao thoâng vaän taûi - Nöôùc cho du lòch, cho moâi tröôøng - Nöôùc töôùi cho noâng nghieäp Ngoaøi ra, doøng soâng coøn chöùa chaát trong loøng noù moät nguoàn thuûy naêng voâ cuøng to lôùn. ÔÛ nöôùc ta nguoàn thuûy naêng tieàm taøng treân caùc doøng soâng öôùc tính hôn 300 tyû KW/giôø. Ñaây laø moät theá maïnh cuûa ngaønh naêng löôïng Vieät Nam. Hôn 300 tyû KW/giôø töông öùng vôùi 34,2 trieäu taán than duøng ñeå taïo ra nguoàn naêng löôïng ñoù. Do ñaëc ñieåm veà ñòa lyù neân: Khí haäu nöôùc ta chòu aûnh höôûng cuûa gioù muøa, vì vaäy doøng chaûy soâng ngoøi ñöôïc saûn sinh ra do möa ñem laïi laø chuû yeáu, vaø doøng chaûy do möa cuõng chia ra hai muøa: doøng chaûy muøa kieät vaø doøng chaûy muøa luõ. Ñaát nöôùc chia ra ba vuøng khí haäu neân muøa möa luõ cuûa caû nöôùc cuõng ñöôïc phaân chia roõ neùt: Mieàn Baéc muøa möa luõ töø thaùng 6 ÷ 8
46. Tieàm naêng doøng chaûy 45 Mieàn Trung . 9 ÷12 Mieàn Nam 6 ÷ 11 Do ñaëc ñieåm naøy maø taát caû caùc nhaø maùy thuûy ñieän treân caû nöôùc coù theå hoã trôï cho nhau trong vieäc taïo nguoàn cung caáp naêng löôïng cho caû nöôùc. Qua nghieân cöùu, tính toaùn sô boä chuùng ta coù theå thaáy ñöôïc tieàm naêng to lôùn cuûa caùc doøng soâng nöôùc ta phaân boå nhö sau: Baûng 3.1: Toång dieän tích Toång tröõ naêng Heä thoáng soâng löu vöïc (10 3km 2) E(10 9 Kwh) Vuøng ñoâng baéc nhö Quang Sôn, 15,00 6,76 Baèng Giang, Kyø Cuøng Heä thoáng soâng Ñaø 52,60 71,00 Heä thoáng soâng Thaùi Bình, soâng 57,00 79,70 Hoàng: Thao, Loâ, Gaâm Heä thoáng soâng Caû 17,70 10,90 Heä thoáng soâng Maõ 17,60 12,10 Vuõ Gia - Thu Boàn 9,70 15,56 Heä thoáng Traø Khuùc 3,22 5,27 Soâng Ba 13,9 10,00 Soâng Seâxan 11,37 21,70 Soâng Sreâpok 18,2 13,35 Soâng Ñoàng Nai 26,57 27,72 Soâng Ñaø coù maät ñoä naêng löôïng lôùn nhaát: 1164 KWh/Km 2 vaø cuõng laø con soâng coù nhieàu khaû naêng xaây döïng nhieàu coâng trình thuûy ñieän lôùn sau ñoù laø löu vöïc soâng Ñoàng Nai vaø soâng Seâxan Treân soâng Ñaø coù theå xaây döïng nhieàu hoà chöùa vôùi toång dung tích ∑W ≥ 25 tyû m3, ñuû ñaùp öùng cho choáng luõ vaø phuïc vuï noâng nghieäp vuøng haï löu soâng Hoàng. Treân doøng chính soâng Ñaø, thaùng 12-1988 ñaõ xaây döïng thaønh coâng nhaø maùy thuûy ñieän Hoøa Bình N = 1920 MW E = 8 × 10 9 KWh/naêm
47. 46 Chöông III Döï kieán naêm 2004 seõ xaây döïng thuûy ñieän Sôn La: N = 3600MW; E = 17 × 10 9 KWh/naêm. Ñuû ñaùp öùng 30% ñieän löôïng toaøn quoác. Hoà chöùa thuûy ñieän Sôn La coù dung tích W = 25477 ×10 6 m3 Nhaø maùy thuûy ñieän Trò An coù coâng suaát N = 400MW, E =1,7 tyû KWh Thaønh phoá Hoà Chí Minh moãi ngaøy caàn 30 trieäu KWh. Nhö vaäy, chæ caàn 50 ngaøy tieâu thuï laø thuûy ñieän Trò An seõ caïn. Do ñoù chuùng ta coøn caàn phaûi xaây döïng nhieàu nhaø maùy thuûy ñieän vaø tìm nhieàu daïng naêng löôïng khaùc nhö naêng löôïng maët trôøi, naêng löôïng gioù, naêng löôïng thuûy trieàu töø ñoù môùi coù theå ñaûm baûo naêng löôïng phuïc vuï cho söï phaùt trieån cuûa caùc ngaønh kinh teá quoác daân. Saùng 10-4-2005, taïi thò traán Phuù Myõ huyeän Taân Thaønh tænh Baø Ròa – Vuõng Taøu ñaõ caét baêng khaùnh thaønh naêm nhaø maùy nhieät ñieän. Ñaây laø toå hôïp caùc nhaø maùy nhieät ñieän coù quy moâ lôùn nhaát Vieät Nam vôùi toång coâng suaát N = 3859 MW, gaáp ñoâi thuûy ñieän Hoøa Bình vaø baèng 40% toång coâng suaát cuûa heä thoáng ñieän quoác gia hieän nay. II. COÂNG SUAÁT VAØ ÑIEÄN LÖÔÏNG CUÛA MOÄT ÑOAÏN SOÂNG Muoán bieát naêng löôïng tieàm taøng cuûa doøng chaûy trong moät ñoaïn soâng (hình 3.1) töø maët caét (1-1) ñeán maët caét (2-2), ta xeùt naêng löôïng maø khoái löôïng nöôùc di chuyeån trong ñoaïn aáy ñaõ tieâu hao ñi, nghóa laø hieäu soá naêng löôïng giöõa hai maët caét ñoù: E1-2 = E 1-E2 Caên cöù vaøo phöông trình Becnui thì naêng löôïng tieàm taøng chöùa trong theå tích nöôùc W(m 3) khí chaûy qua maët caét 1-1 trong thôøi gian t giaây seõ laø: P α V 2 E = (Z + 1 + 1 1 ) Wγ (Jun) (3.1) 1 1 γ 2g Trong ñoù: Z1: cao trình maët nöôùc taïi maët caét (1-1) P1: aùp suaát treân maët nöôùc taïi maët caét (1-1) 3 3 3 γ : troïng löôïng theå tích 1m nöôùc baèng 9,81 ×10 m (N/m ) V1: toác ñoä doøng chaûy ôû maët caét 1-1 (löu toác): α 1: heä soá xeùt ñeán söï phaân boá khoâng ñeàu vaø löu toác trong maët caét (1-1)
48. Tieàm naêng doøng chaûy 47 g: gia toác troïng tröôøng Giaû thieát treân ñoaïn soâng töø maët caét (1-1) ñeán (2-2) khoâng coù soâng nhaùnh ñoå vaøo, nghóa laø coi löôïng nöôùc W chaûy qua maët caét (1-1) vaø (2-2) khoâng ñoåi. Khi löôïng nöôùc W chaûy qua maët caét 2-2 trong thôøi gian t giaây seõ coù naêng löôïng tieàm taøng laø: P α V 2 E = (Z + 2 + 2 2 ) Wγ (Jun) (3.2) 2 2 γ 2g YÙ nghóa caùc kyù hieäu trong bieåu thöùc (1.2) cuõng töông töï nhö caùc kyù hieäu cuûa (1-1), nhö vaäy naêng löôïng tieàm taøng cuûa ñoaïn soâng seõ laø:  2 2  P1 − P2 α1V1 −α 2V2 E1-2 = E1 - E2 = (Z1 − Z 2 ) + +  Wγ (Jun) (3.3)  γ 2g  Phaân tích bieåu thöùc (1.3) ta thaáy naêng löôïng tieàm taøng E 1-2 chính laø coâng saûn sinh ra trong t giaây ñeå chuyeån khoái löôïng nöôùc laø W töø treân xuoáng vôùi coät nöôùc toaøn phaàn laø:  2 2  P1 − P2 α1V1 −α 2V2 H1−2 = (Z1 − Z 2 ) + +  (3.4)  γ 2g  Nghóa laø: E1-2 = H1-2.W γ (Jun) (3.5) Xem xeùt coät nöôùc toaøn phaàn, chuùng ta thaáy noù goàm ba thaønh phaàn: A: coät nöôùc ñòa hình H ñh = Z 1-Z2 P − P B: coät nöôùc aùp suaát H = 1 2 as γ D: coät nöôùc löu toác α V 2 −α V 2 H = 1 1 2 2 1t 2g Bieåu thöùc (3.4) coù theå vieát: H1-2 = H ñh + H as + H 1t Hoaëc: H1-2 = H tónh + H 1t Trong ñoù: Htónh = H ñh +H as Hình 3.1
49. 48 Chöông III Trong thöïc teá, caùc trò soá aùp suaát P 1, P 2 taïi hai ñaàu cuûa ñoaïn soâng nghieân cöùu thöôøng cheânh leäch nhau raát ít. Maët khaùc, do löu löôïng trong ñoaïn soâng thay ñoåi khoâng ñaùng keå neân khi caùc ñaëc tröng veà hình daïng cuûa hai maët caét loøng soâng gaàn gioáng nhau cuõng seõ cho hai trò soá löu toác V 1,V 2 gaàn baèng nhau vaø heä soá phaân boá löu toác ∝1, ∝2 gaàn gioáng nhau, nghóa laø ta coù theå coi: P P αV 2 αV 2 1 ≈ 2 vaø 1 ≈ 2 γ γ 2g 2g Vì vaäy, coâng thöùc (3.3) coù theå vieát döôùi daïng ñôn giaûn sau: E1-2 = (Z 1-Z2)W γ (Jun) (3.6) Xuaát phaùt töø caùc bieåu thöùc (3.3), (3.5), (3.6) ta coù theå bieåu dieãn naêng löôïng tieàm taøng cho baát cöù ñoaïn soâng naøo baèng coâng thöùc chung: E = HW γ (Jun) (3.7) Neáu thay W = Qt vaø γ = 9,81 × 10 3 N ta seõ ñöôïc: E = 9,81 × 10 3 HQt (Jun) (3.8) Neáu thay ñôn vò ñieän löôïng Jun baèng kilowatt giôø Vôùi 1KW/h = 3600 × 10 3 = 3,6 × 10 6 Jun, ta seõ coù: HQt E = (kWh ) (3.9) 367 2, Töø caùc bieåu thöùc (3.8),(3.9) ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc coâng suaát N cuûa doøng nöôùc trong moät ñoaïn soâng. E Ta bieát coâng suaát laø coâng tieâu hao trong moät ñôn vò thôøi gian neân: N = t Do ñoù töø (3.8) ta coù: N = 9,81 × 10 3 × Q H (W) (3.10) Neáu thay ñôn vò coâng suaát baèng Kw ta seõ coù: N = 9,81 × QH (KW) (3.11)
50. Tieàm naêng doøng chaûy 49 Treân ñaây, chuùng ta ñaõ tìm ra caùc coâng thöùc quan troïng nhaát ñeå ñaëc tröng cho naêng löôïng thieân nhieân cuûa moät ñoaïn soâng. Trong ñoù, coâng thöùc (3.11) ñöôïc coi laø coâng thöùc cô baûn nhaát ñeå tính toaùn thuûy naêng. Trong thöïc teá khaûo saùt, ñieàu tra tröõ löôïng thuûy naêng, thöôøng chæ duøng coâng thöùc N = 9,81QH laø ñuû vaø thuaän tieän, vì trò soá cuûa noù khoâng phuï thuoäc vaøo (t). Khi muoán tính E chæ caàn nhaân vôùi t laø ñöôïc. Baûng 3.2: Tröõ naêng (tröõ löôïng thuûy naêng) treân theá giôùi (theo B. Xlebinger) Vuøng Dieän tích Tröõ löôïng Maät ñoä coâng suaát (103Km 2) (10 6 Kw) (Kw/Km 2) Chaâu AÂu 11069 200 17,3 Chaâu AÙ 41839 2309 55,0 Chaâu Phi 30292 1155 38,2 Baéc Myõ 24244 717 29,5 Nam Myõ 17798 1110 62,5 Chaâu UÙc vaø Ñaïi Döông 8557 119 13,9 Toång treân Traùi ñaát 134339 5610 41,7 Baûng 3.3: Thoáng keâ moät soá traïm thuûy ñieän lôùn nhaát theá giôùi coù N lm töø 1000MW trôû leân Teân traïm TÑ Teân soâng Quoác gia Nlm (MW) 1. Itaipu Panama Brazil- Paraguay 12.600 2. Sayano- Shushensk Yenisei Lieân Xoâ 6.360 3. Grand Coulee Columbia USA 6.200 4. Krasnoyark Yenuisei Lieân Xoâ 6.000 5. Churchil Falls Churchill Canada 5.225 6. La Grande 2 La Grande Canada 5.328 7. Bralsk Angara Lieân Xoâ 4.500 8. Ust Ilim Angara Lieân Xoâ 4.320 9. Bogoutchany Angara Lieân Xoâ 4.000 10. Yacyrela Parana Argentina– 4.000
51. 50 Chöông III Teân traïm TÑ Teân soâng Quoác gia Nlm (MW) 11. Paulo Afonso San Fransico Paraguay 3.400 12. Iiha Solteira Parana Brazil 3.200 13. John Day Conlumbia Brazil 2.700 14. Volgograd Volga USA 2.560 15. Sôn la Ñaø Ucraina 2400-3600 16. Mica Columbia VN 2.400 17. Kuibyshev Volga Canada 2.300 18. Cabora Bassa Zamberi Lieân Xoâ 2.040 19. Iron gate Danube Mazambique 2.050 20. Hoøa Bình Ñaø Nam Tö- Romania 1.920 21. Kemano Nechako VN 1.700 22. Sir Adam Back Niagara Canada 1.370 23. Boulder Colorando Canada 1.250 24. Bersemir Bersemis –Lake Casse USA 1.200 25. Sadd-El –Aali Nile Canada 1.150 26. Glen Canyon Colorado Ai caäp 1.000 USA Baûng 3.4: Thoáng keâ moät soá traïm thuûy ñieän lôùn ôû Vieät Nam Teân traïm TÑ Teân soâng Thôøi gian XD Nlm (MW) Toång V hoà (naêmXD- Hthaønh) (trieäu m 3) 1.Thaùc Baø Chaûy 1960-1972 108-120 3.940 2. Ña Nhim Ña nhim 1961-1964 160 165 3. Hoøa Bình Ñaø 1979-1989 1.920 9.45 4. Trò An Ñoàng Nai 1982-1989 400 2.800 5. Vónh Sôn Koâne 1985-1991 66 - 6. Thaùc Mô Beù 1990-1994 102 1.470 7. Yali Seâ San 1992-2000 720 - 8. Soâng Hinh Hinh 1994-2000 70 399 9. Haøm Thuaän La Ngaø 1994-2001 300 1.105
52. Tieàm naêng doøng chaûy 51 Teân traïm TÑ Teân soâng Thôøi gian XD Nlm (MW) Toång V hoà (naêmXD- Hthaønh) (trieäu m 3) 10. Ña Mi La Ngaø 1995-2000 160 67.4 11. Caàn Ñôn Beù 1999- 72 165.5 12. Sôn La Ñaø - 2400-3600 8.000-26.000 13. Lai Chaâu Ñaø - 1500 3.500 14. Huoäi Quaûng Naäm Mu - 800 - 15. Ñaïi Thò Loâ Gaâm 300 - 16. Baéc Meø Loâ Gaâm 280 - 17. Cöûa Ñaït Maõ - 170 - 18. Baûn Mai Caû - 338 - 19. Raøo Quaùn Raøo Quaùn - 70 163 20. Ba Haï Ba - 200 - 21. An Kheâ Ba - 145 - 22. A Vöông I Thu Boàn - 145 - 23. Plei Kroâng Seâ San - 120 - 24. Seâ San 3 Seâ San - 259 - 25. Seâ San 4. Seâ San - 340 - 26. Thöôïng Kon Tum Seâ San - 260 - 27. Ñoàng Nai 4 Ñoàng Nai - 288 1.345,9 28. Ñoàng Nai 8 Ñoàng Nai - 200 1.327,2 29. Ñaïi Ninh Ñoàng Nai 10-5-2003 254 200,7 30.Buoân Kuoáp Seâreâpok 6-2004 280 - Baûng 3.5: Tröõ naêng lyù thuyeát vaø kinh teá - kyõ thuaät moät soá löu vöïc lôùn ôû Vieät Nam 6 6 Teân löu vöïc soâng Eo lyù thuyeát (10 KWh) Eo kyõ thuaät (10 KWh) EoLT / E oKT (%) 1. S. Loâ 39,600 4,752 12 2. S. Thao 25,963 7,572 29 3. S. Ñaø 71,100 31,175 43 4. S. Maõ 12,070 1,256 10 5. S. Caû 10,950 2,556 23 6. S. Vu Gia – Thu Boàn 15,564 4,575 30
53. 52 Chöông III 7. S. Traø Khuùc 5,269 1,688 32 8. S. Ba 10,027 1,239 12 9. S. Seâ San 21,723 7,948 39 10. S. Seâreâpok 13,575 2,636 20 11. S. ÑoàngNai 27,719 10,335 37 Toång coäng 249,090 68,917
54. Tieàm naêng doøng chaûy 53 Baûng 3.6: Tröõ naêng kyõ thuaät moät soá löu vöïc lôùn ôû Vieät Nam Teân löu vöïc Soá baäc thang thuûy ñieän Coâng suaát 1. Soâng Hoàng + soâng Thaùi Bình 138 12.600 2. Soâng Maõ+ soâng Caû 18 1.400 3. Vuøng Ñeøo Ngang, Ñeøo Caû 28 1.500 4. Soâng Ñoàng Nai 21 1.600 5. Chi löu soâng Meâ Koâng 14 2.000 6. Caùc löu vöïc khaùc 28 2.100 Toång 247 21.200 III. BIEÄN PHAÙP COÂNG TRÌNH NHAÈM KHAI THAÙC NAÊNG LÖÔÏNG DOØNG CHAÛY Taäp trung coät nöôùc : Taäp trung coät nöôùc coù theå taän duïng ñoä cheânh ñòa hình töï nhieân ñeå xaây döïng coâng trình daâng nöôùc (ñaäp traøn) hoaëc laø xaây döïng coâng trình daãn nöôùc (coù aùp hoaëc khoâng coù aùp) treân moät chieàu daøi nhaát ñònh ñeå taïo ñoä cheânh so vôùi möïc nöôùc haï löu. Ngoaøi ra, coù theå taäp trung coät nöôùc nhaân taïo thoâng qua traïm thuûy ñieän tích naêng. Ñòa hình thuaän lôïi cho loaïi hình khai thaùc naøy laø khu vöïc mieàn nuùi, thöôïng nguoàn cuûa soâng suoái. Nhieäm vuï cuûa ñaäp daâng trong thuyû lôïi laø naâng cao möïc nöôùc soâng cao hôn cao trình khu töôùi ñeå nöôùc soâng töï chaûy vaøo khu töôùi. (Vì vaäy hình thöùc töôùi cuûa ñaäp daâng laø töôùi töï chaûy – chöù khoâng phaûi töôùi baèng ñoäng löïc nhö traïm bôm) Ñaäp daâng khoâng coù taùc duïng ñieàu tieát nhö hoà chöùa maø noù chæ caên cöù vaøo Qmin ñeå thieát keá töôùi Vì vaäy keát caáu vaø quy moâ coâng trình khoâng phöùc taïp nhö hoà chöùa ÔÛ mieàn Trung coâng trình ñaäp daâng Ñoàng Cam- Phuù Yeân xaây döïng treân soâng Ñaø Raèng coù naêng löïc töôùi 22.000 ha. Ñaäp daâng Nam Thaïch Haõn töôùi 10.000ha Taäp trung löu löôïng : ÔÛ traïng thaùi töï nhieân, toaøn boä löôïng nöôùc trong caùc soâng suoái ñeàu lieân tuïc chaûy xuoâi ra ñeán bieån. Neáu ñeå yù ñeán tính chu kyø cuûa doøng chaûy trong naêm treân soâng suoái, ta coù theå xaây döïng caùc hoà chöùa nhaèm tích nöôùc trong muøa nhieàu nöôùc ñeå taêng löu löôïng cuûa doøng chaûy trong muøa ít nöôùc.Vieäc laøm nhö vaäy goïi laø ñieàu tieát doøng chaûy. Loaïi hình khai thaùc naøy phuø hôïp vôùi vuøng trung du vaø haï du soâng. 1. Taäp trung coät nöôùc baèng ñaäp daâng
55. 54 Chöông III Phöông phaùp naøy yeâu caàu phaûi xaây döïng moät ñaäp ngaên soâng ñeå naâng cao möïc nöôùc ôû phía thöôïng löu vaø giaûm ñoä doác thuûy löïc (ñoä doác ñöôøng maët nöôùc) cuûa doøng soâng phía thöôïng löu ñoàng thôøi giaûm vaän toác doøng chaûy ôû thöôïng löu, do ñoù taäp trung ñöôïc naêng löôïng doøng chaûy thoâng qua taäp trung coät nöôùc. Caùc traïm thuûy ñieän söû duïng sô ñoà naøy ñöôïc goïi laø: TTÑ sau ñaäp vaø TTÑ loøng soâng (hay TTÑ ngang ñaäp). Sô ñoà traïm thuûy ñieän sau ñaäp khai thaùc naêng löôïng doøng chaûy thoâng qua vieäc taäp trung coät nöôùc nhö hình döôùi ñaây. Hình 3.2 Sô ñoà traïm thuûy ñieän sau ñaäp khai thaùc coät nöôùc taäp trung cuûa doøng chaûy Ñieåm B laø ñuoâi möïc nöôùc hoà chöùa thöôïng löu ñöôïc coi laø ñieåm baét ñaàu ñöôïc taäp trung coät nöôùc, ñieåm K laø ñieåm möïc nöôùc haï löu taïi keânh xaû nhaø maùy thuûy ñieän ñöôïc coi laø ñieåm keát thuùc vieäc khai thaùc thaùc coät nöôùc ñaõ taäp trung. H o laø coät nöôùc toaøn phaàn laø cheânh leäch ñoä cao cuûa ñieåm B vaø ñieåm K, H laø coät nöôùc tónh coù theå khai thaùc ñöôïc khi chöa keå ñeán caùc toån thaát qua thieát bò thuûy löïc (kyù hieäu h laø toån thaát thuûy löïc cuûa doøng chaûy töø ñieåm B ñeán ñieåm K). Phöông phaùp khai thaùc naêng löôïng theo caùch taäp trung coät nöôùc baèng ñaäp daâng laø moät trong nhöõng bieän phaùp roäng raõi vaø sôùm nhaát trong lòch söû phaùt trieån ngaønh xaây döïng traïm thuûy ñieän. Treân theá giôùi coù nhieàu thaønh töïu vó ñaïi veà quy moâ chieàu cao cuûa ñaäp, theo thoáng keâ coù tôùi 30 ñaäp coù chieàu cao cao hôn 200m. Sau ñaây laø thoâng tin veà moät soá ñaäp cao nhaát theá giôùi.
56. Tieàm naêng doøng chaûy 55 Baûng 3.7 Teân vaø loaïi ñaäp Quoác gia Chieàu cao ñaäp (m) Nurek (ñaäp ñaát) Lieân Xoâ cuõ 300 Grand Dixane (beâ toâng troïng löïc) Thuî Só 285 Vaiont (ñaäp voøm) Italy 262 Mica (ñaäp ñaù ñoå) Canada 245 Sayano Shushenk (beâ toâng troïng löïc) Lieân Xoâ cuõ 245 Mauvoisin (ñaäp voøm) Thuïy Só 237 Bhakra (beâ toâng troïng löïc) AÁn Ñoä 226 Nöôùc ta coù ñaäp Hoøa Bình cao 128 m (ñaùy ñaäp cao ñoä -5,0, ñænh ñaäp cao ñoä 123m, laø ñaäp ñaù ñoå choáng thaám baèng loõi seùt, ñaäp Sôn La döï kieán xaây döïng laø loaïi beâ toâng troïng löïc cuõng coù ñoä cao hôn 100m (ñaùy ñaäp cao ñoä +95, ñænh ñaäp ôû ñoä cao 220m hoaëc 270m). Taïi Lieân Xoâ coù ñaäp cao 300m. 2. Taäp trung coät nöôùc baèng ñöôøng daãn Khi ñòa hình töï nhieân thuaän lôïi thöôøng doøng soâng chaûy löôïn uoán khuùc moät hay vaøi laàn quanh quaû nuùi hay ñoài, nôi coù thaùc lôùn, hoaëc nhieàu baäc thang lieân tieáp hay ñoä doác trung bình cuûa loøng soâng lôùn, hoaëc moät soá ñòa hình khaùc, nöôùc soâng ñöôïc laáy vaøo ñöôøng daãn (keânh hay ñöôøng haàm daãn nöôùc) coù ñoä doác thuûy löïc nhoû hôn ñoä doác cuûa loøng soâng, hôn nöõa tuyeán ñöôøng daãn seõ ñi taét, caét ngang ñòa hình tôùi tuyeán haï löu nôi xaây döïng traïm thuûy ñieän, taïi ñoù ñoä cao ñaùy soâng thaáp hôn raát nhieàu so vôùi möïc nöôùc thöôïng löu taïi ñieåm baét ñaàu laáy nöôùc. Neáu ñöôøng daãn caøng daøi thì ñoä cheânh möïc taïo ñöôïc caøng lôùn. Ñöôøng daãn coù theå laø keânh hôû, ñöôøng haàm khoâng aùp, ñöôøng haàm coù aùp. Nhieäm vuï cuûa ñöôøng daãn laø taïo coät nöôùc (nhieäm vuï chính) vaø vaän chuyeån nöôùc tôùi TTÑ. Cuõng coù theå taêng cöôøng coät nöôùc phaùt ñieän baèng caùch taän duïng ñoä doác doïc cuûa soâng phía haï löu. Khi ñoù ta söû duïng keânh thoaùt nöôùc coù ñoä doác nhoû hôn ñoä doác cuûa loøng soâng thieân nhieân phía haï löu. Sô ñoà moät soá kieåu thuûy ñieän kieåu ñöôøng daãn ñöôïc giôùi thieäu ôû hình sau. Caùc kyù hieäu trong hình veõ cuõng töông töï nhö hình treân, chæ theâm tuyeán ñöôøng
57. 56 Chöông III daãn, beå aùp löïc ôû cuoái ñöôøng daãn vaø tuyeán ñöôøng oáng aùp löïc daãn nöôùc tôùi tuoác bin. Tröôøng hôïp naøy ñaäp daâng nöôùc thöôøng raát thaáp, chæ laøm nhieäm vuï daâng nöôùc ñuû ñeå chaûy vaøo ñöôøng daãn nöôùc laø ñöôïc. Phöông phaùp khai thaùc naêng löôïng theo caùch taäp trung coät nöôùc baèng ñöôøng daãn cuõng laø moät trong nhöõng phöông phaùp hieäu quaû vaø ñöôïc aùp duïng roäng raõi treân theá giôùi. Quy moâ veà coät nöôùc lôùn nhaát ôû caùc traïm thuûy ñieän treân theá giôùi ñöôïc thoáng keâ döôùi ñaây (cho caùc TTÑ coù coät nöôùc lôùn hôn 1000m). Baûng 3.8 Teân TTÑ Quoác gia Coät nöôùc lôùn nhaát Laures Italy 2030 Reisseck– Kreuzech Aùo 1771 Chandoline Thuïy Só 1750 Fully Thuïy Só 1654 Juan Carosio Peâ Ru 1440 Porilon d’Olle Phaùp 1400 Sellrain- Silz AÙo 1237 Bissorte Phaùp 1150 Venous Italy 1100 Schwanden Thuïy Só 1090 Lucendro Thuïy Só 1000
58. Tieàm naêng doøng chaûy 57 Hình 3.3. Sô ñoà traïm thuûy ñieän ñöôøng daãn khoâng aùp khai thaùc coät nöôùc taäp trung cuûa doøng chaûy Phöông phaùp naøy raát hay ñöôïc aùp duïng ngay caû khi phaûi chuyeån nöôùc löu vöïc. Neáu doøng soâng ôû löu vöïc laân caän thaáp hôn haún so vôùi tuyeán khai thaùc ôû löu vöïc xaây döïng hoà, luùc ñoù nöôùc töø hoà cuûa löu vöïc nghieân cöùu ñöôïc chuyeån baèng ñöôøng daãn sang NMTÑ ñaët ôû löu vöïc thaáp hôn kia, baèng caùch naøy coät nöôùc phaùt ñieän seõ taêng leân raát nhieàu. Traïm thuûy ñieän ñöôøng daãn Ña Nhim ôû nöôùc ta aùp duïng hình thöùc chuyeån nöôùc löu vöïc ñoù vaø taïo neân coät nöôùc phaùt ñieän raát lôùn (798m) laø traïm coù coät nöôùc lôùn nhaát cuûa chuùng ta hieän nay. Caùc traïm thuûy ñieän taäp trung coät nöôùc ñeå khai thaùc naêng löôïng doøng chaûy thöôøng coù coät nöôùc phaùt ñieän leân ñeán haøng traêm meùt vaø chuùng coøn ñöôïc goïi laø TTÑ coät nöôùc cao. 3. Taäp trung nöôùc baèng hoà chöùa Theo coâng thöùc 3.11 roõ raøng coøn moät hình thöùc taäp trung naêng löôïng cuûa doøng chaûy ñeå khai thaùc thoâng qua löu löôïng söû duïng qua traïm thuûy ñieän. Ñeå taäp trung löu löôïng, caùc hoà chöùa coù dung tích lôùn ñöôïc xaây döïng. Ñoä lôùn cuûa hoà phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö: trình ñoä khai thaùc, ñieàu kieän ñòa hình, ñòa chaát, kinh teá xaõ hoäi Nhöng quy moâ toái ña cuûa hoà khoâng vöôït quaù khaû naêng coù theå cuûa doøng chaûy thoâng qua toång löôïng nöôùc ñeán trong naêm taïi tuyeán xaây döïng. Sô ñoà hình 2 hoaøn toaøn coù theå söû duïng ñeå moâ taû cho phöông phaùp khai thaùc baèng caùch taäp trung löu löôïng. Vôùi moät dung tích ñuû lôùn cuûa hoà chöùa, ngoaøi khaû naêng taäp trung coät nöôùc, hoà coøn laøm nhieäm vuï ñieàu tieát doøng chaûy, töùc laø phaân phoái laïi doøng chaûy thieân nhieân ñeán hoà ñeå coù ñöôïc löu löôïng xaû qua tuoác bin ñieàu hoaø hôn trong chu kyø tính toaùn, löu löôïng ñaõ ñieàu hoaø naøy goïi laø löu löôïng ñieàu tieát. Löu löôïng ñieàu tieát laø löu löôïng tham gia vaøo coâng thöùc (3.11) ñeå phaùt ñieän, noù coù giaù trò lôùn hôn löu löôïng thieân nhieân trong muøa ít nöôùc bôûi vì hoà chöùa ñaõ cung caáp theâm töø dung tích nöôùc ñöôïc tröõ laïi trong muøa nhieàu nöôùc Caùc hoà chöùa phuïc vuï phaùt ñieän thöôøng coù dung tích haøng tyû m 3 nöôùc vaø chu kyø ñieàu tieát thöôøng daøi (naêm hoaëc nhieàu naêm). Hoà Hoøa Bình coù dung tích toång coäng laø 9,45 tyû m 3, trong dung tích höõu ích chieám khoaûng 50%. Hoà Trò An (baäc cuoái cuøng treân doøng chính Ñoàng Nai) cuõng coù hoà chöùa lôïi duïng toång hôïp vôùi dung tích toång coäng laø 2,8 tyû m 3. Hoà Sôn La theo quy hoaïch cuõng coù phöông aùn khai thaùc vôùi dung tích hôn 20 tyû m 3. Treân theá giôùi coù nhieàu hoà dung tích cöïc lôùn do con ngöôøi
59. 58 Chöông III xaây döïng phuïc vuï muïc ñích phaùt ñieän vaø caùc muïc ñích khaùc. Coù theå keå ñeán nhöõng hoà lôùn nhaát vôùi dung tích hôn 100 tyû m 3 nhö: Baûng 3.9 Teân hoà chöùa Teân soâng Dung tích hoà 10 9m3 Owen Falls Nile 205 Kakhovskaja Dnieper 182 Kariba Zambezi 180 Bratsk Angara 169 Sadd-el-Ali Nile 164 Akosomobo Volta 148 Daniel Johnson Manicouaga 142 Guri Caroni 136 1.Tuoác bin; 2. Maùy phaùt ñieän; 3. Caàn truïc caàu; 4. Cöûa van hình maët traøn; 5. Caàu coâng taùc; 6. Ñaäp ñaát; 7. Ñaäp traøn beâ toâng; 8.Truï pin vaø töôøng phaân doøng; 9. NMTÑ; 10. OÁng huùt Hình 3.4. Thaønh phaàn coâng trình cuûa traïm thuûy ñieän loøng soâng coâng suaát trung bình Khi coät nöôùc phaùt ñieän lôùn hôn, ngöôøi ta chuyeån sang sô ñoà boá trí TTÑ kieåu
60. Tieàm naêng doøng chaûy 59 sau ñaäp. Trong caùc sô ñoà naøy, NMTÑ ñaët sau ñaäp, ñaäp coù theå laø ñaäp ñaát, ñaù ñoå, beâ toâng troïng löïc hay ñaäp voøm Coâng trình laáy nöôùc cho TTÑ coù theå ñaët ôû maët tröôùc cuûa ñaäp daâng hay beân bôø cuûa ñaäp. Ñöôøng haàm daãn nöôùc vaøo NMTÑ coù theå ñaët naèm trong thaân ñaäp beâ toâng, döôùi ñaäp ñaát, ñaäp ñaù ñoå hay voøng qua vai ñaäp. Phaïm vi coät nöôùc phaùt ñieän cuûa loaïi naøy thöôøng naèm trong khoaûng 30m ñeán vaøi traêm meùt. Hình 3.5. Phoái caûnh cuûa TTÑ lôùn kieåu sau ñaäp, coät nöôùc trung bình Hình 3.6. Phoái caûnh chung cuûa TTÑ ñöôøng daãn coù aùp 1. Hoà chöùa; 2. Nhaø ñaët thieát bò cuûa haàm ñieàu khieån; 3. Coâng trình laáy nöôùc; 4. Ñaäp daâng; 5. Coâng trình xaû luõ; 6.Gieáng ñieàu aùp; 7. Ñöôøng haàm daãn nöôùc coù aùp;
61. 60 Chöông III 8. Ñöôøng oáng aùp löïc daãn nöôùc vaøo tuoác bin; 9. NMTÑ Khi coät nöôùc lôùn vaø raát lôùn, ngöôøi ta söû duïng TTÑ kieåu ñöôøng daãn. Vôùi kieåu TTÑ ñöôøng daãn, ñöôøng daãn nöôùc coù theå laø khoâng aùp, ñöôøng haàm coù aùp. Coät nöôùc cuûa traïm thuûy ñieän, ñöôøng daãn thay ñoåi trong phaïm vi lôùn töø vaøi traêm ñeán haøng nghìn meùt. Daïng chung cuûa TTÑ kieåu ñöôøng daãn coù aùp ñöôïc minh hoïa trong hình 6. IV. BAÄC THANG THUÛY ÑIEÄN VAØ CAÙC HOÀ CHÖÙA Do aûnh höôûng nhieàu ñieàu kieän töï nhieân, kyõ thuaät, kinh teá, xaõ hoäi, moâi tröôøng neân moät TTÑ khoâng theå khai thaùc naêng löôïng cuûa moät ñoaïn soâng daøi. Vì vaäy ngöôøi ta phaûi chia ñoaïn soâng ñoù thaønh moät soá ñoaïn nhoû hôn vaø treân moãi ñoaïn nhoû xaây döïng moät hoà chöùa vaø moät traïm thuûy ñieän. Nhieàu traïm thuûy ñieän ñöôïc boá trí lieân tieáp treân moät doøng soâng nhö vaäy ñöôïc goïi laø baäc thang caùc TTÑ (hay TTÑ lieân heä noái tieáp vôùi nhau). Thieát keá baäc thang caùc TTÑ nhaèm söû duïng ñoä doác soâng moät caùch hoaøn thieän vaø hieäu quaû kinh teá nhaát, taïo thaønh baäc thang caùc hoà chöùa cuõng raát hieäu quaû veà ñieàu tieát doøng chaûy vaø caáp nöôùc hôïp lyù hôn cho caùc ngaønh kinh teá quoác daân. Boá trí sô ñoà baäc thang caùc hoà chöùa, tröôùc heát cho pheùp söû duïng moät caùc hieäu quaû hôn doøng nöôùc ñöôïc ñieàu tieát. Moãi khoái nöôùc ñöôïc ñieàu tieát chaúng nhöõng coù taùc duïng ñieàu hoøa ñoái vôùi baûn thaân TTÑ ôû baäc thang ñoù, coøn coù taùc duïng vôùi traïm ôû baäc döôùi, do ñoù naâng cao ñieän naêng vaø coâng suaát baûo ñaûm cuûa caùc traïm trong heä thoáng baäc thang. Boá trí baäc thang coøn cho pheùp giaûm nhoû toån thaát coät nöôùc ôû ñoaïn ñöôøng cong daâng nöôùc (ñöôøng nöôùc deành ñuoâi hoà) vaø toån thaát do thaùo caïn hoà. Trong nhieàu tröôøng hôïp coøn cho pheùp ruùt ngaén ñöôøng daây cao theá vaø cho pheùp caùc traïm laøm vieäc cô ñoäng hôn trong heä thoáng ñieän. Hôn nöõa treân quan ñieåm hieäu quaû ñaàu tö vaø thöù töï öu tieân trong xaây döïng ñeå ñaùp öùng nhu caàu taêng leân daàn daàn veà naêng löôïng cuûa neàn kinh teá, khai thaùc theo kieàu baäc thang cho pheùp söû duïng hôïp lyù töøng ñoaïn soâng, phuø hôïp vaø caân ñoái vôùi nhu caàu veà ñieän vaø khaû naêng ñaùp öùng cuûa nguoàn voán. Khi thieát keá baäc thang, seõ xuaát hieän moät loaït caùc vaán ñeà caàn giaûi quyeát nhö: phaân ñoaïn doøng soâng, löïa choïn quy moâ hoà thích hôïp cho moãi ñoaïn, boá trí töông ñoái giöõa caùc traïm, boá trí hoà chöùa vaø vaán ñeà ñieàu tieát doøng chaûy giöõa caùc hoà, vaän haønh lieân hôïp, thöù töï ñöa vaøo khai thaùc Nhöõng vaán ñeà treân thöôøng phaûi xuaát phaùt töø ñieàu kieän töï nhieân cuï theå cuûa moãi ñoaïn soâng vaø thoâng qua tính toaùn kinh teá naêng löôïng môùi Hình 3.7. Sô ñoà baäc thang hoà chöùa vaø aûnh höôûng giöõa caùc baäc thang
62. Tieàm naêng doøng chaûy 61 coù theå giaûi quyeát ñöôïc. Tuy vaäy, vaán ñeà caàn löu yù nhaát khi phaân ñoaïn soâng vaø choïn quy moâ hoà chöùa vaø TTÑ laø söï aûnh höôûng töông ñoái giöõa baäc thang döôùi vaø baäc thang treân noù. Veà maët lyù thuyeát, hoaøn toaøn coù theå xaùc ñònh ñöôïc vò trí hôïp lyù ñeå phaân ñoaïn neáu xuaát phaùt töø hoaëc ñieåm cuoái phía haï löu hoaëc phía thöôïng löu, tuy nhieân veà maët thöïc teá thì tuyeán phaân ñoaïn laïi phuï thuoäc nhieàu vaøo ñieàu kieän ñòa hình, ñòa chaát, daân sinh kinh te á (hay tính khaû thi vaø thöïc thi cuûa tuyeán phaân ñoaïn soâng ñoù). Trong hình 7 coù boán baäc thang hoà chöùa, baäc 1 treân cuøng coù coät nöôùc tónh laø H1, tieáp ñeán baäc 2 coù coät nöôùc tónh H2, baäc 3 coù coät nöôùc tónh H3 vaø baäc 4 coù coät nöôùc tónh H4. Neáu thay vì xaây döïng boán baäc maø chæ laøm moät baäc vôùi ñaäp cao vaø quy moâ lôùn taïi vò trí baäc cuoái cuøng thì coät nöôùc tónh coù theå söû duïng ñöôïc laø H* coøn coät nöôùc toaøn phaàn töông öùng laø H*tp Roõ raøng toång coät nöôùc tónh cuûa caùc baäc seõ nhoû thua coät nöôùc toång coäng H* , töùc laø: H1 + H2 + H3 + H4 <H* Theo hình veõ, ñaïi löôïng coät nöôùc khoâng ñöôïc söû duïng laø h1. Coät nöôùc khoâng ñöôïc söû duïng h1 giöõa hoà 1 vaø hoà 2 laø do möïc nöôùc hoà döôùi thaáp hôn möïc nöôùc coù theå khai thaùc ñöôïc taïi chaân ñaäp 1 (ñieåm B). Tröôøng hôïp naøy ñöôïc goïi laø baäc thang hôû chaân tay hay noái tieáp giaùn ñoaïn , luùc naøy coät nöôùc cuûa ñoaïn soâng B_C khoâng ñöôïc söû duïng Tröôøng hôïp hoà 2 vaø hoà 3 thì möïc nöôùc hoà döôùi vöøa baèng vôùi möùc nöôùc coù theå khai thaùc ñöôïc taïi chaân ñaäp 2 (ñieåm C). Tröôøng hôïp naøy ñöôïc goïi laø noái tieáp giaùp ñaàu , khoâng boû phí naêng löôïng cuûa ñoaïn soâng giöõa ñaäp 2 vaø ñaäp 3. Vôùi hoà 3 vaø hoà 4 thì söï truøng laép veà coät nöôùc söû duïng ñaõ daãn ñeán phí phaïm coät nöôùc h3 (giöõa ñieåm K vaø G). Tröôøng hôïp naøy goïi laø baäc thang ngaäp chaân tay hay noái tieáp goái ñaàu. Trong thöïc teá tính toaùn, khi khai thaùc trong khoaûng moät chu kyø ñieàu tieát daøi (moät naêm hay nhieàu naêm), söï ñan xen giöõa caùc tình huoáng ngaäp chaân hay hôû chaân seõ xaûy ra vì möïc nöôùc hoà dao ñoäng töø möïc nöôùc cao nhaát xuoáng möùc nöôùc thaáp nhaát thieát keá cuûøa hoà. Do ñoù vieäc tính toaùn chính xaùc ñoøi hoûi khoái löôïng lôùn. Ngaøy nay, tin hoïc laø moät coâng cuï quan troïng vaø khoâng theå thieáu trong nhöõng baøi toaùn ñieàu tieát nhieàu baäc thang trong heä thoáng. V. CHÖÙC NAÊNG CUÛA CAÙC THAØNH PHAÀÂN TRONG HOÀ CHÖÙA Sau ñaây chæ giôùi thieäu veà chöùc naêng cuûa moät soá thaønh phaàn chuû yeáu cuûa hoà
63. 62 Chöông III chöùa. Nhöõng thaønh phaàn naøy coù taùc duïng quyeát ñònh ñeán vai troø nhieäm vuï hoà chöùa, ñeán söï bieán ñoåi cheá ñoää thuyû vaên thöôïng, haï löu coâng trình, ñeán tuoåi thoï coâng trình I. Dung tích phoøng luõ: ÔÛ ñaây coâng taùc phoøng luõ coù khi bao goàm phoøng luõ cho baûn thaân coâng trình vaø phoøng luõ cho haï löu (tuyø theo tính chaát coâng trình maø cô quan thieát keá ñaët cho noù nhieäm vuï). II. Dung tích höõu ích: Ñaây laø thaønh phaàn voâ cuøng quan troïng quyeát ñònh nhieäm vuï cuûa coâng trình. Dung tích höõu ích ñaûm nhaän vieäc phaùt ñieän, töôùi, caáp nöôùc sinh hoaït, nuoâi troàng thuyû saûn, giao thoâng, goùp phaàn cho du lòch, caûi taïo moâi tröôøng Tuyø theo töøng coâng trình maø noù coù heát taát caû nhieäm vuï hay moät soá nhieäm vuï Neáu coù heát nhöõng nhieäm vuï neâu treân thì coâng trình mang tính lôïi duïng toång hôïp cao. III. Dung tích cheát : Nhieäm vuï cuûa phaàn theå tích naøy bao goàm nhöõng noäi dung sau: (quyeát ñònh tuoåi thoï coâng trình, khoáng cheá khu töôùi, nuoâi troàng thuyû saûn, moâi tröôøng trong vuøng baùn ngaäp ). Töôøng chaén soùng (1) (2) I II (3) III Hình 3.8: Moâ taû caùc thaønh phaàn chính cuûa hoà chöùa Ghi chuù: I - Dung tích phoøng luõ (1) Möïc nöôùc phoøng luõ II - Dung tích höõu ích (2) Möïc nöôùc daâng bình thöôøng III- Dung tích cheát (3) Möïc nöôùc cheát IV- Soùng trong hoà chöùa do gioù: - Ñoä cao soùng: h = 0,0208 ω3/4 D1/3 ( theo V.G.Andreanob) - Chieàu daøi böôùc soùng: λ = 0,304 ω D0.5 ( theo V.G.Andreanob)
64. Tieàm naêng doøng chaûy 63 h2 - Naêng löôïng soùng: E = ςg λ (treân 1 meùt chieàu daøi ñænh 8 soùng) ( ÔÛ ñaây: D: ñaø soùng (km)- chieàu daøi lôùn nhaát gioù coù theå chuyeån ñoäng treân maët nöôùc . ω: toác ñoä gioù (m/ giaây) h: chieàu cao soùng tính baèng meùt. g: gia toác troïng tröôøng ς: maät ñoä nöôùc VI. ÑAÁT NGAÄP NÖÔÙC NHAÂN TAÏO 1. Khaùi nieäm veà ñaát ngaäp nöôùc Ngaøy 2-2-1971 taïi Ramsar, moät thaønh phoá naèm treân bôø bieån Caspi cuûa nöôùc coäng hoaø hoài giaùo Iran, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ hoïp baøn veà söï toàn vong cuûa moät loaøi chim nöôùc raát quyù hieám. Ñaõ phaùt hieâän nhieàu vaán ñeà veà ñaát ngaäp nöôùc maø con ngöôøi chöa bieát ñeán. Cho neân tieáp theo ñoù naêm 1999 vôùi khaåu hieäu “Con ngöôøi vaø ñaát ngaäp nöôùc – moái lieân keát soáng coøn”, caùc nhaø khoa hoïc mong muoán con ngöôøi neân tìm hieåu theâm veà taøi nguyeân ñaát ngaäp nöôùc. Roài naêm 2001, moät khaåu hieäu khaùc “Ñaát ngaäp nöôùc – moät theá giôùi caàn khaùm phaù” keâu goïi nhaân daân toaøn theá giôùi neân ñaùnh giaù ñuùng tieàm naêng to lôùn cuûa vuøng ñaát quyù maø ñeán nay con ngöôøi coøn laõng queân Caû theá giôùi coù hôn 800.000 km2 ñaát ngaäp nöôùc quan troïng mang tính quoác teá. Giaù trò cuûa heä sinh thaùi töï nhieân toaøn theá giôùi laø 33 nghìn tyû USD thì trong ñoù 45% thuoäc veà ñaát ngaäp nöôùc 2. Theá naøo laø ñaát ngaäp nöôùc? Theo ñònh nghóa cuûa caùc nhaø khoa hoïc hoïp taïi Ramsar ñöa ra thì “ñaát ngaäp nöôùc laø nhöõng vuøng ñaàm laày, than buøn hoaëc nhöõng vuøng nöôùc baát keå töï nhieân hay nhaân taïo, thöôøng xuyeân hay taïm thôøi vôùi nöôùc chaûy hay nöôùc tuø, nöôùc ngoït hay nöôùc lôï, nöôùc bieån keå caû nhöõng vuøng bieån coù ñoä saâu khoâng quaù saùu meùt khi möïc nöôùc bieån thaáp ” Theo ñònh nghóa treân thì caùc hoà chöùa cuûa nhöõng coâng trình thuûy lôïi – thuyû ñieän ñeàu thuoäc veà “Ñaát ngaäp nöôùc nhaân taïo“. Lôïi ích vaø taùc ñoäng tieâu cöïc cuûa nhöõng vuøng ñaát ngaäp nöôùc hình thaønh töø vieäc xaây döïng caùc coâng trình ñem ñeán laø nhöõng vaán ñeà khaù quan troïng maø chuùng ta caàn ñi saâu tìm hieåu theâm töø moân hoïc “Ñaùnh giaù taùc ñoäng moâi tröôøng “ hoaëc moân “ Thuyû vaên ao hoà – ñaàm laày ”. Baûng 3.10: Caùc thoâng soá chính cuûa coâng trình Thuyû ñieän Trò An (Nguoàn BQL CTTÑ Trò An)
65. 64 Chöông III STT Caùc chæ tieâu kyõ thuaät Ñôn vò Giaù trò 01 Möïc nöôùc daâng bình thöôøng (MNDBT) m 62,00 02 Möïc nöôùc cheát (MNC) m 50,00 03 Möïc nöôùc lôùn nhaát (MNmax) m 63,90 04 Chieàu daøi loøng hoà km 43,5 05 Chieàu roäng lôùn nhaát cuûa hoà chöùa km 12 06 Dieän tích maët thoaùng cuûa hoà chöùa öùng vôùi MNDBT km2 323 07 Dung tích toaøn boä hoà chöùa öùng vôùi MNDBT 106m3 2,765 08 Dung tích toaøn boä hoà chöùa öùng vôùi MNC 10 6m3 218 09 Dung tích höõu ích cuûa hoà chöùa 10 6m3 2,547 10 Möùc nöôùc lôùn nhaát ôû haï löu nhaø maùy khi xaû luõ - Luõ P = 0,1% töông öùng Q xaû HL = 19,260 m 3/s m 22,5 - Luõ P = 1% töông öùng Q xaû HL = 13,200 m 3/s m 20,0 - Luõ P = 5% töông öùng Q xaû HL = 8,800 m 3/s m 17,2 - Luõ P = 10% töông öùng Q xaû HL = 6,700 m 3/s m 15,6 11 Coät nöôùc phaùt ñieän öùng vôùi ñieän löôïng bình quaân m 52,06 12 Coät nöôùc tính toaùn Htt m 52,00 13 Coät nöôùc lôùn nhaát Hmax m 61,5 14 Coät nöôùc nhoû Hmin m 44,4 15 Khaû naêng xaû lôùn nhaát qua moät tuoác bin m3 /s 222 16 Khaû naêng xaû lôùn nhaát qua nhaø maùy m3 /s 880 17 Toång löôïng xaû lôùn nhaát qua CT öùng vôùi MNDBT m3 /s 15,811 Trong ñoù : - Qua nhaø maùy 811 - Qua ñaäp traøn 15,000 18 Toång löôïng xaû lôùn nhaát qua CT öùng vôùi MNDBT 19,260 Trong ñoù : - Qua nhaø maùy 812 - Qua ñaäp traøn 18,448 19 Soá toå maùy toå 4 20 Coâng suaát ñònh möùc cuûa moät toå maùy MW 100
66. Tieàm naêng doøng chaûy 65 STT Caùc chæ tieâu kyõ thuaät Ñôn vò Giaù trò 21 Coâng suaát ñònh möùc cuûa toaøn nhaø maùy MW 400 22 Coâng suaát baûo ñaûm tính toaùn (öùng vôùi TS 90%) MW 104 23 Ñieän löôïng bình quaân nhieàu naêm Ebq Tyû Kwh 1,76 24 Ñieän löôïng trong naêm nhieàu nöôùc Emax Tyû Kwh 2,29 25 Ñieän löôïng trong naêm ít Emin Tyû Kwh 1,41 VII. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN VEÀ ÑIEÀU TIEÁT DOØNG CHAÛY VAØ ÑIEÀU TIEÁT LUÕ I. ÑIEÀU TIEÁT NAÊM Chuùng ta bieát raèng nhu caàu duøng nöôùc cuûa taát caû caùc ngaønh kinh teá quoác daân trong moät naêm treân moät löu vöïc naøo ñoù luùc naøo cuõng maâu thuaãn vôùi löôïng nöôùc ñeán (Khi caàn nhieàu thì nöôùc ñeán ít, khi caàn ít thì nöôùc ñeán nhieàu ). Do ñoù caàn phaûi tìm bieän phaùp coâng trình ñeå ñieàu tieát laïi cheá ñoä doøng chaûy trong naêm. Bieän phaùp coâng trình ñoù laø ñieàu tieát naêm. Döïa vaøo möùc ñoä ñieàu tieát coù theå chia ñieàu tieát naêm thaønh hai loaïi: 1. Ñieàu tieát hoaøn toaøn : Khi kho nöôùc ñuû dung tích chöùa heát toaøn boä löôïng nöôùc thöøa cuûa naêm tröôùc ñeå söû duïng cho naêm sau thì ta goïi laø ñieàu tieát naêm hoaøn toaøn (hình A). 2. Ñieàu tieát khoâng hoaøn toaøn (Ñieàu tieát muøa ): Khi naøo toång löôïng nöôùc ñeán cuûa naêm thieát keá nhieàu hôn löôïng nöôùc duøng hoaëc do ñieàu kieän ñòa hình khoâng cho pheùp môû roäng quy moâ coâng trình neân kho nöôùc khoâng ñuû söùc chöùa heát löôïng nöôùc ñeán vaø phaûi xaû bôùt ñi, thì goïi laø ñieàu tieát naêm khoâng hoaøn toaøn, hoaëc ñieàu tieát muøa (Hình B). Theo nghóa roäng cuûa ñieàu tieát doøng chaûy thì ñieàu tieát naêm vaø ñieàu tieát muøa cuõng ñeàu goïi laø chung laø ñieàu tieát naêm. Trong ñieàu tieát doøng chaûy thì ñieàu tieát naêm laø bieän phaùp ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát.
67. 66 Chöông III Q Q q q (Q~t) (Q~t) (q~t) (q~t) t t Hình A: Ñieàu tieát hoaøn toaøn. Hình B: Ñieàu tieát khoâng hoaøn toaøn (ñieàu tieát muøa) Hình 3.9. Ñieàu tieát naêm II. ÑIEÀU TIEÁT NHIEÀU NAÊM Khi löôïng nöôùc duøng (keå caû toån thaát do thaám, boác hôi ) maø lôùn hôn toång löôïng nöôùc ñeán cuûa naêm thieát keá thì phaûi chuyeån sang hình thöùc ñieàu tieát nhieàu naêm. Coù nghóa laø phaûi taêng quy moâ coâng trình. Neáu khoâng, phaûi giaûm bôùt löôïng nöôùc duøng hoaëc giaûm bôùt möùc ñaûm baûo thieát keá nöôùc duøng. Noäi dung nhieäm vuï cô baûn cuûa ñieàu tieát doøng chaûy laø naâng cao löu löôïng muøa kieät vaø haï thaáp löu löôïng muøa luõ. Ñieàu tieát naêm hay ñieàu tieát nhieàu naêm chuû yeáu laø nghieân cöùu tìm caùch naâng cao löu löôïng muøa kieät hoaëc löu löôïng naêm ít nöôùc. Coøn ñieàu tieát doøng chaûy luõ laø nghieân cöùu tìm caùch haï thaáp löu löôïng muøa luõ, löu löôïng ñænh luõ lôùn. III. TÍNH TOAÙN ÑIEÀU TIEÁT LUÕ Muïc ñích vieäc nghieân cöùu ñieàu tieát luõ cuûa hoà chöùa laø thoâng qua vieäc tính toaùn, tìm ra dung tích phoøng luõ caàn thieát cuûa hoà chöùa, phöông thöùc tröõ nöôùc vaø thaùo nöôùc thích hôïp, töø ñoù giaûm bôùt kích thöôùc cuûa coâng trình thaùo luõ vaø thoûa maõn coät nöôùc, haïn cheá luùc thaùo luõ (coät nöôùc thaáp nhaát yeâu caàu luùc vaän haønh nhaø maùy thuûy ñieän). Thöôøng ngöôøi ta phaûi caên cöù vaøo naêng löïc thoaùt luõ cuûa soâng vaø möïc nöôùc haïn cheá cuûa phoøng luõ vaø kích thöôùc cuûa coâng trình thaùo luõ. Nhö vaäy, ñeå coù cô sôû cho vieäc tính toaùn ñieàu tieát luõ cuûa hoà chöùa, tröôùc heát ta caàn xaùc ñònh tieâu chuaån phoøng luõ, phaân tích veà luõ thieát keá, löu löôïng thaùo an toaøn ñoái vôùi haï löu vaø möïc nöôùc khoáng cheá. a. Tieâu chuaån phoøng luõ - Tieâu chuaån phoøng luõ ñöôïc bieåu thò baèng loaïi luõ (bao nhieâu naêm xuaát hieän moät laàn) maø löu vöïc coù theå chòu ñöôïc. Vieäc choïn tieâu chuaån phoøng luõ, moät maët, phaûi xuaát phaùt töø taàm quan troïng cuûa ñoái töôïng phoøng luõ, maët khaùc phaûi thích öùng
68. Tieàm naêng doøng chaûy 67 vôùi söï phaùt trieån cuûa neàn kinh teá quoác daân. Ñoù laø moät vaán ñeà phöùc taïp coù lieân quan ñeán caùc maët chính trò, kinh teá vaø kyõ thuaät maø ta caàn nghieân cöùu ñaày ñuû. - Ñeå naâng cao tieâu chuaån phoøng luõ thì nhaø nöôùc caàn toán theâm raát nhieàu tieàn cuûa vaø söùc löïc ñeå xaây döïng coâng trình phoøng luõ, ñeå coù theå choáng ñöôïc moät traän luõ ñaëc bieät maø khaû naêng xuaát hieän thì laïi raát ít. Vì theá caàn phaûi caên cöù vaøo ñieàu kieän kinh teá, kyõ thuaät cuûa nöôùc nhaø, taàm quan troïng cuûa ñoái töôïng phoøng luõ. Veà baûn thaân tieâu chuaån phoøng luõ chæ noùi leân trình ñoä döï kieán khaû naêng phoøng traùnh thuûy tai, neân chæ laø töông ñoái, do ñoù khoâng theå chæ laáy moät tieâu chuaån phoøng luõ töông ñoái cao maø khoâng theå xeùt ñeán nhöõng bieän phaùp khaån caáp trong nhöõng tröôøng hôïp ñaëc bieät. - Khi nghieân cöùu tieâu chuaån phoøng luõ, caàn phaân bieät tieâu chuaån phoøng luõ cuûa khu vöïc ñöôïc baûo veä vôùi tieâu chuaån thieát keá cuûa coâng trình thuûy coâng. Tieâu chuaån phoøng luõ cuûa khu vöïc ñöôïc baûo veä ñöôïc quyeát ñònh theo taàm quan troïng cuûa ñoái töôïng ñöôïc baûo veä vaø ñieàu kieän kinh teá. Tieâu chuaån phoøng luõ cuûa ñòa ñieåm hay ñoaïn soâng cuûa thöôïng löu coù theå khaùc nhau. Tieâu chuaån phoøng luõ cuûa caùc thaønh phoá, xí nghieäp, haàm moû quan troïng, caùc khu coâng nghieäp ñoâng ngöôøi vaø phaïm vi aûnh höôûng roäng lôùn thì neân cao hôn moät chuùt, coøn caùc khu vöïc khoâng quan troïng coù theå thaáp hôn moät chuùt. - Ñoái vôùi coâng trình thuûy lôïi, neáu bò hoûng, coù theå taïo neân nhöõng toån thaát voâ cuøng to lôùn ôû haï löu. Ñeå baûo ñaûm an toaøn, ñoái vôùi caùc coâng trình thuûy lôïi chuû yeáu thì coù theå duøng tieâu chuaån thieát keá töông ñoái cao (thöôøng cao hôn tieâu chuaån phoøng luõ cuûa khu vöïc baûo veä). * Khi nhieäm vuï cuûa hoà chöùa ñaõ ñöôïc xaùc ñònh roõ, coù theå choïn luõ thieát keá theo tình hình khu vöïc ñöôïc baûo veä vaø ñaëc ñieåm thuûy vaên cuûa con soâng. Neáu khoâng coù nhieäm vuï phoøng luõ thì coù theå choïn luõ thieát keá theo caáp cuûa coâng trình. b. Löu löôïng thaùo an toaøn vaø möïc nöôùc khoáng cheá * Löu löôïng thaùo an toaøn laø löu löôïng lôùn nhaát coù theå thaùo xuoáng haï löu. Löu löôïng thaùo an toaøn ôû haï löu phaûi ñöôïc xaùc ñònh qua luaän chöùng kinh teá ñaày ñuû veà khaû naêng thoaùt luõ thöïc teá cuûa soâng hieän coù. Löu löôïng thaùo an toaøn coù aûnh höôûng ñeán caùc bieän phaùp phoøng luõ. Luùc löu löôïng thaùo an toaøn nhoû thì dung tích phoøng luõ phaûi lôùn, toån thaát ôû thöôïng löu taêng leân vaø ñaàu tö veà coâng trình thuûy coâng seõ lôùn (Ñöôøng 1 ôû hình 3.10), hieäu suaát kinh teá cuûa caùc ngaønh duøng nöôùc giaûm nhöng ñaàu tö veà ñeâ ñieàu vaø chi phí phoøng luõ haøng naêm ôû haï löu seõ giaûm, hieäu ích phoøng luõ ôû haï löu seõ taêng. Ñöôøng 2 ôû hình 3.10 ngöôïc laïi, neáu taêng löu löôïng thaùo an toaøn ôû haï löu thì dung tích phoøng luõ seõ giaûm, chi phí veà ñeâ ñieàu ôû haï löu seõ taêng, vaán ñeà ñaàu tö coâng trình thuûy coâng vaø toån thaát ngaäp ôû thöôïng löu seõ giaûm, hieäu ích cuûa caùc