Bài giảng Công trình thủy - Chương 3: Hồ chứa nước - Nguyễn Thống

1 
7/21/2014 1 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM 
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN 
Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG 
E-mail: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr 
Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 
Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 
7/21/2014 2 
NỘI DUNG MÔN HỌC 
Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. 
Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế cơng trình 
 thủy lợi (CTTL). 
Chương 3. Hồ chứa nước. 
Chương 4. Đập dâng nước 
Chương 5. Cơng trình tháo lũ 
Chương 6. Cơng trình dẫn nước. 
Chương 7. Máy thủy lực. 
Chương 8. Thủy điện. 
Chương 9. Trạm bơm 
CÔNG TRÌNH THỦY 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
7/21/2014 3 
HỒ CHỨA NƯỚC 
Nhiệm vụ. 
• Điều hòa lưu lượng sử dụng theo thời 
gian (ngày, tuần, tháng, năm, nhiều 
năm). 
 Trử vào thời đoạn sông nhiều nước 
 Cấp bổ sung trong thời đoạn sông ít 
nước 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 4 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 5 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 6 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
2 
7/21/2014 7 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 8 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 9 
HỒ CHỨA NƯỚC 
(Đập vòm) 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 10 
HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 11 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 12 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
3 
7/21/2014 13 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 14 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 15 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 16 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 17 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 18 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
4 
7/21/2014 19 
HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 20 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 21 
• HỒ CHỨA NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 22 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 23 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
Khoan 
phụt xử 
lý nền 
7/21/2014 24 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
5 
7/21/2014 25 
HỒ CHỨA 
NƯỚC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 26 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 27 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
MNGC 
MNDBT 
MNTL 
MNC 
Đáy hồ 
Đập dâng 
7/21/2014 28 
ÉNERGIE & CENTRALE HYDRAULIQUE 
 Chap. 5 : Barrages, évacuateurs de crues. 
7/21/2014 29 
CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ MỰC NƯỚC HỒ 
- MNGC (Mực nước gia cường) 
- MNDBT (Mực nước dâng bình 
thường) 
- MNTL (Mực nước trước lũ) 
- MNC (Mực nước chết) 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 30 
CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DUNG TÍCH 
- Dung tích hửu ích: Giới hạn bởi MNDBT và 
MNC. 
- Dung tích phòng lũ: Giới hạn bởi MNGC (hoặc 
MNTL) và MNDBT. 
- Dung tích chết: Giới hạn bởi MNC và cao trình 
đáy hồ chứa. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
6 
7/21/2014 31 
ĐƯỜNG CONG ĐẶC TÍNH HỒ 
- F =g(Z) : diện tích mặt thoáng hồ theo 
cao độ Z. 
- W =f(Z) : dung tích hồ theo cao độ z 
Dùng bản đồ tỷ lệ 1/10.000 (chênh lệch 
đường đồng cao độ là 5m) hoặc 1/5.000. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 32 
ĐƯỜNG CONG ĐẶC TÍNH HỒ CHỨA 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
0 
F(km
2
) 
W(tr.m
3
) 
Z (m) 
Z
0
 (m) 
Z
0
 (m): cao trình đáy hồ 
7/21/2014 33 
TÍNH TOÁN MNC 
 Dựa vào nhu cầu dung tích bùn cát lắng 
đọng trong hồ trong N năm (phụ thuộc 
cấp công trình) W
chết
 MNC
1
 Dựa vào cao trình tối thiểu để có thể tự 
chảy đến vùng canh tác MNC
2
. 
 MNC = max(MNC
1, 
MNC
2
) 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 34 
TÍNH TOÁN MNDBT HỒ CHỨA 
NÔNG NGHIỆP 
Các bước tính: 
 Xác định MNC trước, 
 Xác định dung tích hữu ích (W
hi
), dùng 
phương pháp cân bằng nước (ví dụ tính 
sau), 
 Có (W
chết
+W
hi
) MNDBT. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 35 
TÍNH W
hi
Nguyên lý: 
Phương trình cân bằng nước: 
 W=Wchênh lệch = Wdung - Wden 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 36 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
T(th) Q
den
(m3/s) Q
dung
(m3/s) W(tr.m3) Cộng dồn W 
1 20 30 25.92 25.92 
2 50 50 0 25.92 
3 60 60 0 25.92 
4 60 80 51.84 77.76 
5 70 90 51.84 129.6 
6 80 87 18.144 147.74 
7 80 100 51.84 199.58 
8 100 80 -51.84 147.74 
9 100 30 -181.44 -33.69 
10 500 30 -1218.2 -1252 
11 800 30 -1995.8 -3248 
12 1500 30 -3810.2 -7058 
Tổng 3420 (m3/s) 697 (m3/s) 
Delta(tr.m3) 7058 (m3) 
7 
7/21/2014 37 
Dung tích hửu ích W
hi
Gọi W là hàm cộng dồn của (W
dung
-W
den
). 
W
max
và W
min
 là giá trị max và min của hàm 
W. 
W
hi
 = W
max
-W
min
- Delta 
=199,58 -(-7058) - 7058=199,58tr.m
3
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 38 
BÀI TẬP 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
T(th) Qden(m3/s) Qdung(m3/s) 
1 20 30 
2 50 50 
3 60 60 
4 200 80 
5 250 90 
6 100 120 
7 80 100 
8 200 80 
9 500 30 
10 100 30 
11 25 30 
12 20 50 
7/21/2014 39 
KẾT QUẢ: 
Delta =30*86400*(1605-750)/1000000 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
Tổng(tr.m3) Max= 25.92 
1605 750 Min= -2307 
Delta(W) 2216.16 W
hi
(tr.m3)= 116.64 
7/21/2014 40 
TÍNH MNDBT 
HỜ CHỨA THUỶ ĐIỆN 
Nguyên lý: 
- Giả thiết cớ định MNC 
- Giả thiết lần lượt các giá trị MNDBT 
khác nhau (gia sớ Z). 
 Mỡi tổ hợp (MNDBT,MNC) tính 
thuỷ năng Điện lượng trung bình E 
(thường là TB năm). Chú ý MNDBT 
 lớn E lớn 
 PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 41 
 Mỡi cặp (MNDBT,MNC) tính đầu 
tư vào cơng trình (đập, tràn, nhà 
máy,.). Chú ý MNDBT lớn 
 Đầu tư càng lớn. 
 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ VỀ MẶT 
KINH TẾ GIỮA SỰ GIA TĂNG 
THU NHẬP (TĂNG ĐIỆN) & SỰ 
GIA TĂNG CHI PHÍ ĐẦU TƯ 
CƠNG TRÌNH. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 42 
TÍNH TOÁN MNGC 
Định nghĩa: Mức nước gia cường là mực 
nước cao nhất trong hồ khi xãy ra lũ 
thiết kế hoặc kiểm tra tại hồ chứa. 
Phương pháp tính: Dùng phương trình cân 
bằng nước với đường quá trình lũ đến có 
tần suất p% tuỳ theo cấp công trình (lập 
bảng, lập trình máy tính, đồ thị) & quá 
trình tháo lũ qua đập tràn. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
8 
7/21/2014 43 
CÔNG CỤ VÀ SỐ LIỆU TÍNH 
- Đường cong dung tích hồ W=f(z) 
- Quan hệ giữa cột nước tràn H và dung 
tích hồ W. 
- Công thức tính lưu lượng qua đập tràn. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 44 
Ví dụ: Một hồ chứa nông nghiệp có 
MNDBT=100m, cao độ đáy hồ Z
dayho
=50m. 
Đập tràn thực dụng có B=20m, hệ số lưu 
lượng m=0.4092. Cao độ ngưỡng tràn là 96m. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
MNDBT=100m 
Ztran =96m 
Zdayho =50m 
Htràn 
Đập tràn 
7/21/2014 45 
Quan hệ giữa dung tích hồ W và cao độ mực 
nước hồ Z như sau: 
Lưu lượng qua đập tràn như sau (xem như 
dòng chảy qua tràn không ngập): 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
)m()ZZ(10W 33dayho
3 
)s/m(Hg2mBQ 32/3trantran 
7/21/2014 46 
T (phut) Qden 
0 0 
60 50 
120 120 
180 160 
240 250 
300 500 
360 800 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
T (phut) Qden 
420 1100 
480 1300 
540 1200 
600 900 
660 600 
720 400 
780 200 
840 50 
900 0 
QUÁ TRÌNH LŨ ĐẾN 
7/21/2014 47 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 200 400 600 800 1000
T(phut)
Q
(m
3
/s
)
QUÁ TRÌNH LŨ ĐẾN 
7/21/2014 48 
HƯỚNG DẪN 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
T (ph) Qden Qxa 
Wtru 
(tr.m3) 
Who 
(tr.m3) Zho(m) 
Htran 
(m) 
 125 100 4 
0 0 0 0 125 100 4 
60 50 50 0 125 100 4 
120 120 120 0 125 100 4 
180 160 160 0 125 100 4 
240 250 250 0 125 100 4 
300 500 290.0 0.76 125.76 100.10 4.10 
360 800 300.99 1.80 127.55 100.34 4.34 
9 
7/21/2014 49 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
T (ph) Qden Qxa 
Wtru 
(tr.m3) 
Who 
(tr.m3) Zho(m) 
Htran 
(m) 
420 1100 327.51 2.78 130.33 100.70 4.70 
480 1300 369.49 3.35 133.68 101.13 5.13 
540 1200 421.41 2.80 136.49 101.49 5.49 
600 900 465.87 1.56 138.05 101.68 5.68 
660 600 491.03 0.39 138.44 101.73 5.73 
720 400 497.38 -0.35 138.09 101.69 5.69 
780 200 491.70 -1.05 137.04 101.56 5.56 
840 50 474.77 -1.53 135.51 101.36 5.36 
900 0 450.31 -1.62 133.89 101.16 5.16 7/21/2014 50 
LŨ DẠNG TAM GIÁC 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 51 
Qlũ-max 
Qxã-max 
A 
B 
C 
D 
72h 
Lũ đến 
Xã lũ 
Cho đồ thị sau: 
Hãy cho biết ý nghĩa của diện tích ABD, ABC. 
Mức nước hồ chứa tại thời điểm T
0
? 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
T(h) 
Q(m
3
/s) 
T
0
7/21/2014 52 
Bài tập: Cho một hồ chứa có các thông 
số như sau (giả thiết cao độ đáy hồ 
Z
0
=0). 
- Dung tích chết yêu cầu : 10tr.m
3
. 
- Dung tích hửu ích: 70tr.m
3
. 
- Quan hệ dung tích hồ W và chiều sâu 
nước h trong hồ (kể từ đáy hồ đến 
mặt thoáng hồ). 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
333 h10)m(W 
7/21/2014 53 
Giả thiết lũ đến hồ 72h, có dạng tam giác 
ABD. Lưu lượng đỉnh lũ là Q
lũ-max
=700 
m
3
/s. Lưu lượng xã lũ max qua tràn là 
Q
xã-max
=500 m
3
/s. 
a. Tính MNC. 
b. Tính MNDBT. 
c. Tính MNGC. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 54 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
Qlũ-max 
Qxã-max 
A 
B 
C 
D 
72h 
Lũ đến 
Xã lũ 
T(h) 
Q(m
3
/s) 
10 
7/21/2014 55 
Bài tập: Cho một hồ chứa có thông số sau: 
- Dung tích chết yêu cầu : 25tr.m
3
. 
- Dung tích hửu ích: 95tr.m
3
. 
- Quan hệ W hồ và chiều sâu nước h. 
Giả thiết cao độ đáy hồ Z
dayho
=0m. 
Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu là: 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
333 h10)m(W 
3h
haluu
h
Q 400 (m / s)
6
7/21/2014 56 
Giả thiết lũ đến có dạng tam giác ABD. 
Lưu lượng đỉnh lũ là Q
lũ-max
=600 m
3
/s. 
Mực nước hạ lưu cao nhất cho phép là 
h
hạ-max
=6m. 
a. Tính MNC. 
b. Tính MNDBT. 
c. Tính MNGC. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 57 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
Qlũ-max 
Qxã-max 
A 
B 
C 
D 
60h 
Lũ đến 
Xã lũ 
T(h) 
Q(m
3
/s) 
7/21/2014 58 
GIỚI THIỆU ĐIỀU TIẾT LŨ VỚI LẬP 
TRÌNH MACRO TRONG EXCEL 
.\CTT-DH\DT_Lu 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 59 
p=0.1%
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 5 10 15 20 25 30 35
(h)
m
3
/
s
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 60 
Bài tập: Một hồ chứa nước có đường cong 
dung tích hồ V (m
3
) theo cao trình mực 
nước hồ Z (m ) : V = 10
4
 (Z – 1)3 , cao trình 
MNDBT 30m , đường quá trình lũ có 
dạng tam giác với lưu lượng đỉnh lũ Q
max
=1100m
3
/s , thời gian lũ T = 40 giờ. Đập tự 
tràn có lưu lượng tháo lũ tối đa q
max
= 
500m
3
/s . Hãy xác định cao trình MNGC 
(m) 
a. 31,62 b. 31,80 c. 31,50 d. 32,0 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
11 
7/21/2014 61 
• CÂU HỎI ÔN 
Phát biểu nào sau đây là ĐÚNG : 
 Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là 
mực nước cao nhất trong hồ chứa 
 Mực nước chết (MNC ) là mực nước thấp 
trong mùa khô 
 Mực nước lũ thiết kế (MNLTK ) là mực 
nước cao nhất trong mùa lũ 
 Cả 3 câu trên đều không đầy đủ 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 62 
• CÂU HỎI ÔN 
Dung tích gia cường của hồ chứa nước phụ 
thuộc vào : 
 Tổng chiều dài tràn nước của công trình 
tháo lũ 
 MNDBT 
 MNC 
 Cả 3 câu trên 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 63 
• CÂU HỎI ÔN 
Bộ phận nào sau đây KHÔNG nhất thiết 
phải có trong đập đất đá hỗn hợp: 
 Bộ phận chống thấm 
 Bộ phận thoát nước 
 Thân đập 
 Đỉnh đập 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước 
7/21/2014 64 
• HẾT CHƯƠNG 3 
PGS. Dr. Nguyễn Thống 
CÔNG TRÌNH THỦY 
Chương 3: Hồ chứa nước