Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10778:2015 về Hồ chứa - Xác định các mực nước đặc trưng

• Số hiệu: TCVN10778:2015
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2015

TCVN 10778: 2015

HỒ CHỨA - XÁC ĐỊNH CÁC MỰC NƯỚC ĐẶC TRƯNG

Reservoirs - Determination of specific water levels

Mục lục

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

...

...

...

5 Yêu cầu về tài liệu cơ bản

6 Quy định chung

7 Mực nước chết

8 Mực nước dâng bình thường

9 Mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra và mực nước đón lũ

Phụ lục A (Quy định): Phân cấp công trình hồ chứa nước

Phụ lục B (Tham khảo): Tính toán bùn cát bồi lắng trong hồ chứa nước và xác định mực nước chết theo điều kiện bồi lắng

Phụ lục C (Tham khảo): Đánh giá khả năng điều tiết và hiệu quả điều tiết của hồ chứa nước

Phụ lục D (Tham khảo): Xác định dung tích hữu ích của hồ chứa cấp nước điều tiết năm theo phương pháp năm điển hình

...

...

...

Phụ lục F (Tham khảo): Tính toán điều tiết nhiều năm theo phương pháp thống kê

Phụ lục G (Tham khảo): Tính toán công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện

Phụ lục H (Tham khảo): Ví dụ tính toán điều tiết lũ cho hồ chứa

Lời nói đầu

TCVN 10778:2015 do Trung tâm Khoa học và Triển khai kỹ thuật thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại Quyết định số 3981/QĐ-BKHCN ngày 31 tháng 12 năm 2015.

HỒ CHỨA - XÁC ĐỊNH CÁC MỰC NƯỚC ĐẶC TRƯNG

Reservoirs - Determination of specific water levels

...

...

...

1.1 Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định các loại mực nước đặc trưng cho hai loại hồ điển hình là hồ chứa cấp nước (lợi dụng tổng hợp hoặc đơn mục tiêu) và hồ chứa thủy điện, theo chế độ điều tiết ngày, điều tiết năm và điều tiết nhiều năm, áp dụng cho mọi cấp công trình.

1.2 Các mực nước đặc trưng quy định trong tiêu chuẩn này bao gồm: mực nước chết, mực nước dâng bình thường, mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra và mực nước đón lũ.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 8477:2010 Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 8478:2010 Công trình thủy lợi - Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 9147:2012 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực đập tràn;

TCVN 9151:2012 Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực cống dưới sâu.

3 Thuật ngữ và định nghĩa

...

...

...

3.1

Mực nước đặc trưng của hồ chứa nước (Specific water levels of reservoir)

Các mực nước dùng để thiết kế công trình dâng nước tạo thành hồ chứa, bao gồm:

a) Mực nước chết: Mực nước khai thác thấp nhất của hồ chứa mà ở mực nước này công trình vẫn đảm bảo khai thác vận hành bình thường;

b) Mực nước dâng bình thường: Mực nước hồ cần phải đạt được ở cuối chu kỳ tích nước để đảm bảo cung cấp đủ nước theo mức đảm bảo thiết kế;

c) Mực nước lớn nhất thiết kế: Mực nước cao nhất xuất hiện trong hồ chứa khi trên lưu vực xảy ra lũ thiết kế;

d) Mực nước lớn nhất kiểm tra: Mực nước cao nhất xuất hiện trong hồ chứa khi trên lưu vực xảy ra lũ kiểm tra;

e) Mực nước đón lũ: Còn gọi là mực nước phòng lũ, là mực nước cao nhất được phép duy trì trong mùa tích nước để hồ chứa tham gia nhiệm vụ điều tiết lũ cho hạ lưu. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, mực nước đón lũ có thể bằng hoặc thấp hơn mực nước dâng bình thường, thậm chí bằng mực nước chết.

3.2

...

...

...

Bao gồm các loại dung tích sau:

a) Dung tích chết: Phần dung tích nằm dưới cao trình mực nước chết, ký hiệu là V_c;

b) Dung tích hữu ích: Còn gọi là dung tích làm việc, là phần dung tích nằm trong phạm vi từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường, ký hiệu là V_h;

c) Dung tích điều tiết lũ: Còn gọi là dung tích phòng lũ hoặc dung tích kiểm soát lũ, là phần dung tích của hồ chứa nằm trong phạm vi từ mực nước đón lũ đến mực nước lớn nhất kiểm tra làm nhiệm vụ điều tiết lũ, ký hiệu là V_dtl.

3.3

Dung tích hồ chứa (Storage capacity)

Dung tích tính từ đáy hồ đến mực nước dâng bình thường, ký hiệu là V_hc:

V_hc = V_c + V_h (1)

trong đó:

...

...

...

V_h là dung tích hữu ích của hồ, m^3.

3.4

Đường đặc tính hồ chứa nước (Reservoir characteristic curves)

Gồm hai đường cơ bản sau:

a) Đường biểu diễn quan hệ giữa cao trình mực nước hồ với diện tích mặt hồ, gọi là đường đặc tính diện tích mặt nước hồ;

b) Đường biểu diễn quan hệ giữa cao trình mực nước hồ với dung tích chứa của hồ, gọi là đường đặc tính dung tích hồ.

3.5

Lòng hồ (Reservoir foundation)

Vùng đất nằm dưới mực nước lớn nhất kiểm tra.

...

...

...

Đập chắn nước (Dam)

Công trình chắn ngang dòng chảy của sông suối hoặc ngăn những vùng thấp để giữ nước và nâng cao mực nước hình thành hồ chứa nước.

3.7

Công trình xả lũ (Flood discharge work)

Công trình xả lượng nước thừa, điều chỉnh lưu lượng xả về hạ lưu để đảm bảo an toàn cho hồ chứa nước và giảm lũ cho hạ lưu. Công trình xả lũ có 2 loại:

a) Công trình xả mặt: Công trình xả lũ có ngưỡng tràn đặt cao như đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, xi phông tháo lũ, giếng tháo lũ, có cửa van hoặc không có cửa van;

b) Công trình xả sâu: Công trình xả lũ có cửa vào luôn ngập dưới nước một độ sâu cần thiết để không phát sinh phiễu khí khi xả nước. Công trình xả sâu có thể đặt dưới đáy đập (cống ngầm), trong thân đập bê tông (đường ống), cũng có thể đặt ngoài tuyến chịu áp (đường hầm); có thể kết hợp xả lũ với nhiệm vụ xả cát, tháo cạn hồ. Loại công trình này bắt buộc phải có cửa van để điều tiết nước.

3.8

Công trình lấy nước (Water intake)

...

...

...

3.9

Tuyến chịu áp (Pressure line)

Tuyến bố trí các công trình ngăn dòng chảy để tạo thành hồ chứa nước và trực tiếp chịu áp lực nước từ hồ.

3.10

Dòng chảy của sông (River runoff)

Lượng nước di chuyển qua mặt cắt ngang sông tại vị trí xác định. Dòng chảy của sông thay đổi liên tục theo thời gian. Xét trong một năm, dòng chảy của sông được chia ra dòng chảy mùa lũ và dòng chảy mùa kiệt.

3.11

Chuẩn dòng chảy năm (Reference annual runoff)

Trị số dòng chảy trung bình nhiều năm của một con sông hoặc một đoạn sông tương ứng với một lưu vực xác định. Chuẩn dòng chảy năm có thể biểu thị dưới các hình thức sau đây:

...

...

...

- Tổng lượng dòng chảy trung bình nhiều năm, ký hiệu là W₀, đơn vị là m^3 hoặc 10^6 m^3;

- Mô-đun dòng chảy trung bình nhiều năm, ký hiệu là M₀, đơn vị là l/(s.km^2);

- Chiều sâu lớp dòng chảy trung bình nhiều năm, ký hiệu là Y₀, đơn vị là mm.

3.12

Chuẩn mưa năm (Reference annual rainfall)

Lượng mưa trung bình nhiều năm trên bề mặt lưu vực tính toán, ký hiệu là X₀, đơn vị là mm.

3.13

Chuẩn bốc hơi năm (Reference annual evaporation)

Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm trên bề mặt lưu vực tính toán, ký hiệu là Z₀, đơn vị là mm.

...

...

...

Năm thủy văn (Hydrological year)

Năm có 12 tháng được tính từ đầu mùa lũ năm trước đến hết mùa kiệt năm sau.

3.15

Phân phối dòng chảy trong năm (Annual runoff distrubution)

Dòng chảy của sông được phân phối theo thời gian của năm. Sự thay đổi dòng chảy trong năm mang tính chất chu kỳ: có thời kỳ nước lớn, thời kỳ nước nhỏ nối tiếp nhau và phụ thuộc vào tính chất tuần hoàn của các yếu tố khí hậu. Có thể biểu diễn đường quá trình phân phối dòng chảy trong năm bằng đường quá trình lưu lượng trung bình theo ngày, tuần, tháng, năm hoặc đường quá trình phân phối tổng lượng dòng chảy trung bình theo ngày, tuần, tháng, năm.

3.16

Điều tiết dòng chảy (Runoff regulation)

Dùng biện pháp công trình là xây dựng hồ chứa nước để phân phối lại dòng chảy của sông theo thời gian và không gian cho thích ứng với nhu cầu dùng nước và giảm nhẹ lũ cho hạ lưu. Điều tiết dòng chảy được phân thành các loại chính sau:

a) Điều tiết năm (còn gọi là điều tiết mùa): Điều tiết phân phối lại dòng chảy của sông trong phạm vi một năm bằng cách tích trữ một phần lượng dòng chảy mùa lũ để cung cấp thêm nước trong mùa kiệt. Hồ điều tiết năm có chu kỳ giao động mực nước trong hồ từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường (trừ trường hợp phải xả lũ) là một năm;

...

...

...

c) Điều tiết ngày: Điều tiết phân phối lại dòng chảy của sông cho phù hợp với yêu cầu dùng nước trong phạm vi một ngày. Hồ điều tiết ngày có dung tích hữu ích không lớn hơn lượng nước của một ngày ít nước tương ứng với tần suất thiết kế;

d) Không điều tiết: Khả năng điều tiết của hồ rất nhỏ và không ổn định. Việc tích nước và cấp nước trong hồ phụ thuộc vào khả năng của dòng chảy đến.

CHÚ THÍCH: Ngoài cách phân thành bốn loại điều tiết dòng chảy nêu trên, trong một số trường hợp có thể phân thêm loại điều tiết tuần hoặc điều tiết tháng. Giải thích thuật ngữ điều tiết tuần và điều tiết tháng cũng tương tự như giải thích đối với thuật ngữ điều tiết ngày (xem khoản c của điều này). Các loại điều tiết ngày, điều tiết tuần và điều tiết tháng gọi chung là điều tiết thời đoạn ngắn.

3.17

Lũ thiết kế (Design flood)

Trận lũ bất lợi nhất theo tính toán có thể sẽ xuất hiện tại tuyến xây dựng công trình tương ứng với tần suất thiết kế.

3.18

Lũ kiểm tra (Check flood)

Trận lũ bất lợi nhất theo tính toán có thể sẽ xuất hiện tại tuyến xây dựng công trình tương ứng với tần suất kiểm tra.

...

...

...

Mô hình trận lũ (Flood pattern)

Dạng đường quá trình phân phối lưu lượng lũ theo thời gian của trận lũ, bao gồm các đặc trưng sau:

- Thời gian kéo dài của trận lũ, ký hiệu là T, đơn vị là h:

T = T_l + T_x (2)

trong đó:

T_l là thời gian lũ lên, h;

T_x là thời gian lũ xuống, h;

- Lưu lượng đỉnh lũ, ký hiệu là Q_đ, đơn vị là m^3/s. Tuỳ thuộc vào đặc điểm hình thành trận lũ đó trên lưu vực mà một trận lũ có thể có một đỉnh lũ hoặc có nhiều đỉnh lũ;

- Tổng lượng trận lũ (thể tích dòng chảy trong một trận lũ), ký hiệu là W, đơn vị là m^3 hoặc 10^6 m^3.

...

...

...

Độ sâu công tác (Operating depth)

Khoảng cách thẳng đứng tính từ mực nước dâng bình thường đến mực nước chết, ký hiệu là h_ct, đơn vị là m. Trị số h_ct được gọi là độ sâu công tác có lợi khi nhà máy thủy điện vận hành với độ sâu công tác này có công suất đảm bảo phát điện trong mùa kiệt là lớn nhất và điện lượng phát ra trong mùa kiệt cũng lớn nhất.

3.21

Mức bảo đảm phục vụ của công trình hồ chứa nước (Guarantee of serving level of reservoirs)

Số năm hồ chứa nước đảm bảo khai thác đúng nhiệm vụ thiết kế trong chuỗi 100 năm liên tục, được tính bằng tỷ lệ phần trăm.

3.23

Tuổi thọ của hồ chứa nước (Service life of reservoir)

Thời gian khai thác tính từ năm đầu tích nước đến năm bùn cát bồi lắng bắt đầu ảnh hưởng đến khả năng lấy nước. Tuổi thọ của hồ chứa nước xác định theo cấp công trình, được quy định trong các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về thiết kế xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện.

4 Phân cấp và phân loại hồ chứa

...

...

...

Công trình hồ chứa được phân thành 5 cấp gồm cấp đặc biệt, cấp I, cấp II, cấp III và cấp IV, được quy định trong phụ lục A.

4.2 Phân loại

Trong tiêu chuẩn này hồ chứa nước được phân loại như sau:

a) Căn cứ vào cấp công trình, hồ chứa nước được chia thành ba loại theo quy mô như sau:

1) Hồ loại lớn: Các hồ cấp đặc biệt, cấp I và cấp II;

2) Hồ loại vừa: Các hồ cấp III;

3) Hồ loại nhỏ: Các hồ cấp IV;

b) Theo chức năng và nhiệm vụ khai thác, hồ chứa nước được chia thành hai loại chính sau:

1) Hồ chứa nước đa mục tiêu: Còn gọi là hồ chứa nước lợi dụng tổng hợp, phục vụ cho nhiều ngành dùng nước khác nhau;

...

...

...

c) Theo phương thức điều tiết phân phối lại dòng chảy, hồ chứa nước được phân thành ba loại chính sau đây:

1) Hồ điều tiết năm;

2) Hồ điều tiết nhiều năm;

3) Hồ điều tiết ngày (hoặc hồ điều tiết thời đoạn ngắn).

Phương thức điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa xem tại 3.16.

5 Yêu cầu về tài liệu cơ bản

5.1 Tài liệu về điều kiện tự nhiên

Các tài liệu về điều kiện tự nhiên sau đây rất cần thiết cho tính toán bùn cát bồi lắng, tính toán điều tiết hồ chứa và xác định các loại mực nước đặc trưng của hồ chứa nước. Thành phần, khối lượng và yêu cầu kỹ thuật đối với từng loại tài liệu cụ thể phụ thuộc vào yêu cầu của từng giai đoạn thiết kế và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan:

a) Tài liệu về khí tượng - thủy văn;

...

...

...

c) Tài liệu dòng chảy và phân phối dòng chảy đến hồ tương ứng với tần suất thiết kế và tần suất kiểm tra (dòng chảy năm, dòng chảy mùa kiệt, dòng chảy mùa lũ, đường quá trình lưu lượng thực đo trong mùa lũ và trong mùa kiệt);

d) Đường quan hệ giữa cao trình mực nước với lưu lượng dòng chảy của mặt cắt ngang sông ở phía hạ lưu đập ngăn sông và công trình xả nước;

e) Các tài liệu liên quan đến lượng mưa (mưa ngày, mưa năm), lượng bốc hơi nước và đặc điểm khí hậu, khí tượng trên lưu vực;

f) Đặc điểm động đất và kiến tạo trong khu vực;

g) Đặc điểm địa chất lòng hồ, bờ hồ, các sườn dốc và trên lưu vực;

h) Đặc điểm địa hình và địa mạo lưu vực hồ như độ dốc lưu vực và độ dốc của sườn dốc, hình dạng lưu vực, mức độ phức tạp và chia cắt của lưu vực;

i) Bùn cát trong sông suối chảy vào hồ như hàm lượng bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy;

k) Các số liệu về thiên tai đã xảy ra trên lưu vực hồ như bão, lũ quét, lũ ống, sạt lở đất;

l) Đặc tính đất, hiện trạng rừng và chất lượng thảm phủ trên lưu vực hồ (rừng tự nhiên, rừng trồng, đồi hoang, đất canh tác, mật độ che phủ và tỷ lệ che phủ, phân bố các loại thảm phủ trên lưu vực).

...

...

...

1) Tài liệu về khảo sát địa chất công trình tuân theo TCVN 8477:2010;

2) Tài liệu về khảo sát địa hình khu vực lòng hồ tuân theo TCVN 8478:2010;

3) Tài liệu nêu ở khoản b được sử dụng để thiết lập các đường đặc tính hồ chứa nước, xác định phạm vi lòng hồ và phạm vi ngập lụt vùng thượng lưu khi hồ chứa vận hành điều tiết;

4) Các tài liệu nêu từ khoản b đến khoản g được sử dụng để tính toán điều tiết xác định các loại mực nước đặc trưng của hồ chứa và xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của công trình hồ chứa nước;

5) Các tài liệu nêu từ khoản g đến khoản l được sử dụng để dự đoán thể tích đất sạt trượt vào phần dung tích hồ và thể tích bùn cát bồi lắng trong lòng hồ.

5.2 Tài liệu về phát triển kinh tế - xã hội

Gồm các tài liệu chính sau đây:

a) Yêu cầu sử dụng nước từ hồ chứa và cao trình mực nước ở hạ lưu cần đáp ứng cho từng đối tượng hưởng lợi như cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, phát điện, công nghiệp, du lịch, dân sinh, duy trì dòng chảy môi trường, các đối tượng dùng nước đang hoạt động ở thời điểm hiện tại và dự báo phát triển trong tương lai);

b) Yêu cầu về phòng lũ và an toàn cho dân cư, sản xuất, giao thông, quốc phòng và các công trình ở vùng hạ lưu hồ;

...

...

...

d) Đặc điểm sản xuất nông nghiệp và các ngành kinh tế khác trên lưu vực hồ như tỷ lệ diện tích và phân bố các loại đất đang được sử dụng, cơ cấu cây trồng và biện pháp canh tác trên đất dốc, tình trạng khai thác lâm sản và khoáng sản.

CHÚ THÍCH: Tài liệu nêu ở khoản d dùng để dự đoán dòng chảy bùn cát xâm nhập vào hồ và thể tích bùn cát bồi lắng trong lòng hồ.

6 Quy định chung

6.1 Phải xác lập được biểu đồ yêu cầu dùng nước từ hồ của các ngành tương ứng với mức đảm bảo thiết kế và mức thiệt hại cho phép trong những năm thiếu nước. Tuỳ từng trường hợp cụ thể của công trình hồ chứa nước mà xác lập biểu đồ dùng nước tương ứng với chu kỳ điều tiết theo ngày, theo tuần (10 ngày), theo tháng, theo năm hoặc nhiều năm phù hợp với yêu cầu và phương pháp tính toán điều tiết hồ chứa.

6.2 Các loại mực nước đặc trưng của hồ chứa được xác định từ các yêu cầu cơ bản sau đây:

a) Cấp đủ nước theo đúng biểu đồ dùng nước cho các ngành sử dụng nước từ hồ với mức bảo đảm cấp nước theo quy định của thiết kế;

b) Phải đảm bảo trả về hạ lưu lưu lượng và chế độ dòng chảy phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trường, nguồn lợi thủy sản và các đối tượng dùng nước đang hoạt động, kể cả đối tượng đã được đưa vào kế hoạch xây dựng trong tương lai gần như cấp thêm nước cho các công trình ở hạ lưu, yêu cầu giao thông thủy trong mùa khô;

c) An toàn cho bản thân công trình hồ chứa nước khi xảy ra lũ thiết kế và lũ kiểm tra;

d) Phù hợp với tuổi thọ của hồ;

...

...

...

6.3 Trên cơ sở xác định các loại dung tích đặc trưng của hồ chứa nước tương ứng với mức đảm bảo phục vụ và tuổi thọ của hồ để xác định các loại mực nước đặc trưng tương ứng.

6.4 Đối với hồ chứa đa mục tiêu phải đánh giá chính xác khả năng nguồn nước đến, thứ tự và mức độ ưu tiên cấp nước cho mỗi ngành dùng nước từ đó đưa ra một số phương án cấp nước, lựa chọn hình thức điều tiết dòng chảy, điều tiết lũ và đề xuất các giải pháp điều hòa nhu cầu dùng nước của các ngành. Những hồ có lượng nước đến thấp hoặc khả năng điều tiết kém, qua tính toán hiệu quả kinh tế có thể giảm bớt mức đảm bảo cấp nước hoặc bỏ hẳn yêu cầu dùng nước của một số ngành dùng nước phụ.

CHÚ THÍCH: Khi lượng nước không đủ cấp cho các ngành sử dụng nước, cơ quan tư vấn cần luận chứng để chứng minh khả năng điều tiết của hồ là không đáp ứng và đề xuất giải pháp cấp nước phù hợp, trình cấp có thẩm quyền quyết định.

6.5 Phải xác định rõ mức đảm bảo phục vụ và tuổi thọ của hồ phù hợp với cấp công trình hồ chứa. Đối với hồ chứa có thêm nhiệm vụ phòng lũ thì dung tích điều tiết lũ và mực nước phòng lũ không được ảnh hưởng đến vận hành cấp nước của hồ theo mức bảo đảm phục vụ đã quy định.

6.6 Phải xác định khả năng tháo lũ cho phép của đoạn sông hạ lưu. Căn cứ vào yêu cầu cụ thể của các đối tượng phòng lũ ở hạ lưu để xác định lưu lượng xả an toàn, mực nước lớn nhất và biên độ dao động mực nước cho phép xuất hiện trong một ngày đêm của đoạn sông phía hạ lưu khi xả lũ.

6.7 Có thể tham khảo phương pháp nêu trong phụ lục C để đánh giá khả năng điều tiết của hồ chứa và lựa chọn loại hồ điều tiết khi tính toán mực nước thiết kế hồ chứa nước.

7 Mực nước chết

7.1 Yêu cầu chung

7.1.1 Tính toán xác định cao trình mực nước chết của hồ chứa phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản sau đây:

...

...

...

b) Khi mực nước trong hồ ở cao trình mực nước chết vẫn đảm bảo điều kiện khai thác bình thường, có chế độ thủy lực ổn định qua công trình lấy nước và cấp đủ nước theo yêu cầu cho các đối tượng dùng nước.

CHÚ THÍCH: Cao trình mực nước chết sau khi đã trừ các tổn thất trên đường dẫn phải bằng hoặc lớn hơn cao trình cấp nước yêu cầu.

7.1.2 Đối với hồ chứa nước đa mục tiêu, ngoài yêu cầu thỏa mãn điều kiện bồi lắng bùn cát trong lòng hồ còn phải xác định cao trình mực nước chết tương ứng theo từng nhiệm vụ riêng biệt. Căn cứ vào thứ tự ưu tiên và mức độ ưu tiên cấp nước của từng nhiệm vụ và khả năng cấp nước của hồ, thông qua phân tích hiệu quả kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn cao trình mực nước chết phù hợp.

7.2 Theo điều kiện bồi lắng

Cao trình ngưỡng cống (mặt trên của đáy cống lấy nước), ký hiệu là Z_ng tại vị trí cửa vào không được thấp hơn cao trình bùn cát bồi lắng (ký hiệu là Z_bc) sau thời gian T năm vận hành (tương ứng với tuổi thọ của hồ chứa nước), đồng thời phải thấp hơn cao trình mực nước chết (ký hiệu là Z_c) một khoảng Dh để bảo đảm cống hoạt động bình thường dẫn được lưu lượng thiết kế. Có thể tham khảo phương pháp tính toán xác định thể tích bùn cát, cao trình bùn cát lắng đọng trong lòng hồ sau thời gian vận hành khai thác và xác định cao trình mực nước chết theo điều kiện bồi lắng nêu tại phụ lục B.

7.3 Theo yêu cầu dẫn nước tưới ruộng

Để lấy được nước tưới tự chảy, cao trình mực nước chết Z_c của hồ phải cao hơn hoặc bằng cao trình cấp nước tưới tự chảy (Z_tk) tại vị trí cửa ra của cống cộng với tổn thất cột nước qua cống:

Z_c ³ Z_tk + DZ (3)

trong đó:

...

...

...

DZ là tổng tổn thất cột nước trên đường dẫn nước từ hồ đến điểm cấp nước. DZ được xác định theo kết quả tính toán thủy lực tương ứng với trường hợp mực nước hồ ở cao trình mực nước chết lấy được lưu lượng theo thiết kế.

CHÚ THÍCH: Hầu hết các hồ chứa nước ở nước ta đều nằm ở vùng trung du, miền núi là nơi có cốt đất cao trong khi đó vùng hưởng lợi (vùng tưới) của các hồ này đều nằm ở khu vực hạ lưu nơi có cao độ địa hình thấp, thậm chí thấp hơn rất nhiều so với cao độ lòng hồ. Bởi vậy kết quả tính toán xác định cao trình mực nước chết theo yêu cầu tưới tự chảy thường nhỏ hơn nhiều so với yêu cầu chứa bùn cát bồi lắng và các yêu cầu khác.

7.4 Theo điều kiện phát điện

7.4.1 Đối với hồ chứa đa mục tiêu có kết hợp thêm nhiệm vụ phát điện thì ngoài yêu cầu thỏa mãn các quy định nêu tại 7.1, 7.2 và 7.3, mực nước chết còn phải xác định theo cột nước công tác thấp nhất cho phép của tuốc bin (khi làm việc với mực nước này tuốc bin vẫn hoạt động bình thường).

7.4.2 Đối với hồ có nhiệm vụ phát điện là chính thì mực nước chết được xác định thông qua kết quả tính toán kinh tế thủy năng sao cho công suất đảm bảo của nhà máy thủy điện là lớn nhất. Có thể sử dụng các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành về tính toán thủy năng để xác định cao trình mực nước chết và các thông số cơ bản khác của nhà máy thủy điện.

7.5 Theo yêu cầu nuôi thủy sản

7.5.1 Các hồ chứa nước khi đã hình thành đều có kết hợp nuôi trồng thủy sản. Theo yêu cầu nuôi thủy sản thì mực nước trong lòng hồ khi xuống tới mực nước chết phải có đủ diện tích mặt thoáng và độ sâu phù hợp với quy trình nuôi trồng thủy sản, đáp ứng được yêu cầu sinh trưởng và phát triển bình thường của các loài nuôi.

7.5.2 Cao trình mực nước chết theo yêu cầu nuôi thủy sản xác định theo công thức sau:

Z_c = _bc + D (4)

...

...

...

_bc là cao trình trung bình của mặt trên của lớp bùn cát bồi lắng trong hồ sau thời gian T năm vận hành, m;

Dh là độ sâu lớp nước tối thiểu cần phải duy trì trong hồ khi mực nước hạ xuống tới mực nước chết. Dh lấy theo quy định sau:

- Các hồ chứa từ cấp IV trở xuống: Dh ≥ 1,5 m;

- Các hồ chứa từ cấp III trở lên: Dh ≥ 2,0 m.

7.6 Theo yêu cầu du lịch, nghỉ dưỡng

Căn cứ vào yêu cầu về cảnh quan du lịch, môi trường sinh thái ở khu vực thượng lưu và hạ lưu hồ chứa cũng như các yêu cầu phục vụ khác liên quan đến quy hoạch xây dựng các khu du lịch, nghỉ dưỡng, cơ quan tư vấn phải tính toán đề xuất cao trình mực nước chết phù hợp và được cơ quan có thẩm quyền chấp thuận.

7.7 Theo yêu cầu vận tải thủy

Khi có yêu cầu vận tải thủy ở trong hồ và thượng lưu hồ thì mực nước chết phải có đủ độ sâu cần thiết đảm bảo cho các phương tiện vận tải thủy có tải trọng lớn nhất cho phép lưu thông trên hồ trong mùa cạn hoạt động bình thường. Cao trình mực nước chết được xác định theo công thức sau:

Z_c = Z_bc + [H]_GT (5)

...

...

...

Z_bc là cao trình mặt trên của lớp bùn cát bồi lắng trong hồ sau thời gian T năm vận hành. Z_bc lấy tại vị trí cao nhất trên luồng dẫn cho phép phương tiện vận tải thủy qua lại, m;

[H]_GT là độ sâu nước tối thiểu cho phép các phương tiện vận tải thủy có tải trọng lớn nhất lưu thông bình thường, m.

8 Mực nước dâng bình thường

8.1 Hồ chứa điều tiết cấp nước

8.1.1 Quy định chung

8.1.1.1 Phải xác định được dung tích hữu ích (V_h) của hồ chứa (còn gọi là dung tích hiệu quả). Có dung tích chết và dung tích hữu ích xác định được dung tích hồ chứa (ký hiệu là V_hc, xem 3.3). Căn cứ vào V_hc và đường đặc tính dung tích hồ chứa đã biết để xác định cao trình mực nước dâng bình thường.

8.1.1.2 Tuỳ từng trường hợp cụ thể về yêu cầu cấp nước, khả năng nguồn nước đến và quy mô của hồ chứa, việc tính toán xác định mực nước dâng bình thường cho hồ chứa cấp nước đa mục tiêu hoặc đơn mục tiêu, có thể lựa chọn áp dụng phương pháp điều tiết cấp nước theo chế độ điều tiết phù hợp (điều tiết năm, điều tiết nhiều năm hoặc điều tiết theo tuần 10 ngày).

8.1.1.3 Áp dụng nguyên lý cân bằng giữa quá trình dòng chảy đến hồ và quá trình cấp nước của hồ tương ứng với từng thời đoạn tính toán (thời đoạn tính có thể tính theo tháng hoặc theo tuần 10 ngày) để tính toán điều tiết hồ chứa cấp nước (gọi chung là nguyên lý cân bằng nước). Kết quả tính toán điều tiết cấp nước là xác định được dung tích hữu ích của hồ. Nguyên lý cân bằng nước được thể hiện qua phương trình cơ bản sau đây:

(Q_vi - Q_ri).Dt_i = DV_i (6)

...

...

...

DV_i = V_i - V_i-1 (7)

V_i-1 là dung tích hồ chứa tại đầu thời đoạn tính toán (thời điểm t_i-1), là trị số đã biết), m^3;

V_i là dung tích hồ chứa tại cuối thời đoạn tính toán (thời điểm t_i), là trị số cần tìm), m^3;

Dt_i là thời đoạn tính toán cân bằng thứ i, s: Dt_i = t_i - t_i-1 ;

Q_vi là lưu lượng dòng chảy vào hồ trung bình trong thời đoạn tính toán Dt_i, m^3/s. Q_vi có thể là quá trình lưu lượng của một năm thiết kế hoặc cả chuỗi số liệu, tuỳ theo phương pháp tính toán;

Q_ri là lưu lượng nước từ trong hồ chứa thoát ra ngoài hồ bình quân trong thời đoạn tính toán Dt_i, m^3/s, được xác định theo công thức sau:

Q_ri = Q_yi + Q_bi + Q_ti + Q_xi (8)

Q_yi là lưu lượng nước cấp cho các đối tượng có yêu cầu sử dụng nước hồ (đại lượng đã biết theo kế hoạch dùng nước), m^3/s;

Q_bi là lưu lượng nước tổn thất do bốc hơi, m^3/s, phụ thuộc vào lớp nước bốc hơi gia tăng DZ_i và diện tích mặt hồ (F_hi) tương ứng với dung tích hồ bình quân () ở thời đoạn tính toán thứ i. Do V_i là trị số cần tìm nên việc xác định Q_bi phải qua tính toán thử dần. Phương pháp xác định DZ_i nêu tại 8.1.1.4 còn  xác định theo công thức sau:

...

...

...

Q_xi là lưu lượng nước thừa cần phải xả ra khỏi hồ (còn gọi là nước xả thừa), m^3/s, phụ thuộc vào quá trình nước đến, quá trình cấp nước và phương thức vận hành hồ chứa (trữ nước sớm, trữ nước muộn, hoặc theo các ràng buộc về yêu cầu phòng chống lũ).

Q_ti là lưu lượng nước tổn thất do thấm, rò rỉ qua công trình, m^3/s. Trị số Q_ti rất khó xác định do phụ thuộc vào đặc điểm địa chất lòng hồ, hình dạng hồ, loại công trình ngăn nước và lượng nước trữ ở trong hồ. Có thể sử dụng bảng 1 để xác định gần đúng trị số Q_ti theo tỷ lệ phần trăm lượng nước chứa bình quân trong hồ hoặc theo diện tích mặt nước hồ trung bình trong thời đoạn tính toán:

Bảng 1 - Mức thấm trong hồ chứa nước

Đặc điểm địa chất lòng hồ

Lượng thấm tính theo dung tích hồ trung bình trong thời đoạn tính toán

%

Lớp nước thấm tính theo diện tích mặt hồ trung bình trong thời đoạn tính toán

mm

Năm

...

...

...

Năm

Ngày đêm

Tốt

Từ 5 đến 10

Từ 0,5 đến 1,0

< 0,5

Từ 1 đến 2

Trung bình

Từ 10 đến 20

...

...

...

Từ 0,5 đến 1,0

Từ 2 đến 3

Xấu

Từ 20 đến 30

Từ 1,5 đến 3,0

Từ 1,0 đến 2,0

Từ 3 đến 4

GHÚ THÍCH:

Căn cứ vào lượng hút nước đơn vị (ký hiệu là q, đơn vị là l/min) của đất đá lòng hồ để phân loại địa chất lòng hồ như sau:

...

...

...

b) Loại trung bình (thấm nước vừa): 0,1 l/min £ q < 1,0 l/min;

c) Loại xấu (thấm nước nhiều): q ³ 1,0 l/min.

8.1.1.4 Lượng tổn thất bốc hơi gia tăng trong khoảng thời đoạn Dt_i sau khi hình thành hồ chứa nước, ký hiệu là DZ_i, đơn vị là m^3, được xác định theo công thức sau:

DZ_i = DZ₁ + DZ₂ (10)

trong đó:

DZ₁ là lượng bốc hơi tăng thêm do mặt đất lòng hồ bị ngập nước, m^3, xác định theo công thức:

DZ₁ = 10^-3 x (F₂ - F₁) x (Z_nước - Z_đất) (11)

F₁ là diện tích mặt nước trước khi có hồ, m^2;

F₂ là diện tích mặt nước sau khi có hồ, m^2;

...

...

...

Z_đất là lượng bốc hơi từ mặt đất (từ mặt lưu vực hồ), mm, xác định theo công thức sau:

Z_đất = X_0LV - Y₀ (12)

X_0LV là lượng mưa bình quân nhiều năm trên mặt lưu vực tính toán, mm;

Y₀ là chiều sâu lớp dòng chảy trung bình nhiều năm của lưu vực tính toán, mm;

DZ₂ là lượng bốc hơi tăng thêm do độ ẩm của vùng bờ quanh hồ tăng lên, m^3, được xác định theo công thức sau:

DZ₂ = 10^-3 x F_ẩm x (Z_{đất ẩm} - Z_đất) (13)

F_ẩm là diện tích lớp đất ẩm quanh bờ hồ, m^2;

Z_{đất ẩm} là lượng bốc hơi của đất ẩm, mm.

CHÚ THÍCH:

...

...

...

2) Có thể sử dụng các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành về tính toán các đặc trưng khí tượng - thủy văn để xác định lượng tổn thất bốc hơi gia tăng DZ_i khi xây dựng công trình hồ chứa nước.

8.1.2 Hồ chứa điều tiết năm

8.1.2.1 Có hai phương pháp cơ bản thường được sử dụng trong tính toán điều tiết năm là phương pháp điều tiết theo một số năm điển hình và phương pháp điều tiết toàn chuỗi. Tuỳ thuộc vào khả năng cung cấp các tài liệu về đường quá trình lưu lượng nước đến, đường quá trình lưu lượng nước cần sử dụng, quy mô công trình hồ chứa và yêu cầu điều tiết cấp nước để lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp.

8.1.2.2 Nếu liệt tài liệu đường quá trình nước đến hồ không dài, hoặc cần so sánh nhiều phương án khi thiết kế, hoặc khi tính toán điều tiết cho các hồ chứa loại vừa và nhỏ có thể áp dụng phương pháp điều tiết theo một số năm điển hình (còn gọi là phương pháp lập bảng). Sử dụng phương trình cân bằng nước (6) để toán điều tiết cấp nước theo thời đoạn tháng (hoặc theo tuần 10 ngày) cho một chu kỳ điều tiết là một năm thiết kế. Có thể tham khảo trình tự các bước tính theo phương pháp này nêu tại phụ lục D để tính toán điều tiết cấp nước cho hồ chứa nước cụ thể.

8.1.2.3 Các hồ chứa nước loại lớn, hoặc hồ có liệt tài liệu về biểu đồ quá trình nước đến và quá trình yêu cầu nước cần cung cấp từ hồ dài (trên 15 năm) có thể áp dụng phương pháp điều tiết toàn chuỗi (còn gọi là phương pháp tần suất đảm bảo cấp nước). Nếu số liệu thực đo không đủ dài cần bổ sung kéo dài tài liệu. Áp dụng nguyên lý cân bằng nước để tính toán cân bằng nước cho từng tháng theo quá trình nước đến và quá trình cấp nước từng năm cho cả chuỗi số liệu thống kê. Trong tính toán sơ bộ có thể chỉ yêu cầu tài liệu lượng nước cần cấp của một năm điển hình bất lợi nào đó và dùng nó để tính với chuỗi dòng chảy có n năm tài liệu. Nội dung của phương pháp như sau:

a) Giả thiết một trị số dung tích hiệu quả V_h. Căn cứ vào tài liệu nước đến và tài liệu nước cấp cho từng tháng, tính toán điều tiết hồ chứa theo trình tự thời gian cho tất cả các năm trong chuỗi số liệu thống kê. Nếu kết quả tính toán điều tiết cho số năm đảm bảo cấp nước lớn hơn hoặc bằng trị số m xác định theo công thức (14) thì đó là dung tích cần tìm, nếu không đáp ứng được thì phải giả thiết một trị số dung tích khác và tính toán lại:

m = .P_CN (14)

trong đó:

n là số năm tính toán;

...

...

...

P_CN là tần suất thiết kế cấp nước, %;

CHÚ THÍCH: Số năm bị phá hoại là n - m.

b) Khi áp dụng phương pháp điều tiết toàn chuỗi cần tính toán tổn thất nước cho từng tháng bằng phương pháp thử dần hoặc phương pháp lập bảng gồm hai bước: bước một chưa kể đến tổn thất và bước hai xét đến tổn thất. Trong quá trình tính toán có thể xảy ra các trường hợp sau đây:

- Trường hợp ở thời đoạn nào đó dung tích hồ chứa nhỏ hơn dung tích chết thì lấy bằng dung tích chết và thời đoạn đó được đánh dấu là không đảm bảo cấp nước;

- Trường hợp ở thời đoạn nào đó dung tích hồ chứa lớn hơn tổng dung tích thì lấy bằng tổng dung tích và thời đoạn đó có nước xả thừa;

c) Có thể tham khảo trình tự các bước tính toán điều tiết theo phương pháp toàn chuỗi nêu trong phụ lục E để tính toán điều tiết cấp nước cho hồ chứa nước cụ thể.

8.1.3 Hồ chứa điều tiết nhiều năm

8.1.3.1 Có hai phương pháp thường sử dụng trong tính toán điều tiết hồ điều tiết nhiều năm là phương pháp toàn chuỗi và phương pháp thống kê. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình khả năng cung cấp các tài liệu về đường quá trình lưu lượng nước đến, đường quá trình lưu lượng nước cần sử dụng, quy mô công trình hồ chứa và yêu cầu điều tiết cấp nước để lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp.

8.1.3.2 Nội dung tính toán của phương pháp điều tiết toàn chuỗi như sau:

...

...

...

b) Xác định số năm đảm bảo cấp nước m trong chuỗi n năm điều tiết và tính toán xác định tần suất số năm đảm bảo cấp nước P_nn theo công thức (15). Nếu tần suất P_nn tính được xấp xỉ bằng tần suất thiết kế (P_CN, %) thì dung tích giả thiết là dung tích điều tiết nhiều năm cần tìm. Nếu không đáp ứng được thì phải giả thiết một trị số dung tích điều tiết khác và tính toán lại:

P_nn = x 100 % (15)

8.1.3.3 Nội dung của phương pháp thống kê là chia dung tích điều tiết của hồ chứa điều tiết nhiều năm thành hai thành phần gồm dung tích nhiều năm (V_nn) và dung tích năm (V_n). Điều tiết dòng chảy giữa các năm do phần dung tích nhiều năm đảm nhận còn điều tiết dòng chảy trong năm do phần dung tích năm đảm nhận. Trình tự các bước tính toán và trường hợp tính toán điều tiết nhiều năm theo phương pháp thống kê được giới thiệu ở Phụ lục F.

8.1.4 Hồ chứa điều tiết cấp nước thời đoạn ngắn

8.1.4.1 Nguyên tắc chung khi tính toán chọn mực nước dâng bình thường của hồ chứa cấp nước điều tiết thời đoạn ngắn (điều tiết ngày, điều tiết tuần 10 ngày, điều tiết tháng, được gọi chung là thời đoạn tính toán) là tính được dung tích điều tiết lớn nhất trong thời đoạn đó tương ứng với tần suất thiết kế. Có dung tích chết (xác định theo điều 7) và dung tích hữu ích, xác định được cao trình mực nước dâng bình thường thông qua đường đặc tính dung tích hồ chứa (đường quan hệ Z ~ V).

8.1.4.2 Trình tự tính toán dung tích điều tiết cấp nước lớn nhất thiết kế như sau:

a) Lập bảng đường quá trình yêu cầu nước cần cấp tại công trình đầu mối hồ chứa và đường quá trình nước đến tương ứng với tần suất thiết kế (đường quá trình lưu lượng hoặc đường quá trình tổng lượng nước trung bình của thời đoạn tính toán);

b) Tính toán cân bằng giữa lượng nước đến và lượng nước dùng cho tất cả các thời đoạn tương ứng trong năm theo công thức tổng quát sau:

Q_ri - Q_vi = ± DQ_i

...

...

...

c) Thời đoạn nào trong năm có trị số DQ_i hoặc DW_i lớn nhất được chọn để tính toán dung tích điều tiết của hồ. Dung tích điều tiết V_h của hồ xác định theo công thức sau:

V_h = max (DW_i) + V_tt

hoặc: V_h = 86 400 x t x max (DQ_i) + V_tt (17)

trong đó:

Q_vi là lưu lượng nước đến trung bình từng thời đoạn tính toán của năm thiết kế, m^3/s;

Q_ri là lưu lượng nước yêu cầu cần lấy tại công trình đầu mối hồ chứa, trung bình từng thời đoạn tính toán tương ứng với tần suất thiết kế, m^3/s;

W_vi là tổng lượng nước đến trung bình từng thời đoạn tính toán của năm thiết kế, m^3;

W_ri là tổng lượng nước yêu cầu cần cấp tại đầu mối công trình, trung bình từng thời đoạn tính toán tương ứng với tần suất thiết kế, m^3;

t là thời gian điều tiết (số ngày điều tiết), d;

...

...

...

V_tt là lượng nước tổn thất trong hồ chứa bao gồm tổn thất do bốc hơi và tổn thất do thấm mất nước trong thời gian điều tiết, m^3. Dựa vào dung tích điều tiết của hồ chưa kể đến tổn thất, các đường đặc tính hồ chứa, bảng 1, quy định tại 8.1.1.4 và các tài liệu khác có liên quan để tính toán lượng nước tổn thất V_tt.

8.2 Hồ chứa phát điện

8.2.1 Quy định chung

8.2.1.1 Mực nước dâng bình thường ảnh hưởng quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nước, lưu lượng điều tiết, công suất đảm bảo và điện lượng hàng năm của nhà máy thủy điện. Tại một vị trí tuyến xây dựng công trình đã xác định, mực nước dâng bình thường càng cao thì dung tích hồ chứa, khả năng phát điện và cung cấp nước cho khu vực hạ lưu càng lớn, nhưng quy mô công trình đầu mối cũng càng lớn, phạm vi vùng ngập của lòng hồ, mức độ thiệt hại về kinh tế - xã hội và mức độ ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng do ngập lụt gây ra càng nhiều. Việc nâng cao mực nước dâng bình thường cũng chỉ có giới hạn do bị phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất khu vực xây dựng công trình đầu mối và lòng hồ. Nếu công trình xây dựng trên một dòng sông mà ngoài nó ra còn có một vài công trình khác đã xây dựng hoặc dự kiến sẽ xây dựng ở phía thượng lưu thì khi nâng cao mực nước dâng bình thường có thể sẽ gây ra ngập lụt chân công trình ở phía trên, làm thay đổi theo hướng bất lợi đối với chế độ khai thác và điều kiện vận hành an toàn, ổn định của các công trình phía trên.

8.2.1.2 Phải tính toán thủy năng để xác định cao trình mực nước dâng bình thường của hồ chứa phát điện. Căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình mà đề xuất một số phương án cao trình mực nước dâng bình thường chênh lệch nhau một trị số DZ nào đó, sau đó tính toán so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của từng phương án để lựa chọn trị số mực nước dâng bình thường phù hợp.

8.2.1.3 Ngoài các phương pháp tính toán nêu trong tiêu chuẩn này, có thể áp dụng phương pháp mô hình toán hoặc các phương pháp khác đã được kiểm nghiệm trong thực tế, hoặc các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành về tính toán thủy năng để xác định cao trình mực nước dâng bình thường và các thông số cơ bản khác của hồ chứa và nhà máy thủy điện.

8.2.2 Hồ chứa của nhà máy thủy điện điều tiết năm

8.2.2.1 Đối với hồ có nhiệm vụ chủ yếu là phát điện, tương ứng với một phương án về mực nước dâng bình thường cần phải xác định được độ sâu công tác có lợi nhất. Phương pháp xác định như sau:

a) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình (các điều kiện về tự nhiên, kinh tế - xã hội đã nêu tại điều 5), đề xuất một số phương án mực nước dâng bình thường. Tương ứng với một phương án mực nước dâng bình thường đã đề xuất, giả thiết một số độ sâu công tác (h_cti) nhưng phải đảm bảo mực nước chết không thấp hơn mực nước chết xác định theo điều kiện bồi lắng. Dựa vào đường đặc tính dung tích (đường quan hệ Z ~ V) của hồ chứa để xác định dung tích chết (V_ci) và dung tích hữu ích tương ứng (V_hi);

...

...

...

c) Vẽ đường quan hệ giữa độ sâu công tác với điện lượng mùa kiệt có thể phát được (đường quan hệ E = f(h_ct)) như hình 1 và từ hình 1 có thể tìm được trị số độ sâu công tác có lợi nhất của một phương án về cao trình mực nước dâng bình thường (tương ứng với trị số h_cti có E_muakiet đạt trị số lớn nhất);

Hình 1 - Quan hệ giữa độ sâu công tác với điện lượng có thể phát ra được

d) Tính toán hiệu quả kinh tế cho từng phương án mực nước dâng bình thường đã đề xuất để lựa chọn trị số mực nước dâng bình thường phù hợp, đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật;

e) Trường hợp đường quan hệ E = f(h_ct) không có điểm cực trị (trường hợp độ sâu công tác càng tăng thì điện lượng phát ra càng lớn) thì việc lựa chọn h_ct phải dựa trên các yêu cầu sau đây:

- Đảm bảo cho hồ có dung tích chết đủ chứa hết bùn cát lắng đọng trong suốt thời kỳ vận hành, khai thác phù hợp với tuổi thọ của hồ chứa nước;

- Đảm bảo cột nước công tác cho phép của tuốc bin vận hành an toàn, ổn định và nằm trong vùng có hiệu suất cao;

- Trong quá trình vận hành phát điện không kéo theo bùn cát lắng đọng trong hồ vào tuốc bin.

CHÚ THÍCH:

...

...

...

2) Có thể tham khảo phương pháp tính toán công suất đảm bảo của nhà máy thủy điện nêu trong phụ lục G.

8.2.2.2 Nếu hồ chứa của nhà máy thủy điện là hồ chứa lợi dụng tổng hợp thì việc xác định độ sâu công tác có lợi phải thông qua tính toán cân bằng lưu lượng cấp nước cũng như cân đối mực nước tối thiểu ở thượng lưu và hạ lưu công trình. Khi gặp trường hợp này cần lưu ý các yêu cầu sau đây:

a) Đối với cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và các ngành dùng nước khác, một mặt phải đảm bảo cấp lưu lượng cần thiết theo quy trình sản xuất, mặt khác lưu lượng xả xuống hạ lưu phải đảm bảo mực nước ở hạ lưu có cao trình phù hợp với yêu cầu lấy nước của các công trình đã có, hoặc phải đảm bảo lưu lượng tối thiểu để hạn chế nước mặn xâm nhập;

b) Đối với giao thông vận tải thủy ở hạ lưu phải đảm bảo đủ chiều sâu mớn nước của các loại phương tiện vận tải thủy hoạt động đã được quy định cho từng tuyến đường thủy theo quy hoạch phát triển giao thông;

c) Khi tính toán điều tiết cân bằng nước cho các ngành, nếu có những yêu cầu mà khả năng nguồn nước cũng như dung tích hồ không thể đảm bảo thì phải giảm bớt yêu cầu của một vài ngành (kể cả giảm bớt sản lượng điện) trên cơ sở tính toán hiệu ích kinh tế, đảm bảo các yêu cầu chính trị - xã hội và môi trường.

8.2.3 Hồ chứa của nhà máy thủy điện điều tiết ngày

8.2.3.1 Nguyên tắc chung khi tính toán chọn độ sâu công tác và dung tích điều tiết hồ chứa nước của nhà máy thủy điện điều tiết ngày phải bắt đầu từ việc xác định mực nước chết, từ đó tính ra mực nước thượng lưu cao nhất trong điều kiện làm việc bình thường. Nên chọn mực nước chết và cao trình ngưỡng cửa lấy nước thấp.

8.2.3.2 Dung tích điều tiết của hồ điều tiết ngày V_h, m^3, xác định theo công thức sau:

V_h = T_PĐ x 3 600 x (Q_PĐ - Q_ĐB) (18)

...

...

...

T_PĐ là thời gian phát điện trong một ngày, h;

Q_PĐ là lưu lượng phát điện, m^3/s;

Q_ĐB là lưu lượng đảm bảo, m^3/s.

8.2.3.3 Căn cứ vào dung tích điều tiết V_h và dung tích chết V_c của hồ điều tiết ngày đã biết, sử dụng đường quan hệ Z ~ V của hồ chứa để xác định cao trình mực nước dâng bình thường.

CHÚ THÍCH: Các thông số về độ sâu công tác, dung tích hồ điều tiết ngày và công suất lắp máy hoàn toàn phụ thuộc lẫn nhau, không thông số nào có thể xác định trước một cách độc lập. Các thông số này thường được xác định đồng thời thông qua nhiều phương án tính thử dần và so sánh hiệu quả kinh tế.

9 Mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra và mực nước đón lũ

9.1 Quy định chung

9.1.1 Mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra và mực nước đón lũ của hồ chứa được xác định thông qua tính toán điều tiết lũ. Trong quá trình xả lũ phải đảm bảo mực nước lớn nhất xuất hiện ở sông hạ lưu và biên độ dao động mực nước ở sông phía hạ lưu không vượt quá giới hạn phòng chống lũ cho phép.

CHÚ THÍCH: Kết quả tính toán điều tiết lũ xác định được dung tích cắt lũ. Biết được dung tích hồ trước khi đón lũ về và dung tích cắt lũ sẽ xác định mực nước lớn nhất của hồ chứa thông qua đường đặc tính dung tích.

...

...

...

a) Phương trình cân bằng nước:

[Q_v(t) - Q_r(t)] x Dt = DV(t) (19)

b) Phương trình động lực mô tả quá trình chuyển nước qua các cửa vào hoặc cửa ra của hồ chứa:

Q(t) = f[C, Z_t(t), Z_h(t)] (20)

trong đó:

Dt là khoảng thời gian tính toán, s;

Q_v(t) là lưu lượng nước lũ chảy vào hồ chứa trong khoảng thời gian tính toán Dt ứng với tần suất thiết kế, m^3/s;

Q_r(t) là lưu lượng nước tháo ra khỏi hồ chứa qua các công trình xả trong khoảng thời gian tính toán Dt, m^3/s;

DV(t) là chênh lệch dung tích hồ chứa trong khoảng thời gian tính toán Dt, m^3;

...

...

...

Z_t(t) là quá trình mực nước trong hồ (mực nước thượng lưu) theo thời gian t, m;

Z_h(t) là quá trình mực nước ở hạ lưu tuyến ra (mực nước hạ lưu) theo thời gian t, m;

Q(t) là hàm số biểu thị quan hệ giữa lưu lượng nước chảy vào hồ (hoặc chảy ra khỏi hồ) với các đại lượng C, Z_t(t) và Z_h(t), m^3/s.

VÍ DỤ: Đối với loại cửa ra là đập tràn đỉnh rộng, không có cửa van điều tiết, chế độ chảy tự do, phương trình (23) được viết như sau:

Q = 4,43 x s_n x e x m x B x H₀^3/2(21)

trong đó:

B = åb;

B là tổng chiều rộng nước tràn, m;

b là chiều rộng của từng khoang tràn, m;

...

...

...

e là hệ số co hẹp bên;

m là hệ số lưu lượng;

H₀ là cột nước trên đỉnh đập tràn có kể tới lưu tốc đến gần, m;

Các hệ số s_n, e, m và H₀ xác định theo TCVN 9147: 2012.

9.1.3 Có nhiều phương pháp giải hệ phương trình (19) và (20). Ngoài phương pháp giải hệ phương trình quy định trong tiêu chuẩn này, cho phép áp dụng các phần mềm chuyên dụng và phương pháp tính toán thông dụng khác đang được giảng dạy trong các trường đại học kỹ thuật liên quan đến tính toán điều tiết lũ của hồ chứa.

9.1.4 Cần có các tài liệu cơ bản và điều kiện biên sau đây phục vụ tính toán điều tiết lũ:

a) Mô hình trận lũ thiết kế và trận lũ kiểm tra, bao gồm lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng trận lũ và đường quá trình phân phối tổng lượng lũ theo thời gian. Phương pháp xác định mô hình trận lũ thiết kế và trận lũ kiểm tra thực hiện theo quy định hiện hành về tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế;

b) Thông số thiết kế của các công trình tham gia tháo lũ như công trình xả mặt (cao trình ngưỡng tràn, chiều rộng đường tràn, hình thức tràn), kích thước và cao trình của các công trình xả sâu. Dựa vào các thông số này để tính toán thiết lập đường cong biểu diễn quan hệ giữa khả năng xả lũ (lưu lượng xả lũ) của các công trình tháo lũ có mặt trong công trình hồ chứa với mực nước hồ chứa. Với nhà máy thủy điện khi lũ đến vẫn hoạt động thì phải tính thêm lưu lượng qua tuốc bin như một thành phần của lưu lượng xả lũ. Trong thành phần của lưu lượng xả lũ không xét đến lượng nước qua âu thuyền và lượng nước dùng cho tưới ruộng và các mục đích khác;

c) Lựa chọn phương thức xả lũ phù hợp với điều kiện của đối tượng cần bảo vệ ở hạ du;

...

...

...

e) Căn cứ vào yêu cầu phòng lũ cho các khu vực xung quanh bờ hồ và thượng lưu hồ để xác định mực nước lớn nhất cho phép xuất hiện trong lòng hồ, đề xuất biện pháp phù hợp nhằm hạn chế ảnh hưởng bất lợi của ngập lụt do hồ vận hành xả lũ gây ra;

f) Dự báo về lưu lượng lớn nhất, mực nước lớn nhất, thời gian xuất hiện đỉnh lũ và biên độ dao động mực nước lũ trong một ngày đêm tại các khu vực cần bảo vệ ở phía sông khi hồ chứa xả lũ thiết kế và xả lũ kiểm tra.

9.2 Tính toán điều tiết lũ khi đã biết kích thước công trình tháo lũ

9.2.1 Mục đích chính của tính toán điều tiết khi xuất hiện trận lũ thiết kế (hoặc trận lũ kiểm tra) trong trường hợp đã biết loại công trình tháo lũ và kích thước công trình tháo lũ là xác định được đường quá trình lưu lượng xả xuống hạ lưu, đường quá trình dung tích cắt lũ và đường quá trình mực nước thượng lưu hồ (mực nước hồ).

9.2.2 Phương pháp tính toán điều tiết như sau:

a) Lưu lượng nước lũ xả qua các công trình tháo lũ để xuống hạ lưu xác định như sau:

- Khi công trình tháo lũ là đập tràn: Tính theo công thức nêu trong TCVN 9147:2012;

- Khi công trình tháo lũ là cống dưới sâu: Tính theo công thức nêu trong TCVN 9151:2012;

b) Giả thiết trong khoảng thời gian Dt lưu lượng vào hồ là _v, lưu lượng ra khỏi hồ là _r và dung tích hồ thay đổi theo quan hệ tuyến tính (đường thẳng). Từ phương trình (19) biến đổi và viết lại thành phương trình (22). Từ phương trình (20) lập thêm phương trình đường cong bổ trợ (23) biểu thị quan hệ giữa khả năng xả lũ của công trình với dung tích hồ trong thời gian Dt:

...

...

...

_r = f(+ 0,5 x _r x Dt ) (23)

trong đó:

 là dung tích hồ trung bình trong khoảng thời gian Dt, m^3;

V₁ là dung tích hồ ở đầu thời đoạn tính toán, m^3;

c) Giải phương trình (22) và (23) xác định được đường quá trình mực nước hồ chứa, đường quá trình lưu lượng xả qua công trình tháo lũ xuống hạ lưu và đường quá trình dung tích hồ. Mỗi loại đường quá trình nói trên, lựa chọn một giá trị lớn nhất làm thông số thiết kế.

9.2.3 Có thể tham khảo phương pháp giải hệ phương trình (22), (23) và lựa chọn cao trình mực nước lớn nhất thiết kế, mực nước lớn nhất kiểm tra thông qua ví dụ nêu ở phụ lục H.

9.3 Tính toán điều tiết lũ khi cho trước dung tích dành để cắt lũ

9.3.1 Mục đích chính của tính toán điều tiết lũ trong trường hợp đã biết dung tích cắt lũ và yêu cầu mực nước lớn nhất của hồ khi vận hành xả lũ (lũ thiết kế hoặc lũ kiểm tra) không vượt quá cao trình cho phép là phải xác định mực nước đón lũ, loại công trình xả lũ và kích thước công trình xả hợp lý.

9.3.2 Lựa chọn mực nước đón lũ khi vận hành xả lũ là phải đảm bảo chứa được dung tích cắt lũ theo yêu cầu và mực nước lớn nhất của hồ không vượt quá cao trình cho phép. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình mà lựa chọn mực nước đón lũ phù hợp. Mực nước đón lũ được chọn có thể bằng hoặc thấp hơn mực nước dâng bình thường nhưng không được thấp hơn mực nước chết.

...

...

...

a) Đề xuất một số phương án về loại công trình tháo lũ. Mỗi phương án loại công trình tháo lũ lại giả thiết nhiều phương án kích thước khác nhau;

b) Áp dụng phương pháp tính toán điều tiết lũ đã nêu tại 9.2 để xác định mực nước lớn nhất, dung tích cắt lũ lớn nhất và lưu lượng xả lớn nhất cho từng phương án;

c) Tương ứng với mỗi phương án loại công trình tháo lũ, vẽ đường quan hệ giữa dung tích cắt lũ với kích thước công trình xả lũ. Từ đường quan hệ này tìm được kích thước công trình xả lũ phù hợp với dung tích cắt lũ cho phép. Từ kích thước công trình xả lũ đã biết, xác định được cao trình mực nước lớn nhất của hồ;

d) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình và kết quả tính toán xác định mực nước lớn nhất thiết kế (hoặc mực nước lớn nhất kiểm tra) cho từng phương án loại công trình tháo lũ, tiến hành phân tích, lựa chọn loại công trình tháo lũ, kích thước công trình tháo lũ và cao trình mực nước lớn nhất thiết kế phù hợp.

9.4 Xác định các thông số hợp lý của dung tích cắt lũ và của các công trình tháo lũ

Nội dung của phương pháp như sau:

a) Giả thiết một số phương án về dung tích cắt lũ, mực nước đón lũ, loại công trình tháo lũ, kích thước công trình tháo lũ và tổ hợp các phương án với nhau;

b) Tính toán điều tiết cho từng phương án đề xuất theo các phương pháp đã nêu tại 9.2 và 9.3;

c) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng công trình, yêu cầu về phòng chống lũ ở hạ lưu, yêu cầu đảm bảo an toàn cấp nước mùa kiệt để luận chứng về mặt kinh tế và kỹ thuật lựa chọn phương án điều tiết lũ và xác định các thông số hợp lý về dung tích cắt lũ, mực nước đón lũ, mực nước lớn nhất của hồ (tương ứng với tần suất thiết kế và tần suất kiểm tra) loại công trình tháo lũ và kích thước công trình tháo lũ phù hợp.

...

...

...

9.5.1 Trường hợp không quy định dung tích dành để cắt lũ, áp dụng phương pháp tính toán và trình tự các bước tính toán đã nêu tại 9.4 nhưng phải lấy thêm điều kiện biên là lưu lượng cho phép xả xuống hạ lưu. Tương ứng với mỗi tổ hợp phương án loại công trình tháo lũ và kích thước công trình xả vẽ các đường quan hệ sau:

a) Đường quan hệ giữa dung tích cắt lũ với lưu lượng xả, từ đó xác định được dung tích cắt lũ tương ứng với lưu lượng xả cho phép;

b) Đường quan hệ giữa dung tích cắt lũ với kích thước công trình xả. Từ đường quan hệ này tìm được kích thước công trình xả phù hợp với dung tích cắt lũ đã tính được. Từ kích thước công trình xả và lưu lượng xả đã biết, xác định được mực nước lớn nhất của hồ;

c) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình và kết quả tính toán điều tiết cho từng phương án loại công trình tháo lũ, tiến hành phân tích, lựa chọn loại công trình tháo lũ, kích thước công trình tháo lũ, dung tích phòng lũ và mực nước lớn nhất phù hợp với lưu lượng tháo lũ cho phép xả xuống hạ lưu.

9.5.2 Trường hợp quy định dung tích dành để cắt lũ, áp dụng phương pháp tính toán đã nêu tại 9.4 nhưng phải lấy thêm điều kiện biên là lưu lượng cho phép xả xuống hạ lưu.

PHỤ LỤC A

(Quy định)

Phân cấp công trình hồ chứa nước

...

...

...

A.2 Phải xác định cấp theo từng tiêu chí: năng lực phục vụ, khả năng trữ nước của hồ, đặc tính kỹ thuật của các công trình có mặt trong cụm công trình đầu mối, được quy định theo bảng A.1. Cấp công trình hồ chứa là cấp cao nhất trong số các cấp xác định theo từng tiêu chí nói trên.

Bảng A.1 - Phân cấp công trình hồ chứa

Tiêu chí được xem xét khi phân cấp

Loại nền

Đặc biệt

I

II

III

IV

...

...

...

>1 000

300 ¸ 1 000

100 ¸ <300

50 ¸ <100

<50

2. Hồ chứa có dung tích ứng với mực nước dâng bình thường, 10^6 m^3

>1 000

...

...

...

>20 ¸ 200

³3 ¸ 20

< 3

3. Đập vật liệu đất, đất - đá có chiều cao lớn nhất, m

> 100

>70 ¸ 100

>25 ¸ 70

>10 ¸ 25

£ 10

...

...

...

-

> 35 ¸ 75

>15 ¸ 35

>8 ¸ 15

£ 8

C

-

-

>15 ¸ 25

...

...

...

£ 5

4. Đập bê tông, bê tông cốt thép các loại có chiều cao lớn nhất, m

A

> 100

>60 ¸ 100

>25 ¸ 60

>10 ¸ 25

£ 10

B

...

...

...

>25 ¸ 50

>10 ¸ 25

>5 ¸ 10

£ 5

C

-

-

>10 ¸ 20

>5 ¸ 10

...

...

...

CHÚ THÍCH:

1) Nền công trình chia thành 3 nhóm điển hình:

- Nhóm A: nền là đá;

- Nhóm B: nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng;

- Nhóm C: nền là đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo;

2) Chiều cao công trình được tính như sau:

- Với đập vật liệu đất, đất - đá: chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập;

- Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác: chiều cao tính từ đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình;

3) Ký hiệu ¸ trong bảng có nghĩa là “từ … đến”. Ví dụ > 35 ¸ 75 là từ lớn hơn 35 m đến 75 m.

...

...

...

a) Khi cấp công trình xác định theo chiều cao đập thấp hơn cấp xác định theo dung tích hồ ở mực nước dâng bình thường;

b) Các hạng mục của công trình cấp đặc biệt và cấp I không nằm trong tuyến chịu áp lực nước (trừ nhà máy thủy điện, đường ống dẫn nước có áp, ống dẫn nước vào tuốc bin, bể áp lực, tháp điều áp).

A.4 Cấp công trình hồ chứa xác định theo bảng A.1 được xem xét nâng lên một cấp (trừ công trình cấp đặc biệt) nếu một trong các hạng mục công trình chính xảy ra sự cố rủi ro có thể gây thiệt hại to lớn về kinh tế - xã hội và môi trường ở hạ lưu.

A.5. Trong sơ đồ khai thác bậc thang, nếu cấp của công trình hồ chứa đang xem xét thấp hơn cấp của công trình đang khai thác ở bậc trên, tính toán thiết kế phải đảm bảo khả năng xả lũ của công trình bậc dưới bằng lưu lượng xả lũ (xả lũ thiết kế và xả lũ kiểm tra) của công trình bậc trên cộng với lưu lượng lũ ở khu giữa theo cấp của công trình bậc dưới.

A.6 Việc xác định cấp công trình quy định từ A.2 đến A.5 do tư vấn thiết kế đề xuất, được cấp có thẩm quyền chấp thuận.

PHỤ LỤC B

(Tham khảo)

Tính toán bùn cát bồi lắng trong hồ chứa nước và xác định mực nước chết

...

...

...

B.1 Quy định chung

B.1.1 Theo hình dạng trắc dọc tầng bùn cát bồi lắng trong lòng hồ chứa nước, có thể phân loại hồ thành bốn loại cơ bản được nêu trong sơ đồ hình B.1:

 

a) Hồ bồi lắng dạng tam giác châu

b) Hồ bồi lắng dạng thon nhọn

...

...

...

c) Hồ bồi lắng dạng nêm

d) Hồ bồi lắng đều

Hình B.1 - Trắc dọc các dạng bồi lắng bùn cát trong lòng hồ chứa

1) Hồ bồi lắng dạng tam giác châu (hình a): dạng bồi lắng này xuất hiện trong các hồ chứa xây dựng trên sông có thành phần bùn cát chủ yếu là hạt thô (d > 0,062 mm) còn hạt mịn rất ít. Bùn cát hạt thô hoặc bùn cát di đẩy trong sông suối khi di chuyển đến hồ phần lớn bị bồi ngay tại khu vực cửa vào nơi tiếp giáp giữa sông suối nhập vào hồ và lòng hồ hình thành các bãi bồi;

2) Hồ bồi lắng dạng thon nhọn (hình b): dạng bồi lắng này xảy ra khi khối bùn cát bồi lắng tập trung nhiều ở khu vực cửa vào nơi tiếp giáp giữa hồ với sông suối nhập vào hồ, phần còn lại tiếp tục di chuyển sâu vào trong lòng hồ. Trong quá trình di chuyển về phía đập, các hạt phù sa tiếp tục lắng đọng và lớp bùn cát bồi lắng cũng mỏng dần. Đây là dạng bồi lắng phổ biến trong các hồ chứa dài với mực nước thường xuyên được duy trì ở mức cao;

3) Hồ bồi lắng dạng nêm (hình c): dạng bồi lắng này xảy ra khi bùn cát bồi lắng dày nhất ở khu vực chân đập và mỏng dần về phía thượng lưu. Bồi lắng dạng nêm thường xảy ra trong các hồ chứa nhỏ xây dựng trên các sông suối có nhiều cát với lượng bùn cát đến hồ chủ yếu là các hạt mịn, hoặc xảy ra trong các hồ chứa lớn được vận hành ở mực nước thấp trong mùa lũ. Hầu hết trong các hồ nhỏ, bùn cát bồi lắng tập trung dồn vào khu vực công trình đầu mối hình thành nêm bồi lắng sát chân đập;

4) Hồ bồi lắng đều (hình d): dạng bồi lắng này ít xảy ra nhưng cũng có thể gặp ở những hồ chứa nước hẹp với mực nước dao động thường xuyên và các hạt mịn chiếm không nhiều trong thành phần bùn cát đến.

...

...

...

B.1.2 Dung tích bùn cát bồi lắng trong hồ chứa nước sau một thời gian vận hành T năm, ký hiệu là V_bc, đơn vị là m^3, được xác định theo công thức tổng quát sau:

V_bc = V₁ + V₂ + V₃ + V₄ (B.1)

trong đó:

V₁ là dung tích bùn cát lơ lửng lắng đọng trong hồ, m^3;

V₂ là dung tích bùn cát di đẩy theo dòng nước chảy vào hồ, m^3;

V₃ là dung tích bồi lấp do thảo mộc có trong lòng hồ và do sạt lở, tái tạo bờ hồ khi hồ tích nước, m^3;

V₄ là dung tích bồi lắng do lũ quét mang theo bùn đất sạt lở trên lưu vực chảy vào hồ, m^3.

B.1.3 Các phương pháp tính toán xác định dung tích bồi lắng cũng như các thành phần bùn cát bồi lắng trong công thức (B.1) được giới thiệu trong các điều tiếp theo. Tuỳ thuộc vào trường hợp cụ thể của từng hồ như vị trí địa lý khu vực dự án, quy mô hồ dự kiến xây dựng, các đặc điểm về khí hậu (chủ yếu là đặc điểm mưa và bốc hơi), dòng chảy đến, địa hình, địa mạo, địa chất, thổ nhưỡng, chất lượng thảm phủ trên lưu vực, cơ quan tư vấn cần phân tích, lựa chọn phương pháp tính toán và các chỉ tiêu tính toán cho phù hợp.

B.1.4 Đối với các hồ chứa nước loại vừa và nhỏ cho phép áp dụng sơ đồ c của hình B.1 (hồ bồi lắng dạng nêm) và các giả thiết sau đây để tính toán bùn cát bồi lắng:

...

...

...

b) Bề mặt của lớp bùn cát bồi lắng nằm ngang;

c) Tốc độ bồi lắng ổn định theo thời gian.

Dung tích bùn cát bồi lắng của hồ V_bc sau thời gian vận hành T năm được xác định theo công thức sau:

V_bc = V₀ x T (B.2)

trong đó V₀ là tổng khối lượng bùn cát bồi lắng bình quân trong một năm. V₀ cũng bao gồm các thành phần bùn cát bồi lắng như trong công thức (B.1). Có V_bc, tra quan hệ Z ~ V (đường đặc tính dung tích hồ) xác định được cao trình bùn cát bồi lắng Z_bc của hồ sau thời gian T năm vận hành.

B.1.5 Đối với các hồ chứa nước loại lớn, tuỳ thuộc vào hình dạng lòng hồ và đặc điểm dòng chảy bùn cát đến hồ, có thể áp dụng sơ đồ a hoặc sơ đồ b của hình B.1 và sử dụng phương pháp mô hình toán thích hợp (mô hình toán một chiều, hai chiều hoặc ba chiều) để tính toán khối lượng bùn cát bồi lắng. Đối với hồ chứa nước dạng sông có thể sử dụng mô hình toán một chiều để tính toán.

CHÚ THÍCH: Hồ chứa nước dạng sông là hồ có chiều ngang (chiều rộng) của lòng hồ rất hẹp so với chiều dài.

B.2 Tính toán theo phương pháp cân bằng lượng bùn cát qua hồ

B.2.1 Công thức tổng quát

...

...

...

V_bc = V_v + V₃ + V₄ - V_r (B.3)

trong đó:

V_bc là dung tích bùn cát bồi lắng trong hồ sau T năm vận hành, m^3;

V_v là dung tích bùn cát có trong nước chảy vào hồ, m^3, gồm hai thành phần chính là bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy;

V_r là dung tích bùn cát ra khỏi hồ, m^3;

V₃ và V₄ đã giải thích trong công thức (B.1).

B.2.1.2 Phương pháp xác định các thành phần bùn cát trong công thức (B.3) quy định từ B.2.2 đến B.2.4.

B.2.2 Tính toán dung tích bùn cát chảy vào hồ

B.2.2.1 Thành phần dung tích bùn cát có trong dòng nước chảy vào hồ trung bình trong một năm (ký hiệu là V_v) được xác định theo công thức sau:

...

...

...

trong đó:

V_ll là dung tích bùn cát lơ lửng chảy đến hồ:

V_ll = 31 536 x r x Q_o/g_bc (B.5)

r là hàm lượng bùn cát lơ lửng (phù sa) có trong nước chảy vào hồ, được xác định từ tài liệu thực đo hoặc từ bản đồ phân vùng mô duyn dòng chảy bùn cát, kg/m^3;

Q_o là chuẩn dòng chảy năm, m^3/s;

g_bc là khối lượng riêng của bùn cát lơ lửng, t/m^3, phụ thuộc vào đặc tính dòng chảy bùn cát, được xác định theo thực nghiệm; g_bc thường dao động từ 0,80 t/m^3 đến 1,25 t/m^3;

V_dđ là dung tích bùn cát di đẩy (bùn cát đáy) chảy vào hồ, lấy theo tỷ lệ phần trăm lượng bùn cát lơ lửng:

V_dđ = K₂ x V_ll (B.6)

K₂ là hệ số bùn cát đi đẩy, phụ thuộc vào đặc tính của dòng chảy bùn cát và đặc tính xói mòn đất trên lưu vực. Trong tính toán thiết kế, K₂ lấy từ 20 % đến 40 %.

...

...

...

V₃ = K₃ x (V_ll + V_dđ) (B.7)

trong đó K₃ là hệ số bồi lắng tương ứng với thành phần bùn cát bồi lắng V₃: K₃ £ 10 %.

B.2.2.3 Thành phần dung tích bùn cát do lũ quét mang theo bùn đất sạt lở trên lưu vực chảy vào hồ (ký hiệu là V₄) phụ thuộc vào vị trí địa lý khu vực xây dựng, dung tích trữ nước cũng như các đặc điểm về địa hình, địa chất, chất lượng thảm phủ, đặc điểm sản xuất và khai thác tài nguyên, khoáng sản trên lưu vực hứng nước của hồ, lấy theo tỷ lệ phần trăm dung tích hữu ích của hồ:

V₄ = K₄ x V_h (B.8)

trong đó:

V_h là dung tích hữu ích của hồ, m^3;

K₄ là hệ số bồi lắng tương ứng với thành phần bùn cát bồi lắng V₄. Hệ số K₄ nằm trong khoảng từ 0 % đến 20 % tuỳ thuộc vào vị trí địa lý khu vực xây dựng, dung tích trữ nước cũng như các đặc điểm về địa hình, địa chất, sản xuất nông nghiệp, khai thác tài nguyên trên lưu vực hứng nước của hồ. Những hồ chứa nước xây dựng ở vùng núi thường xuyên xảy ra lũ quét và sạt lở đất trên lưu vực, hệ số K₄ có thể lấy như sau:

- Hồ chứa nước loại lớn: K₄ lấy từ 1 % đến 5 %;

- Hồ chứa nước loại vừa: K₄ lấy từ 5 % đến 10 %;

...

...

...

CHÚ THÍCH: Căn cứ vào vị trí địa lý khu vực xây dựng và đặc điểm của từng hồ chứa nước cụ thể như đã nêu tại B.1.3 cùng với các kết quả điều tra, khảo sát và nghiên cứu, thực nghiệm..., tư vấn thiết kế cần phân tích, lựa chọn g_bc và các hệ số bồi lắng K₂, K₃ và K₄ cho phù hợp.

B.2.3 Tính toán dung tích bùn cát ra khỏi hồ

B.2.3.1 Tính toán theo phương pháp Churchill

Lượng bùn cát (phù sa) tháo ra khỏi hồ (ký hiệu là V_r) tính theo tỷ lệ phần trăm lượng dòng chảy bùn cát đến hồ, là hàm số phụ thuộc vào chỉ số bồi lắng SI, xem biểu đồ hình B.2. Phương pháp Churchill áp dụng cho các hồ chứa nước loại vừa và nhỏ.

Chỉ số bồi lắng SI là tỷ số giữa thời gian lưu giữ nước trong hồ và tốc độ trung bình của nước chảy qua hồ, được xác định theo công thức sau:

SI =  (B.9)

SI =  (B.10)

trong đó:

T_R là thời gian lưu giữ nước trong hồ, s;

...

...

...

 là tốc độ trung bình của nước chảy qua hồ, m/s;

Q₀ là lưu lượng nước đến hồ trung bình năm, m^3/s;

V_max là dung tích hồ ở mức nước dâng cao nhất, m^3;

g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s^2.

Hình B.2 - Đường cong Churchill cải tiến để xác định lượng bùn cát ra khỏi hồ

B.2.3.2 Tính toán theo phương pháp Brune

Phương pháp Brune dựa vào hệ số bồi lắng K₁ để xác định lượng bùn cát lơ lửng ra khỏi hồ (V_r). Cách tính toán như sau:

V_r = V_ll - V₁ (B.11)

...

...

...

trong đó:

V_r là dung tích bùn cát lơ lửng ra khỏi hồ, m^3;

V_ll là dung tích bùn cát lơ lửng chảy đến hồ, m^3, được xác định theo công thức (B.5);

V₁ là dung tích bùn cát lơ lửng lắng đọng trong hồ, m^3:

V₁ = K₁ x V_ll (B.13)

K₁ là hệ số bồi lắng, được xác định theo công thức (B.14), xem hình B.3;

K₁ = 100 x 0,97 (B.14)

V là dung tích hồ ở mực nước dâng cao nhất, m^3;

W₀ là tổng lượng nước đến trung bình trong một năm, m^3.

...

...

...

CHÚ THÍCH: Đường cong phía dưới biểu thị cho các hạt bùn cát mịn có đường kính nhỏ, đường cong phía trên biểu thị cho các hạt bùn cát thô có đường kính lớn.

Hình B.3 - Đường cong Brune để xác định hệ số bồi lắng K₁

B.3 Tính toán dung tích bùn cát lơ lửng bồi lắng trong hồ

B.3.1 Tính toán theo tài liệu đo đạc dòng chảy bùn cát

Khi có tài liệu đo đạc dòng chảy bùn cát từ lưu vực đến hồ đủ độ tin cậy, dung tích bùn cát lơ lửng được lắng đọng xuống lòng hồ có thể tính theo công thức (B.13), trong đó:

V_ll là dung tính bùn cát lơ lửng chảy đến hồ được tính toán theo công thức (B.5);

K₁ là hệ số bồi lắng phù sa lơ lửng, phụ thuộc vào phụ thuộc vào đặc điểm bùn cát lơ lửng (thành phần và tính chất hạt phù sa) của dòng chảy, đặc điểm làm việc và dạng hình học của hồ. Tuỳ điều kiện cụ thể của từng hồ chứa nước nêu tại B.1.3, hệ số bồi lắng K₁ có thể tính theo công thức (B.14) hoặc lấy theo kinh nghiệm. Thông thường trong tính toán thiết kế, K₁ lấy từ 0,7 đến 0,8. Đối với hồ chứa nước nhỏ ở miền núi có thể lấy K₁ bằng 1.

B.3.2 Tính toán theo công thức kinh nghiệm

...

...

...

B.3.2.2 Tính theo công thức Shamov:

W_T = W_¥.(1-a) (B.15)

trong đó:

T là tuổi thọ của hồ theo quy định, tính từ khi hồ bắt đầu vận hành, năm;

W_T là tổng lượng bùn cát bồi lắng sau T năm vận hành hồ, m^3;

W_¥ là thể tích giới hạn của bùn cát bồi lắng trong hồ, m^3, xác định theo công thức sau:

W_¥ = V_hc. (B.16)

A_p là diện tích mặt cắt ướt của hồ tại vị trí sát đập, m^2;

A_r là diện tích mặt cắt ướt của lòng sông vị trí sát đập, m^2. Mực nước sông tính với trường hợp lưu lượng nước bằng 3/4 lưu lượng nước lớn nhất thiết kế;

...

...

...

a_o là hệ số tỷ lệ, xác định theo công thức sau:

 (B.17)

W₁ là thể tích bùn cát bồi lắng trong năm vận hành đầu tiên, m^3:

W₁ =  (B.18)

R₀ là tổng khối lượng bùn cát chảy vào hồ (bao gồm cả bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy) trung bình nhiều năm, kg;

n₁ là hệ số phụ thuộc vào độ dốc của sông (ký hiệu là s), lấy như sau:

- Nếu s < 0,0001: n₁ lấy từ 1,00 đến 0,80;

- Nếu s từ 0,0001 đến 0,001: n₁ lấy từ 0,80 đến 0,50;

- Nếu s từ 0,001 đến 0,010: n₁ lấy từ 0,50 đến 0,33;

...

...

...

- Đối với các hạt bùn sét: g_bc lấy từ 800 kg/m^3 đến 900 kg/m^3;

- Đối với các hạt cát mịn: g_bc lấy từ 1 500 kg/m^3 đến 1 600 kg/m^3;

- Đối với các hạt cát trung bình và thô: g_bc lấy từ 1 600 kg/m^3 đến 1 800 kg/m^3;

- Đối với các hạt sỏi và cát cuội: g_bc lấy từ 2 000 kg/m^3 đến 2 200 kg/m^3.

B.3.2.3 Tính theo công thức Garde:

 =  (B.19)

trong đó:

V là dung tích hồ ban đầu (khi chưa tích nước), m^3;

W_t là dung tích bùn cát bồi lắng trong hồ tính đến thời điểm năm tích nước thứ t, m^3;

...

...

...

t là thời gian tính từ khi hồ bắt đầu vận hành đến thời điểm tính toán, năm;

m là hằng số lấy từ 0,8 đến 1,4.

B.3.2.4 Tính theo công thức Lavshenkov:

 (B.20)

trong đó:

T là tuổi thọ của hồ tính từ khi hồ bắt đầu vận hành, năm;

W_T là tổng dung tích bùn cát bồi lắng sau T năm vận hành hồ, m^3;

W_¥ là dung tích giới hạn của bùn cát bồi lắng trong hồ, m^3, được xác định theo công thức sau:

W_¥ = V_n - V_cr (B.21)

...

...

...

V_hc là dung tích hồ tương ứng với mực nước dâng bình thường, m^3;

D_cr là chiều sâu của lòng dẫn ở điều kiện cân bằng ổn định vào lúc kết thúc thời kỳ bồi lắng, m;

B_cr là độ rộng của lòng dẫn ở điều kiện cân bằng ổn định vào lúc kết thúc thời kỳ bồi lắng, m;

L_cr là chiều dài hồ tính từ đập chắn nước đến vị trí nước dềnh ở thượng lưu vào lúc kết thúc thời kỳ bồi lắng, m;

E_L là tham số được tính bởi công thức sau:

E_L =  (B.23)

e’ là hệ số bồi lắng cát bùn trong thời kỳ đầu tích nước được tính theo công thức sau:

 (B.24)

c_si là hàm lượng bùn cát tại mặt cắt cửa vào hồ, g/m^3;

...

...

...

g_bc là khối lượng riêng của bùn cát bồi lắng, kg/m^3, lấy theo công thức (B.18);

R₀ là tổng khối lượng bùn cát chảy vào hồ (bao gồm cả bùn cát lơ lửng và bùn cát di đẩy) trung bình nhiều năm, kg.

CHÚ THÍCH: Hàm lượng bùn cát có thể xác định trên cơ sở số liệu đo đạc trong năm đầu tiên hồ vận hành hoặc tính thông qua các công thức tính vận tải bùn cát.

B.3.2.5 Tính theo công thức Lavshenkov sửa đổi:

Khi tỷ số T/E_L nằm trong khoảng từ 0,02 đến 0,10, thể tích bùn cát bồi lắng sau T năm vận hành (ký hiệu W_T), m^3, có thể tính theo công thức Lavshenkov sửa đổi như sau:

W_T =  (B.25)

trong đó:

E_L tính theo công thức (B.23);

e’ là hệ số bồi lắng cát bùn trong thời kỳ đầu tích nước, tính theo (B.24);

...

...

...

r là hàm lượng bùn cát lơ lửng có trong nước chảy vào hồ, được xác định từ tài liệu thực đo hoặc từ bản đồ phân vùng mô duyn dòng chảy bùn cát, kg/m^3.

B.4 Phân bố bùn cát bồi lắng trong lòng hồ

B.4.1 Quy định chung

B.4.1.1 Có thể chia thể tích bùn cát bồi lắng theo chiều dọc lòng hồ thành ba vùng chính như ở hình B.4. Mặt trên của tam giác châu là phần bùn cát bồi lắng nhanh, có giới hạn dưới tương ứng với giới hạn vận chuyển bùn cát đáy. Mặt trước của tam giác châu phát triển về phía hạ lưu hồ với độ dốc lớn hơn mặt trên và kích thước hạt bùn cát bồi lắng nhỏ hơn nhiều so với mặt trên. Mặt dưới của tam giác châu thường gồm các hạt bùn cát mịn do dòng chảy rối mang từ thượng lưu xuống hoặc vật chất hữu cơ sinh ra từ tảo và thủy sinh vật. Do tác động của các nhập lưu và quá trình tháo xả nước hồ trong quá trình vận hành, các trận lũ đặc biệt lớn, mà bùn cát vùng này có thể bao gồm cả các hạt mịn và thô.

CHÚ THÍCH:

1) Sơ đồ mô tả hình dạng phân bố bùn cát bồi lắng nêu trong hình B.4 áp dụng cho các hồ chứa nước lớn, dạng sông;

2) Các hồ chứa nước loại vừa và nhỏ có thể áp dụng sơ đồ c của hình B.1 (phân bố bồi lắng dạng nêm) và các giả thiết quy định tại B.1.4 để tính toán.

B.4.1.2 Tuỳ điều kiện (yêu cầu) cụ thể của từng hồ, khả năng đáp ứng về tài liệu và công nghệ tính toán, có thể lựa chọn phương pháp kinh nghiệm hoặc phương pháp mô hình toán để tính toán bồi lắng và xác định quy luật phân bố bùn cát bồi lắng trong lòng hồ chứa theo không gian:

- Phương pháp kinh nghiệm: dùng để xác định các độ dốc bồi lắng trong hình B.4, được quy định tại B.4.2, B.4.3 và B.4.4;

...

...

...

Hình B.4 - Dạng phân bố bùn cát bồi lắng điển hình trong hồ chứa

B.4.2 Phương pháp Borland - Miller

B.4.2.1 Tính toán trị số M theo công thức sau:

M = cotga (B.26)

trong đó M là trị số nghịch đảo của độ dốc đường quan hệ giữa dung tích hồ với độ sâu của hồ và a là góc dốc của đường quan hệ dung tích với mực nước hồ, xem hình B.5.

B.4.2.2 Dựa vào trị số M để xác định loại hồ theo bảng B.1. Nếu đường quan hệ có hai độ dốc khác nhau thì dựa vào phần chiếm tỷ lệ lớn hơn để chọn loại hồ.

Loại hồ

M

...

...

...

m

n

Hồ tự nhiên

Từ 3,5 đến 4,5

3,417

1,50

0,20

II

Hồ chứa vùng đồng bằng - bán sơn địa

...

...

...

2,324

0,50

0,40

III

Hồ chứa vùng đồi

Từ 1,5 đến 2,5

15,880

1,10

2,30

...

...

...

Hồ chứa vùng núi cao

Từ 1,0 đến 1,5

4,232

0,10

2,50

B.4.2.3 Thể tích bùn cát bồi lắng tính toán được xác định theo công thức sau:

V_bc =  (B.27)

trong đó:

...

...

...

Dh là gia số độ sâu trong bước tính, m;

h_o là độ sâu bùn cát tích đọng trước đập, m;

A_o là diện tích mặt hồ ban đầu ở độ sâu h_o (trước khi bị bùn cát tích đọng), m^2;

V_o là thể tích bùn cát lắng đọng ở độ sâu h_o, m^3;

A_p(i) là diện tích mặt hồ tương đối tại độ sâu tương đối P, m^2:

A_p(i) = C_p^m.(1 - P)^n (B.28)

P = h/H (B.29)

h là chiều sâu nước tính từ cao độ tính toán đến đáy hồ trước đập, m;

H là chiều sâu nước tính từ mực nước lớn nhất đến đáy hồ, m;

...

...

...

d) Phân bố bồi lắng trong hồ được tính thử dần (tính lặp) cho đến khi tổng dung tích phù sa bồi lắng tính toán theo công thức (B.27) xấp xỉ với tổng dung tích bùn cát bồi lắng đã biết.

B.4.3 Phương pháp Borland

Tính toán các độ dốc bồi lắng bùn cát trong sơ đồ hình B.4 theo hai bước sau đây:

a) Tính độ dốc mặt trên của tam giác châu điển hình bằng cách sử dụng quan hệ thực nghiệm giữa độ dốc đáy sông ban đầu và độ dốc đáy hồ sau khi đã bị bùn cát bồi lắng (hình B.6). Khi tính toán lấy giá trị tỷ số giữa độ dốc bồi lắng và độ dốc đáy sông ban đầu bằng 0,5;

b) Tính độ dốc mặt trước của tam giác châu bằng cách nhân độ dốc mặt trên với 6,5.

Hình B.6 - Quan hệ giữa độ dốc đáy sông ban đầu và độ dốc mặt trên của tam giác châu

B.4.4 Phương pháp Chien

B.4.4.1 Tính toán độ dốc mặt trên của tam giác châu theo công thức sau:

...

...

...

trong đó:

s là độ dốc mặt trên của tam giác châu;

A là hệ số nằm trong khoảng từ 1,21x10^4 đến 1,68x10^4;

c_f là hàm lượng bùn cát trung bình trong mùa lũ, kg/m^3;

d_b là đường kính trung bình của mẫu vật liệu đáy, m;

d_s là đường kính trung bình của mẫu bùn cát lơ lửng, m;

Q_fa là lưu lượng nước trung bình trong suốt mùa lũ, m^3/s;

B là độ rộng của dòng chảy trong hồ ứng với lưu lượng Q_fa, m.

B.4.4.2 Tính toán độ dốc mặt trước của tam giác châu bằng cách nhân độ dốc mặt trên với hệ số 1,6.

...

...

...

B.5.1 Cao trình bùn cát bồi lắng trong hồ chứa nước sau thời gian vận hành T năm dùng để tính toán mực nước chết của hồ chứa là cao trình bề mặt lớp bùn cát bồi lắng tại khu vực trước cửa công trình lấy nước ở phía chân thượng lưu đập.

B.5.2 Xác định cao trình bùn cát bồi lắng theo trình tự sau:

a) Xác định dung tích bùn cát bồi lắng trong lòng hồ;

b) Xác định hình dạng phân bố bùn cát bồi lắng trong lòng hồ: nếu không có đủ tài liệu để xác định theo phương pháp mô hình toán thì lấy theo theo sơ đồ c của hình B.1;

c) Xác định cao trình bùn cát bồi lắng thiết kế:

- Trường hợp tính toán xác định được hình dạng và cao trình bề mặt lớp bùn cát bồi lắng trong lòng hồ: cao trình bùn cát bồi lắng thiết kế lấy tại vị trí trước cửa vào cống lấy nước;

- Trường hợp chỉ tính được dung tích bùn cát bồi lắng nhưng không xác định được hình dạng và cao trình bề mặt lớp bùn cát bồi lắng trong lòng hồ: dựa vào đường đặc tính dung tích hồ (quan hệ W ~ Z) để xác định cao trình bùn cát bồi lắng.

B.6 Xác định cao trình mực nước chết của hồ chứa theo điều kiện bồi lắng

Cao trình mực nước chết của hồ theo điều kiện bồi lắng xác định theo công thức sau:

...

...

...

trong đó:

a là chiều cao an toàn tính từ cao trình bề mặt lớp bùn cát bồi lắng thiết kế đến cao trình ngưỡng cống lấy nước, a ≥ 0. Thông thường a lấy từ 0,1 m đến 0,5 m. Căn cứ vào hình dạng phân bố bùn cát bồi lắng trong lòng hồ (xem hình B.1) để lựa chọn trị số a phù hợp. Có thể tham khảo cách chọn a như sau:

- Hồ bồi lắng dạng a và b: a = 0,50 m;

- Hồ bồi lắng dạng d: a = 0,30 m;

- Hồ bồi lắng dạng c: a = 0,10 m;

Dh là độ sâu an toàn cần thiết cho lấy nước, phụ thuộc vào yêu cầu lấy nước qua cống, chế độ lấy nước qua cống là có áp hay không áp khi làm việc với mực nước chết, loại đối tượng dùng nước... và được xác định thông qua tính toán thủy lực cống. Đối với hồ chứa nước loại vừa và nhỏ, khi thiết kế thường chọn sơ bộ Dh từ 1,0 m đến 1,5 m.

PHỤ LỤC C

(Tham khảo)

...

...

...

C.1 Đánh giá khả năng điều tiết của hồ chứa

Có thể lựa chọn áp dụng một trong hai phương pháp thông dụng sau đây để đánh giá khả năng điều tiết của hồ chứa:

a) Phương pháp hệ số dung tích:

b =  (C.1)

b) Phương pháp cân bằng nước (phương pháp so sánh giữa tổng lượng nước yêu cầu cần lấy qua công trình đầu mối với tổng lượng nước đến hồ trong một năm tương ứng với tần suất thiết kế):

- Nếu W_yc < W_p: tiến hành điều tiết năm;

- Nếu W_p £ W_yc £ W_0: tiến hành điều tiết nhiều năm.

trong đó:

V_h là dung tích hữu ích của hồ, m^3 hoặc 10^6 m^3;

...

...

...

W_p là tổng lượng nước đến trong một năm tương ứng với tần suất thiết kế, m^3 hoặc 10^6 m^3;

W₀ là tổng lượng dòng chảy trung bình nhiều năm (chuẩn dòng chảy năm), m^3 hoặc 10^6 m^3;

b là hệ số dung tích của hồ:

- Hồ điều tiết ngày: b < 0,02;

- Hồ điều tiết năm: 0,02 £ b £ 0,25;

- Hồ điều tiết nhiều năm: b > 0,25.

CHÚ THÍCH: Nếu tài liệu về lượng nước đến hồ có dao động lớn hoặc có trường hợp khác với các con số nêu trên phải dựa vào kết quả tính toán điều tiết để xác định loại hồ điều tiết.

C.2 Đánh giá hiệu quả điều tiết của hồ chứa nước

Hiệu quả điều tiết của hồ chứa được biểu thị bằng hệ số điều tiết a:

...

...

...

hoặc: a = W_yc/W₀ (C.2)

trong đó:

Q₀ là lưu lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm, m^3/s;

Q_đt là lưu lượng điều tiết, m^3/s;

W₀ là tổng lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm, m^3 hoặc 10^6 m^3;

W_yc là tổng lượng nước yêu cầu ở mức thiết kế, m^3 hoặc 10^6 m^3.

PHỤ LỤC D

(Tham khảo)

...

...

...

D.1 Phương pháp tính toán

D.1.1 Cơ sở của phương pháp tính toán

Phương pháp tính toán điều tiết theo năm điển hình hay phương pháp lập bảng. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào phương trình cân bằng nước (6) để tính toán cho từng thời đoạn trong chu kỳ điều tiết (năm). Kết quả tính toán được đưa vào bảng:

a) Nếu Q_vi > Q_ri là thừa nước (DV_i > 0), được ký hiệu là DV_i^+;

b) Nếu Q_vi < Q_ri là thiếu nước (DV_i < 0), được ký hiệu là DV_i^-.

D.1.2 Tính toán điều tiết cho trường hợp chưa kể tổn thất

D.1.2.1 Khi tính toán điều tiết sơ bộ để xác định quy mô công trình hoặc để so sánh lựa chọn phương án có thể bỏ qua các loại tổn thất. Sau khi đã chọn xong phương án mới tính toán thêm tổn thất để xác định chính xác dung tích hữu ích của hồ chứa nước.

D.1.2.2 Bảng D.1 giới thiệu một mẫu bảng dùng để tính toán điều tiết hồ chứa nước khi chưa kể đến tổn thất theo phương trình cân bằng nước (6), thời đoạn tính toán Dt_i là tháng. Số liệu đưa vào bảng là chu kỳ một năm thủy văn, lần lượt từ tháng đầu tiên của mùa lũ năm trước đến tháng cuối cùng của mùa kiệt năm sau.

D.1.2.3 Nếu trong chu kỳ điều tiết có một thời kỳ thừa nước và một thời kỳ thiếu nước (gọi là hồ chứa nước điều tiết một lần), xét tổng cột (4) và tổng cột (5) của bảng D.1 được trị số V^+ và V^-:

...

...

...

V_tháo = V^+ - V^- (D.1)

b) Nếu V^+ < V^- thì phải tìm biện pháp khác để bổ sung nguồn nước hoặc giảm bớt yêu cầu dùng nước.

D.1.2.4 Nếu trong chu kỳ điều tiết có hai thời kỳ thừa nước và hai thời kỳ thiếu nước xuất hiện liên tiếp nhau (gọi là hồ chứa nước điều tiết hai lần, xem sơ đồ hình D.1), dung tích hữu ích của hồ chứa nước xác định như sau:

a) Nếu V₁^+ ³ V₁^- và V₂^+ ³ V₂^- gọi là hồ chứa nước sử dụng hai lần độc lập. Khi đó dung tích hữu ích của hồ chứa lấy bằng lượng thiếu nước lớn nhất:

V_h = max(V₁^-, V₂^-) (D.2)

b) Nếu V₁^+ > V₁^- và V₂^+ < V₂^- tức là lần sử dụng nước thứ hai của hồ chứa (từ t₂ đến t₄) có lượng nước thừa V₂^+ không đủ cung cấp cho thời kỳ thiếu nước tiếp sau đó bắt buộc phải lấy thêm một phần lượng nước thừa V₁^+, gọi là hồ chứa nước sử dụng hai lần không độc lập. Khi đó dung tích hữu ích của hồ chứa xác định như sau:

Nếu V₁^- ³ V₂^+ thì V_h = V₁^- + V₂^- - V₂^+

Nếu V₁^- < V₂^+ thì V_h = V₂^-

...

...

...

Hình D.1 - Sơ đồ biểu thị hồ chứa nước điều tiết hai lần

D.1.3 Tính toán điều tiết cho trường hợp có xét đến tổn thất

D.1.3.1 Khi tính toán điều tiết cho trường hợp có xét đến tổn thất phải dùng phương pháp tính gần đúng hoặc thử dần để xác định dung tích điều tiết hồ đáp ứng yêu cầu cấp nước. Trình tự nội dung các bước tính toán như sau:

a) Bước 1: Tính toán xác định sơ bộ dung tích điều tiết hồ chứa khi chưa kể đến tổn thất;

b) Bước 2: Giả thiết dung tích hồ chứa bằng dung tích hồ khi chưa kể đến tổn thất. Trên cơ sở đó tính được dung tích hồ trung bình và lượng nước tổn thất trong các khoảng thời gian tính toán, sau đó tìm được dung tích hiệu quả và quá trình vận hành điều tiết hồ chứa đã sơ bộ xét đến tổn thất;

b) Bước 3: Giả thiết dung tích hồ chứa bằng dung tích hiệu quả đã xác định được ở bước 2 và lặp lại các tính toán như ở bước 2. Nếu dung tích hiệu quả tính toán được ở bước này không sai khác nhiều so với bước 2 thì kết thúc quá trình tính toán. Nếu có sai khác lớn thì tiếp tục lặp lại quá trình tính toán nêu trên. Thông thường mức độ sai khác giữa hai lần tính toán dung tích hiệu quả không quá 1,0 % là có thể chấp nhận được.

D.2 Một số ví dụ minh hoạ phương pháp tính toán

D.2.1 Trường hợp chưa xét đến tổn thất

...

...

...

Bảng D.1 giới thiệu một ví dụ về phương pháp tính toán dung tích điều tiết năm chưa kể đến tổn thất theo phương pháp lập bảng cho một hồ chứa nước điều tiết một lần khi đã biết đường quá trình nước đến và đường quá trình nước cần cấp cho các đối tượng sử dụng nước hồ. Kết quả tính toán cho thấy thời kỳ thừa nước liên tục từ tháng 6 đến tháng 10 với tổng lượng nước thừa là V^+ = 243,69 x 10^6 m^3. Thời kỳ thiếu nước liên tục từ tháng 11 năm trước đến tháng 5 năm sau với tổng lượng nước thiếu là V^- =153,78 x 10^6 m^3. Dung tích hiệu quả của hồ xác định như sau: do V^-< V^+ nên dụng tích hiệu quả V_h của hồ chứa lấy bằng V^-: V_h = V^-= 153,78 x 10^6 m^3. Lượng nước thừa tháo xuống hạ lưu hồ là V_tháo:

V_tháo = V^+ - V^-

V_tháo = (243,69 - 153,78) x 10^6 m^3

V_tháo = 89,91 x 10^6 m^3.

Bảng D.1 - Tính toán dung tích điều tiết năm theo phương pháp lập bảng trong trường hợp chưa kể tổn thất, điều tiết một lần

Tháng

Lưu lượng bình quân tháng
m^3/s

Lượng nước thừa, thiếu
10^6 m^3

Nước đến Q_vi

...

...

...

DV_i^+

DV_i^-

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

6

30,10

...

...

...

45,62

-

7

48,00

12,50

95.08

-

8

42,70

...

...

...

80,89

-

9

20,20

12,50

19,96

-

10

13,30

...

...

...

2,14

-

11

9,30

14,20

-

12,70

12

6,70

...

...

...

-

20,09

1

5,20

14,20

-

24,11

2

5,70

...

...

...

-

22,74

3

5,60

15,10

-

25,44

4

5,30

...

...

...

-

25,40

5

6,40

15,10

-

23,30

Cộng:

...

...

...

V^- = 153,78

CHÚ THÍCH: Cột số (2) và cột số (3) trong bảng có thể thay bằng tổng lượng nước đến (V_v) và tổng lượng nước cấp (V_r) trung bình của từng tháng, m^3. Lúc đó DV_i = V_vi - V_ri.

D.2.1.2 Đối với hồ chứa điều tiết hai lần

Bảng D.2 giới thiệu một ví dụ về phương pháp tính toán dung tích điều tiết năm chưa kể đến tổn thất theo phương pháp lập bảng cho một hồ chứa nước điều tiết hai lần khi đã biết đường quá trình nước đến và đường quá trình nước cần cung cấp cho các đối tượng sử dụng nước từ hồ chứa. Cách sử dụng bảng D.2 để tính toán điều tiết như sau:

a) Trong bảng D.2, cột (2) ghi lưu lượng nước đến trung bình tháng của năm thiết kế, cột (3) ghi lưu lượng nước dùng trung bình tháng (lưu lượng nước cấp), hai cột (4) và (5) ghi lượng nước thừa và lượng nước thiếu trong từng tháng là hiệu số tương ứng của cột (2) với cột (3) nhân với số giây của từng tháng (Dt), từ đó biết được các thời kỳ thừa nước và thiếu nước liên tục. Cột (6) và cột (8) ghi lượng nước chứa lại trong hồ theo các phương án điều tiết. Cột (7) và cột (9) ghi lượng nước cần phải xả cho từng phương án điều tiết;

b) Cộng lượng nước thừa, lượng nước thiếu của từng thời kỳ thừa nước, thời kỳ thiếu nước liên tục cho kết quả như sau:

V₁^+ = 162,48 x 10^6 m^3

V₁^- = 109,97 x 110^6 m^3

V₂^+ = 30,71 x 10^6 m^3

...

...

...

c) So sánh các trị số V₁^+ với V₁^- và V₂^+ với V₂^- cho thấy V₁^+ > V₁^- và V₂^+ < V₂^-, theo khoản b của D.1.2.4, đây là hồ chứa sử dụng hai lần không độc lập. Mặt khác do V₁^- > V₂^+ nên dụng tích hồ chứa được xác định như sau:

V_h = V₁^- + V₂^- - V₂^+

V_h = (109,97 + 61,42 - 30,71) x 10^6 m^3

V_h = 140,68 x 10^6 m^3;

d) Bảng D.2 cũng giới thiệu hai phương án vận hành hồ chứa. Nội dung của từng phương án vận hành điều tiết hồ chứa như sau:

1) Phương án chứa nước sớm:

- Tháng 9 thừa nước (Q_v > Q_r) bắt đầu chứa nước vào hồ. Tháng 9 chứa toàn bộ lượng nước thừa 47,17 x 10^6 m^3. Dung tích chứa của hồ ở thời điểm cuối tháng 9 là 47,17 x 10^6 m^3;

- Tháng 10 chứa toàn bộ lượng nước thừa 83,83 x 10^6 m^3, đưa dung tích trữ đạt 131,01 x 10^6 m^3;

- Tháng 11 chỉ cần chứa 9,67 x 10^6 m^3 là đầy hồ với dung tích 140,68 x 10^6 m^3, còn 18,32 x 10^6 m^3 nước thừa phải xả về hạ lưu. Cột (6) ghi lượng nước chứa vào hồ, cột (7) ghi lượng nước phải xả ra khỏi hồ;

...

...

...

- Tháng 1 thiếu nước (Q_V < Q_r) phải lấy nước từ hồ chứa để cấp đủ lượng nước cần theo yêu cầu. Lượng nước cần lấy ra từ hồ là 30,53 x 10^6 m^3 và lượng nước chứa trong hồ chỉ còn 110,15 x 10^6 m^3, được ghi vào cột (6);

- Từ tháng 2 đến tháng 4 liên tục thiếu nước nên phải lấy nước từ hồ để cấp cho đủ. Lượng nước chứa trong hồ cạn dần, đến cuối tháng 4 chỉ còn 30,71 x 10^6 m^3. Lượng nước còn lại trong hồ trung bình từng tháng được ghi ở cột (6);

- Tháng 5 và tháng 6 thừa nước. Toàn bộ lượng nước thừa đều được trữ lại trong hồ, dung tích hồ tăng dần và được ghi vào cột (6);

- Các tháng 7 và 8 đều thiếu nước. Nước hồ được lấy ra để cấp đủ lượng nước còn thiếu. Nước hồ cạn dần và đến cuối tháng 8 thì toàn bộ lượng nước trữ trong hồ đều được dùng hết, chuẩn bị cho chu kỳ điều tiết tiếp theo;

2) Phương án chứa nước muộn:

- Tháng đầu của thời kỳ thừa nước thứ nhất hồ chỉ trữ lại một phần lượng nước thừa, phần nước thừa còn lại được xả hết xuống hạ lưu. Các tháng tiếp theo hồ vẫn tiếp tục điều tiết trữ lại lượng nước thừa sao cho đến cuối thời kỳ thừa nước thứ nhất hồ đảm bảo chứa đầy nước. Các tháng thiếu nước (kể cả các tháng của thời kỳ thừa nước tiếp theo trong chu kỳ một năm điều tiết) hồ liên tục cấp nước theo yêu cầu đảm bảo trước khi kết thúc chu kỳ một năm điều tiết, toàn bộ lượng nước trữ trong hồ đều được sử dụng hết;

- Cách tính toán và ghi số liệu vào cột (8), cột (9) cho từng tháng của bảng D.2 tương tự như đã nêu ở phương án chứa nước sớm.

CHÚ THÍCH:

1) Phương án trữ nước sớm có ưu điểm là việc chứa nước đầy hồ đảm bảo chắc chắn hơn phương án trữ nước muộn. Nếu hồ có kết hợp phát điện thì trữ nước sớm có thể lợi dụng được cột nước cao trong thời gian dài để phát điện, góp phần làm tăng công suất và tăng sản lượng điện phát ra. Tuy nhiên so với phương án trữ nước muộn thì phương án trữ nước sớm không có lợi cho việc đảm bảo an toàn thân đập và đất đai ven hồ chứa sớm bị ngập;

...

...

...

3) Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng hồ, tư vấn thiết kế hoặc cơ quan quản lý hồ chứa chủ động đề xuất phương án trữ nước phù hợp nhưng được cơ quan có thẩm quyền chấp thuận.

Bảng D.2 - Tính toán dung tích điều tiết năm theo phương pháp lập bảng trong trường hợp chưa kể tổn thất, điều tiết hai lần

Tháng

Lưu lượng trung bình tháng

Lượng nước thừa, thiếu

Phương án chứa nước sớm

Phương án chứa nước muộn

Q_v

m^3/s

...

...

...

m^3/s

DV^+

10^6 m^3

DV^-

10^6 m^3

W_ch

10^6 m^3

W_x

10^6 m^3

...

...

...

10^6 m^3

W_x

10^6 m^3

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

...

...

...

(8)

(9)

9

41,20

23,00

47,17

-

47,17

0,00

...

...

...

21,80

10

49,30

18,00

83,83

-

131,01

0,00

109,21

...

...

...

11

28,80

18,00

27,99

-

140,68

18,32

137,20

0,00

...

...

...

19,30

18,00

3,48

-

140,68

3,48

140,68

0,00

...

...

...

V₁^+ =

162,48

1

11,60

...

...

...

-

30,53

110,15

0,00

110,15

0,00

2

7,36

18,00

...

...

...

25,74

84,41

0,00

84,41

0,00

3

9,40

18,00

-

...

...

...

61,37

0,00

61,37

0,00

4

6,17

18,00

-

30,66

...

...

...

0,00

30,71

0,00

V₁^- =

109,97

...

...

...

5

15,40

11,00

11,79

-

42,49

0,00

...

...

...

0,00

6

18,30

11,00

18,92

-

61,42

0,00

61,42

...

...

...

V₂^+ =

30,71

...

...

...

9,37

23,00

-

36,51

24,91

0,00

24,91

0,00

8

...

...

...

23,00

-

24,91

0,00

0,00

0,00

0,00

...

...

...

V₂^- =

61,42

Cộng

...

...

...

171,39

21,80

21,80

D.2.2 Trường hợp có xét đến tổn thất

D.2.2.1 Bảng D.3 giới thiệu một ví dụ về phương pháp tính toán xác định dung tích điều tiết năm có kể đến tổn thất theo phương pháp lập bảng cho một hồ chứa nước điều tiết hai lần khi đã biết đường quá trình nước đến, đường quá trình nước cần cấp cho các đối tượng sử dụng nước hồ và các đường đặc tính của hồ chứa. Dung tích chết của hồ là 44,32 x 10^6 m^3. Sử dụng kết quả tính toán sơ bộ dung tích hiệu quả của hồ chứa khi chưa kể tổn thất đã nêu ở bảng D.2 với phương án chứa nước sớm làm số liệu đầu vào để tính toán. Điều kiện địa chất lòng hồ là tốt.

Bảng D.3 - Tính toán dung tích điều tiết năm theo phương pháp lập bảng trong trường hợp có xét đến tổn thất

Tháng

...

...

...

Tổn thất

Đã kể tổn thất

Lượng nước thừa, thiếu

V

10^6 m^3

F

km^2

V_tb

10^6 m^3

...

...

...

km^2

Bốc hơi

Thấm

Cộng

10^6 m^3

Lượng nước thừa, thiếu

Dung tích V 10^6 m^3

W_xả

10^6 m^3

...

...

...

10^6 m^3

DV^-

10^6 m^3

DZ

mm

W_Z

10^6 m^3

Tiêu chuẩn

W_th

...

...

...

DV^+

10^6 m^3

DV^-

10^6 m^3

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

...

...

...

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

...

...

...

-

-

44,32

1,64

-

-

-

-

...

...

...

-

-

-

-

44,32

-

9

47,17

-

...

...

...

2,46

67,91

2,05

36

0,07

0,68

0,75

46,42

-

...

...

...

-

10

83,83

-

175,33

3,70

133,41

3,08

36

...

...

...

1,33

1,44

82,39

-

173,13

-

11

27,99

-

...

...

...

4,00

180,16

3,85

31

0,12

1,80

1,92

26,07

-

...

...

...

4,86

12

3,48

-

185,00

4,00

185,00

4,00

26

...

...

...

1,85

1,95

1,53

-

194,34

1,53

...

...

...

156,41

...

...

...

1

-

30,53

154,47

3,38

169,73

3,69

21

...

...

...

1,70

1,78

-

32,31

162,03

-

2

-

25,74

...

...

...

2,94

141,60

3,16

16

0,05

1,42

1,47

-

27,21

...

...

...

-

3

-

23,03

105,69

2,61

117,21

2,78

21

...

...

...

1,17

1,23

-

24,26

110,56

-

4

-

30,66

...

...

...

2,20

90,36

2,41

36

0,09

0,90

0,99

-

31,65

...

...

...

-

...

...

...

115,43

5

11,79

-

...

...

...

2,40

80,92

2,30

46

0,11

0,81

0,92

10,87

-

...

...

...

-

VI

18,92

-

105,74

2,61

96,27

2,51

88

...

...

...

0,96

1,18

17,74

-

107,51

-

...

...

...

28,61

...

...

...

6

-

36,51

69,23

2,04

87,48

2,33

93

...

...

...

0,87

1,09

-

37,60

69,92

-

7

-

24,91

...

...

...

1,64

56,77

1,84

67

0,12

0,57

0,69

-

25,60

...

...

...

-

...

...

...

63,20

6,39

193,19

...

...

...

1,35

14,07

15,42

...

...

...

178,63

D.2.2.2 Cách ghi chép và tính toán trong bảng D.3 như sau:

a) Cột (1) ghi các tháng của một chu kỳ năm thủy văn: từ tháng đầu của mùa lũ năm trước đến tháng cuối cùng của mùa cạn năm sau;

b) Cột (2) và cột (3) lần lượt là lượng nước thừa, thiếu từng tháng chưa kể đến tổn thất (lấy số liệu trong cột (4) và cột (5) của bảng D.2);

c) Cột (4) là dung tích hồ chứa chưa kể đến tổn thất theo phương án chứa nước sớm (lấy số liệu trong cột (6) của bảng D.2 cộng với dung tích chết V_c = 44,32 x 10^6 m^3). Ví dụ dung tích hồ chứa khi chưa kể đến tổn thất của tháng 9 là V₉:

V₉ = (44,32 + 47,17) x 10^6 m^3

V₉ = 91,49 x 10^6 m^3

...

...

...

d) Cột (5) ghi diện tích mặt nước của hồ (ký hiệu là F) tương ứng với các số liệu ghi trong cột (4). Các số liệu về diện tích mặt nước được suy ra từ các đường đặc tính hồ chứa (đường đặc tính diện tích mặt nước hồ và đường đặc tính dung tích hồ);

e) Cột (6) và cột (7) lần lượt là dung tích hồ chứa trung bình và diện tích mặt nước hồ trung bình của tháng (giá trị trung bình của đầu tháng và cuối tháng);

f) Cột (8) ghi lớp nước tổn thất do bốc hơi trong từng tháng (lấy từ kết quả tính toán các đặc trưng khí tượng - thủy văn);

g) Cột (9) ghi lượng nước tổn thất của hồ do bốc hơi trong từng tháng, là kết quả của phép nhân số liệu ghi trong cột (7) với số liệu ghi trong cột (8) tương ứng;

h) Cột (10) ghi định mức (tiêu chuẩn) lượng nước tổn thất do thấm và rò rỉ qua công trình. Do điều kiện địa chất lòng hồ thuộc loại tốt nên tổn thất nước do thấm lấy bằng 1,0 % lượng nước chứa trong hồ;

i) Cột (11) ghi lượng nước tổn thất do thấm và rò rỉ qua lòng hồ trong từng tháng, lấy bằng 1,0 % giá trị ghi trong cột (6) tương ứng;

k) Cột (12) ghi tổng lượng nước tổn thất của hồ chứa trong từng tháng. Số liệu trong cột (12) là tổng số liệu ghi trong cột (9) và số liệu ghi trong cột (11) tương ứng;

l) Cột (13) và cột (14) lần lượt là lượng nước thừa, lượng nước thiếu từng tháng đã kể đến tổn thất. Số liệu trong cột (13) bằng số liệu trong cột (2) trừ đi số liệu trong cột (12) tương ứng. Số liệu trong cột (14) bằng bằng số liệu trong cột (3) cộng với số liệu trong cột (12) tương ứng;

m) Dựa vào số liệu cột (13) hoặc (14), tính toán lượng nước thừa, lượng nước thiếu của thời kỳ thừa nước và thời kỳ thiếu nước liên tục cho kết quả như sau:

...

...

...

V₁^- = 115,43 x 110^6 m^3

V₂^+ = 28,61 x 10^6 m^3

V₂^- = 63,20 x 10^6 m^3;

n) Theo công thức (D.3) xác định được dung tích hiệu quả của kho nước như sau:

V_h = V₁^- + V₂^- - V₂^+

V_h = (115,43 + 63,20 - 28,61) x 10^6 m^3

V_h = 150,02 x 10^6 m^3.

Như vậy so với trường hợp chưa kể tổn thất, dung tích hiệu quả của hồ chứa nước sau khi đã kể đến tổn thất tăng khoảng 1,0 x 10^7 m^3;

o) Dung tích hồ chứa tương ứng với mực nước dâng bình thường xác định theo công thức (1):

...

...

...

V_hc = (44,32 + 150,02) x 10^6 m^3

V_hc = 194,34 x 10^6 m^3;

p) Dựa vào cột (13) hoặc cột (14) có thể tính phương án vận hành hồ chứa nước sớm tương tự như trường hợp chưa kể tổn thất. Cột (15) ghi đường quá trình dung tích hồ chứa theo phương án chứa nước sớm. Trình tự và phương pháp tính toán như sau:

- Hàng đầu tiên của cột thứ (15), đầu tháng 9, là dung tích chết (44,32 x 10^6 m^3). Cộng dung tích chết với trị số DV^+ tháng 9 trong cột (13) được dung tích hồ chứa cuối tháng 9 là V₉:

V₉ = (44,32 + 46,42) x 10^6 m^3

V₉ = 90,74 x 10^6 m^3;

- Số liệu vừa tính được ghi vào hàng thứ hai của cột (15);

- Các tháng khác cũng tính tương tự. Tới tháng 11 hồ đã chứa đầy nước và có lượng nước xả tính được W_xả = 4,86 x 10^6 m^3. Cuối tháng 12 và đầu tháng 1 hồ vẫn còn đầy nước. Lượng nước phải xả trong tháng 12 là 1,53 x 10^6 m^3;

 - Tháng 1 bắt đầu thiếu nước (nước đến ít hơn nước dùng). Đến cuối tháng 1 hồ phải cấp 32,31 x 10^6 m^3 nên dung tích hồ chỉ còn 162,03 x 10^6 m^3 nước. Số liệu này ghi vào cột (15) tương ứng với tháng 1;

...

...

...

D.2.2.3 Kết quả tính toán đã nêu tại D.2.2.2 là kết quả gần đúng. Để xác định chính xác dung tích hiệu quả của hồ chứa điều tiết cấp nước có thể tính toán lại lần thứ hai bằng cách lấy số liệu và kết quả ở các cột (13), cột (14) và cột (15) của bảng D.3 lần lượt ghi vào cột (2), cột (3) và cột (4) của bảng tính toán mới sau đó tính toán lại theo trình tự và phương pháp đã nêu tại D.2.2.2. Thông thường chỉ cần tính toán lại lần thứ hai là đạt yêu cầu.

PHỤ LỤC E

(Tham khảo)

Ví dụ tính toán dung tích hữu ích của hồ chứa cấp nước điều tiết năm theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi

E.1 Tài liệu cho trước

E.1.1 Một hồ chứa nước có các tài liệu cơ bản sau đây:

a) Các đường đặc tính hồ chứa (đường quan hệ giữa cao trình mực nước hồ với diện tích mặt hồ và đường quan hệ giữa mực nước hồ với dung tích hồ);

b) Tài liệu thủy văn từ năm 1970 đến năm 2014 (tài liệu quá trình lưu lượng nước đến và quá trình tổng lượng nước đến trung bình từng tháng của năm);

...

...

...

d) Kết quả tính toán mực nước chết đã xác định được dung tích chết V_c = 785.000 m₃ và mực nước chết Z_c = 267,5 m;

e) Lượng nước tổn thất do thấm lấy bằng 3,0 % dung tích trung bình tháng;

f) Lượng bốc hơi gia tăng trung bình của từng tháng trong năm được ghi trong bảng E.1.

Bảng E.1 - Lượng bốc hơi gia tăng trung bình của từng tháng trong năm

Tháng

1

2

3

4

...

...

...

6

7

8

9

10

11

12

Năm

DZ, mm

...

...

...

16,2

19,2

22,1

28,6

27,4

27,3

21,4

20,1

20,5

...

...

...

18,6

257,0

E.1.2 Yêu cầu tính toán xác định dung tích hữu ích của hồ chứa nước điều tiết năm với mức đảm bảo thiết kế 85 %.

E.2 Trình tự và phương pháp tính toán

E.2.1 Lập bảng tính toán điều tiết E.2. Các tài liệu đầu vào ghi vào trong bảng như sau:

- Cột (1) ghi năm thủy văn theo liệt tài liệu đã có (từ năm 1970 - 1971 đến năm 2013 - 2014);

- Cột (2) ghi lần lượt các tháng trong từng năm, bắt đầu từ mùa mưa của năm 1970 (tháng 5) đến cuối mùa khô của năm 2013 - 2014 (tháng 4);

- Đường quá trình lưu lượng nước đến và tổng lượng nước đến từng tháng, từng năm ghi ở cột (3) và cột (5);

- Đường quá trình yêu cầu cấp nước tưới và dân sinh ghi ở cột (4);

...

...

...

Bảng E.2 - Tính toán điều tiết năm theo phương pháp toàn chuỗi

Năm

Tháng

Q_v
m^3/s

W_yc
10^3 m^3

W_v
10^3 m^3

W_tt
10^3 m^3

DV

V
10^3 m^3

...

...

...

W_xả
10^3 m^3

+

-

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

...

...

...

(8)

(9)

(10)

(11)

...

...

...

785,0

267,50

1970 -1971

5

0,850

281,0

...

...

...

59,99

1 932,81

-

2 717,8

276,70

-

6

0,710

796,0

...

...

...

101,87

951,52

-

3 500,0

279,28

169,33

7

0,871

372,0

...

...

...

114,20

1 847,33

-

3 500,0

279,28

1 847,33

8

0,674

199,0

...

...

...

112,21

1 493,21

-

3 500,0

279,28

1 493,21

9

1,067

239,0

...

...

...

111,77

2 415,83

-

3 500,0

279,28

2 415,83

10

0,510

186,0

...

...

...

111,91

1 067,22

-

3 500,0

279,28

1 067,22

11

0,330

207,0

...

...

...

111,30

537,10

-

3 500,0

279,28

537,10

12

0,148

242,0

...

...

...

111,27

41,84

-

3 500,0

279,28

41,84

1

0,098

1 206,0

...

...

...

96,09

-

1 038,31

2 461,7

275,86

-

2

0,081

684,0

...

...

...

70,75

-

559,42

1 902,3

273,62

-

3

0,073

698,0

...

...

...

53,72

-

557,32

1 344,9

271,04

-

4

0,102

745,0

...

...

...

37,07

-

518,15

826,8

267,81

-

1971 -1972

5

0,349

...

...

...

935,79

38,49

616,30

-

1 401,3

271,30

-

-

-

...

...

...

-

-

-

-

-

-

-

-

-

...

...

...

-

-

-

-

-

-

-

-

-

...

...

...

-

-

-

-

-

-

-

-

-

...

...

...

-

-

-

-

-

-

-

-

-

...

...

...

5

0,062

281,0

167,03

27,55

-

141,53

785,0

267,50

...

...

...

6

0,228

796,0

591,88

27,39

-

231,50

785,0

267,50

...

...

...

-

-

-

-

-

-

-

-

-

...

...

...

E.2.2 Trình tự tính toán và phương pháp ghi số liệu tính toán vào bảng như sau:

a) Giả thiết dung tích hữu ích của hồ là V_h = 2,715 x 10^6 m^3, tổng dung tích là V_hc = 2,500 x 10^6 m^3, mực nước dâng bình thường tương ứng là H_bt = 279,28 m;

b) Bắt đầu tính toán cho năm thứ nhất (năm 1970 - 1971). Từ các công thức (6), (7) và (8) có:

V_i = V_i-1 + Q_vi x Dt_i - Q_ri x Dt_i

Q_ri = q_yi + q_bi + q_ti + q_xi;

c) Đầu tháng 5 năm 1970 mực nước trong hồ hạ xuống tới mực nước chết tương ứng với dung tích chết V₄ = 785 x 10^3 m^3. Dung tích của hồ ở thời điểm cuối tháng 5 được tính như sau:

- Bước 1 chưa tính đến tổn thất:

V₅ = V₄ + Q_v5 x Dt₅ - q_y5 x Dt₅

V₅ = (785,0 + 2 273,8 - 281,0) x 10^3 m^3

...

...

...

Dung tích bình quân của hồ trong tháng 5 là:

V_tb5 = 0,5 x (785,0 + 2 777,8) x 10^3 m^3

V_tb5 = 1 781,4 x 10^3 m^3

Từ đường đặc tính hồ chứa suy ra diện tích mặt hồ trung bình trong tháng 5 là F_tb5:

F_tb5 = 22,9 ha;

- Bước 2 kể đến tổn thất:

1) Tổn thất do bốc hơi:

W_bh5 = 10 x F_tb5 x DZ₅

W_bh5 = 10 x 22,9 x 28,6

...

...

...

trong đó 10 là hệ số quy đổi đơn vị;

2) Tổn thất do thấm mất nước lấy bằng 3,0 % dung tích trung bình của hồ tháng 5:

W_t5 = 0,03 x 1 781,4 x 10^3 m^3

W_t5 = 53,44 x 10^3 m^3;

3) Tổng tổn thất trong tháng 5 là W_tt5:

W_tt5 = W_bh5 + W_t5

W_tt5 = (6,55 + 53,44) x 10^3 m^3

W_tt5 = 59,99 x 10^3 m^3

Ghi W_tt5 tính được vào cột (6);

...

...

...

V₅ = V₄ + Q_v5 x Dt₅ - q_y5 x Dt₅ - W_tt5

V₅ = (2 777,8 - 59,99) x 10^3 m^3

V₅ = 2 717,8 x 10^3 m^3

Ghi trị số V₅ vừa tìm được vào cột (9);

d) Từ đường đặc tính hồ chứa suy ra diện tích cao trình mặt hồ trung bình trong tháng 5 là 276,7 m. Ghi số liệu này vào cột (10);

e) Tiếp tục tính toán các tháng và năm tiếp theo cho đến hết liệt tài liệu. Trong quá trình tính toán có thể xảy ra các trường hợp sau đây cần xử lý và cách xử lý như sau:

- Nếu dung tích cuối tháng nào đó lớn hơn dung tích tổng thì lấy bằng dung tích tổng, tổn thất cũng phải tính tương đương với dung tích đó và tính lượng nước xả thừa ghi vào cột (11);

- Nếu dung tích cuối tháng nào đó nhỏ hơn dung tích chết thì lấy bằng dung tích chết, tổn thất phải lấy tương đương với dung tích đó và ghi vào cột (11): thiếu nước;

f) Khi tính toán điều tiết năm theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi nên cuối mùa cấp nước năm trước cũng là bắt đầu của mùa trữ nước năm sau, mực nước trong hồ phải ở vị trí mực nước chết. Ví dụ dung tích cuối tháng 5 năm 1971 (cuối tháng đầu tiên của năm thủy văn thứ hai) là V₅:

...

...

...

V₅ = (785,0 + 935,8 - 281,0 - 38,5) x 10^3 m^3

V₅ = 1 401,3 x 10^3 m^3.

E.2.3 Tính toán số năm đảm bảo cấp nước theo công thức (14). Nếu kết quả tính toán có số năm đảm bảo cấp nước thỏa mãn công thức (14) là đạt yêu cầu. Nếu không đạt yêu cầu thì phải giả thiết lại dung tích V_h cho phù hợp và tính toán lại theo trình tự và phương pháp nêu tại E.2.2. Có thể tính toán một vài trị số V_h với số năm đảm bảo m, sau đó nội suy.

CHÚ THÍCH:

Trong ví dụ của phụ lục này, tần suất đảm bảo cấp nước theo quy định là 85 % (P_CN = 85), số năm tính toán là 44. Do vậy số năm đảm bảo cấp nước m tính theo công thức (14) như sau:

m =  x 85

m = 38,25 năm

m lấy tròn bằng 38 năm. Số năm bị phá hoại không lớn hơn 5 năm (44 năm - 38 năm = 6 năm).

Kết quả tính toán điều tiết toàn chuỗi 44 năm tài liệu cho thấy có 35 năm đảm bảo cấp nước và có tới 9 năm thiếu nước, mức đảm bảo chỉ đạt 77,78 %, do đó lần tính thử tiếp theo phải tăng thêm dung tích mới đáp ứng được yêu cầu đảm bảo cấp nước.

...

...

...

PHỤ LỤC F

(Tham khảo)

Tính toán điều tiết nhiều năm theo phương pháp thống kê

F.1 Nguyên lý chung

Dung tích điều tiết nhiều năm được chia thành hai thành phần gồm dung tích nhiều năm (V_nn) và dung tích năm (V_n). Điều tiết dòng chảy giữa các năm do phần dung tích nhiều năm đảm nhận còn điều tiết dòng chảy trong năm do phần dung tích năm đảm nhận.

F.2 Trường hợp lượng nước dùng không thay đổi

F.2.1 Nếu khu tưới là vùng có cây trồng cạn là chủ yếu, lượng nước từ hồ cung cấp cho sản xuất nông nghiệp và cho các đối tượng dùng nước khác hàng năm ít thay đổi hoặc không đổi, có thể tìm thành phần dung tích điều tiết nhiều năm theo biểu đồ Pletskôp (xem hình F.1), còn thành phần dung tích điều tiết năm tính toán theo phương pháp năm đại biểu (còn gọi là năm điển hình).

F.2.2 Tính toán xác định thành phần dung tích nhiều năm trong tổng dung tích điều tiết nhiều năm theo phương pháp biểu đồ Pletskôp. Cách sử dụng biểu đồ Pletskôp khi đã biết các thông số đặc trưng thống kê của dòng chảy năm thiết kế là Q₀, W₀, C_v, C_s để xác định thành phần dung tích nhiều năm như sau:

a) Trường hợp C_s xấp xỉ bằng hai lần C_v (C_s » 2 x C_v):

...

...

...

- Từ công thức (C.1) và (C.2) tính toán xác định Q_đt và V_nn theo công thức Q_đt = a x Q₀ và V_nn = b x W₀. Từ đó xác định được quan hệ giữa thành phần dung tích nhiều năm V_nn với lưu lượng điều tiết Q_đt tương ứng với tần suất thiết kế (quan hệ V_nn ~ Q_đt);

b) Trường hợp C_s khác hai lần C_v (C_s ¹ 2 x C_v):

- Áp dụng công thức sau đây để tính C_v’ và a’:

C_v’ =  (F.1)

a’ =  (F.2)

a₀ = (m - 2)/m (F.3)

- Giả thiết một số giá trị a tính được C_v’ và a’, tra biểu đồ Pletskôp tìm được b’. Có b’ tìm được b theo công thức sau:

b = (1 - a₀) x b’ (F.3)

- Căn cứ trị số a, b và các đại lượng khác để xác định quan hệ giữa thành phần dung tích nhiều năm V_nn với lưu lượng điều tiết Q_đt tương ứng với tần suất thiết kế như đã nêu tại khoản a của điều này.

...

...

...

a là hệ số điều tiết hay hệ số dùng nước (xem C.1);

b là hệ số dung tích hồ (xem C.2);

Q₀, W₀, C_v, C_s là các giá trị đặc trưng thống kê của dòng chảy năm đến hồ, được xác định thông qua kết quả tính toán thủy văn;

m = C_s/C_v.

Hình F.1 - Biểu đồ Pletskôp khi C_s = 2 x C_v

F.2.3 Tính toán xác định thành phần dung tích năm V_n trong dung tích điều tiết nhiều năm: áp dụng phương pháp năm đại biểu (hay năm điển hình) nêu tại 8.1.2.2 và phụ lục D để tính toán. Năm đại biểu phải có lượng nước đến xấp xỉ bằng lượng nước dùng. Nếu thời gian cấp nước T thay đổi, phải chọn một số năm có lượng dòng chảy năm bằng hoặc lớn hơn không quá 5,0 % lượng nước dùng năm để tính toán điều tiết năm và tìm ra dung tích lớn hơn để làm V_n. Theo điều kiện điều tiết năm hoàn toàn, thành phần dung tích năm V_n, m^3, được xác định theo công thức sau:

V_n = (q - Q_k) x T (F.4)

trong đó:

...

...

...

Q_k là lưu lượng nước đến trung bình mùa kiệt, m^3/s;

T là thời gian cấp nước, s.

F.3 Trường hợp lượng nước dùng thay đổi

F.3.1 Nguyên tắc chung để tính toán là phải chuyển đổi từ trường hợp lượng nước dùng thay đổi hàng năm thành lượng nước dùng không đổi để sử dụng biểu đồ Pletskôp. Việc chuyển đổi dựa trên các cơ sở sau:

a) Trong một vùng hưởng lợi của hồ chứa với các đối tượng sử dụng nước xác định, diện tích đất nông nghiệp cần tưới đã biết, cùng một cơ cấu cây trồng và định mức nước tưới thì lượng nước lớn nhất M_max cần cung cấp là không đổi:

M_max = M + R (F.5)

và M_max = +  (F.6)

trong đó:

M là lượng nước cần cung cấp trong vùng hưởng lợi, m^3;

...

...

...

R là lượng mưa năm hiệu quả của khu tưới, m^3, là tích số giữa lượng mưa hiệu quả (lượng mưa rơi xuống ruộng được dùng để tưới) và diện tích tưới. Khi R = 0 thì M đạt trị số lớn nhất M_max;

 là trị số trung bình lượng mưa năm hiệu quả của khu tưới, m^3;

b) Trong mỗi năm, M_max được xác định bởi lượng mưa hiệu quả R và tổng lượng dòng chảy năm W. Khi tính toán điều tiết phải vẽ được đường tần suất tổng lượng nước đến bằng cách tổ hợp tần suất giữa đường tần suất mưa hiệu quả với đường tần suất dòng chảy năm;

c) Lấy đường tần suất tổng lượng nước đến làm đường tần suất nước đến của hồ chứa thì hồ chứa hàng năm cung cấp được lượng nước dùng lớn nhất M_max. Bằng cách này đã biến việc điều tiết nhiều năm nước dùng thay đổi thành nước dùng không đổi.

F.3.2 Trình tự và phương pháp tính toán như sau:

a) Vẽ đường tần suất tổng lượng nước đến. Nếu khu tưới có tài liệu mưa hiệu quả tương đối dài, có thể vẽ đường tần suất mưa hiệu quả và tần suất lượng nước đến hồ chứa như sau:

- Các thông số thống kê của đường tần suất tổng lượng nước đến xác định theo các công thức sau:

_Tong =  +  (F.7)

s_Tong =  (F.8)

...

...

...

C_{s Tong} = .C_{v Tong} (F.10)

trong đó:

_Tong là trị số bình quân của đường tần suất tổng lượng nước đến, m^3;

 là trị số bình quân của lượng dòng chảy năm đến hồ chứa, m^3;

 là trị số bình quân lượng mưa năm hiệu quả của khu tưới, m^3;

s_Tong là phương sai của đường tần suất tổng lượng nước đến;

s _W là phương sai của đường tần suất lượng dòng chảy năm đến hồ chứa;

s_R là phương sai của đường tần suất lượng mưa hiệu quả của khu tưới;

C_{v Tong} là hệ số phân tán (biến đổi) của đường tần suất tổng lượng nước đến;

...

...

...

C_{s Tong} là hệ số thiên lệch (không đối xứng) của đường tần suất tổng lượng nước đến;

C_{s W} là hệ số không đối xứng của đường tần suất lượng dòng chảy năm đến hồ chứa;

g_RW là hệ số tương quan của lượng dòng chảy năm với lượng mưa năm;

- Từ các thông số thống kê _Tong, C_{v Tong} và C_{s Tong} vẽ được đường tần suất tổng lượng nước đến;

b) Tìm dung tích nhiều năm V_nn. Từ hệ số điều tiết a = , tần suất thiết kế p đã biết (thông thường

là 85 % đối với công trình hồ chứa nước từ cấp III đến cấp đặc biệt và 75 % đối với công trình hồ chứa nước cấp IV) và C_{v Tong} tìm được hệ số dung tích b theo phương pháp và công thức đã nêu tại F.2, tìm được V_nn theo công thức:

V_nn = b x  (F.11)

c) Xác định dung tích năm V_n. Dung tích V_n có thể tính theo phương pháp lập bảng (hay phương pháp năm điển hình) đã nêu tại phụ lục D;

d) Dung tích điều tiết của hồ chứa là tổng của hai thành phần dung tích trên (xem F.1):

...

...

...

CHÚ THÍCH: Việc xét đến tổn thất hồ chứa trong tính toán điều tiết nhiều năm thường cộng lượng tổn thất bình quân năm (tổn thất do bốc hơi và do thấm) với lượng nước tưới cho nông nghiệp để tính toán thành phân dung tích nhiều năm, còn khi tính toán thành phần dung tích năm không xét đến tổn thất nữa.

PHỤ LỤC G

(Tham khảo)

Tính toán công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện

G.1 Nguyên lý tính toán thủy năng

G.1.1 Năng lượng do dòng nước sinh ra trong một khoảng thời gian gọi là thủy năng. Năng lượng do dòng nước sinh ra trong một đơn vị thời gian gọi là công suất. Công suất phát điện ký hiệu là N, đơn vị là kW, được xác định theo công thức sau:.

N = 9,81 x h x Q x H (G.1)

trong đó:

...

...

...

H là chênh lệch cột nước giữa thượng lưu và hạ lưu, m:

H = Z_t - Z_h - DH (G.2)

Z_t là cao độ mực nước thượng lưu, m;

Z_h là cao độ mực nước hạ lưu tương ứng với lưu lượng nước điều tiết Q, m;

DH là tổn thất cột nước, m;

h là hiệu suất của nhà máy thủy điện, xác định theo công thức sau:

h = h_mp x h_tb x h_td (G.3)

h_mp là hiệu suất của máy phát điện. Thông thường h_mp từ 0,95 đến 0,98;

h_td là hiệu suất truyền động. Nếu tuốc bin và máy phát nối trực tiếp thì h_td = 1,0;

...

...

...

Khi đường đặc tính tuốc bin chưa xác định do chưa chọn được thiết bị, có thể sơ bộ chọn h từ 0,70 đến 0,87 tuỳ theo quy mô tổ máy của công trình thủy điện.

G.1.2 Nguyên lý chung của tính toán thủy năng là:

a) Căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình (các điều kiện về tự nhiên, kinh tế - xã hội đã nêu tại điều 5), đề xuất một số phương án mực nước chết và mực nước dâng bình thường;

b) Tương ứng với mỗi phương án đề xuất tiến hành tính toán xác định các thông số cơ bản khác của nhà máy thủy điện như dung tích hữu ích của hồ chứa, công suất đảm bảo, công suất lắp máy của nhà máy thủy điện, điện lượng năm trung bình nhiều năm và điện lượng trong những năm đặc trưng khác cần thiết cho việc cân bằng điện của hệ thống điện;

c) Sau khi có kết quả tính toán cho các phương án, tiến hành phân tích so sánh và chọn ra phương án hợp lý nhất.

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành về tính toán thủy năng để xác định các thông số cơ bản của nhà máy thủy điện.

G.2 Tính toán công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện điều tiết năm

G.2.1 Công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện điều tiết năm, ký hiệu là N_bđ, là công suất bình quân mùa cấp nước (mùa kiệt) ứng với tần suất thiết kế. Khi mực nước dâng bình thường và mực nước chết đã xác định thì công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện điều tiết năm có thể xác định theo một trong hai phương pháp được nêu tại G.2.2 và G.2.3. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng hồ mà lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp.

G.2.2 Xác định công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện theo phương pháp năm đại biểu. Nội dung của phương pháp như sau:

...

...

...

Q_đt = (W_k + V_h - W_tt - W_th)/T (G.4)

trong đó:

Q_đt là lưu lượng điều tiết bình quân mùa cấp nước của năm kiệt thiết kế, m^3/s;

W_k là tổng lượng nước đến mùa kiệt, m^3;

V_h là dung tích hữu ích của hồ, m^3;

W_tt là lượng nước tổn thất, m^3;

W_tl là lượng nước sử dụng ở thượng lưu, m^3;

T là thời gian kéo dài mùa kiệt, s;

Nếu không xét đến tổn thất và lấy nước ở thượng lưu, lưu lượng điều tiết bình quân mùa cấp nước tính theo công thức đơn giản sau:

...

...

...

b) Để hiểu thêm cách tính điều tiết theo phương pháp lưu lượng không đổi, có thể xem thêm ví dụ minh hoạ sau đây: Một nhà máy thủy điện điều tiết năm có tần suất thiết kế 85 %, dung tích hữu ích V_h là 31 520 000 m^3, dung tích chết V_c là 10 500 000 m^3, không lấy nước ở thượng lưu hồ. Lưu lượng bình quân tháng của năm nước kiệt thiết kế ghi ở cột 2 của bảng G.1. Công suất đảm bảo của nhà máy thủy điện nói trên được xác định theo trình tự sau:

- Giả thiết mùa cấp nước bắt đầu từ tháng 1 đến tháng 5, lượng nước đến 5 tháng mùa kiệt là W_k:

W_k = (2,00 x 31 + 2,05 x 29 + 0,85 x 31 + 1,50 x 30 + 2,80 x 31) x 86 400, m^3

W_k = 24 1570 440 m^3

Sử dụng công thức (G.5) để tính toán lưu lượng điều tiết bình quân mùa cấp nước Q_đt:

Q_đt = (24 157 440 + 31 520 000)/[(31 + 28 + 31 + 30 + 31) x 86 400], m^3/s

Q_đt = 4,24 m^3/s

So với lưu lượng nước đến thấy rằng tháng 12 có lưu lượng nhỏ hơn Q_đt, do đó tháng 12 cũng nằm trong thời kỳ cấp nước (6 tháng). Tính lại cho kết quả W_k bằng 33 264 000 m^3 và Q_đt bằng 4,10 m^3/s so với lưu lượng nước đến là hợp lý. Ghi kết quả tính toán vào cột 3 của bảng F.1 từ tháng 12 năm trước đến tháng 5 năm sau;

- Lưu lượng điều tiết mùa trữ nước tính theo công thức sau:

...

...

...

trong đó:

W_L là tổng lượng nước đến trong mùa lũ, m^3;

T_L là thời gian kéo dài mùa lũ, s;

Thay các trị số trong bảng G.1, cột (2) từ tháng 6 đến tháng 11 là các tháng mùa lũ với tổng thời gian 183 ngày vào công thức (G.6) cho kết quả như sau:

W_L = (8,0 x 30 + 7,5 x 31 +6,5 x 31 + 13,5 x 30 + 7,5 x 31 + 7,3 x 30) x 86 400, m^3

W_L = 132 235 200 m^3

Q_đt = (132 235 200 - 31 520 000)/(183 x 86 400), m^3/s

Q_đt = 6,37 m^3/s

So với lưu lượng nước đến, Q_đt mùa lũ tính toán được là hợp lý. Ghi kết quả tính toán này vào cột 3 của bảng G.1 từ tháng 6 đến tháng 11;

...

...

...

- Công suất đảm bảo (N_đb) tính theo công suất bình quân 6 tháng mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau) như sau:

N_bđ = (956 + 936 + 895 + 821 +746 + 677)/6

N_đb = 838,5 kW.

Bảng G.1 - Tính toán công suất năm nước kiệt thiết kế theo phương pháp lưu lượng không đổi

Tháng

Q_đ

m^3/s

Q_đt

m^3/s

...

...

...

Nước thiếu

Lượng trữ (dung tích hồ) cuối tháng

m^3

Lượng trữ (dung tích hồ) bình quân tháng

10^3 m^3

Z_th

m

Z_hạ

...

...

...

H

m

N

kW

m^3/s

m^3

m^3/s

m^3

(1)

...

...

...

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

...

...

...

(13)

10 500 000

...

...

...

25,00

-

-

-

6

8,00

6,37

1,63

4 225 000

...

...

...

-

14 725 000

12 613 000

25,20

1,60

23,60

1 054

7

7,50

...

...

...

1,13

3 027 000

-

-

17 752 000

16 239 000

27,00

1,60

25,40

...

...

...

8

6,50

6,37

0,13

349 000

-

-

18 101 000

17 927 000

...

...

...

1,60

25,90

1 157

9

13,50

6,37

7,13

18 481 000

-

...

...

...

36 582 000

27 341 000

30,50

1,60

28,90

1 291

10

7,50

6,37

...

...

...

3 027 000

-

-

39 609 000

38 096 000

34,20

1,60

32,60

1 458

...

...

...

7,30

6,37

0,93

2 411 000

-

-

42 020 000

40 815 000

34,60

...

...

...

33,00

1 476

12

3,40

4,10

-

-

0,70

1 868 000

...

...

...

41 086 000

34,70

1,40

33,30

956

1

2,00

4,10

-

...

...

...

2,10

5 617 000

34 535 000

37 343 000

34,00

1,40

32,60

936

2

...

...

...

4,10

-

-

2,05

5 130 000

29 405 000

31 970 000

32,60

1,40

...

...

...

895

3

0,85

4,10

-

-

3,25

8 698 000

20 707 000

...

...

...

30,00

1,40

28,60

821

4

1,50

4,10

-

-

...

...

...

6 732 000

13 975 000

17 341 000

27,40

1,40

26,00

746

5

2,80

...

...

...

-

-

1,30

3 475 000

10 500,000

12 237 000

25,00

1,40

23,60

...

...

...

31 520 000

...

...

...

CHÚ THÍCH: Sau khi tìm được lưu lượng nước điều tiết cũng có thể dung công thức (G.1) để tìm công suất bảo đảm:

- Dung tích bình quân: V = V_c + 0,5 x V_h

 V = (10 050 000 + 0,5 x 31 520 000) m^3

 V = 26 626 000 m^3;

- Tra đường quan hệ Z ~ V tìm được mực nước thượng lưu trung bình Z_th là 30,90 m, mực nước hạ lưu theo tài liệu Z_hạ là 1,40 m, cột nước phát điện H là 29,5 m;

- Công suất bảo đảm tính theo công thức (G.1) với h = 0,71, Q_đt = 4,10 m^3/s:

...

...

...

N_bđ = 842,4 kW.

Hai phương pháp tính toán cho kết quả chênh lệch nhau không nhiều.

G.2.3 Xác định công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện theo phương pháp điều tiết toàn chuỗi. Theo phương pháp này phải sử dụng toàn bộ chuỗi số liệu thủy văn đã có, qua tính toán điều tiết tính được công suất bình quân mùa cấp nước (mùa kiệt) của từng năm, sau đó tính tần suất chuỗi công suất đó. Từ tần suất thiết kế p = 85 % tra ra công suất bảo đảm (xem thêm phương pháp điều tiết toàn chuỗi nêu tại phụ lục E).

G.3 Tính toán công suất bảo đảm của nhà máy thủy điện điều tiết ngày hoặc không điều tiết

G.3.1 Phương pháp năm đại biểu

G.3.1.1 Chọn một số năm đại biểu cho các năm nhiều nước, năm ít nước và năm nước trung bình theo các tần suất để tính toán. Trong giai đoạn tính toán thiết kế sơ bộ có thể chỉ chọn 3 năm đại biểu theo phương pháp sau: gọi P là tần suất thiết kế của nhà máy thủy điện, thì năm ít nước được chọn là năm có lượng nước đến tương đương với tần suất P, năm nhiều nước được chọn tương đương với tần suất (1 - P) và năm nước trung bình được chọn tương đương với tần suất 50 %.

G.3.1.2 Tính toán xác định công suất đảm bảo của nhà máy thủy điện điều tiết ngày theo phương pháp lập bảng. Bảng G.2 giới thiệu ví dụ kết quả tính toán thủy năng điều tiết ngày cho một tháng kiệt nhất của một năm đại biểu, trong đó:

Q_net là lưu lượng nước đến đã khấu trừ tổn thất, m^3/s;

Q_x là lưu lượng nước xả thừa khi Q_net > Q_{tb max}, m^3/s;

...

...

...

Q_PĐ là lưu lượng phát điện, m^3/s: Q_PĐ = Q_net - Q_x;

N_n là công suất ngày, kW, tính theo công thức (G.1);

Z_t là độ cao mực nước thượng lưu, m. Nếu không có điều tiết thì Z_t lấy bằng mực nước dâng bình thường của hồ chứa hoặc bể áp lực. Nếu có điều tiết ngày thì Z_t lấy bằng mực nước trung bình của mùa kiệt và lấy bằng mực nước dâng bình thường của mùa lũ khi lưu lượng nước đến lớn hơn lưu lượng phát điện (Q_net > Q_pd);

Z_h là độ cao mực nước hạ lưu, m, tra theo quan hệ H ~ Q hạ lưu tương ứng với lưu lượng xả xuống hạ lưu;

E_n là điện lượng phát được trong ngày, kWh: E_n = 24 x N_n.

Bảng G.2 - Kết quả tính toán thủy năng điều tiết ngày tháng 4 của năm đại biểu nhiều nước

Ngày

Q_sông

m^3/s

...

...

...

m^3/s

Q_PĐ

m^3/s

Q_x

m^3/s

Z_t

m

Z_h

m

...

...

...

kW

E_n

kWh

1

2,60

2,59

2,59

0,00

435,50

...

...

...

3 409

81 816

2

2,60

2,59

2,59

0,00

435,50

262,00

...

...

...

81 816

3

2,60

2,59

2,59

0,00

435,50

262,00

3 409

...

...

...

4

5,07

5,05

5,05

0,00

435,50

262,00

6 660

159 840

...

...

...

7,46

7,44

5,69

1,75

435,50

262,00

7 500

180 000

6

...

...

...

7,69

5,69

2,00

435,50

262,00

7 500

180 000

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

G.3.2 Phương pháp điều tiết toàn chuỗi

Nếu tại vị trí xây dựng công trình có tài liệu thủy văn dài và tính đại biểu cao, có thể dùng phương pháp điều tiết toàn chuỗi. Phương pháp này tính toán công suất ngày cho toàn chuỗi số liệu rồi vẽ đường tần suất công suất ngày, xem hình G.1, sau đó từ tần suất thiết kế tìm được công suất bảo đảm. Cách tính toán công suất ngày xem G.3.1.2 nhưng áp dụng cho toàn bộ chuỗi số liệu.

...

...

...

Hình G.1 - Đường tần suất công suất nhà máy thủy điện điều tiết ngày

PHỤ LỤC H

(Tham khảo)

Ví dụ tính toán điều tiết lũ cho hồ chứa

H.1 Tài liệu cho trước

Tính toán điều tiết lũ cho một hồ chứa nước có các tài liệu cơ bản sau đây:

a) Công trình tháo nước là đập tràn đỉnh rộng có hệ số lưu lượng m = 0,36, hệ số có hẹp bên e = 0,95, chiều rộng tràn B = 30,0 m, chảy không ngập (s_n = 1,0). Cao trình ngưỡng tràn là 35,7 m ngang với mực nước dâng bình thường;

b) Đường đặc tính dung tích của hồ chứa nước. Số liệu để vẽ đường cong đặc tính dung tích ghi trong bảng H.1;

...

...

...

Bảng H.1 - Quan hệ giữa mực nước hồ (Z) và dung tích hồ (V)

Z, m

17

18

20

23

25

30

35

...

...

...

45

50

55

V, 10^3 m^3

0

12

184

1 040

2 152

...

...

...

15 552

25 864

38 324

52 777

67 230

H.2 Trình tự và phương pháp tính toán

a) Xây dựng đường cong bổ trợ theo công thức (23) bằng cách lập bảng H.2. Cách điền số và tính toán thiết lập quan hệ giữa khả năng xả lũ của công trình tháo nước bằng đập tràn với dung tích hồ trong thời gian Dt theo bảng H.2 như sau:

1) Giả thiết các mực nước hồ từ cao trình mực nước dâng bình thường 35,7 m trở lên và ghi vào cột (2) của bảng;

2) Từ đường đặc tính dung tích xác định được dung tích hồ tương ứng với mực nước đã giả thiết và ghi vào cột (3) của bảng;

...

...

...

Q_r = 4,43 x s_n x e x m x B x H₀^3/2(H.1)

Thay các trị số B, s_n, e, m đã biết và H₀ xác định theo TCVN 9147: 2012. Kết quả tính toán Q_r tương ứng với mực nước hồ được ghi vào cột (4) của bảng;

4) Có số liệu ở cột (3), cột (4) và Dt = 3 600 s, tính được giá trị V + 0,5 x Q_r x Dt và ghi vào cột (5);

5) Nếu hồ chứa có kết hợp phát điện thì lưu lượng xả Q_r còn phải bao gồm cả lưu lượng nước chảy qua tuốc bin.

Bảng H.2 - Tính toán thiết lập đường cong bổ trợ theo phương trình (23)

TT

Z

m

V

...

...

...

Q_r

m^3/s

V + 0,5 x Q_r x Dt

10^3 m^3

1

35,70

16 996

-

16 996

...

...

...

35,80

17 202

1,40

17 205

3

35,90

17 408

4,10

17 415

...

...

...

36,00

17 614

7,50

17 628

5

36,10

17 821

11,50

17 841

...

...

...

36,20

18 027

16,10

18 056

7

36,30

18 233

21,10

18 271

...

...

...

36,40

18 439

26,60

18 487

9

36,50

18 646

32,50

18 704

...

...

...

36,60

18 852

38,80

18 922

11

36,80

19 264

52,40

19 359

...

...

...

37,00

19 677

67,30

19 798

13

37,20

20 089

83,40

20 239

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

39,80

25 452

377,10

26 130

27

40,00

25 864

405,00

26 593

...

...

...

40,20

26 362

433,60

27 143

29

40,40

26 861

462,80

27 694

...

...

...

40,60

27 359

492,70

28 246

b) Tính toán điều tiết lũ theo phương trình (22) bằng cách lập bảng H.3. Phương pháp tính toán, trình tự tính toán và ghi kết quả tính toán vào bảng như sau:

1) Từ đường quá trình lũ thiết kế được ghi trong cột (2) và các điều kiện ban đầu, tính được vế trái của phương trình (22). Cụ thể như sau: thay các trị số V₁ = 16 996 x 10^3 m^3, _v = 6,45 m^3/s và Dt = 3 600 s vào vế trái của phương trình (22) là V₁ + 0,5 x _v x Dt cho kết quả 17 008 x 10^3 m^3. Trị số này ghi vào dòng thứ 3 của cột (3). Như vậy vế phải của phương trình (22) cũng đã biết;

Bảng H.3 - Kết quả tính toán điều tiết lũ

Thời đoạn t

h

...

...

...

m^3/s

V₁+0,5x_vxDt

10^3 m^3

V₂

10^3 m^3

Lưu lượng xả trung bình _r

m^3/s

Lưu lượng xả Q₂

m^3/s

...

...

...

m

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

0

...

...

...

16 996

16 996

0,00

0,00

35,70

1

12,9

17 008

17 019

...

...

...

0,32

35,71

2

17,1

17 073

17 071

0,53

0,74

35,74

...

...

...

22,5

17 142

17 138

1,01

1,28

35,77

4

527,9

18 129

...

...

...

17,79

34,30

36,22

5

800,0

20 455

20 125

91,85

149,40

...

...

...

6

659,1

22 751

22 056

193,00

236,60

38,15

7

649,4

...

...

...

23 407

278,90

321,20

38,81

8

747,6

25 922

24 609

364,80

...

...

...

39,39

9

426,8

26 723

25 240

411,80

415,20

39,70

10

...

...

...

26 503

25 065

399,60

384,00

39,61

11

212,9

25 943

24 626

...

...

...

348,00

39,40

12

181,8

25 336

24 146

330,60

313,20

39,17

...

...

...

153,6

24 750

23 679

297,50

281,80

38,94

14

135,1

24 198

...

...

...

267,30

252,80

38,73

15

118,6

23 693

22 827

240,50

228,20

...

...

...

16

108,9

23 236

22 455

217,10

206,00

38,35

17

183,7

...

...

...

22 246

204,30

202,60

38,25

18

115,7

22 785

22 085

194,60

...

...

...

38,17

19

94,4

22 463

21 818

179,00

171,40

38,04

20

...

...

...

22 135

21 546

163,60

155,80

37,91

21

70,9

21 820

21 284

...

...

...

142,60

37,78

22

63,1

21 524

21 035

136,00

129,40

37,66

...

...

...

59,3

21 255

20 808

124,40

119,40

37,55

24

56,9

21 016

...

...

...

114,40

109,40

37,45

25

53,3

20 803

20 423

105,60

101,80

...

...

...

26

48,6

20 606

20 255

97,70

93,60

37,28

27

45,4

...

...

...

20 098

90,60

87,60

37,20

28

42,3

20 255

19 953

84,00

...

...

...

37,13

29

40,2

20 101

19 820

78,40

76,40

37,07

30

...

...

...

...

...

...

...

...

2) Từ giá trị biểu thức nằm ở vế phải của phương trình (22): + 0,5 x _r x Dt = 17 008 x 10^3 m^3 tra trên đường quan hệ của phương trình (23) đã thiết lập được ở bảng H.2 cho kết quả _r = 0,16 m^3/s. Trị số tìm được này ghi vào dòng thứ 3 cột (5);

3) Từ phương trình cân bằng nước (_v - _r) x Dt = V₂ - V₁, xác định được dung tích hồ chứa ở cuối thời đoạn theo công thức V₂ = V₁ + (_v - _r) x Dt. Kết quả tính toán ghi vào dòng thứ 3 của cột (4). Biết Q_r ở đầu thời đoạn và lưu lượng xả trung bình _r của thời đoạn, tính được lưu lượng xả ở cuối thời đoạn là Q₂ và ghi vào cột (6). Biết được V₂, tra trên đường đặc tính dung tích (hoặc dựa vào số liệu trong bảng H.1 để tính toán theo phương pháp nội suy tuyến tính) xác định được mực nước hồ chứa tương ứng ở cuối thời đoạn và ghi vào cột (7);

4) Tiếp tục lấy dung tích hồ ở cuối thời khoảng tính toán trước làm dung tích hồ ở đầu thời khoảng tính toán sau và lặp lại các bước tính toán nêu trên sẽ xác định được các giá trị _r, V₂ và Z của thời khoảng tính toán sau cho đến khi tìm được toàn bộ quá trình xả và quá trình đường mực nước hồ;

5) Từ kết quả tính toán ghi trong bảng H.3 xác định được các thông số thiết kế như sau:

...

...

...

- Dung tích điều tiết lớn nhất (dung tích siêu cao): V_sc = (25 240 - 16 996) x 10^3 m^3

V_sc = 8 244 x 10^3 m^3

- Lưu lượng xả lớn nhất: Q_{xả max} = 415,2 m^3/s.