Công trình lấy nước và tháo nước của trạm bơm

Công trình lấy nước từ sông

Việc xây dựng công trình lấy nước từ sông trước hết không được làm thay đổi một cách căn bản chế độ nguồn nước mà phải đảm bảo cho dòng chảy thuận dòng. Các công trình xây dựng bên bờ hoặc giữa lòng sông không được làm hẹp quá 15 ... 20% tiết diện ướt của sông để bảo đảm tàu thuyền đi lại bình thường.

Khi đào phá bờ sông để xây dựng công trình phải tính toán chỉnh trị dòng sông, làm cho chế độ thủy lực ở chỗ lấy nước được tốt hơn, tiết diện và dòng chảy trong lòng sông diễn biến một cách đều đặn.

Lưu lượng lấy từ sông khi không có công trình điều tiết dòng chảy phải ít hơn từ 20 ... 25% lưu lượng kiệt của sông. Dòng chảy vào cửa lấy nước làm với hướng dòng chảy sông một góc  < 900 thường 25 ... 300, cùng lắm mới lấy 900 ( xem Hình 12 - 1 ).

Hình 12 - 1. Bố trí bình đồ tuyến công trình lấy nước bờ.

Vị trí công trình lấy nước nên bố trí ở bờ lõm, tại 1/3 phía dưới của cung cong hoặc cùng lắm bố trí trên đoạn sông thẳng. Công trình lấy nước bố trí trên những đoạn sông ổn định yêu cầu không có hiện tượng lắng đọng bùn cát làm lấp cửa lấy nước. Tuyệt đối không bố trí công trình lấy nước ở bãi cát nông. Để đánh giá về ổn định lòng sông ta có thể dựa vào một thông số không thứ nguyên y sau đây:

Py=1,38j.H.di size 12{ { size 24{P} } rSub { size 8{y} } = { {1,"38"} over {j "." sqrt {H} } } "." sqrt { { {d} over {i} } } } {}( 12 - 1 )

Trong đó: H - độ sâu dòng chảy, ( m ) ; d - độ thô trung bình trầm tích lòng sông, (m) ; i - độ dốc dòng chảy ; j size 12{j} {}- thông số dòng rối, theo V. N. Gôn tra rốp lấy như sau:

d.103 , m	1,5	1,3	1,2	1,0	0,8	0,6	0,4	0,2	0,1
j size 12{j} {}	1,0	1,04	1,18	1,29	1,48	1,76	2,27	3,95	9,75

Khi tính toán khả năng tải cát của kênh cần bảo đảm nước trong trước khi vào máy bơm. Kinh nghiệm cho thấy một số trường hợp nếu làm tăng khả năng chống bào mòn các bộ phận máy bơm thì sẽ kinh tế hơn làm bể lắng cát. Thường để hạn chế bùn cát đáy chảy vào công trình lấy nước người ta đặt các thiết bị tạo dòng chảy ngang nhân tạo, còn việc hạn chế bùn cát lơ lửng còn đang gặp nhiều khó khăn. Thực tế cho thấy công việc nạo vét cửa lấy nước và kênh dẫn vào trạm bơm rất tốn công sức và tiền của.

Công trình lấy nước sông có thể chia hai loại: lấy nước bờ và lấy nước lòng sông:

1. Công trình lấy nước bờ

Công trình lấy nước bờ thường gồm: cửa lấy nước ( giếng bờ 1 ) và đoạn nối tiếp ( bảo vệ chống xói cắt với bờ và kè ) ( xem Hình 12 - 1 và Hình 11 - 2 ):

Hình 12 - 2. Sơ đồ lấy nước bờ.

a - công trình lấy nước tách biệt với nhà máy;

b - công trình lấy nước kết hợp với nhà máy.

1- giếng bờ, 2- nhà máy ; 3- ống hút; 6- tầng lấy nước trên.

Với trạm bơm loại nhỏ và trung bình trang bị máy bơm li tâm trục ngang có hS > 0 và biên độ giao động mực nước không qúa 10 m thì cửa lấy nước thường đứng tách rời khỏi nhà máy ( Hình 12 - 2,a ). Khi trang bị máy bơm li tâm và hướng trục trục đứng (và đôi khi cả bơm trục ngang có hS nhỏ ) biên độ giao động mực nước trong sông lớn hơn 10 m mà nền nhà máy ổn định thì chọn kiểu công trình lấy nước bờ kết hợp với nhà máy là hợp lý ( Hình 12 - 2,b ).

Nước từ sông qua cửa vào để vào giếng bờ. Thường khi giao động mực nước lớn, để lấy nước trong người ta bố trí nhiều tầng cửa ở các cao trình. Việc chỉ đặt một tầng chỉ dùng khi nước sông tương đối sạch. Trên các cửa của tầng lấy nước đều đặt lưới chắn rác, van trượt phẳng hoặc van điều tiết.

Diện tích lỗ vào cửa lấy nước lấy theo công thức sau:

w=1,25.K.Qtkv size 12{w=1,"25" "." K "." { { { size 24{Q} } rSub { size 8{ ital "tk"} } } over {v} } } {}( 12 - 2 )

Trong đó:  - diện tích toàn phần của lỗ cửa, ( m2 ); Qtk - lưu lượng thiết kế của một cửa, ( m3/s ) ; v - vận tốc cho phép qua lỗ, ( m/s ); K - hệ số co hẹp do lưới, ( K > 1 ).

Vận tốc cho phép ở lỗ vào giếng bờ , nếu không tính đến yêu cầu bảo vệ cá và đối với điều kiện lấy nước trung bình và khó thì v = 0,2 ... 0,6 m/s; còn đối với nguồn có yêu cầu bảo vệ cá thì lấy v theo quy định của thiết bị bảo vệ cá.

Chiều cao của ngưỡng lỗ lấy nước thấp nhất phải đặt cao hơn mặt đất ít nhất 0,5 m để tránh bùn cát cuốn vào cửa lấy nước, mép trên của lỗ lấy nước trên cùng phải thấp hơn mực nước thấp nhất một đoạn để tránh rác và vật nổi trôi vào giếng. Vận tốc dòng nước hút vào ống hút có đường kính miệng hút Dv, lấy bằng 0,8 ... 1 m/s, miệng vào ống hút đặt cách đáy từ ( 0,8 ... 1 ) Dv, độ ngập miệng vào của ống hút thẳng đứng dưới mực nước nhỏ nhất bằng 2 Dv và không nhỏ hơn 0,5 m. Bề rộng mỗi ngăn buồng hút lấy trong giới hạn ( 2 ... 2,5 ) Dv, thể tích nước nhỏ nhất ở ngăn buồng hút bằng Vmin = Q.t ( trong đó Q là lưu lương máy bơm, m3/s; t = 15 ... 20 giây ). Cũng từ điều kiện này tính ra chiều dài ngăn buồng hút.

Chiều cao giếng bờ phụ thuộc vào giao động mực nước trong sông và đặc tính của đất. Để ngăn ngừa xói rửa đất nền cần để đáy móng thấp hơm cao trình xói rửa đất 2 m; khi nền yếu cần đóng cừ, đáy sông trong vùng cửa lấy nước cần được gia cố bằng đá đổ hoặc các tấm bê tông cốt thép. Phần trên giếng bờ cần nâng cao hơn mực nước lớn nhất cộng với chiều cao sóng và không nhỏ hơn 0,6 m.

Khi công trình lấy nước có nhiều bùn cát và lưu lượng trạm bơm nhỏ hơn 25 m3/s thì công trình lấy nước bờ có thể bằng cách lấy nước kiểu hố đào ( gàu ). Gàu là một cái vịnh nhân tạo được tạo thành nhờ các đê bao chìa ra sông ( xem Hình 12 - 3 ).

Hình 12 - 3. Sơ đồ lấy nước kiểu hố đào không ngập và ngập.

a - lấy nước tuyến trên; b - lấy nước tuyến dưới không ngập: 1- đê;

2- phần lấy nước; 3- gàu; 4 - kè chắn tuyến trên.

c - hố đào lấy nước ngập : 1,3 - kè tuyến trên và tuyến dưới; 2- đáy sâu cục bộ;

4 - phần lấy nước của công trình.

Khi lượng bùn cát đáy lớn dùng kiểu hố đào tuyến dưới , để rửa bùn cát lắng đọng nên thiết kế theo kiểu tự rửa. Tốc độ dòng chảy ở hố đào nên lấy trong phạm vi từ 0,05 ... 0,3 m/s và không được vuợơt quá tốc độ dòng chảy trong sông. Khi đáy sông cần có độ ngập 1,5 ... 2 m ở giếng bờ và cần tạo một dòng chảy tuần hoàn để tạo độ sâu nhân tạo thì giếng được làm kiểu ngập tự rửa ( Hình 12 - 3,c ). Chiều rộng và chiều dài hố đào cần đủ thỏa mãn lắng đọng bùn cát hoặc tháo vật nổi.

2. Cửa lấy nước lòng sông

Công trình lấy nước lòng sông thường gồm có nút lấy nước đặt tực tiếp trong lòng sông, đường dẫn kín ( tự chảy hoặc xi phông ) nối nút lấy nước với giếng bờ hoặc với bể hở trên bờ. Từ giếng bờ hoặc bể hở nước sẽ được ống hút vào máy bơm. Việc xây dựng cũng như khai thác công trình lấy nước lòng sông phức tạp hơn loại bờ mà tính an toàn của nó lại kém hơn, vì khó quan trắc nút lấy nước và đường dẫn nước dễ bị đọng rác. Do vậy nó được xây dựng với trạm bơm nhỏ và trung bình, đôi khi cũng xây dựng đối với trạm bơm lớn khi điều kiện tự nhiên không cho phép xây dựng cửa lấy nước kiểu bờ.

Hình 12 - 4,a là cửa lấy nước lòng sông loại ngập, loại này nút lấy nước luôn bị ngập dưới mực nước sông . Cửa lấy nước nằm cách xa nhà máy, gọi là cửa lấy nước lòng sông tách riêng. Hình 12 - 4,b là loại cửa lấy nước lòng sông không ngập, nút lấy nước và nhà máy xây kết hợp đặt trong lòng sông và phần cửa lấy nước luôn cao hơn mực nước lớn nhất trong sông. Cửa lấy nước lòng sông kết hợp loại này có giá thành cao, vận hành phức tạp đặc biệt vào mùa lũ. Do vậy nó ít được sử dụng.

Hình 12 - 4. Sơ đồ công trình lấy nước lòng sông.

a - Nút lấy nước lòng sông ngập, kiểu tách riêng: 1 - sông; 2- nút lấy nước ngập; 3- ống tự chảy; 4- giếng bờ; 5- ống hút; 6- nhà máy bơm.

b - Nút lấy nước lòng sông không ngập, kiểu kết hợp : 1- sông; 2- phần lấy nước của công trình; 3- nhà máy; 4- cầu treo; 5- ống áp lực.

Nút lấy nước là phần quan trọng của công trình lấy nước sông, nó không chỉ lấy nước từ sông mà còn gia cố và bảo vệ phần đường dẫn kín ( tự chảy hoặc xi phông ). Nút lấy nước chia ba loại: nút ngập, nửa ngập và nút không ngập.

Hình 12 - 5 trình bày một số nút lấy nước ngập:

Hình 12 - 5. Sơ đồ nút lấy nước ngập.

a - loại bê tông cốt thép : (1- đoạn loe; 2- vỏ bêtông cốt thép, bên trong đổ đa hộc; 3- vật trôi; 4- lưới chắn rác ).  - dạng buồng xoắn hở : ( 1- vật trôi; 2- lổ lấy nước; 3,6- vỏ bê tông và tấm; 4- khớp nối; 5- tuyến dẫn; 7- nắp để đổ bê tông đường dẫn ).

Mép trên nút lấy nước ngập đặt dưới mực nước nhỏ nhất của sông một đoạn sao cho tránh vật trôi va chạm và đủ độ ngập lấy nước, thường lấy 0,5 m. Đây là loại rẻ nhất trong các loại cửa lấy nước lòng sông, tuy vậy loại lấy nước ngập không có khả năng quan trắc sự làm việc của nó và khó làm sạch lưới chắn rác. Lưới chắn rác được cấu tạo bởi những thanh thép dẹp với khoảng cách 30 ... 100 mm, đặt nghiêng một góc 1350 so với hướng dòng nước chảy. Tốc độ dòng nước qua lưới từ 0,1 ... 0,3 m/s, khi lấy nước có yêu cầu bảo vệ cá thì vận tốc nước không lớn hơn 0,25 m/s. Nút lấy nước buồng xoắn hở ( Hình 12 - 5, ) bố trí phản đối xứng với trục của buồng nhận nước, do vậy dòng chảy trong đó có chuyển động quay đảm bảo dòng nước chảy đều đến lưới lấy nước.Khi lưu lượng lấy vào dưới 2 ... 3 m3/s và mực nước sông lên xuống dưới 3 ... 4 m thì nên bố trí công trình lấy nước lòng sông kiểu ngập ( xem Hình 12 - 4,a ) .

2. Nút lấy nước nửa ngập

Nút lấy nước nửa ngập ( Hình 12 - 5*a) về cấu tạo tương tự loại ngập, nhưng nút lấy nước đơn giản hơn và vì đỉnh nút cao hơn mực nước sông nhỏ nhất do vậy dọn rác dễ dàng. Diện tích lổ nhận nước cũng tính theo công thức ( 12 - 2 ), tốc độ nước qua lưới lấy 0,1 ... 0,3 m/s. Nút lấy nước này trang bị lưới chắn rác và rãnh đặt van sữa chữa. Nhược điểm của loại nút lấy nước này là gây khó khăn cho tàu thuyền đi lại và làm thay đổi chế độ dòng sông, kém an toàn khai thác. Do vậy nó ít được sử dụng.

Hình 12 - 5* Sơ đồ nút lấy nước nửa ngập và không ngập.

a - Nút lấy nước nửa ngập: 1- cừ chắn; 2,5- các rãnh đặt lưới chắn rác và van sữa chữa;

3- nút lấy nước; 4- ống tự chảy. b - Nút lấy nước không ngập : 1- ống tự chảy; 2- lổ

nhận nước; 3- lưới chắn rác; 4,6- gian phục vụ và cầu công tác; 5- cầu trục;7- cầu thang

8- của van; 9- ống phun; 10- đá đổ; 11- giếng chìm.

3. Nút lấy nước không ngập

Cửa lấy nước kiểu lòng sông không ngập ( xem Hình 12 - 5*b ) đảm bảo lấy nước an toàn và khai thác thuận lợi hơn loại ngập. Về cấu tạo nó là công trình bê tông có hình lưu luyến dạng khối, như một trụ cầu rỗng nhô lên khỏi mực nước lớn nhất. Nhược điểm của loại này là giá thành đắt, bởi vậy khuyên dùng loại này đối với trạm bơm trung bình và lớn, hoặc nếu khi xây dựng công trình lấy nước bờ thì điều kiện tự nhiên khó làm được hoặc xây dựng công trình lấy nước bờ không kinh tế.

Công trình lấy nước không ngập dưới tác động của áp lực thủy tĩnh và thủy động có thể không đảm bảo ổn định. Bởi vậy cần tính toán trượt, lật và đẩy nổi đối với nó. Khi xây dựng nút lấy nước không ngập sẽ gây co hẹp lòng dẫn và dẫn đến xói lòng dẫn. Để bảo vệ lòng dẫn khỏi bị xói cần dùng đá đổ hoặc các tấm bê tông để gia cố lòng. Đáy tấm móng cần đặt thấp hơn cao trình xói lở một đoạn 2 m. Khi nền đất yếu cần phải đóng cừ chắn xuống nền. Để lấy nước sạch cần lấy nước nhiều tầng . Kích thước lổ lấy nước cũng xác định theo công thức 12 - 2 ở trên, tốc độ dòng nước chỗ vào lấy 0,1 ... 0,3 m/s và đôi khi nhỏ hơn. Cửa lấy nước lòng sông không ngập trang bị thiết bị nâng vận chuyển cơ khí . Khi khoảng cách từ bờ đến cửa lấy nước lớn hơn 200 m thì dùng cầu phao, còn khi khoảng cách nhỏ hơn thì xây cầu để đi lại.

Công trình lấy nước từ hồ chứa.

Tất cả những điều đã trình bày ở phần công trình lấy nước sông đều áp dụng được cho công trình lấy nước từ hồ.

Các hồ chứa nước dùng để tưới bằng bơm thường là các vùng trũng tự nhiên được lợi dụng để trữ nước hoặc các hồ chứa nhân tạo được xây dựng. Khi xây dựng các công trình lấy nước cho trạm bơm ở hồ chứa cần nghiên cứu những vấn đề sau:

- Thời gian bồi lắng hồ chứa, chế độ chuyển động của bùn cát;

- Độ giao động của mực nước trong hồ trong quá trình điều tiết hồ;

- Điều kiện địa chất như: nền móng, chế độ bồi lắng, mức độ xói lở bờ hồ;

- Hướng sóng và độ lớn của sóng, hướng gió thổi ...

Công trình lấy nước nên đặt gần hệ thống tưới ở bờ hoặc trên kênh dẫn nếu ở hồ chứa tính toán được thời gian bồi lắng kéo dài và bùn cát lắng đọng ở phía nước đổ vào hồ. Khi lượng bùn cát nhiều nên bố trí công trình lấy nước ở gần đập. Khi mực nước trong hồ lên xuống nhanh nên xét bố trí các công trìnhlấy nước ở hạ lưu đập, dẫn nước đến nhà máy bơm bằng các ống bê tông cốt thép đặt trong thân đập. Cũng có thể sử dụng đường ống tháo bùn cát đáy của hồ chứa để dẫn nước đến nhà máy , tuy nhiên khi hồ chứa tiến hành tháo bùn cát đáy thì trạm bơm phải ngừng làm việc.

Công trình lấy nước trên kênh

Công trình lấy nước trên kênh thường xây kết hợp với nhà máy. Công trình lấy nước vừa là công trình tập trung nước xây liền với nhà máy , các máy bơm hút nước bằng ống hút đặt ngang hay thẳng đứng tùy điều kiện cụ thể. Những trạm bơm nhỏ thì công trình lấy nước thường không xây trụ pin, ống hút lấy nước thẳng từ bể tập trung nước. Ở trạm bơm làm việc theo mùa có thể tháo cạn kênh đẫn , để đơn giản đặt van ở miệng vào ống

hút để ngăn dòng nước khi cần sữa chữa. Trị số vận tốc cửa vào lấy từ 0,7 ... 1,2 m/s, tốc độ qua lưới chắn rác có thể lấy từ 0,5 ... 0,7 m/s nhưng lớn hơn tốc độ trong kênh dẫn một ít. Các mép cửa vào làm lượn tròn để dòng chảy vào thuận, mặt cắt cửa vào nên làm hình chữ nhật lượn tròn góc để lợi về thủy lực.

Công trình lấy nước trên kênh được trình bày cụ thể ở mục C ( Bể tập trung nước ).

Đường dẫn kín.

Trong đa số trường hợp đường dẫn kín dẫn nước từ cửa lấy nước lòng sông đến giếng bờ hoặc bể lắng cát. Đường dẫn này có thể là đường ống dẫn tự chảy hoặc xi phông. Để bảo đảm cấp nước an toàn thì số lượng đường dẫn không ít hơn hai. Đường dẫn tự chảy chia ra hai loại: tự chảy không áp và tự chảy có áp:

1. Đường dẫn tự chảy không áp:

Đường dẫn tự chảy không áp được dùng đối với lưu lượng Q > 5 m3/s và giao động mực nước không vượt quá 0,5 m. Mặt cắt ngang của nó có thể hình tròn, chữ nhật hoặc ô van. Đỉnh của trần ống phải cao hơn mực nước trong ống không nhỏ hơn 0,2 m. Ống có thể làm bằng tấm lắp ghép, ống đúc và đặt trên nền với độ dốc dương không đổi.

2. Đường ống tự chảy có áp:

Đường ống tự chảy có áp ( xem Hình 12 - 4,a ) được dùng với lưu lượng và giao động mực nước nguồn bất kỳ. Mặt cắt ngang của nó có thể hình tròn hoặc chữ nhật, làm bằng bê tông cốt thép, bằng gang, pôlime ... các đường ống đặt trong các rãnh đào và có biện pháp thoát nước, biện pháp chống xói lở. Đường ống chạy dưới nơi có tàu thuyền qua lại phải đặt thấp hơn đáy tầu từ 0,8 ... 1,5 m; đặt ở nơi không có tàu thuyền qua lại thì thấp hơn đáy tàu 0,5 m.

3. Đường dẫn xi phông

Đường dẫn xi phông thường áp dụng với công trình dẫn nước quan trọng khi điều kiện địa chất và địa chất thủy văn không lợi và cũng không kinh tế cho việc đặt ống tự chảy. Diện tích mặt cắt ngang đường dẫn tự chảy và xi phông xác định theo kết quả tính toán. Vận tốc dòng chảy chọn đảm bảo tránh đọng bùn cát và đảm bảo tổn thất cột nước là nhỏ nhất thường lấy 1 ... 2 m/s. Để kiểm tra mặt cắt ống tự chảy không bị bồi lắng, theo A. C. Obrazobski:

ρ≤0,11(1−sCgv)4,3v3gsD size 12{ρ <= 0,"11" ( 1- { {sC} over { sqrt { ital "gv"} } } ) rSup { size 8{4,3} } { { { size 24{v} } rSup { size 8{3} } } over {gsD} } } {}( 12 - 3 )

Trong đó: ρ size 12{ρ} {}là hàm lượng bùn cát của nước sông, kg/m3 , s size 12{s} {} - độ thô thủy lực trung

bình của bùn cát, m/s ; v - vận tốc tính toán của dòng nước trong ống, m/s ; D - đường kính ống, m ; C - hệ số sê di ; g - gia tốc trọng trường , m/s2.

Nếu thỏa mãn bất đẳng thức ( 12 - 3 ) thì có thể coi rằng không lắng đọng trong ống.

Để xử lý và quan trắc đọng cát trong ống cứ 75 ... 100 m đặt một giếng quan trắc.

Đường dẫn nước hở ( kênh dẫn ).

Loại này thường dùng để dẫn nước từ các nguồn nước mặt như sông, hồ và kênh khi điều kiện địa chất, thủy văn và địa hình thuận lợi. Kênh dẫn được sử dụng với điều kiện: có tính kinh tế, rút ngắn chiều dài ống áp lực, nước có ít bùn cát, tiến hành làm sạch bùn cát trong kênh mà vẫn bảo đảm lấy đủ lưu lượng theo biểu đồ lưu lượng yêu cầu, ổn định bờ của nguồn nước, biên độ giao động mực nước sông nhỏ và giao động chậm. Kênh dẫn có hai loại : không tự điều tiết và tự đièu tiết.

1. Kênh không tự điều tiết

Kênh không tự điều tiết có đỉnh kênh thấp dần về nhà máy và song song với đáy kênh ( xem Hình 12 - 6,a ). Để tránh nước tràn qua đỉnh kênh, ở đầu kênh xây công trình lấy nước và có cửa van và ở cuối kênh xây công trình tràn nước thừa. Công trình này cần làm việc tự động tuân theo sự làm việc của trạm bơm.

Hình 12 - 6. Sơ đồ kênh tự và không tự điều tiết.

a - kênh không tự điều tiết ;  - kênh tự điều tiết.

1- nguồn nước; 2- kênh; 3- nhà máy bơm; 4- ống hút; 5- tràn ; 6- cửa lấy nước;

a - a: đáy kênh; b - b và d - d: đường mặt nước khi Qmax và khi Q = 0; c-c : bờ kênh.

2. Kênh tự điều tiết

Đặc điểm của kênh tự điều tiết là cao trình đỉnh kênh không thay đổi suốt chiều dài kênh, do vậy mặt cắt ngang của kênh càng gần nhà máy càng lớn ( xem Hình 12 - 6, ) .

Do đỉnh kênh nằm ngang nên khi máy bơm không làm việc ( Qk = 0 ) thì nước không bị tràn ra ngoài, mực nước trong kênh ngang bằng mực nước nguồn, kênh tự điều tiết có khả năng trữ nước. Thiết kế kênh với dòng đều khi Qk = Qmax , lúc này mặt nước trong kênh song song với đáy kênh. Khi lưu lượng trong kênh Qk nhỏ hơn hoặc lớn hơn Qmax thì dòng chảy trong kênh là dòng không đều: khi Qk < Qmax thì đường mặt nước trong kênh là đường nước dâng, ngược lại - đường nước đổ. Đường nước dâng gây nên lắng đọng bùn cát trong kênh, còn dòng nước đổ trong kênh không cho phép vì làm tăng cột nước địa hình của máy bơm dẫn đến làm giảm lưu lượng và tăng xói lở nếu không có lớp

bảo vệ lòng kênh. Kênh tự điều tiết có chiều sâu lớn nên chi phí xây dựng lớn, bởi vậy nên chọn hình thức nửa đào nửa đắp. Loại kênh nầy thường được dùng khi lấy nước từ hồ và từ kênh. Khi khởi động hoặc dừng máy bơm trong kênh sẽ xuất hiện chuyển động sóng và khi trạm bơm lấy nước từ hồ chứa lớn cần phải tính đến một số đặc tính : xuất hiện dòng chảy dọc bờ, biến dạng bờ ... Ở phần đầu kênh có thể lắng đọng bùn cát và bị biến dạng.

Mặt cắt ngang của kênh dẫn thường có dạng hình thang, dạng đa giác chỉ dùng khi nền đất yếu. Kích thước mặt cắt ngang xác định qua tính toán. Thường dùng biện pháp bảo vệ lòng kênh sau:

- Dùng đá đổ, tấm bê tông hay bê tông cốt thép để bảo vệ mái kênh dưới tác hại của sóng và vận tốc dòng chảy lớn;

- Dùng vật liệu ác phan và nhựa đường, bê tông khối lớn và tấm bê tông cốt thép để chống thấm nước từ kênh;

- Dùng lớp trát xi măng để giảm độ nhám lòng kênh ( thường dùng khi đá cứng )

Sử dụng biện pháp nào cần thông qua tính toán kinh tế - kỹ thuật mà quyết định.

Tính toán thủy lực kênh dẫn theo dòng đều và kiểm tra điều kiện không xói không lắng trong kênh.

Lựa chọn tuyến đặt ống, số ống và vật liệu làm ống

1. Chọn tuyến đặt đường ống

Chiều dài đường ống cố gắng chọn ngắn nhất, muốn vậy nên chọn tuyến thẳng, tuy nhiên do bề mặt địa hình thay đổi, nếu chọn tuyến thẳng thì phải đào nhiều, do vậy tuyến ống tập hợp những đoạn nghiêng khác nhau theo độ nghiêng của địa hình ( ngay trên bình đồ cũng vậy ).

Đường ống áp lực hợp lý nhất thường tăng dần độ cao từ nhà máy đến bể tháo để dễ tháo nước khi sữa chữa, tuy nhiên cũng có trường hợp tuyến ống có những đoạn có độ dốc nghịch. Ở những nơi thay đổi độ dốc giữa thuận và nghịch cần lắp lổ thông khí để tháo khí khi tích nước và vận hành ; ở điểm hạ thấp của chỗ gập ống cần đặt ống tháo để tháo nước khi súc ống. Cần hạn chế số lượng các điểm gập ống và độ dốc giữa các đoạn,

không được thay đổi độ dốc quá đột ngột. Những nơi phương đường ống thay đổi phải xây mố néo và dưới đường ống cần xây mố đỡ để đỡ ống khỏi võng.

Độ dốc đặt ống khi không có bệ néo phải nhỏ hơn góc ma sát trong của đất nền (  ); nghĩa là:

tg > m = tg = f/k( 12 - 7 )

Trong đó: f - hệ số ma sát giữa ống và đất nền ướt;

k - hệ số ổn định trượt, thường lấy k = 1,25 ... 1,35.

Đường ống áp lực cần được bảo vệ khỏi bị mưa rào làm xói lở, do vậy dọc tuyến đặt ống cần có rãnh thoát nước. Cần tránh đặt ống ở vùng đất sạt lở để tránh trôi và vỡ ống, nếu không tránh được thì phải có biện pháp xử lý. Hào đặt ống cũng cần có độ rộng đủ để lắp ráp đường ống và bậc thang đi dọc theo tuyến ống.

2. Chọn số đường ống.

Khi chiều dài ống nhỏ hơn 100 m thì số lượng ống ( ZỐ )thường lấy bằng số máy bơm ( ZB ); khi chiều dài ống từ 100 ... 300 m thì phải qua tính toán kinh tế - kỹ thuật để xác định số ống; khi chiều dài tuyến ống lớn hơn 300 m thì số ống lấy nhỏ hơn số máy bơm. Nếu trạm bơm cung cấp nước vào bể hở thì mỗi ống chỉ được nối nhiều nhất với 3 máy, nghĩa là ZÔ  ZB/3; khi cấp nước cho mạng ống kín thì mỗi ống có thể nối hơn 3 máy bơm.

Trạm bơm có tổng lưu lượng không quá 5 m3/s và hệ thống cho phép cấp nước gián đoạn khi sự cố thì có thể dùng một ống đẩy chung cho cả trạm.

Khoảng trống giữa các đường ống đặt song song thường chừa 0,7 ... 2,2 m .

Đối với các trạm bơm tiêu và trạm bơm tưới thì các đường ống bố trí song song không cần phải đặt hệ thống thiết bị đổi nối.

3. Chọn vật liệu làm ống

Chọn vật liệu làm đường ống đẩy dựa trên cơ sở tính toán tĩnh lực với điều kiện làm việc thực tế có thể xảy ra của ống. Cần tính đến tổ hợp áp lực và tải trọng nguy hiểm đối với nó. Thực tế trạm bơm hay dùng ống bê tông cốt thép và ống thép, nhất là đối với ống dẫn nước làm việc với áp lực từ 6 at trở lên phải dùng thép hoặc bê tông cốt thép.

Những đoạn ống đặt dưới đường sắt và đường ô tô, qua khe và chướng ngại vật thì đặt ống trên các cầu đỡ và đặt trong tuy nen.

Đường ống bê tông cốt thép

Ống bê tông cốt thép gồm ống lắp ghép và ống đổ liền khối tại chỗ.

Ống lắp ghép được chế tạo sẵn với áp lực dưới 10 at đem đến ghép tại hiện trường. Hình 12 - 9 trình bày cách nối giữa hai đoạn ống. Mối nối được kín nước bởi vòng cao su 4 tiết diện tròn, phần tựa 3 chặn vòng 4. Khớp nối mèm này cho phép dịch chuyển hướng trục của hai đoạn một đoạn 5 mm và quay một góc 1,50 .

Nối ống bê tông có mặt bích nối với ống gang bằng ống lồng thép ( Hình 12 - 10 ).

Ống bê tông cốt thép đúc sẵn có ưu điểm tổn thất thủy lực nhỏ hơn ống thép và gang

Ống bê tông cốt thép đổ liền khối được chôn dưới đất. Khi lớp đất trên ống dày đến 2 m thì mặt cắt ngang của ống có đoạn nằm ngang ngắn ( Hình 12 - 11). Thường dùng với

Hình 12 - 9. Nối hai đoạn ống bê tông cốt thép .

1,2- phần mở rộng của đầu ống; 3- phần tựa; 4- vòng chống rò nước.

Hình 12 -10. Kết cấu ống lồng thép.

Hình 12 - 11. Mặt cắt ống bê tông cốt thép đổ liền khối.

1- thân ống; 2,3- lọc ngược; 4- ồng bê tông amian ; 5- lớp lót bằng bê tông thô.

đường kính lớn hơn 1,5 m và chịu áp lực nhỏ hơn 4 ... 5 át.

Để giảm ứng suất gây ra do nhiệt độ và nền lún không đều, đường ống được cắt ra thành từng đoạn 25 ... 50 m và dùng khớp biến dạng ( Hình 12 - 12 ).

Bề dày của ống bê tông cốt thép đúc liền có thể xác định gần đúng theo công thức:

d=5+0,08.Do+0,2.Htt size 12{d=5+0,"08" "." { size 24{D} } rSub { size 8{o} } +0,2 "." { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "tt"} } } {},( cm )( 12 - 8 )

Trong đó : DO - đường kính trong của ống, cm; Htt - cột nước tính toán, m.

Chiều sâu lớp đất phủ ống lấy ít nhất 0,8 m đối với những nơi có phương tiện vận tải qua lại, còn những khu đất khác thì phủ lớp đất trên ống là ít nhất là 0,5 m.

Hình 12 - 12. Khớp biến dạng.

a- nối bê tông đặt; - nối mềm: 1- vữa xi măng; 2- bi tum; 3- cao su định hình.

Ống đẩy bằng thép.

Ống thép thường dùng ở dạng ống đặt lộ thiên trên mặt đất, nó có khả năng chịu cột nước cao và bền. Ống có thể dùng loại đã đúc sẵn hoặc hàn trong nhà máy rồi đem đến hiện trường lắp ghép lại, hoặc hàn ống tại hiện trường. Ống thép trong quá trình vận hành thường bị rỉ. Thời hạn sử dụng và độ bền của nó phụ thuộc nhiều vào mức độ bảo dưỡng chống han rỉ, khi bị han rỉ sẽ làm tăng tổn thất cột nước nên chi phí vận hành tăng và giảm tuổi thọ ống.

Ống thép có thể chôn dưới đất với ống được đúc sẵn hoặc hàn và không có mố néo, mố đỡ và khớp nhiệt độ nếu như lực ma sát giữa ống và nền thỏa mãn điều kiện (12 - 7). Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì ống đặt ngầm cũng giống như ống đặt trên mặt đất đều phải có mố néo, mố đỡ và khớp nhiệt độ. Khớp nhiệt độ đặt giữa hai mố néo, tốt nhất ngay phía sau mố néo trên, không nên chôn khớp nhiệt độ dưới đất vì han rỉ làm hỏng khớp, nếu phải có khớp nhiệt ở ống ngầm thì nên đặt trong hố riêng không bị lấp đất. Ở những chỗ trục ống thay đổi và chỗ ống bị phân nhánh hay đường kính thay đổi cần phải tăng chiều dày vỏ ống.

Khi đường kính ống lớn hơn 2 m, cần chọn hình thức bố trí trên mặt đất. Hình thức đường ống đẩy đặt lộ trên mặt đất có hai loại: đường ống liên tục giữa hai mố néo (không có khớp nhiệt độ ) và đường ống không liên tục giữa hai mố néo ( có đặt khớp nhiệt độ giữa hai mố néo ). Hình thức ống liên tục rất hiếm khi sử dụng, nó được dùng khi đường ống có khuỷu cong hoặc trục ống là trục cong, khi nhiệt độ thay đổi sẽ sinh ứng suất nhiệt trong ống. Hình thức ống không liên tục, nhờ có khớp nhiệt độ đặt trên ống do vậy khi nhiệt độ thay đổi hai đầu đoạn ống chỗ khớp nhiệt được chuyển động tự do nên loại được ứng suất do nhiệt gây ra, và cũng chính vì vậy hình thức đường ống này được sử dụng rộng rãi.

Trên đường ống không liên tục, mố néo ( xem Hình 12 - 13 ) được đặt tại những nơi tim ống thay đổi phương hoặc trên đoạn ống trục ống thẳng nhưng dài hơn 200 m để giữ chặt đường ống không cho dịch chuyển. Cấu tạo mố néo có thể dùng mố kín ( ống được đổ bê tông bao quanh, Hình 12 - 13,a ) hoặc dùng mố néo hở ( dùng các vòng thép hàn vào ống và chôn các đầu của vòng thép vào bê tông để néo ống, Hình 12 - 13,b ).

Hình 12 - 13. Mố néo kín và mố néo hở

Để đở đường ống giữa các mố néo khỏi võng đặt các mố đỡ. Khoảng cách giữa các mố đỡ lấy theo tính toán, thường từ 4 ... 7 lần đường kính ống. Có các loại mố đỡ như: mố yên ngựa, mố có vòng tựa. Mố đỡ yên ngựa là loại đơn giản nhất ( Hình 12 - 14,a ),

Hình 12 - 14. Các loại mố đỡ đường ống.

được dùng cho ống có đường kính ống nhỏ hơn 1 m, để giảm ma sát ta đặt tấm thép lót giữa ống và mố. Khi đường ống có đường kính lớn hơn sẽ dùng mố đỡ có vòng tựa tiếp xúc trượt ( với ống có đường kính nhỏ hơn 1,6 m ) và có vòng tựa con lăn ( với đường ống có đường kính lớn hơn 1,6 m, Hình 12 - 14,b ).

Khớp nhiệt độ được bố trí gần mố néo trên giữa hai mố néo để loại bỏ ứng suất do nhiệt độ gây nên trong ống khi nhiệt độ thay đổi.

Các loại kết cấu của đường ống, của các mố néo, mố đỡ và khớp nhiệt độ và nội dung bố trí, tính toán chúng đã được trình bày khá chi tiết trong Giáo trình Trạm Thủy điện, do vậy trong giáo trình nầy không trình bày trùng lặp.

Để tiện cho việc lắp ráp sữa chữa, khoảng cách từ đáy ống đến mặt đất lấy  0,6 m.

Ống gang và ống làm bằng chất dẽo.

Ống gang được chế tạo có đường kính từ 0,6 ... 1 m bằng gang xám. Để nối các đoạn ống ta lồng đầu ống loe ra ngoài đầu ống không loe, giữa khe hở của chúng đặt các vật chống rò nước làm bằng sợi đay tẩm nhựa hoặc cao su và được siết chặt nhờ các vòng bít. Ống gang có đường kính từ 65 ... 300 mm có chiều dài 2 ... 6 m; đường kính từ 400 đến 1 m - dài 5 ... 10 m. Ưu điểm của ống gang là chống rỉ tốt hơn ống thép, tuổi thọ cao và tổn thất thủy lực suốt thời gian khai thác không đổi. Nhược điểm là khối lượng lớn và giá thành cao.

Ống làm bằng chất dẽo được chế tạo với đường kính 10 ... 630 mm, chịu áp lực tương ứng từ 2,5; 4; 6 at và được nối ống bằng cách hàn. Ưu điểm của ống chất dẽo là không rỉ, tổn thất cột nước nhỏ hơn ống thép 30%, có tính đàn hồi cao nên làm việc trong quá trình quá độ tốt. Nhược điểm là chịu lực kém hơn.

Xác định đường kính kinh tế của ống

Đường kính ống nếu lấy lớn sẽ tăng giá thành nhưng lại giảm tổn thất năng lượng nước trong ống; ngược lại, nếu giảm đường kính ống thì giá thành được giảm nhưng lại tăng tổn thất năng lượng. Do vậy để xác định đường kính ống cần phải thông qua so sánh phương án với các đường kính khác nhau theo nguyên tắc thời hạn bù vốn hoặc phí tổn quản lý nhỏ nhất.

Sau đây trình bày cách xác định đường kính ống kinh tế theo nguyên tắc phí tổn quản lí nhỏ nhất:

C = aE + bK( 12 - 9 )

Ở đây : a - giá thành 1 kWh điện lượng tiêu thụ;

E - tổng điện lượng hao tổn hàng năm trên 1 m dài ống;

K - vốn đầu tư cho 1 m dài ống;

b - tỷ lệ khấu hao hoàn vốn và sữa chữa tính theo % vốn đầu tư K.

Tổng chi phí điện lượng E tính theo công suất sau:

E=∫0T9,81.htthtbQdt=9,81k.htb∫0TQ3dt size 12{E= Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } { { {9,"81" "." { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "tt"} } } over { { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "tb"} } } } "Qdt"= { {9,"81"} over {k "." { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "tb"} } } } } Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } { { size 24{Q} } rSup { size 8{3} } } ital "dt"} {}( 12 - 10 )

Trong công thức:

Q - lưu lượng của đường ống từng thời gian;

htt - tổn thất cột nước trên 1 m đường ống;

k - đặc tính lưu lượng đơn vị;

T - thời gian làm việc của ống đẩy trong năm;

htb=hb.hdc.htd.hm size 12{ { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "tb"} } = { size 24{h} } rSub { size 8{b} } "." { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "dc"} } "." { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "td"} } "." { size 24{h} } rSub { size 8{m} } } {} là hiệu suất trạm bơm gồm: hiệu suất máy bơm, hiệu suất động cơ điện, hiệu suất truyền động và hiệu suất lưới ( hiệu suất lưới tính từ tủ phân phối đến động cơ điện, thường lấy hm size 12{ { size 24{h} } rSub { size 8{m} } } {}= 0,98 ... 1 ).

Để đơn giản tính toán dựa vào biểu đồ lưu lượng nước dùng dạng bậc thang đưa biểu thức dưới dấu tích phân thành: ∫0TQ3dt=qtb3.T size 12{ Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{T} } { { size 24{Q} } rSup { size 8{3} } } "dt"= { size 24{q} } rSub { size 8{ ital "tb"} } rSup { size 8{3} } "." T} {},đưa về sai phân ta có:

qtb=∑i=1n(Qi3ti)∑i=1nti3 size 12{ { size 24{q} } rSub { size 8{ ital "tb"} } = nroot { size 8{3} } { { { Sum cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } { ( { size 24{Q} } rSub { size 8{i} } rSup { size 8{3} } { size 24{t} } rSub { size 8{i} } ) } } over { Sum cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } { { size 24{t} } rSub { size 8{i} } } } } } } {}{}vậy E = 9,81nhtb size 12{ { {9,"81"} over {n { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "tb"} } } } } {}qtb3T size 12{ { size 24{q} } rSub { size 8{ ital "tb"} } rSup { size 8{3} } T} {}

Để xác định đường kính kinh tế của ống theo nguyên tắc phí quản lý nhỏ nhất thường dùng phương pháp đồ giải như Hình 12 - 15 sau:

C