Thiết Kế Kỹ Thuật Cống Thanh Niên Dự Án 5 Kênh Bắc Quốc Lộ 1

Tài liệu nghiên cứu Thiết kế cống thanh niên, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về ., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Trương Minh Nghiệm
• Người hướng dẫn: Ts. Trần Văn Tỷ
• Trường học: Trường Đại Học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công Nghệ
• Đề tài: Thiết Kế Kỹ Thuật Cống Thanh Niên Dự Án 5 Kênh Bắc Quốc Lộ 1
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015-2016
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan về thiết kế kỹ thuật cống Thanh Niên

Cống Thanh Niên là một phần quan trọng trong Dự án 5 kênh Bắc Quốc lộ 1, tỉnh Tiền Giang. Dự án này có tổng vốn đầu tư lên đến 787 tỉ đồng, nhằm mục đích tiêu thoát lũ nhanh từ vùng trũng Đồng Tháp Mười ra sông Tiền. Cống Thanh Niên không chỉ giúp giảm độ ngập sâu ở thượng và hạ lưu Quốc lộ 1 mà còn hoàn thiện mạng lưới đê bao kiểm soát lũ, ngăn lũ và triều cường cho vùng trồng cây ăn quả đặc sản. Công trình này có vai trò quan trọng trong việc phát triển nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

1.1. Tầm quan trọng của cống Thanh Niên trong dự án

Cống Thanh Niên đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát lũ cho khoảng 45.430 ha đất tự nhiên, đảm bảo sản xuất nông nghiệp ổn định và bảo vệ hệ thống hạ tầng cơ sở.

1.2. Đặc điểm tự nhiên vùng dự án

Vùng dự án có địa hình đa dạng với hệ thống sông ngòi, ao đầm và điều kiện khí hậu thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp, đặc biệt là cây ăn quả.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế cống Thanh Niên

Thiết kế cống Thanh Niên đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm việc đảm bảo khả năng tiêu thoát nước trong mùa mưa lớn và kiểm soát lũ lụt hiệu quả. Các yếu tố như địa chất, khí tượng thủy văn và nhu cầu sử dụng nước trong nông nghiệp đều ảnh hưởng đến thiết kế. Việc tính toán chính xác lưu lượng nước và khẩu độ cống là rất quan trọng để đảm bảo công trình hoạt động hiệu quả.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế cống

Địa chất khu vực, lượng mưa và triều cường là những yếu tố chính cần được xem xét trong quá trình thiết kế cống Thanh Niên.

2.2. Thách thức trong việc kiểm soát lũ

Việc kiểm soát lũ trong mùa mưa lớn là một thách thức lớn, đòi hỏi phải có các giải pháp kỹ thuật hiệu quả để đảm bảo an toàn cho vùng hạ lưu.

III. Phương pháp thiết kế cống Thanh Niên hiệu quả

Phương pháp thiết kế cống Thanh Niên bao gồm việc áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại và công nghệ tiên tiến. Các bước tính toán thủy lực, thiết kế cửa van và cầu công tác được thực hiện một cách chi tiết để đảm bảo tính khả thi và an toàn cho công trình. Sử dụng phần mềm hỗ trợ thiết kế cũng là một phần quan trọng trong quá trình này.

3.1. Tính toán thủy lực cho cống

Tính toán thủy lực là bước quan trọng để xác định khẩu độ cống và lưu lượng nước cần thiết cho việc tiêu thoát nước hiệu quả.

3.2. Thiết kế cửa van và cầu công tác

Cửa van và cầu công tác được thiết kế để đảm bảo khả năng vận hành và an toàn cho người sử dụng, đồng thời đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của công trình.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu từ dự án

Dự án cống Thanh Niên đã mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng, bao gồm việc cải thiện điều kiện sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc kiểm soát lũ và cung cấp nước tưới tiêu đã giúp nâng cao năng suất cây trồng và ổn định đời sống của người dân trong khu vực. Các số liệu thu thập từ thực địa cũng cho thấy hiệu quả của công trình trong việc giảm thiểu thiệt hại do thiên tai.

4.1. Lợi ích kinh tế từ cống Thanh Niên

Cống Thanh Niên đã giúp tăng năng suất cây trồng, từ đó nâng cao thu nhập cho nông dân và phát triển kinh tế địa phương.

4.2. Kết quả nghiên cứu và đánh giá hiệu quả

Các nghiên cứu cho thấy cống Thanh Niên đã hoạt động hiệu quả trong việc kiểm soát lũ và cung cấp nước tưới tiêu cho vùng nông nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của thiết kế cống Thanh Niên

Thiết kế cống Thanh Niên không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn hướng tới sự phát triển bền vững trong tương lai. Việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến kỹ thuật sẽ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của công trình. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới để đảm bảo cống Thanh Niên hoạt động hiệu quả trong bối cảnh biến đổi khí hậu và các thách thức môi trường.

5.1. Tương lai của cống Thanh Niên

Cống Thanh Niên sẽ tiếp tục được cải tiến và nâng cấp để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dân và bảo vệ môi trường.

5.2. Đề xuất giải pháp cho các dự án tương lai

Cần nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật mới để nâng cao khả năng kiểm soát lũ và tối ưu hóa việc sử dụng nước trong nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới thiệu chung 1.Khí tượng thuỷ văn Möïc nöôùc ngaàm oån ñònh trong hoá khoan chòu aûnh höôûng tröïc tieáp bôûi nöôùc maët. Cao trình möïc nöôùc ngaàm ño ñöôïc taïi hoá khoan vaøo ngaøy 18/08/2008.4 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH Daân cö ñoâng ñuùc, phaàn ñoâng daân cö taïi khu vöïc soáng baèng ngheà saûn xuaát noâng nghieäp laø chính, moät soá khaùc laøm caùc ngheà chaên nuoâi thuûy saûn vaø buoân baùn nhoû .Kinh teá khu vöïc thuoäc vaøo loaïi trung bình. SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 3 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC  2. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN Diện tích tiêu 5000 ha Chọn sơ bộ cao trình đáy kênh: đk= -3m Cao trình bình quân mặt ruộng: BQMR= +0,5m.

Dựa vào nhu cầu phát triển nông nghiệp của khu vực chủ yếu là trồng lúa và hoa màu, nên lấy cây lúa để tính toán độ ngập cho phép của khu vực: MNCP= +0,5+0,2= +0,7m Số liều triều: Lấy sồ liệu của trạm Cai Lậy năm 1986.Biểu đồ triều Cai Lậy năm 1986. Quan sát biểu đồ triều Cai Lậy năm 1986 ta thấy tháng 9 có chân triều cao (trường hợp bất lợi nhất) nên chọn triều tháng 9 để tính toán. SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 4 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực Hình 2.Biểu đồ triều Rạch Giá tháng 9 năm 1986 Tài liệu mưa của trạm Mỹ Tho quan trắc qua 33 năm: 1980-2012 Qua tài liệu mưa đo 33 năm, ta tìm ra tổ hợp mưa 1, 3, 5 ngày max liên tiếp ứng với tần suất P=10% ( công trình cấp 4) Kết quả: xem phụ lục 2.Lượng mưa 1,3, 5 ngày max Ngày Mưa 1ngày Mưa 3 ngày Mưa 5 ngày max max max Lượng mưa(mm) 143 251 385 Hình 2.Biểu đồ lượng mưa trung bình từ 1980 đến 2012 SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 5 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực 2. XÁC ĐỊNH KHẨU ĐỘ CỐNG Tính toán khẩu độ cống theo phân tích phương trình cân bằng nước cho khu vực khép kín.

Ta có: Vmưa+ Vthấm = Vbốc hơi+ Vtc+ Vtrữ (2.1) Trong đó: Vtrữ: thể tích trữ nước của khu vực; Vtrữ=hằng số Vmưa: thể tích mưa trên khu vực tại thời điểm tính toán Vthấm: thể tích thấm vào khu vực, xem như bằng 0 Vbốc hơi: thể tích bốc thoát hơi, xem như bằng 0 Vtc: thể tích tiêu tự chảy qua cống Như vậy để quản lý nước trong khu vực, ta cần tính toán lượng mưa, khả năng tiêu tự chảy qua cống để đạt cao trình mực nước đồng cho phép là +0,7m. Chọn cao trình đáy kênh Do nhu cầu về giao thông thuỷ nên ta chọn cao trình đáy kênh phải thấp hơn mực nước min của sông dựa vào biểu đồ triều ta thấy min=-1,5m. Vậy chọn sơ bộ cao trình đáy kênh đk =-3m. Cao trình Zs Từ hiện trạng sản xuất nông nghiệp trong vùng chủ yếu là cây lúa nên ta tính toán trong 3 trường hợp: - Mưa 1 ngày max tiêu 3 ngày - Mưa 3 ngày max tiêu 5 ngày - Mưa 5 ngày max tiêu 7 ngày Từ tài liệu triều tháng 9, trích ra cao trình triều của 3 ngày tiêu (72 giờ) ngày 6/9-8/9; 5 ngày tiêu (120 giờ) từ 6/9-10/9; 5 ngày tiêu (168 giờ) từ 6/9-12/9.

Cao trình mực nước đồng ruộng Cao trình mực nước đồng ban đầu chọn bằng cao trình bình quân của khu vực cộng thêm độ chịu ngập bình quân của cây lúa là +0,7(m). Cao trình mực nước đồng tại thời điểm i: Ta có: Zđi = Zđ (i-1) + P - H (m) (2.2) P: Tổng lượng mưa phân bố đều (m) tương ứng với tửng trường hợp tiêu. Zđi: Cao trình đồng ruộng tại thời điểm i. Zđ(i-1): Cao trình đồng ruộng tại thời điểm i-1.

H : Lớp nước giảm sau thời gian tiêu t. SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 6 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực 2. Lớp nước giảm sau thời gian tiêu t giờ Lớp nước giảm trên diện tích 5000(ha) Ta có: H = V/F (m) (2.3) F: Diện tích tiêu 2250(ha) V: Thể tích nước tiêu trong t giờ 2. Thể tích nước chảy qua cống Ta có: V = Q.4) Trong đó: Q: Lưu lượng qua cống t=1giờ =3600giây 2.

Lưu lượng qua cống Trong công thức tính lưu lượng qua cống, cống chảy ở hình thức chảy ngập Ta có: Q = n .5) Với: n: Hệ số ngập chọn bằng 0,96. Hn: Cột nước hạ lưu, hn= MNHL - đc (m). b: Khẩu diện cống (m). g: Gia tốc trọng trường 9,81 (m/s2).

H0: Cột nước thượng lưu, có kể đến lưu tốc đến gần. v 2 0    (m) 2g để đơn giản ta xem v=0  H=H0=MNTL - đc. đc: Cao trình đáy cống chọn bằng cao trình đáy kênh (-3m). Nếu là chảy không ngập thì dùng công thức: Q  m.H o3 / 2 Trong đó: Q: lưu lượng qua cống m: hệ số lưu lượng Bc: khẩu độ cống Ho: cột nước trước cống có kể đến lưu tốc đến gần v 2  0  ( MND   DK )  (m) 2g v 2 v 2 Trị số thường rất nhỏ, để dễ tính toán ta bỏ qua giá trị.

2g 2g SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 7 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực 2. Chọn sơ bộ khẩu độ cống Ta chọn sơ bộ khẩu độ cống B=6m, B=8m, B=10m tính toán tiêu năng với 3 trường hợp tiêu: - Mưa 1 ngày max tiêu 3 ngày - Mưa 3 ngày max tiêu 5 ngày - Mưa 5 ngày max tiêu 7 ngày Lập bảng tính và kiểm tra các trường hợp tiêu (phụ lục 2.2) ta thấy B=6m thì cống tiêu thỏa nhưng mực nước khống chế còn khá cao, còn B=10m thì khẩu độ cống quá lớn nên chi phí xây dựng tốn kém. B=8m là khẩu độ cống thích hợp nhất. THIẾT KẾ KÊNH THƯỢNG LƯU & HẠ LƯU 2.

Số liệu tính toán Lưu lượng thiết kế: ta chọn lưu lượng chảy qua cống lớn nhất để tính toán Qtk = Qmax = 83,33m3/s. Cao trình đồng ruộng Zđr = 0,5m. Cao trình đáy kênh: Zđk = Zđc = -3,0m. Hệ số mái dốc: m = 1,5 Hệ số nhám: n = 0,025 Độ dốc kênh: i = 0,0001 2.

Xác định chiều rộng của kênh Ta có Qtk = 83,33m3/s; hk=Zđr-Zđk= 0,5-(-3)= 3,5m. Theo Agơnrotskin ta có công thức: 4(2 1  m 2  m) i 4(2 1  1,5 2  1,5) 0,0001 f ( R ln)    0,00196 Qtk 83,33 Tra bảng phụ lục (8-1) của Agơrôtskin với n=0,025 ta có: Rln=2,5 hk 3,5 Lập tỉ số :   1,024 tra bảng phụ lục (8-3) của Agơrôtskin ta có: Rln 3,30 bk b  5,68  bk  k .2,5  14(m) Rln Rln b chọn b=14m  k  5,6 tra bảng phụ lục (8-3) của Agơrôtskin ta có: Rln hk h  1,209  hk  k .2,5  3,5(m) Rln Rln chọn btk=14m , htk=3,5m. SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 8 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực 2. Kiểm tra khả năng xói lở và bồi lắng của kênh Chọn: Qmax = k1.83,33 = 25 (m3/s) Trong đó: Qmax, Qmin: lưu lượng lớn nhất, nhỏ nhất k1=1,2 ÷ 1,4 k2=0,3 ÷ 0,5 2.

Vận tốc thiết kế lớn nhất: 4mo i 4. 0,0001 f ( Rln )    0,0008424 Qmax 100 => Rln = 3,57 b tk 26 => = = 7,28 R ln 3,57 h h => max =1,095 => hmax = max. R ln Rln => Amax=(b+m. Vận tốc thiết kế nhỏ nhất: 4mo i 4.

0,0001 f ( Rln )    0,00337 Qmin 25 => Rln = 2,12 b tk 26 => = = 12,26 R ln 2,12 h h => min =0,758 => hmin = min. Rln Rln => Amin=(b+m. Kiểm tra điều kiện không lắng không xói: Để đảm bảo điều kiện không lắng, không xói thì: Vmin> [Vkl]; Vmax< [Vkx] Ta có: [Vkx] = k. Trong đó: k: hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh.

Q: lưu lượng của kênh. SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 9 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực Tốc độ để không bồi lắng trong kênh là tốc độ nhỏ nhất không những thoả mãn nhu cầu bồi lắng mà còn đảm bảo tránh được cỏ dại phát triển trong lòng kênh cho nên vận tốc nhỏ nhất trong kênh (vmin) không được nhỏ hơn 0,3m/s. => [Vkl] = 0,3 < Vmin = 0,566 < Vmax = 0,83 < [Vkx] = 1,19 Vậy kênh thiết kế thỏa điều kiện không lắng, không xói. Kiểm tra khả năng tải lưu lượng qua kênh Ứng với mặt cắt kênh thiết kế, khả năng tải lưu lượng qua kênh được xác định theo công thức: Q  A.3,5 = 109,375 m2 P: chu vi mặt cắt ướt (m).

1  1,52  38,62m A 109,375 R   2,83 : bán kính thủy lực. P 38,62 C: hệ số Chezy, được tính theo công thức Manning: 1 1 1 6 1 C R  .2,75 6  47,57 n 0,025 Ta có: Q = 87,53m3/s > Qtk = 83,33m3/s Vậy kênh đủ khả năng tải lưu lượng thiết kế. Kiểm tra điều kiện giao thông thuỷ 2. Kiểm tra chiều sâu mực nước chết trong kênh Để đảm bảo giao thông thủy, mực nước thấp nhất trong kênh phải thỏa mãn điều kiện: h  T + h Trong đó: h: độ sâu mực nước thấp nhất trong kênh.

h= Zsmin – Zđc = -1,5 - (-3) = 1,5m T: chiều sâu máng thuyền. h: chiều sâu an toàn từ đáy thuyền đến đáy kênh. h =1,5m  T + h = 1 + 0,3 = 1,3 m Vậy mực nước trong kênh thỏa điều kiện giao thông thủy. a c d c a t h h SVTH: Trương Minh Nghiệm Trang 10 Chương 2 Tính Toán Thủy Lực Hình 2.Điều kiện giao thông thuỷ 2.

Kiểm tra chiều rộng đáy kênh  d  B  2.h   2  Trong đó: B: chiều rộng đáy kênh (m). c: chiều rộng tối đa của thuyền.0,25 = 4,5m b: chiều rộng 1 cửa cống. T = 0,25m: khoảng cách an toàn để thuyền qua cống. d= 3m: khoảng cách giữa 2 thuyền.

a = 3m: khoảng cách giữa thuyền và bờ. m: hệ số mái dốc của kênh. h: chiều sâu an toàn từ đáy thuyền đến đáy kênh.0,3  17,1m  2  Vậy chiều rộng kênh thỏa điều kiện giao thông thủy.Cao trình đường bờ kênh Cao trình bờ kênh thượng lưu: ZBKTL = ZTLmax + d = +0,96 + 0,5 = +1,46m Chọn ZBKTL = +1,66m Cao trình bờ kênh hạ lưu: ZBKTL = ZHLmax + d = +1,4 + 0,7 = +1,9m Chọn ZBKHL = +1,9m Trong đó: ZTLmax: cao trình mực nước thượng lưu cao nhất. ZHlmax: cao trình mực nước hạ lưu cao nhất.

d = 0,6 – 0,75m: độ vượt cao an toàn. Do bờ kênh làm đường giao thông nên ta chọn cao trình bờ kênh thượng hạ lưu ZBK = +1,9m bề rộng bờ kênh b = 6m, hệ số mái dốc m =3. Cao trình đỉnh trụ Cao trình đỉnh trụ biên và trụ pin:Ztrụ = ZHLmax + d = +1,4 + 0,5 =+1,9m Chọn Ztrụ pin = +2m Trong đó: ZHLmax: cao trình mực hạ lưu cao nhất. d = 0,5 – 0,75m: độ vượt cao an toàn.