Bài giảng Công trình nuôi thủy sản - Bài 2: Công trình đê đập và kênh mương

BÀI 2 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
VÀ KÊNH M ƯƠ NG 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
Khái niệm về đ ê đ ập 
Trong thủy sản các công trình đ ê đ ập th ư ờng làm bằng đ ất đ ể giữ n ư ớc phục vụ cho sản xuất và nuôi trồng thủy sản. Đê, đ ập có nguyên lý thiết kế giống nhau. 
Tính n ă ng của đ ê đ ập 
Đê: chắn dọc sông 
Đập: chắn ngang sông đ ể ng ă n dòng chảy 
Ư u đ iểm của đ ập đ ất 
	Vật liệu xây dựng tại chổ 
	Cấu tạo đơ n giản, giá thành thấp 
	Yêu cầu nền móng không phức tạp 
	Việc thi công không đ òi hỏi chuẩn bị nhiều 
	Bền, chống chấn đ ộng tốt 
	Dể quản lý, duy tu bảo trì 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
Các bộ phận của đ ê đ ập 
Thân đ ập 
Thiết bị chống thấm 
Thiết bị thoát n ư ớc 
Thiết bị bảo vệ mái đ ập 
Thiết bị thoát n ư ớc 
t ư ờng xiên 
thân đ ập 
t ư ờng lỏi 
đư ờng bảo hòa 
nền đ ập 
chân khay 
Th ư ợng l ư u 
Hạ l ư u 
Thiết bị chống thấm 
Đặc đ iểm làm việc của đ ê đ ập 
	Thấm qua nền đ ập và thân đ ập 
	Aûnh h ư ởng của n ư ớc th ư ợng l ư u và hạ l ư u lên mái đ ập 
	Tác hại của gió, m ư a và nhiệt đ ộ 
	Lún của nền và thân đ ập 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
Phân loại đ ê đ ập 
Theo cấu tạo 
Đập đ ồng chất 
Đập không đ ồng chất hoặc tổ hợp 
Đập có thiết bị chống thấm 
	T ư ờng lỏi 
	T ư ờng xiên 
Đập hổn hợp 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
Các yêu cầu đ ối với đ ê đ ập 
Thân đ ập và nền đ ập phải có tính ổn đ ịnh 
Dòng thấm qua thân và nền không cho phép xảy ra hiện t ư ợng biến hình thẩm thấu 
Đỉnh đ ập phải có đ ủ đ ộ cao 
Khớp nối giữa thân và nền đ ập phải liên kết chặt chẽ 
Mái đ ập phải đư ợc bảo vệ tốt 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
Nguyên tắc 
Nền và thân đ ập phải có tính ổn đ ịnh trong mọi đ iều kiện công tác 
Thấm qua nền và thân không mất đ i l ư ợng n ư ớc quá lớn 
Cao trình đ ỉnh đ ập phải an toàn với sóng và lũ 
Có các thiết bị bảo vệ 
Giá thành và d ư ỡng hộ phí rẽ 
Chọn loại đ ập và cấu tạo đ ập phù hợp đ iều kiện n ơ i xây dựng 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
Các b ư ớc thiết kế 
So sánh và lựa chọn các loại đ ập 
Xác đ ịnh các kích th ư ớc chủ yếu của đ ê đ ập 
Tính toán thẩm thấu và ổn đ ịnh 
Chọn cấu tạo chi tiết các bộ phận 
Dự trù khối l ư ợng công trình, vật liệu, lao đ ộng  
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 
CÔNG TRÌNH ĐÊ ĐẬP 	 Các thông số kỹ thuật 	Cao trình đ ỉnh đ ập 
H sl 
ΔH 
H 
H max 
Cao trình đ ỉnh đ ập 
	 H = Hmax + Hsl + H 
	H	chiều cao đ ỉnh đ ập (m) 
	Hmax	chiều cao n ư ớc lũ (m) 
	Hsl	chiều cao sóng leo trên mái đ ập (m) 
	 H	 đ ộ cao an toàn 
	Đập thấp	0,5m 
	Đập cao	0,75m 
	 Hsl = 3,2kHstg α 
	k	hệ số nhám mái đ ập, xây bằng đ á hộc k = 0,8 
	 α 	góc mái đ ập và mặt phẳng ngang 
	Hs	 đ ộ cao sóng tr ư ớc khi lên mái đ ập 
	 Hs = 0,75 + 0,1L 
	L	chiều dài truyền sóng (km) 
Chiều rộng đ ỉnh đ ập  
Phụ thuộc vào yêu cầu cấu tạo và giao thông 
Về cấu tạo 
Theo công thức Tortse 
Theo công thức kinh nghiệm 
Yêu cầu giao thông 
Chọn theo yêu cầu ph ươ ng tiện giao thông 
	H < 6m	B = 4,5m 
	6 < H < 10m	B = 5m 
	H > 10m	B = 7m 
Mái đ ập 
Phụ thuộc loại đ ất, ph ươ ng pháp thi công, chiều cao đ ập, loại đ ất nền  
Mái th ư ợng l ư u tiếp xúc với n ư ớc và th ư ờng xuyên chịu ảnh h ư ởng của sóng nên cần thoải h ơ n mái hạ l ư u 
Trong thiết kế có thể tham khảo các số liệu kinh nghiệm 
Hệ số mái th ư ợng l ư u: 	m 1 =cotg α 1 
	 Hạ l ư u : 	 m 2 = cotg α 2 
α 1 
Thân đ ập 
Mái th ư ợng l ư u 
Mái hạï l ư u (m 2 ) 
Đỉnh đ ập 
m 1 
α 2 
Hệ số mái đ ập 
α 1 
Thân đ ập 
Mái th ư ợng l ư u 
Mái hạï l ư u (m 2 ) 
Đỉnh đ ập 
m 1 
α 2 
BỀ RỘNG CHÂN ĐẬP 
L = B + H(m 1 +m 2 ) 
Trục tang (tg) 
Trục cotang (cotg) 
Trục Cose (cos) 
Trục sine (sin) 
0 
Mái đ ập Theo loại đ ất đ ắp 
Loaïi ñaát 
m 1 (maùi thöôïng löu) 
m 2 (maùi haï löu) 
H<5m 
H=5-8m 
H=8-10m 
H<5m 
H=5-8m 
H=8-10m 
Thòt & thòt pha caùt 
Seùt & thòt naëng 
Thòt pha caùt, thòt nheï 
Thòt buïi 
2,5 
2,5 
2,5 
3 
3 
3 
3 
3,5 
3 
3 
3 
3,75 
2 
2 
2 
2,5 
2 
2,25 
2 
2,25 
2,5 
2,5 
2,5 
3 
Mái đ ập Theo kinh nghiệm 
H 
Hmax 
Hsl+ H 
B 
Maùi ñaäp 
KT chaân khay 
Ñoä saâu 
m 1 
m 2 
saâu 
roäng 
doïn neàn 
2 
3 
4 
5 
1,5 
2,4 
3,4 
4,4 
0,5 
0,6 
0,6 
0,6 
2,45 
2,75 
3,0 
3,25 
2 
2 
2,25 
2,25 
1,5 
1,5 
1.75 
1,75 
0,5 
0,5 
0,8 
0,8 
0,5 
0,5 
0,8 
0,8 
0,3 
0,5 
0,5 
0,5 
Ghi chú : 	- Thích hợp cho đ ất nền là đ ất sét hay thịt pha sét 
	- Hsl+ H là trị số tối thiểu 
	- m1 và m2 thích hợp cho đ ất thịt, đ ất thịt pha cát 
	- Độ sâu dọn nền là trị số tối thiểu 
	- Nếu mái đ ập chịu tác dụng trực tiếp của sóng gió thì có thể lấy cao h ơ n trị số bảng 0,25-0,50 
CÔNG TRÌNH KÊNH M ƯƠ NG 
Khái niệm 
Kênh m ươ ng là một bộ phận của hệ thống cấp tiêu n ư ớc cho các ao nuôi thủy sản 
Dòng chảy trong kênh m ươ ng là dòng chảy nhân tạo, có mặt thoáng tự do 
Các tính chất (hình dạng, diện tích mặt cắt, đ ộ dốc, đ ộ nhám lòng kênh) không thay đ ổi theo dòng chảy. 
Kênh đ ào đ ất 
Phân cấp và loại hình kênh m ươ ng 
Phân cấp 
	- Kênh m ươ ng chính : cấp tiêu n ư ớc cho toàn trại 
	- Kênh m ươ ng con : cấp tiêu n ư ớc cho từng ao 
	- Kênh m ươ ng nhánh : trung gian giữa kênh m ươ ng chính và con 
Phân loại 
Theo kết cấu : kênh đ ào, kênh đ ắp, ống ngầm 
Theo hình dạng mặt cắt : kênh chữ nhật, kênh hình thang, kênh tam giác, kênh hình vuông, kênh bán nguyệt 
Theo vật liệu cấu tạo : kênh đ ất, kênh bêtông, ống sành, ống xim ă ng, máng gạch, máng gỗ 
Trong trại nuôi thủy sản th ư ờng là kênh đ ào ( đ ất) có mặt cắt dạng hình thang cân; máng gạch; ống ngầm 
KÊNH ĐÀO  
Khái niệm 
Kênh đư ợc đ ào hay đ ắp trên mặt đ ất và n ư ớc chảy trong kênh có thể nhìn thấy đư ợc nên còn gọi là kênh hở 
Yêu cầu 
Không xảy ra hiện t ư ợng xói lở hay bồi lắng 
	Vbl < Vtk < Vxl 
Tổn thất n ư ớc ít nhất 
N ư ớc bốc h ơ i 
N ư ớc thấm qua lòng kênh: phụ thuộc đ ịa chất; kích th ư ớc thiết kế qua tỷ số b/h 	 
Trong đ ó:	b: chiều rộng đ áy kênh 
	h: chiều sâu mực n ư ớc kênh 
Yêu cầu 
Phải có n ă ng lực chuyển n ư ớc lớn nhất 
L ư u l ư ợng th ư ờng xuyên Qtx 
L ư u l ư ợng bất th ư ờng Qmax 
L ư u l ư ợng nhỏ nhất Qmin 
Lòng kênh phải ổn đ ịnh 
Các kích th ư ớc kênh (chiều sâu và chiều rộng) 
Hệ số mái kênh, đ ộ dốc dọc kênh 
Hình dạng mặt cắt kênh: (kênh hình vuông, bán nguyệt dể xói lở h ơ n kênh hình thang) 
N ư ớc phải tự chảy 
Phải phù hợp đ iều kiện sử dụng tổng hợp 
Các b ư ớc thiết kế 
Xác đ ịnh các tuyến kênh 
Xác đ ịnh đ ộ dốc dọc kênh 
Tính l ư u l ư ợng thiết kế của các cấp kênh 
Xác đ ịnh mặt cắt và kích th ư ớc của các cấp kênh 
Kiểm tra lại l ư u tốc của dòng chảy 
Vẽ thành đ ồ án đ ể tính toán khối l ư ợng đ ào đ ắp và làm c ă n cứ cho thi công 
Các yếu tố c ơ sở đ ể thiết kế 
L ư u l ư ợng thiết kế: C ă n cứ trên kế hoạch sản xuất đ ể tính toán l ư ợng n ư ớc cần cấp cho các ao trong trại nuôi thủy sản 
L ư u l ư ợng cần cấp cho mỗi ao đư ợc tính: 
	q (m3/giờ) = 
	hay q (L/giây) = 	 
	q	l ư u l ư ợng cần cấp cho 1 ao nuôi 
	w	thể tích ao 
	w = S bq .h 
	Sbq	diện tích bình quân 
	h	chiều cao mực n ư ớc trong ao 
	Sbq = (S trên + S d ư ới)/2 
	n	số ngày cấp n ư ớc cho phép 
	t	số giờ cấp n ư ớc trong 1 ngày 
Các yếu tố c ơ sở đ ể thiết kế 
Lập biểu thống kê về cấp tiêu n ư ớc 
Qmax dùng làm l ư u l ư ợng thiết kế kênh chính 
L ư u l ư ợng cần cấp cho các dãy ao nằm 2 bên kênh nhánh dùng làm l ư u l ư ợng thiết kế kênh nhánh 
L ư u l ư ợng hữu ích và l ư u l ư ợng dẫn của kênh 
L ư u l ư ợng hữu ích là l ư u l ư ợng có thể dẫn đ ến tận các ao nuôi cá hay l ư u l ư ợng cuối kênh (qc) 
L ư u l ư ợng dẫn hay l ư u l ư ợng thiết kế là l ư u l ư ợng đ ầu kênh (q đ ) 
	qc (m3/s) = 
W (m3): thể tích n ư ớc cần cấp đ ồng thời cho các ao nằm 2 bên kênh 
	t (giây): thời gian cấp n ư ớc cho phép 
	q đ (m 3 /s) = qc +  
	  (m 3 /s): tổn thất dẫn n ư ớc trên đ oạn kênh có chiều dài l (km) 
	 = 
	p: % l ư ợng n ư ớc tổn thất trên 1 km kênh so với qc 
	p = 	 
	A và m là hệ số và chỉ số quyết đ ịnh bởi tính thấm của đ ất 
Đối với kênh nhỏ có thể tính 
	 = (0,1  0,3)q đ 
Tùy thuộc tính chất đ ất của kênh 
	 Đất thịt pha cát nhẹ:	  = (0,2  0,3)q đ 
	 Trong trại nuôi thủy sản:	  = 0,15q đ 
Loaïi ñaát 
A 
m 
Ñaát coù tính thaám nhoû 
Ñaát coù tính thaám trung bình 
Ñaát coù tính thaám lôùn 
0,7 
1,9 
3,4 
0,3 
0,4 
0,5 
L ư u l ư ợng thiết kế  
Bất kỳ cấp kênh nào, Qc của cấp kênh trên phải bằng tổng l ư u l ư ợng q đ của cấp kênh d ư ới 
	Qc =  q đ 
L ư u l ư ợng đ ầu kênh của bất kỳ cấp kênh nào cũng bằng l ư u l ư ợng tổn thất của cấp kênh đ ó cộng với l ư u l ư ợng cuối của các cấp kênh đ ó hoặc tổng l ư u l ư ợng đ ầu của cấp kênh d ư ới . 
	Q đ = Qc +  =  q đ +  
L ư u l ư ợng dẫn hay l ư u l ư ợng thiết kế của các cấp kênh trên đư ợc tính tích lũy từ l ư u l ư ợng của các cấp kênh nhỏ nhất. 
Hệ số hữu hiệu của kênh  
Hệ số hữu hiệu của một đ oạn kênh, dùng đ ánh giá hiệu quả dẫn n ư ớc của nó, là tỉ lệ giữa l ư u l ư ợng đ ầu kênh và l ư u l ư ợng cuối kênh 
	n = Qc/Q đ 
Hệ số hữu hiệu của hệ thống kênh m ươ ng chính là tích số Hệ số hữu hiệu của các cấp kênh, n < 1 
Để nâng cao Hệ số hữu hiệu của kênh m ươ ng, hệ thống kênh m ươ ng cần đư ợc quản lý và bảo vệ tốt 
Đối với trại nuôi thủy sản, yêu cầu n = 0,75-0,85 
L ư u tốc an toàn của kênh  
L ư u tốc dòng chảy cần đư ợc khống chế trong phạm vi l ư u tốc cho phép, l ư u tốc không xói và l ư u tốc không lắng 
L ư u tốc xói lở tới hạn 
Gọi tắt là l ư u tốc không xói (Vkx) là l ư u tốc lớn nhất cho phép đ i qua kênh mà không gây hiện t ư ợng xói lở 
Vkx phụ thuộc đ ộ dốc đ áy kênh, chất đ ất, tính chất thủy lực, mặt cắt kênh 
Để nâng cao Vkx cần chọn loại đ ất tốt đ ắp kênh, dùng lớp phụ bảo hộ lòng kênh 
Bảng l ư u tốc lớn nhất cho phép đ ối với các loại mặt kênh ( đ v: m/s) 
Loaïi ñaát ñaøo/ñaép keânh hoaëc 
Möùc nöôùc saâu bình quaân (m) 
loaïi ñaát baûo hoä 
0,4 
1 
2 
> 3 
seùt rôøi, thòt pha seùt 
seùt chaët vöøa, thòt pha seùt 
seùt chaët, thòt pha seùt 
seùt raát chaët 
maët laùt coû 
laùt gaïch, xaây ximaêng 
maët keânh beâtoâng, traùt ximaêng 
0,33 
0,7 
1 
1,4 
0,6 
1.6 
7.1 
0,4 
0,85 
1,2 
1,7 
0,8 
2,0 
8,5 
0,46 
0,95 
1,4 
1,9 
0,9 
2,3 
9,8 
0,5 
1,1 
1,5 
2,1 
1,0 
2,5 
11 
L ư u tốc bồi lắng tới hạn  
Gọi tắt là l ư u tốc không lắng (Vkl) là l ư u tốc nhỏ nhất cho phép đ i qua kênh mà không gây hiện t ư ợng bồi lắng 
Vkl tùy thuộc hàm l ư ợng bùn cát, kích th ư ớc hạt cát, tính chất thủy lực mặt cắt kênh, đ ộ dốc đ áy kênh 
Vkl có thể tính 
	R là bán kính thủy lực 
R = tiết diện ư ớt/chu vi ư ớt 
	e hệ số tùy thuộc l ư ợng phù sa, thành phần hạt, hệ số nhám lòng kênh 
	- Bùn cát hạt thô	e = 0,65-0,77 
	- Bùn cát hạt vừa	e = 0,58-0,64 
	- Bùn cát hạt mịn	e = 0,41-0,54 
	- Bùn cát hạt rất mịn	e = 0,37-0,41 
Th ư ờng đ ể tránh tích bùn trong kênh, Vkl > 0,2m/s 
Để tránh tích cát trong kênh, Vkl > 0,4m/s 
Độ dốc dọc đ áy kênh 
Độ dốc dọc đ áy kênh (i) đư ợc quyết đ ịnh dựa vào đ ộ dốc tự nhiên của mặt đ ất và l ư u tốc dòng chảy trong kênh 
Mỗi loại đ ất có một trị số i lớn nhất cho phép; các cấp kênh cũng có trị số i khác nhau 
Loaïi ñaát 
i 
- ñaát seùt naëng 
- ñaát soûi 
- ñaát caùt 
- ñaát muøn höõu cô 
- ñaát caùt mòn 
1/100 
1/250 
1/800 
1/1000 
1/6000 
- Keânh chính 
- Keânh nhaùnh vaø con 
1/2000 - 1/10.000 
1/500 - 1/3000 
Hệ số mái kênh m=cotg α 
Loaïi ñaát 
Heä soá 
Keânh ñaøo 
Keânh nöõa ñaøo nöõa ñaép 
maùi 
nöôùc 
Löu löôïng qua keânh (m 3 /s) 
töï nhieân 
keânh saâu 
2 - 10 
0,5 - 2 
(m) 
m 1 
m 2 
m 1 
m 2 
- seùt, thòt naëng, vöøa 
- thòt nheï 
- thòt pha caùt 
- caùt pha seùt 
1 
1,25 
1,50 
1,50-2 
1 
1,25 
1,50 
1,75 
1 
1,25 
1,50 
2 
1 
1 
1,25 
1,75 
1 
1,25 
1,50 
1,75 
0,75 
1 
1,25 
1,50 
Kênh đ ào 
Kênh nữa đ ào nữa đ ắp 
m1 
m2 
m 
Độ cao bờ kênh (Hk) và siêu cao an toàn bờ kênh ( h) 
Độ cao bờ kênh 
Hk = h + h 
Trong đ ó: 	h: đ ộ sâu n ư ớc trong kênh 
 h: siêu cao an toàn bờ kênh 
Độ cao an toàn 
 h = h/3 	(nh ư ng tuyệt đ ối không nhỏ h ơ n 0,25m) 
Có thể dùng: 
Kênh chính và nhánh với q = 2-10m3/s	 h = 0,4m	 
với q < 2m3/s	 h = 0,35m 
Kênh m ươ ng con	 h = 0,25m 
Bề rộng đ ỉnh bờ kênh 
Đỉnh bờ kênh không dùng làm đư ờng giao thông thì bề rộng tùy thuộc chiều cao bờ kênh và l ư u l ư ợng qua kênh 
Đỉnh bờ kênh dùng làm đư ờng giao thông thì quyết đ ịnh theo ph ươ ng tiện giao thông; ví dụ xe ba gác, bề rộng bờ 2-3m 
Löu löôïng (m 3 /s) 
BRÑBK (m) 
Ghi chuù 
< 0,5 
0,5-1 
1-5 
5-10 
10-20 
0,5-0,8 
0,8-1 
1,25 
1,5 
2 
Duøng trò soá nhoû nhaát cho ñaát seùt, thòt pha seùt vaø trò soá lôùn nhaát cho ñaát thòt pha caùt 
Tỉ lệ giữa mực n ư ớc h và bề rộng đ áy kênh b 
Để đ ảm bảo sự ổn đ ịnh của lòng kênh cần khống chế tỉ lệ b/h trong một phạm vi thích hợp 
	Điều kiện: (  < 12) 
L ư u tốc của dòng chảy 
Giả thiết dòng chảy trong kênh là dòng chảy đ ều, là dòng chảy có diện tích và hình dạng mặt cắt n ư ớc đ i qua không đ ổi theo ph ươ ng vận đ ộng đ ồng thời l ư u tốc của những đ iểm t ươ ng ứng trên tất cả mặt cắt n ư ớc đ i qua đ ều bằng nhau 
	R 	bán kính thủy lực 
	i	 đ ộ dốc dọc kênh 
	c	hệ số sedi, đư ợc xác đ ịnh bởi hình dạng mặt cắt kênh, hệ số nhám lòng kênh 
	n	hệ số nhám của đ ất lòng kênh 
	y	số mũ có quan hệ với n và R 
Xác đ ịnh mặt cắt thủy lợi kênh tốt nhất  
Khi l ư u l ư ợng (Q), đ ộ dốc (i) và đ ộ nhám (n) nhất đ ịnh, mặt cắt kênh nào có tiết diện ư ớt (w) nhỏ nhất mà chuyển đư ợc l ư u l ư ợng Q nói trên thì mặt cắt đ ó là mặt cắt thủy lợi kênh tốt nhất 
Khi tiết diện ư ớt w của kênh không đ ổi và d ư ới những đ iều kiện đ ộ dốc (i), đ ộ nhám (n) nhất đ ịnh thì hình dạng của một loại mặt cắt kênh nào có n ă ng lực chuyển n ư ớc lớn nhất đư ợc gọi là mặt cắt thủy lợi kênh tốt nhất. 
Trong đ ó w, c, i cố đ ịnh nên Q lớn nhất khi R lớn nhất, mà R = w/x nên R lớn nhất khi x nhỏ nhất 
Theo lý thuyết thì mặt cắt là hình tròn có chu vi ư ớt nhỏ nhất, tuy nhiên với kênh có mặt cắt là hình thang cân thì chu vi ư ớt nhỏ nhất khi góc  = 60 0 
	m = cotg  = cotg60 =  3/3 = 0,577 
Góc mái kênh  đư ợc quyết đ ịnh bởi góc yên tĩnh (góc mái tự nhiên, th ư ờng < 60 0 ) và hệ số mái kênh đư ợc quyết đ ịnh tùy theo loại đ ất; mỗi loại đ ất có m nhất đ ịnh 
Khi m cố đ ịnh, mặt cắt thủy lực tốt nhất sẽ phụ thuộc vào 2 yếu tố b và h 
Ống ngầm 
Công thức tính l ư u l ư ợng qua ống ngầm 
	  	hệ số l ư u l ư ợng của ống, th ư ờng lấy 0,6 
	 w 	tiết diện mặt cắt ngang của ống cống 
	g	gia tốc trọng tr ư ờng 9,81m/s 2 
	z	 đ ộ cao chênh lệch giữa 2 mức n ư ớc trong và ngoài ao 
The end lesson 2