Tính toán các chỉ tiêu thiết kế

4.2.2.1 Tính toán các chỉ tiêu thiết kế

Hệ số cấp nước thiết kế là hệ số cấp nước tối đa nhằm đảm bảo trong suốt quá trình cấp nước thì lượng nước cấp luôn luôn đáp ứng nhu cầu dùng nước của khu nuôi.

- Để xác định hệ số cấp nước thiết kế căn cứ vào quy trình cấp nước yêu cầu trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của thủy sản. Tần suất cấp nước là P = 85% (theo 285-2002)

Công thức tính hệ số cấp nước: q_c =

Trong đó:

+ q_c: hệ số cấp nước thiết kế.

+ W_c: Lượng nước thực tế cần cấp cho 1ha ao nuôi (m³).( Ao nuôi ở đây không tính tới bờ ao). Với cao trình đáy ao nuôi là + 1,4 và cao trình bờ ao nuôi là +3,4

+ T : thời gian cấp nước vào ao (s)

- Tổng diện tích khu dự án là 103,3 ha, diện tích ao nuôi chiếm khoảng 50-70% tổng diện tích khu nuôi. Theo hình thức nuôi thâm canh chọn mỗi ao có diện tích trung bình mặt nước là 0,5-1,0 ha.

- Căn cứ vào chế độ cấp nước theo yêu cầu của quy trình công nghệ nuôi đã biết gồm: cấp nước lần đầu, cấp nước bổ sung và thay nước hàng tháng cho ao nuôi, thay nước khi môi trường ao bị dịch bệnh hoặc xuống cấp ta tính được lượng nước cần cấp trên một đơn vị diện tích ao nuôi (1 ha) tương ứng các trường hợp:

+ Lượng nước cần cấp trong trường hợp cấp nước lần đầu vào ao nuôi được tính từ khi bắt đầu lấy nước vào ao nuôi đến khi thả giống. Lần cấp nước này có thể chia ra làm 2 đợt, mỗi đợt 0,4-0,5 m nước. Thời gian cấp nước của mỗi đợt khoảng 1-2 ngày.

Bảng 5.1. Quan hệ mực nước trong ao H(m) và lượng nước trong ao W(m³/ha)

STT	Cao độ mực nước trong ao H(m)	Độ sâu lớp nước trong ao (m)	Chiều dài ao theo cao độ (m)	Chiều rộng ao theo cao độ (m)	Dung tích ao ứng với S= 0,634(ha) (m3)	Dung tích W ao ứng với S= 1(ha) (m3)
1	1.4		82.7	82.01
2	1.9	0.5	83.2	82.51	3411.76	5381.76
3	2.4	0.5	83.7	83.01	3453.19	5446.67
4	2.9	0.5	84.2	83.51	3481.79	5491.78
5	3.4		84.7	84.01
Tổng					10346.74

Hình 5.1 Biểu đồ quan hệ mực nước H(m) và lượng nước trong ao W(m³/ha)

Đợt 1: W_c1= 5381,76 (m³/ha). Vậy ta có hệ số cấp nước thiết kế trong trường hợp này sẽ là:

q_c1 = =20,763 (l/s.ha)

Đợt 2: W_c2= 5446,67 (m³/ha). Vậy ta có hệ số cấp nước thiết kế trong trường hợp này sẽ là:

q_c2 = =21,013 (l/s.ha)

+ Cấp nước bổ sung từ 2,4 m lên 2,9 m (H_TK = 1,5 m ): Trong 5 ngày tiếp theo từ khi thả cá giống vào ao, cứ mỗi ngày cấp lượng nước đạt 10cm/ngày cho toàn bộ khu ao nuôi đến khi đạt H_TK.

W_bs=5491,78 (m³/ha). Vậy ta có hệ số cấp nước thiết kế trong trường hợp này sẽ là:

q_c3 = =12,712 (l/s.ha)

+ Cấp nước khi ao nuôi bị bệnh:

Khi ao nuôi bị nhiễm bẩn hoặc cá bị bệnh phải tiến hành rút bớt lớp nước ở đáy ao khoảng 10-15% khối lượng nước trong ao để thay nước mới đã qua xử lý.

W_bb=2448 (m³/ha)

Vậy ta có hệ số cấp nước thiết kế trong trường hợp này sẽ là:

q_c4 = =14,167 (l/s.ha)

* Cấp nước hàng tháng cho ao nuôi: Bắt đầu từ tháng thứ 2 trở đi ta tiến hành cấp nước cho ao nuôi, lượng nước cấp cho ao nuôi chính bằng lượng nước cấp vào ao nuôi để duy trì mực nước trong ao nuôi luôn ổn định và bằng mực nước thiết kế.

+ Tháng thứ 2 cấp 20% lượng nước: 2069,35 (m³/ha)

+ Tháng thứ 3 cấp 25% lượng nước: 2586,68 (m³/ha)

+ Tháng thứ 4 cấp 30% lượng nước: 3104,02 (m³/ha)

+ Tháng thứ 5 cấp 35% lượng nước: 3621,36 (m³/ha)

+ Tháng thứ 6 cấp 45% lượng nước: 4656,03 (m³/ha)

Vậy ta có hệ số cấp nước thiết kế trong trường hợp cho tháng cần nhiều nước nhất sẽ là:

q_c5 = =1,7963 (l/s.ha)

So sánh các trường hợp trên có thể thấy trường hợp cấp nước lần đầu, đợt 2 là lớn nhất, các trường hợp còn có lượng cấp nước ít hơn, thời gian cấp nước dài hơn:

+ Cấp nước lần đầu liên quan chặt chẽ đến thời vụ nuôi và kế hoạch sản xuất, thời gian cấp nước không kéo dài nên hệ số cấp nước lớn.

+ Cấp nước bổ sung thời gian cấp nước không cấp bách và lượng nước lấy vào ao nuôi trong 1 ngày chỉ có 954,594 (m³/ha) nên hệ số cấp nước là nhỏ.

+ Cấp nước trong trường hợp ao nuôi bị nhiễm bệnh: Trong quá trình chuẩn bị ao và trước khi thả tôm giống phải lấy nước vào ao chứa lắng để xử lý sinh học. Nếu nguồn nước bị nhiếm bẩn phải tiến hành xử lý bằng chlorin với nồng độ 15 - 30 ppm trong 12 giờ hoặc formol nồng độ 30 ppm rồi mới được cấp vào ao nuôi. Tuyệt đối không được lấy nước vào ao nuôi trong những ngày mưa bão. Tiếp đó ta mới cấp nước vào để duy trì mực nước trong ao nuôi luôn ổn định. Thời gian lấy nước vào ao nuôi không cấp bách và nó phụ thuộc vào thời gian xử lý mầm bệnh trong ao nuôi. Do vậy trường hợp này không thể là trường hợp bất lợi được chọn để tính toán. Hơn nữa trường hợp mà tất cả các ao nuôi bị nhiễm bệnh là rất khó xảy ra.

+ Trường hợp cấp nước hàng tháng cho ao nuôi: Ta có thể tiến hành thay nước luân phiên đối với từng khu ao nuôi, do vậy thời gian thay nước không cấp bách nên hệ số cấp nước trong trường hợp này là nhỏ.

+ Lượng nước tổn thất do quá trình vận chuyển từ ao xử lý đến ao nuôi: bao gồm tổn thất do thấm và bốc hơi. Tổn thất thấm được bỏ qua do kênh chính và kênh nhánh là kênh xây, đáy lót bê tông cốt thép nên tổn thất thấm khá nhỏ. Tổn thất do bốc hơi được tính dựa vào điều kiện khí tượng là bốc hơi của vùng (theo số liệu bảng I.4)

Lượng nước bốc hơi trong năm là: 958,5 (mm)

Lượng bốc hơi mặt thoáng=lượng bốc hơi tài liệu khí tượng*h/số hiệu chỉnh

Ta có:

Diện tích kênh mương trong vùng là: 16,685(ha)

Suy ra: lượng nước bốc hơi bình quân là:

Vậy hệ số cấp nước thỏa mãn điều kiện bất lợi nhất ứng với trường hợp có hệ số cấp nước lớn nhất là trường hợp cấp nước lần đầu, đợt 2 cho ao nuôi:

a) Xác định nhu cầu nước tại đầu các kênh cấp 2.

Q_tk đầu các kênh cấp 2 được xác định theo công thức:

Q_tk = q_tk. + Q_tt (m³/s)

Trong đó: là diện tích ao nuôi do kênh cấp 2 phụ trách cấp nước.

Q_tt: Lượng nước tổn thất do bốc hơi trên kênh cấp.

Q_tt = ET₀. (m³/s)

: Diện tích kênh cấp (m²).

Lượng nước tổn thất do bốc hơi trên kênh dẫn quá nhỏ, nên có thể bỏ qua.

Vậy Q_tk = q_tk. (m³/s)

*Vùng 1: vùng 1 có hệ thống kênh cấp nước gồm 2 cấp,kênh nhánh cấp nước cho hệ

thống ao nuôi và hệ thống kênh chính cung cấp nước cho các kênh nhánh ,hệ thống

được liên kết với nhau

Kênh	(ha)	qtk (l/s-ha)	Qtk (m3/s)
N1-1	6,0789	27,10	0,1647
N1-2	8,1815	27,10	0,2217
N1-3	9,3478	27,10	0,2533
N1-4	11,069	27,10	0,300
N1-5	10,099	27,10	0,2736
N1-6	11,318	27,10	0,3067

Nước chính

Kênh	ha)	qtk (l/s-ha)	Qtk (m3/s)
N2-1	8,9003	27,10	0,2412
N2-2	13,0814	27,10	0,3545
N2-3	4,8163	27,10	0,1305
N2-4	3,112	27,10	0,0843
N2-5	1,0545	27,10	0,0286

*b)Xác định nhu cầu nước tại đầu hệ thống.

Lưu lượng tại đầu kênh cấp chính (kênh cấp 1) là lưu lượng tại đầu mối, bằng tổng lưu lượng đầu kênh cấp 2:

• 
  Vùng 1: = 1,52(m³/s)
  
• 
  Vùng 2: = 0,839 (m³/s)
  

Tính toán khả năng nguồn nước (Q~t) ứng với tần suất p = 85%.

Dùng quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế QP.TL. C-6-77 và giáo trình Thủy văn công trình để tính (Q~t).

Số liệu mưa lấy tại trạm đo Láng, lượng mưa năm được thể hiện trong bảng 4.8.

năm	lượng mưa(mm)	năm	lượng mưa(mm)
1970	1390,5	1990	1537,1
1971	1935,2	1991	1536,5
1972	1747,7	1992	1371,3
1973	1944,5	1993	1442,4
1974	1527,2	1994	2536
1975	1985	1995	1220
1976	1292,2	1996	1597,6
1977	1521,4	1997	1913,9
1978	2215,1	1988	1338,1
1979	1387,5	1999	1556,6
1980	2003,3	2000	1278,1
1981	1645	2001	2254,7
1982	1766,3	2002	1264,8
1983	1646,7	2003	1582,5
1984	2225,1	2004	1336,5
1985	1595,7	2005	1695,3
1986	2246,3	2006	1314,4
1987	1510,7	2007	1183
1988	1033,1	2008	2977,9
1989	1760,6	2009	1515,6

• 
  Vẽ đường tần suất: Từ số liệu mưa vẽ đường tần suất lý luận theo phương pháp moments, phân bố Pearson III bằng phần mềm FFC2008:
  

• 
  Từ đường tần suất xác định được giá trị mưa bình quân = 1680,04 mm, C_v= 0,23 và C_s=0,1.
  
• 
  Xác định trị số thiết kế: Ứng với tần suất p = 85% tra trên đường tần suất lý luận có lượng mưa năm = 1260 mm.
  
• 
  Chọn năm điển hình:
  

• 
  Nguyên tắc chọn mô hình mưa đại diện
  

Mô hình mưa chọn phải là mô hình đã xảy trong thực tế, tức là phải nằm trong liệt quan trắc.

Ta có thể chọn mô hình mưa đại diện theo hai trường hợp sau:

+ Mô hình bất lợi nhất: tức là chọn năm kiệt nhất, mưa ít nhất mà lại cần nhiều nước nhất. Khi chọn theo mô hình này thì khả năng cấp nước là an toàn. Tuy nhiên kích thước công trình lớn, công trình làm việc không hết công suất, hiệu quả công trình không cao gây lãng phí.

+ Mô hình thường xuyên xuất hiện : khi chọn theo mô hình này thì công trình thường xuyên làm việc hết công suất, công trình có hiệu quả cao. Tuy nhiên với năm ít mưa sẽ ít nước không đảm bảo điều kiện bất lợi.

• 
  Chọn mô hình mưa đại diện:
  

Khi chọn mô hình mưa đại diện ngoài hai nguyên tắc chọn lượng mưa gần bằng lượng mưa ứng với tần suất thiết kế và có trong thực tế thì cần phải kết hợp được hai mô hình trên để đảm bảo điều kiện kinh tế lẫn kỹ thuật. Dựa trên kết quả tính toán được và những ưu nhược điểm của hai mô hình đối với công trình cấp nước, trong đồ án này em chọn mô hình mưa đại diện dựa trên mô hình bất lợi nhất.

• 
  Phương pháp thu phóng:
  

+ Phương pháp thu phóng cùng tỷ số: Phương pháp này phù hợp cho trận mưa điển hình và lượng mưa của cả trận là lượng mưa thiết kế.

+ Phương pháp thu phóng cùng tần suất: Phương pháp này phù hợp cho trận mưa thiết kế có cùng lượng mưa với thời đoạn ngắn tương ứng với tần suất thiết kế. Nhưng các hệ số K₁, K₂, …, K_n khác nhau thì hình dạng của trận mưa không được bảo tồn.

Chọn phương pháp thu phóng: Trong đồ án này, chọn phương pháp thu phóng cùng tỷ số để thu phóng.

Hệ số thu phóng:

Trong đó: + K - hệ số thu phóng

+ X_P=85% - lượng mưa mô hình thiết kế ứng với tần suất P = 85% (mm)

+ X_dh - lượng mưa mô hình phân phối điển hình (mm)

Vậy hệ số thu phóng:

K_p= Φ.C_v + 1 = -1,27.0,23 + 1 = 0,72

Theo quy phạm C-6-77 tính toán dòng chảy dùng quan hệ giữa lượng mưa (X) và độ sâu dòng chảy (Y) đã được xây dựng sẵn:

Y = a.X + b (mm)

Trong đó: a, b là các thông số của quan hệ. Dựa vào vùng địa lý tra quy phạm C-6-77 được a = 0,92 và b = 130.

Gọi lượng mưa tháng là X₀ (mm), độ sâu dòng chảy là Y₀ (mm), lượng dòng chảy là W₀ (m³). Với W₀ tính theo công thức:

W₀ = Y₀.F.10³ (m³)

Trong đó F là diện tích tự nhiên của xã Chuyên Mỹ , F = 71,60 km².

Ứng với tần suất P = 85%, có lượng dòng chảy là W_p:

(m³).

Cần phân phối lượng dòng chảy W_p theo tháng, được W_t (m³):

W_t = K_i.W_p

Với ; trong đó: là lượng dòng chảy tháng i (m³)

Mặt khác:

Dựa vào lượng mưa tháng và mưa năm có:

Trong đó: là lượng mưa tháng i (mm)

Từ W_t tính được Q_p theo công thức:

Trong đó: t là số ngày trong tháng.

a) Tần suất thiết kế.

Đối với các công trình cấp nước cho nuôi thủy sản thì tần suất tính toán ta thường lấy P= 85%.

Kênh tưới N1,N2,N3 thuộc dạng công trình cấp 3 do có Q_tk < 2 m³/s.

b) Các chỉ tiêu thiết kế.

- Hệ số cấp nước: q_tk= 27,103 (l/s-ha).

- Lưu lượng thiết kế:

Vùng 1: = 1,52 (m³/s)

Vùng 2: = 0,839 (m³/s)

4.1.2. Tính toán các chỉ tiêu thiết kế công trình đầu mối.

* Vùng 1: Công trình đầu mối là trạm bơm Bà Két đã có sẵn.

Theo tính toán thì = 0,159 (m³/s), trạm bơm Bà Két đã xây dựng có = 0,72 (m³/s) -> < nên đảm bảo cấp nước cho vùng 1.

• 
  Xác định :

  Đối với công trình đầu mối là trạm bơm cấp nước cho thủy sản thì Z_bh được xác định như sau:

  
  
  =1,2 (m).

  (Với là Z bình quân tháng tại thời điểm yêu cầu cấp nước căng thẳng nhất, lấy trên cơ sở điều tra mực nước thấp nhất tại vị trí đặt trạm bơm).

  Mà = 1,0 m -> . Vậy mực nước bể hút đảm bảo yêu cầu.
  

• 
  Xác định :

  Đối với trạm bơm cấp nước cho thủy sản thì Z_bx bằng độ sâu mực nước lớn nhất trong ao nuôi.

  Cao trình bất lợi là cao trình cao nhất, trong vùng 1 có cao trình cao nhất là +5,74 m, chọn cao trình đáy là +1,5 m. Vậy mực nước lớn nhất trong ao là 3,5 m.
  

• 
  = 3,5 (m).
  

Mà = 4,2 m -> nên đảm bảo yêu cầu.

Theo tính toán thì = 0,61 (m³/s), trạm bơm Đục Khê đã xây dựng có = 0,83 (m³/s) -> < nên đảm bảo cấp nước cho vùng 3.

• 
  Xác định :

  Đối với công trình đầu mối là trạm bơm cấp nước cho thủy sản thì Z_bh được xác định như sau:

  
  
  =1,52 (m).

  (Với là Z bình quân tháng tại thời điểm yêu cầu cấp nước căng thẳng nhất, lấy trên cơ sở điều tra mực nước thấp nhất tại vị trí đặt trạm bơm).

  Mà = 1,43 m -> . Vậy mực nước bể hút đảm bảo yêu cầu.
  

• 
  Xác định :

  Đối với trạm bơm cấp nước cho thủy sản thì Z_bx bằng độ sâu mực nước lớn nhất trong ao nuôi.

  Cao trình bất lợi là cao trình cao nhất, trong vùng 1 có cao trình cao nhất là +4,76 m, chọn cao trình đáy cao nhất là +1 m. Vậy mực nước lớn nhất trong ao là 3 m.
  

• 
  = 3 (m).
  

Mà = 3,5 (m) -> nên đảm bảo yêu cầu.

Theo tính toán: = 0,76 (m³/s).

Xác định các thông số thiết kế:

1. 
   Mực nước bể xả thiết kế
   

Trong đó:

i: Độ dốc kênh; i = 0,0001

2. 
   Mực nước bể hút
   

- Mực nước bể hút thiết kế: = 1,5 (m).

- Mực nước bể hút nhỏ nhất: = 1,0 (m).

- Mực nước bể hút lớn nhất: = 2,5 (m).

3. 
   Cột nước thiết kế H_tk :
   

Trong đó: h_ms - Tổn thất cột nước trên đường ống hút và ống đẩy của máy bơm, sơ bộ chọn h_ms =1,5 (m).

4. 
   Cột nước lớn nhất H_max
   

= 4,16 – 1 + 1,2 = 4,36 (m).

Trong đó: h_ms - Tổn thất cột nước trên đường ống hút và ống đẩy của máy bơm, sơ bộ chọn h_ms =1,20 m

5. 
   Cột nước nhỏ nhất H_min :
   

Trong đó: h_ms - Tổn thất cột nước trên đường ống hút và ống đẩy của máy bơm, sơ bộ chọn h_ms =1,50 m.

6. 
   Chọn loại máy bơm và động cơ.
   

Có: = 1368 (m³/h); với n – số máy bơm.

Dùng “sổ tra cứu máy bơm” chọn được máy bơm hỗn lưu một cấp trục ngang HL1400-5 của Công ty chế tạo bơm Hải Dương có các thông số sau đây:

Loại máy bơm	Q (m3/h)	H (m)	[Hck] (m)	n (v/ph)	Nđc (kw)	Dh (mm)	Dx (mm)
HL1400-5	1250-1500	5,7-3	2,5-4,5	980	33	350	350