Giáo trình

Máy bơm và trạm bơm

Science and Technology

Công trình lấy nước

Tác giả: Nguyễn Quang Đoàn

CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC ( CỬA LẤY NƯỚC )

Nhiệm vụ của công trình lấy nước là bảo đảm lấy nước từ nguồn cho phù hợp với biểu đồ dùng nước và không cho bùn cát, rác nổi trôi vào nhà máy bơm, ngoài ra còn bảo đảm chủ động ngừng dòng nước từng phần hoặc toàn bộ trong thời gian tu sữa, nạo vét hoặc có sự cố bất thường.

Có nhiều cách phân loại công trình lấy nước như sau:

- Phân loại theo mục đích sử dụng: công trình lấy nước tưới, công trình lấy nước cho trạm bơm tiêu, công trình lấy nước để cấp nước cho nông thôn, công trình lấy nước cho công nghiệp ..vv.. Công trình lấy nước cho tưới làm việc theo mùa - thời kỳ tưới. Công trình lấy nước để tiêu có đặc điểm là tháo tự chảy từ mạng lưới tiêu. Công trình lấy nước cho trạm bơm phục vụ nông thôn và công nghiệp yêu cầu chất lượng nước sạch và làm việc liên tục trong cả năm;

- Phân loại công trình lấy nước theo nguồn nước: công trình lấy nước từ sông, công trình lấy nước từ hồ, công trình lấy nước từ kênh ;

- Phân loại theo đặc điểm xây dựng công trình lấy nước: công trình lấy nước kết hợp với nhà máy, công trình lấy nước tách riêng nhà máy;

- Phân loại theo đặc tính di động hoặc tĩnh tại của công trình: công trình lấy nước tĩnh tại, công trình lấy nước di động ( bơm thuyền, bơm trên xe ... );

- Phân loại theo quan hệ giữa công trình lấy nước và giao động mực nước: công trình lấy nước ngập, công trình lấy nước nửa ngập, công trình lấy nước không ngập ;

- Phân loại theo cách bố trí tương quan với nguồn nước: công trình lấy nước lòng sông ( đặt ở lòng sông hoặc đặt trực tiếp ở hồ tự nhiên, hồ nhân tạo ), công trình lấy nước bờ, công trình lấy nước hố đào ( gàu ).

Khi chọn vị trí công trình lấy nước cần phải tính đến những yêu cầu sau:

+ Số lượng và chất lượng nước trong nguồn phải thỏa mãn yêu cầu dùng nước;

+ Bố trí công trình lấy nước không làm trở ngại đến các ngành dùng nước khác, không mâu thuẩn với kế hoạch dùng nước tổng hợp trong tương lai;

+ Cần bố trí gần nơi dùng nước.

Công trình lấy nước là thành phần quan trọng của trạm bơm, bởi vậy thành phần, kết cấu và vị trí đặt của các thành phần cần phải thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật một số phương án hợp lý có xét đến điều kiện tự nhiên và điều kiện khai thác các công trình tương tự và sử dụng tương lai của nguồn để chọn. Cách phân loại công trình lấy nước bờ và lấy nước lòng sông thường được dùng phổ biến nhất.

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 α < 900 thường 25 ... 300, cùng lắm mới lấy 900 ( xem 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 Πy sau đây:

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

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:

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 )

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:

Trong đó: ω - 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

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.

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.

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:

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 ). δ - 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,δ ) 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 ) .

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.

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.

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 ).

Mục lục
Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự