Tính toán dòng chảy, vận chuyển phù sa bùn sét và tốc độ bồi lắng đáy kênh lấy nước làm mát nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng

Cơ sở lý thuyết của mô hình tính biến hình lòng dẫn kênh lấy nước, tính toán biên bùn cát lơ lửng và mực nước tại cửa kênh lấy nước TV1 là những nội dung chính được trình bày trong bài viết "Tính toán dòng chảy, vận chuyển phù sa bùn sét và tốc độ bồi lắng đáy kênh lấy nước làm mát nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng". Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán dòng chảy, vận chuyển phù sa bùn sét và tốc độ bồi lắng đáy kênh lấy nước làm mát nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộngTÍNH TOÁN DÒNG CHẢY, VẬN CHUYỂN PHÙ SA BÙN SÉT VÀ TỐC ĐỘ BỒI LẮNG ĐÁY KÊNH LẤY NƯỚC LÀM MÁT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ MỞ RỘNG PGS.TS. Vũ Thanh Ca, Trung tâm Khí tượng Thủy văn Biển TS. Nguyễn Kiên Dũng, Viện Khí tượng Thủy văn KS. Phạm Việt Tiến, Công ty Tư vấn Thiết kế Thủy lợi 11. Giíi thiÖu chung Kênh dẫn nước làm mát là một hạng mục công trình của Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mởrộng nằm ở Thị xã Uông Bí Tỉnh Quảng Ninh. Cửa lấy nước của kênh bắt đầu từ sông Bạch Đằngthuộc xã Điền Công, theo lòng dẫn của lạch nước tự nhiên cũ dài 3450,54 m (đoạn I- nạo vét ) sauđó chạy thẳng đến vị trí trạm bơm dự kiến xây dựng (gần cầu nằm trên quốc lộ 18 qua sông UôngBí), đoạn này có chiều dài 2000,37 m (đoạn II- có gia cố mái kênh). Sơ đồ bố trí kênh được diễntả trên hình 1. Trạm TV1 là điểm nối giữa kênh dự kiến với sông Bạch Đằng và trạm TV2 là điểmdự kiến đặt trạm bơm lấy nước. Các thông số cơ bản của kênh là: - Độ rộng đáy kênh : B = 40 m - Cao độ bờ kênh : + 3,0 m - Cao độ đáy kênh ở cửa vào ( đầu đoạn I- nối với sông Bạch Đằng ) là - 3,45 m; tại vị trí nối giữa đoạn I và II là - 3,795 m; tại vị trí cách trạm bơm nước dự kiến 8,4 m là - 3,995 m; tại vị trí trạm bơm dự kiến là - 7,91 m - Độ dốc đáy kênh: i = 0,0001 - Hệ số mái kênh : Đoạn I, m1= 6; Đoạn II, m2= 3 - Độ nhám lòng kênh: Đoạn I, n1 = 0,025; Đoạn II, n2= 0,0225 - Kênh được thiết kế để đảm bảo cho trạm bơm dự kiến lấy được lưu lượng nước không đổi Q = 24 m3/s với tần suất đảm bảo P = 95% để làm mát cho Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng. Hình 1. Sơ đồ bố trí mặt bằng kênh lấy nước làm mát nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng. Sông Bạch Đằng có nguồn phù sa bùn rất lớn. Đặc biệt vào mùa lũ, hàm lượng phù sa bùnlơ lửng trong nước có thể đạt tới gần 600g/m3. Hơn nữa, đoạn kênh gần cửa sông được đào trực 1tiếp xuống bãi triều, tức là làm thay đổi cân bằng bùn sét đã được xác lập tại đây. Những lý dotrên cho phép ta có thể dự đoán rằng sau khi kênh được hoàn thành và đi vào vận hành, khả năngphù sa bùn sét sẽ được vận chuyển và lắng đọng trong kênh, gây bồi lắng đáy kênh và ảnh hưởngtới các chức năng của kênh là rất lớn. Vì vậy, việc dự báo tốc độ lắng đọng phù sa trong kênh cótầm quan trọng rất cao trong công tác thiết kế và lập kế hoạch bảo dưỡng kênh. Từ những điểm trên, mục đích của nghiên cứu này của chúng tôi là thiết lập một phươngpháp dự báo tốc độ bồi lắng phù sa bùn sét trong kênh trên cơ sở phân tích các số liệu đo đạc vàmột mô hình số trị. Mô hình số trị được xây dựng trên cơ sở những kết quả nghiên cứu mới nhấttrên thế giới về động lực bùn sét. Chúng tôi hy vọng rằng sau khi được hoàn thiện, mô hình củachúng tôi có thể được sử dụng để dự báo tốc độ lắng đọng của bùn sét tại các khu vực khác nhau,nhất là tại các cửa sông của nước ta.2. Cơ sở lý thuyết của mô hình tính biến hình lòng dẫn kênh lấy nước2.1. Mô hình mô phỏng dòng chảy trong kênh Mô hình tính dòng chảy, vận chuyển phù sa trong kênh và thay đổi địa hình lòng kênhdựa trên việc giải phương trình viết cho dòng hai chiều theo phương nằm ngang (phương trìnhSaint-Vernant) và bài toán vận chuyển phù sa bùn sét lơ lửng. Chọn một hệ tọa độ sao chotrục x hướng theo phương dòng kênh và trục y theo phương vuông góc với dòng kênh, ta cócác phương trình cơ bản của dòng chảy như sau: Phương trình liên tục qx q y     sw  0 (1) x y t Phương trình động lượng q x   q x2    q x q y     q x    q x  gn2 u u 2  v 2        gd   th    th  0 (2) t x  d  y  d  x x  x  y  y  d 1/ 3 q y   q x q y    q y2     q y    q y  gn 2 v u 2  v 2        gd   th    th   0 (3) t x  d  y  d  y x  x  y  y  d 1/ 3 Trong đó, q x và q y lần lượt là các thành phần lưu lượng dòng chảy đi qua một mặt cắt cóchiều rộng đơn vị, chiều cao từ đáy kênh tới mặt nước và vuông góc với các trục tọa độ x và y; là chiều cao mực nước với một chuẩn nào đó, t là thời gian, s w là nguồn nước chảy vào kênh quamột đơn vị bề mặt nước (nước bơm làm mát Nhà máy nhiệt điện Uông Bí); d là độ sâu nước trongkênh; g là gia tốc trọng trường; ...