21 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC XẢ LŨ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN ĐĂKĐRINH TS Nguyễn Quang Cường Trường Đại học Thủy lợi PGS TS Trần Quốc Thưởng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam KS Vũ Đức H[.]
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC XẢ LŨ THI CƠNG CƠNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN ĐĂKĐRINH TS Nguyễn Quang Cường Trường Đại học Thủy lợi PGS TS Trần Quốc Thưởng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam KS Vũ Đức Hạnh Cao học Đại học Thủy lợi khoá 16 Tóm tắt: Dẫn dịng thi cơng cơng tác quan trọng xây dựng cơng trình thuỷ lợi thủy điện Xác định biện pháp dẫn dòng thi công hợp lý đảm bảo cho công tác thi cơng cơng trình tiến độ, an tồn giảm giá thành xây dựng Đối với cơng trình nhỏ, mùa kiệt thường dẫn dịng thi cơng qua cống, kênh, mùa lũ qua cống, lịng sơng thu hẹp, kênh… Gần nước ta xây dựng nhiều cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn: Sê San 3, Sê San 4, Bản Vẽ, Tuyên Quang, Cửa Đạt… Nếu theo sơ đồ dẫn dịng thơng thường tốn nhiều kinh phí Do đó, lựa chọn sơ đồ xả lũ dẫn dịng thi cơng kết hợp qua cống đập tràn xây dở giảm đáng kể kinh phí xây dựng cơng trình Tuy nhiên tính tốn lý thuyết chưa đề cập đầy đủ yếu tố, thường cần phải xác định thơng qua thí nghiệm mơ hình thuỷ lực Bài viết nêu tóm tắt kết nghiên cứu thực nghiệm chế độ thuỷ lực xả lũ thi cơng cơng trình thuỷ điện Đăkđrinh I MỞ ĐẦU Cơng trình thuỷ điện Đắkđrinh nằm sông Đắkđrinh, nhánh sông Trà Khúc, cơng trình có quy mơ lớn hệ thống bậc thuỷ điện lưu vực sông Trà Khúc Công trình thuỷ điện Đắkđrinh có tuyến đường dẫn dài Vị trí đập dâng thuộc địa phận xã Sơn Mùa xã Sơn Dung, huyện Sơn Tây, tỉnh Quảng Ngãi Một phần hồ chứa thuộc xã Đakđrinh huyện KonPlong tỉnh Kom Tum Nhà máy thuộc xã Sơn Tân, huyện Sơn Tây, tỉnh Quảng Ngãi Các tiêu thiết kế chủ yếu: - Cơng trình: Cấp - Tần suất lưu lượng lũ thiết kế: 0.10% - Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra: 0.02% - Tần suất lưu lượng dẫn dịng thi cơng: 3.00% Bảng Các thơng số cơng trình TT I II Thông số Thông số hồ chứa MNLTK(lũ 0.1%) MNLKT(lũ 0.02%) MNDBT MNC Dung tích tồn Wtb Dung tích hữu ích Whi Dung tích chết Wc Đập dâng Loại Cao trình đỉnh đập Chiều rộng đỉnh đập Chiều cao lớn Đơn vị Số lượng m m m m 106 m3 106 m3 106 m3 411.43 414.88 410.00 375.00 248.51 205.18 43.33 m m m Bê tông đầm lăn 415.00 7.50 99 21 TT III IV Thông số Chiều dài theo đỉnh Đập tràn Tràn xả mặt Cao độ ngưỡng tràn Số lượng Cao độ mũi phun Góc hắt mũi phun, Khả xả (P=0.1%) Khả xả (P=0.02%) Cống dẫn dịng thi cơng Số lượng cống Dạng cống hộp, kích thước BxH Chiều dài Cao trình đỉnh cửa vào cống Cao trình ngưỡng cửa vào Sơ đồ dẫn dịng thi cơng mùa lũ: - Mùa lũ năm thứ ba: Lưu lượng dẫn dịng thi cơng xả qua cống dẫn dòng tràn xây dở cao trình 336.00m (hình 1) Đơn vị m Số lượng 465.35 Dạng m n(BH) m độ m3/s m3/s Thực dụng 394.00 4(1516) 364.10 250 8483.50 11340.80 m m m m 5x6 85.40 335.00 321.50 - Mùa lũ năm thứ tư: Lưu lượng dẫn dịng thi cơng xả qua cống dẫn dịng tràn xây dở cao trình 385.00m (hình 2) - Các cấp lưu lượng dẫn dòng thể bảng Bảng Các cấp lưu lượng dẫn dịng thi cơng TT Q ( m3/ s) MNTL (m) Tần suất (%) Ghi Năm thứ ba 4550 4678 346.23 392.12 3% 2% Cống + tràn xây dở +336.00m II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: Mơ hình hố: Để nghiên cứu tình hình thuỷ lực xả lũ thi công qua cống tràn xây dở, xây dựng mơ hình lịng cứng, thái với tỷ lệ 1/80 Theo tiêu chuẩn tương tự trọng lực (Froude) Phạm vi mơ hình 22.50 x 5m Các vật liệu chọn phải đảm bảo tương tự nhám bề mặt kết cấu cơng trình tiếp xúc với nước Trong xây dựng mơ hình, chúng tơi chia loại nhám để chọn vật liệu: - Đối với bê tông nhẵn, chất luợng thi công cao bề mặt đập tràn, cửa van, trụ pin… mơ hình dùng kính hữu có m = 0.007 – 0.009 - Đối với lịng sơng tự nhiên, kênh đào… vật liệu mơ hình m 0.014 – 0.017 dùng vữa trát xi măng cát mịn đánh bóng hay để 22 Năm thứ tư 3414 3517 392.12 3% 2% Cống + tràn xây dở +385.50m bình thường tuỳ vị trí Kết thí nghiệm phương án một: Thí nghiệm dẫn dịng thi cơng gồm nhiều nội dung, chúng tơi nêu vấn đề liên quan tới diễn biến thuỷ lực xả lũ thi công như: vận tốc, khả tháo… a Kết thí nghiệm xả lũ năm thứ ba: Mùa lũ thi cơng năm thứ ba, lưu lượng dẫn dịng xả qua cống tràn xây dở cao trình 336.00m ( hình 1) - Khả xả qua tràn xây dở: - Đập tràn làm việc đập tràn hình thang chảy không ngập, lưu lượng xả qua tràn xây dở (Qđ) tính theo cơng thức: Qđ = mb g H03/2(m3/s) (1) Trong đó: Q m : hệ số lưu lượng m= (2) b g H 03 / Ho: cột nước trước đập V Ho=H+ (m) 2g V: Vận tốc cửa vào đập ( m /s ) b : Bề rộng tràn: ( m) - Khả xả qua cống: Cống chảy có áp, lưu lượng xả qua cống (Qc) tính theo cơng thức: Qc = gZ (m3/s) Trong Q : Hệ số lưu lượng = gZ (3) (4) : Diện tích mặt cắt ngang cống (m2) Z : Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống (m); Z=Zvào- Zra Lưu lượng qua đập tràn xây dở: Qđ = Qtổng - Qcống Kết tính lưu lượng dẫn dòng qua tràn xây dở cống nêu bảng Bảng Hệ số lưu lượng xả qua đập Các trường hợp TN TN1 TN2 Qxả tổng qua công trình (m3/s) 4550 4687 Qxả cống (m3/s) Qxả đập (m3/s) 1054 1068 3496 3619 + Khả xả lũ qua đập tràn xây dở cống dẫn dòng đảm bảo, mực nước thí nghiệm thấp mực nước tính tốn khoảng 1.00m (Ztt= 346.23m, ZTN= 345.32m) + Dịng chảy sau cống dòng chảy xiết với vận tốc lớn 20m/s, chảy xiên sang bờ trái lao thẳng vào chân cầu tạm làm dâng cao mực nước bên trái mực nước chân cầu dễ gây xói lở bờ trái chân cầu tạm + Vận tốc lớn mặt đập tràn xây dở 336.00m khảng 12.50m/s, sau chân đập khoảng 17.00 m/s + Để giảm vận tốc dịng chảy mặt đập tràn xây dở hạ thấp phần sau mặt đập Để giảm sóng hạ lưu tràn, tính tốn hiệu kinh tế kỹ thuật phá dỡ đê quai hạ lưu hay bảo vệ để chọn phương án hợp lý b Kết thí nghiệm xả lũ năm thứ tư Cột nước Ho trước đập (m) 9.66 9.83 Bề rộng tràn (m) Hệ số lưu lượng m 77.5 77.5 0.34 0.34 Mùa lũ thi cơng năm thứ tư, lưu lượng dẫn dịng xả qua cống tràn xây dở cao trình 385.50m ( Hình 2) - Khả xả qua tràn xây dở: Đập tràn làm việc đập tràn hình thang không ngập lưu lượng xả qua tràn xây dở tính theo cơng thức (1) - Khả xả qua cống: Cống chảy có áp lưu lượng xả qua cống tính theo cơng thức (3) Kết tính tốn lưu lượng dẫn dòng qua tràn xây dở cống nêu bảng 23 Các trường hợp TN TN3 TN4 Bảng Hệ số lưu lượng xả qua đập tràn xây dở 385.50m Qxả tổng qua Cột nước Qxả cống Qxả đập Bề rộng cơng trình Ho trước 3 (m /s) (m /s) tràn (m) (m3/s) đập (m) 3414 1906 1508 5.85 71 3517 1912 1605 6.25 71 Khả xả lũ thi công qua đập tràn xây dở cống dẫn dịng đảm bảo, mực nước thí nghiệm thấp mực nước tính tốn khoảng 0.70m ( Ztt=392.12m, ZTN=391.48m) Dòng chảy sau cống dòng chảy xiết với vận tốc lớn khoảng 30m/s Vận tốc mặt đập tràn xây dở 385.50m khoảng 10.80 m/s, mũi phun khoảng 22.90m/s + Để giảm vận tốc mặt đập mũi phun hạ thấp cao trình đỉnh xuống khoảng 3-:-4m c Kết luận Qua thí nghiệm phương án xả lũ thi công năm thứ ba thứ tư kết luận đề nghị sau: - Khả tháo qua cống dẫn dòng đập tràn xây dở năm thứ thứ đảm bảo - Nên hạ thấp phần sau mặt đập tràn xây dở cao trình 336.00m tạo bậc để giảm vận tốc phần sau mặt đập tràn xói lở hạ lưu Hệ số lưu lượng m 0.34 0.33 - Hạ thấp mặt đập tràn xây dở năm thứ tư từ cao trình 385.50m xuống 381.00m để giảm vận tốc dòng chảy mặt đập mũi phun Kết thí nghiệm phương án thứ hai a Kết thí nghiệm xả lũ năm thứ ba Mùa lũ thi công năm thứ ba, lưu lượng dẫn dòng xả qua cống tràn xây dở cao trình 336.00m có hạ thấp phần sau mặt đập bậc (hình 3) Cấu tạo bậc sau: + Bậc dài 5.0m cao 0.9m + Bậc thứ hai dài 5.0m cao 0.6 m + Ba bậc lại dài 4.0m cao 0.6m - Khả xả qua tràn xây dở: Đập tràn làm việc đập tràn hình thang khơng ngập, lưu lượng xả qua tràn xây dở tính theo cơng thức (1) - Khả xả qua cống Cống chảy có áp, lưu lượng xả qua cống tính theo cơng thức (3) - Kết tính lưu lượng dẫn dịng qua tràn xây dở cống phương án nêu bảng Bảng Hệ số lưu lượng xả qua đập tràn xây dở 336.00m Các trường hợp TN TN5 TN6 24 Qxả tổng qua cơng trình (m3/s) 4550 4687 Qxả cống (m3/s) Qxả đập (m3/s) 1059 1063 3491 3624 Cột nước Ho trước đập (m) 9.67 9.83 Bề rộng tràn (m) Hệ số lưu lượng m 77.5 77.5 0.34 0.34 - Nhận xét xả lũ thi công năm thứ ba (phương án 2) + Khả xả lũ thi công qua đập tràn xây dở cống dẫn dịng đảm bảo Mực nước hồ thí nghiệm thấp mực nước hồ tính tốn + Vận tốc mặt đập tràn xây dở 336.00 m khoảng 8.80m/s + Vận tốc mặt bậc thứ (cao trình 334.50m) khoảng 9.00m/s + Vận tốc mặt bậc thứ (cao trình 332.70m) khoảng 10.00m/s + Vận tốc chân đập khoảng 14.50m/s b Kết thí nghiệm xả lũ năm thứ tư Mùa lũ thi công năm thứ tư, lưu lượng dẫn dòng xả qua cống tràn xây dở cao trình 381.00m phá dỡ đê quai hạ lưu (hình 4) - Khả xả qua tràn xây dở: Đập tràn làm việc đập tràn hình thang không ngập, lưu lượng xả qua tràn xây dở tính theo cơng thức (1) - Khả xả qua cống: Cống chảy có áp, lưu lượng xả qua cống tính theo cơng thức (3) Kết tính lưu lượng dẫn dòng qua tràn xây dở cống phương án nêu bảng Bảng Hệ số lưu lượng xả qua đập tràn xây dở 381.00m Các trường hợp TN TN5 TN6 Qxả tổng qua cơng trình (m3 /s) 3414 3517 Qxả cống (m3/s) Qxả đập (m3/s) 1842 1846 1572 1671 Nhận xét khả xả lũ năm thi công thứ tư (Phương án 2) + Khả xả lũ thi công qua đập tràn xây dở cống dẫn dòng đảm bảo mực nước hồ thí nghiệm thấp mực nước hồ tính tốn + Vận tốc mặt đập xây dở 381.00m khoảng 8.0m/s giảm so với mặt đập xây dở cao trình 385.50m khoảng 3.0m/s + Vận tốc mũi phun tràn 18.50 m/s giảm so với mặt đập tràn xây dở cao trình 385.50m khoảng 4.5m/s III KẾT LUẬN Qua thí nghiệm phương án xả lũ thi công qua đập tràn xây dở cống dẫn dịng cơng Cột nước Ho trước đập (m) 6.08 6.24 Bề rộng tràn (m) Hệ số lưu lượng m 71 71 0.33 0.34 trình thuỷ điện Đăkđrinh rút kết luận sau: Dẫn dịng thi cơng đóng vai trị quan trọng, định tới thành công xây dựng cơng trình thuỷ lợi thuỷ điện Xác định giải pháp dẫn dịng thi cơng hợp lý đảm bảo cho cơng trình thi cơng tiến độ, giảm giá thành xây dựng cơng trình dẫn dịng cơng trình Một sơ đồ dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn xả lũ thi công qua cống dẫn dịng mùa kiệt, xả lũ thi cơng qua cống dẫn dòng kết hợp qua đập tràn xây dở, qua đập xây dở 25 qua đập tràn đập xây dở mùa lũ Khi chọn sơ đồ xả lũ dẫn dòng kết hợp qua cống đập tràn xây dở đập xây dở cần xác định thơng số thuỷ lực bản: vận tốc, mực nước, áp suất trung bình, mạch động áp suất … để xác định kích thước cơng trình dẫn dịng hợp lý cao trình đỉnh đê quai, kích thước cống dẫn dịng, bề rộng phần đập tràn xây dở để xả lũ qua, vật liệu gia cố … Muốn xác thường thơng qua thí nghiệm mơ hình thuỷ lực nhiều yếu tố tính tốn chưa đề cập đầy đủ Qua kết nghiên cứu thực nghiệm chế độ thuỷ lực xả lũ thi cơng cơng trình thuỷ điện Đăkđrinh cho thấy: Dùng bậc phía sau đập xây dở (năm xây dựng thứ 3) hạ thấp cao trình mặt đập xây dở từ 385.50m xuống 381.00m (năm xây dựng thứ 4) cho hiệu tốt : Giảm vận tốc mặt đập xây dở khoảng 3.0m/s so với phương án một, giảm vận tốc dòng chảy chân đập khoảng 4.50m/s so với phương án đồng thời đảm bảo thi công tiến độ Chúng xin giới thiệu để bạn đọc tham khảo Một số nội dung chi tiết xả lũ thi công qua đập tràn xây dở nêu vào dịp khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm mơ hình thuỷ lực cơng trình, NXB Xây dựng [2] Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ điện Sêsan [3] Trần Quốc Thưởng (2006), Thí nghiệm dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ điện Khe Bố [4] Trần Quốc Thưởng (2007), Thí nghiệm dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ điện Sơng Bung [5] Viện lượng (2009), Thí nghiệm mơ hình thuỷ lực tràn xả lũ dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ điện Đăkđrinh Summary: Experimental research on hydraulic regime for construction flow of dardrinh hydropower project Determination of the discharge in the construction stage is one of the most important content It is depend on many factors that are very difficult to identify by theory, so an experimental work will be conducted in laboratory to find out the values of velocity, discharge capacity and dimensions of diversion work The accuracy of the flow scheme in construction will be useful to reduce the construction cost and guarantee construction schedule in time In Viet Nam, there are many large hydropower projects have been built, such as Se San 3; Se San 4; Ban Ve; Tuyen Quang; Cua Dat etc Most of them use experimental to identify the hydraulic regime This paper presents the results of hydraulic regime in construction flow of Dardrinh project 26 ... cơng trình thi cơng tiến độ, giảm giá thành xây dựng cơng trình dẫn dịng cơng trình Một sơ đồ dẫn dịng thi cơng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn xả lũ thi công qua cống dẫn dịng mùa kiệt, xả lũ. .. xây dở để xả lũ qua, vật liệu gia cố … Muốn xác thường thơng qua thí nghiệm mơ hình thuỷ lực nhiều yếu tố tính tốn chưa đề cập đầy đủ Qua kết nghiên cứu thực nghiệm chế độ thuỷ lực xả lũ thi cơng... hợp TN TN5 TN6 Qxả tổng qua cơng trình (m3 /s) 3414 3517 Qxả cống (m3/s) Qxả đập (m3/s) 1842 1846 1572 1671 Nhận xét khả xả lũ năm thi công thứ tư (Phương án 2) + Khả xả lũ thi công qua đập tràn