16 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MŨI PHUN HỢP LÝ CHO TRÀN XẢ LŨ SÔNG BUNG 4 TS Nguyễn Quang Cường Trường Đại học Thuỷ lợi PGS TS Trần Quốc Thưởng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam KS Nguyễn Thị Hương Gian[.]
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MŨI PHUN HỢP LÝ CHO TRÀN XẢ LŨ SÔNG BUNG TS Nguyễn Quang Cường Trường Đại học Thuỷ lợi PGS TS Trần Quốc Thưởng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam KS Nguyễn Thị Hương Giang Cao học Đại học Thủy lợi khoá 17 Tóm tắt: Tràn xả lũ thủy điện sơng Bung có tỷ lưu lớn, hạ lưu tràn đoạn sơng cong, có đường giao thơng dân sinh sống bờ trái Do việc nghiên cứu thí nghiệm mơ hình thủy lực lựa chọn kết cấu mũi phun tràn để giảm xói lở gia cố hạ lưu cần thiết Bài viết nêu tóm tắt kết nghiên cứu thực nghiệm, chọn kết cấu mũi phun hợp lý cho tràn xả lũ thủy điện Sông Bung – Quảng Nam I MỞ ĐẦU Sông Bung nhánh sông Vu Gia, nằm tỉnh Quảng Nam thuộc miền Trung Việt Nam Diện tích lưu vực tính đến tuyến đập Sơng Bung 1477km2, chiều dài dịng sơng khoảng 106.6km Vị trí tuyến cơng trình nằm địa bàn xã Tà Bhing xã ZuôiH phần thuộc địa bàn xã Chà Văl thuộc TT I II A B 16 Thông số Hồ chứa Mực nước dâng bình thường (MNDBT) Mực nước kiểm tra (P=0.02%) Mực nước thiết kế (P=0.1%) Mực nước chết (MNC) Dung tích tốn Vh Dung tích chết Vc Dung tích hữu ích Vhi Đập ngăn sông Đập bê tông không tràn nước Kết cấu đập ngăn sơng Cao trình đỉnh đập Chiều cao đập lớn Chiều rộng đỉnh đập Đập bê tơng tràn nước Tràn xả mặt Hình thức mặt cắt đập tràn Số cửa xả mặt Kích thước cửa (BxH) Cao trình ngưỡng tràn Chiều rộng tràn nước huyện Nam Giang tỉnh Quảng Nam, cách thành phố Đà Nẵng khoảng 75km hướng Tây Nam Các tiêu thiết kế chủ yếu - Cấp cơng trình: Cấp I - Tần suất lưu lượng lũ thiết kế: P=0.10% - Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra: P=0.02% - Công suất lắp máy: 156.0MW Các thông số kỹ thuật dự án Đơn vị Trị số m m m m 106 m3 106 m3 106 m3 222.50 228.11 225.82 195.00 493.30 172.60 320.70 m m m Đập BTĐL đầm lăn toàn mặt cắt 229.00 112.00 10.00 Cửa m m m Tràn thực dụng 12.0x16.0 210.50 72.00 TT Thông số Chiều rộng tràn kể trụ pin Lưu lượng xả Qxả(0.02%) Qxả(0.1%) Kết cấu mũi phun theo thiết kế ban đầu (hình 1) Đập tràn đặt đập bê tơng lịng sơng có mũi hắt liên tục =25o, bán kính cong ngược R=20.0m 185.0 25.0 R20.0 192.0 o Hình 1: Cắt dọc tràn (Phương án thiết kế ban đầu) II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Mơ hình hóa Để nghiên cứu tình hình thủy lực xả lũ qua tràn, xây dựng mơ hình lịng cứng, thái với tỷ lệ 1/80 Theo tiêu chuẩn tương tự trọng lực (Froude), phạm vi mơ hình 14x22m2 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 mặt bê tông nhẵn, chất lượng thi công cao mặt đập tràn, cửa van, trụ pin… mơ hình dùng kính hữu tơn phun sơn nhẵn có nm≈0.0070.009 - Đối với kênh đào đá, lịng sơng tự nhiên… vật liệu mơ hình nm≈0.0140.017, dùng vữa trát xi măng cát đánh bóng hay để bình thường tùy vị trí Kết thí nghiệm phương án thiết kế ban đầu Thí nghiệm tràn xả lũ thủy điện Sơng Bung gồm nhiều nội dung, nêu vấn Đơn vị m Trị số 87.00 m3/s m3/s 10798 8602 đề tới diễn biến thủy lực tràn xả lũ Mơ hình tiến hành thí nghiệm với cấp lưu lượng xả Q=570410798m3/s Kết xác định thông số thủy lực nêu a) Về vận tốc dòng chảy Ứng với cấp lưu lượng xả 570410798m3/s, vận tốc dòng chảy số vị trí chủ yếu sau: + Vận tốc chân mũi phun: V=17.4022.34m/s + Vận tốc đỉnh mũi phun: V=17.4023.60m/s + Vận tốc đáy hố xói: V=7.3212.96m/s + Vận tốc sau hố xói: V=9.5412.26m/s + Vận tốc chân đường giao thơng: V=6.5913.32m/s + Vận tốc dịng vật bờ phải: V=-3.69 -4.41m/s + Vận tốc chân đường giao thông: V=-5.83 -9.97m/s Khi xả lưu lượng lũ Q=10798m3/s vận tốc lớn vùng mũi phun khoảng V≈23.60m/s Trong qua trình xả lũ vận tốc đáy hố xói cịn đạt tới V=13.0m/s Như với đáy hố xói lớp đá phong hóa bị xói sâu thêm Tại vị trí chân đường giao thơng bờ trái vận tốc dịng quẩn V≈ -10.0m/s gây xói lở đường giao thơng b) Về sóng hạ lưu Khi xả lưu lượng lũ Q=507410798m3/s dịng phun phóng xuống hố xói, lượng tiêu hao chưa nhiều nên vận tốc dịng chảy lớn; sóng cao bờ trái, sóng leo lên mái đường giao thơng đến 10.012.0m Với sóng lớn gây xói lở mái kênh, bờ trái Chiều cao sóng bờ phải (P) bờ trái (T) hạ lưu cơng trình thể bảng 17 Mặt cắt đo sóng Đầu hố xói Giữa hố xói Cuối hố xói Đầu kênh xả Giữa kênh xả Đầu sông tự nhiên Bảng Chiều cao sóng hạ lưu (m) Q=10798m3/s Q=8602m3/s Q=6420m3/s P T P T P T 4.5 5.5 4.0 4.8 4.0 4.8 5.2 6.5 4.8 5.5 4.5 5.2 7.0 10.0 5.5 8.0 4.8 7.0 6.5 10.0 5.5 8.0 4.8 7.0 5.6 8.0 4.5 6.4 4.0 4.8 5.5 7.0 4.5 5.6 4.0 4.5 Q=5704m3/s P T 3.2 3.5 3.2 3.8 4.5 6.0 4.5 6.0 3.2 4.0 2.4 2.4 c) Về chiều dài phun xa Với cấp lưu lượng xả lũ, chiều dài dòng phun xa ghi bảng Bảng Chiều dài dòng phun xa TT Qxả (m3/s) 10798 8602 6420 5704 ZTL (m) 227.94 225.63 223.10 222.28 d) Về hiệu tiêu Từ kết đo đạc mơ hình cho thấy, ứng với cấp lưu lượng xả Q=570410798m3/s, lượng tiêu hao qua mũi phun khoảng 44.3052.50% Kết thí nghiệm phương án chọn kết cấu mũi phun Theo kết thí nghiệm phương án thiết kế ban đầu cho thấy, kết cấu mũi phun chưa đạt hiệu tốt, vận tốc sóng hạ lưu cịn lớn gây xói lở hạ lưu tràn xả lũ đường giao thơng bờ trái Do đó, mơ hình nghiên cứu ứng dụng loại mũi phun tầng thay cho mũi phun liên tục Trên mô hình thí nghiệm dạng mố phun: - Loại mố thứ có góc =16.5°, bán kính cong ngược R=17.0m, bố trí cách mép mũi phun 2.40m Bố trí mố nguyên mố nửa - Loại mố thứ hai có góc =16.5°, bán kính cong ngược R=22.0m, bố trí cách mép mũi phun 2.40m Bố trí mố nguyên mố nửa - Loại mố thứ ba có góc =16.5°, bán kính cong ngược R=17.0m, bố trí cách mép mũi phun 2.40m Bố trí mố nguyên Để chọn mố phun hợp lý đo đạc số thông số thủy lực nêu bảng ứng với cấp lưu lượng Q=6420m3/s 18 ZHL (m) 146.48 143.59 140.35 139.19 Lmax (m) 110.00 105.00 100.00 97.00 Lmin (m) 93.00 91.00 90.00 85.00 Bảng So sánh thông số thủy lực chủ yếu Thông số thủy lực V mố phun (m/s) V rãnh phun (m/s) V đáy hố xói (m/s) Tiêu hao lượng (%) Chiều cao sóng hs(m) Dịng phun xa Lmax(m) Lmin(m) Loại mố phun 22.60 Loại mố phun 24.44 Loại mố phun 22.40 22.23 22.80 22.20 5.98 68.0 3.90 6.99 67 5.10 5.90 68.60 3.00 92 70 92 76 93 72 Qua so sánh thơng số thủy lực chính: Vận tốc, chiều cao sóng, chiều dài phun xa, tỷ lệ tiêu hao lượng dịng chảy chúng tơi thấy dạng mố phun cho thơng số thủy lực tốt Do chọn phương án mố phun làm phương án chọn kết cấu mũi phun cho tràn xả lũ Sông Bung 4 Kết thí nghiệm phương án chọn (xem hình 2) Kết cấu tiêu tràn xả lũ gồm có hàng mố mũi phun liên tục Hàng mố gồm mố phun, bố trí cách 6.0m, cách mép ngồi mũi phun 2.40m, góc hất mố =16.5o Mũi phun liên tục có bán kính R=20.0m, góc hất =25o o 25.00 185.0 16.50 R20.0 R 17 192.00 o 9.00 Hình 2a: Cắt dọc tràn xả lũ 1:0.5 6.00 9.00 1:2 1:0.5 6.00 9.00 1:2 1:0.5 9.00 6.00 87.00 1:2 1:0.5 6.00 9.00 1:2 1:0.5 9.00 9.00 1:2 Hình 2b: Mặt kết cấu mũi phun Hình 2: Sơ họa kết cấu mũi phun (phươn án chọn) Ghi chú: Cao độ, kích thước ghi m a) Về vận tốc dòng chảy Ứng với cấp lưu lượng xả Q = 5704 10798m3/s, vận tốc dịng chảy số vị trí chủ yếu sau: + Vận tốc chân mố tiêu năng: V=21.7023.50m/s + Vận tốc chân mũi phun: V=20.3023.20m/s + Vận tốc đáy hố xói: V=5.208.80m/s + Vận tốc sau hố xói: V=4.906.30m/s + Vận tốc chân đường giao thơng: V=4.607.30m/s + Vận tốc dịng vật bờ phải: V=-2.40-4.00m/s + Vận tốc dòng vật bờ trái: V=-4.7 0-5.80m/s Khi xả lưu lượng lũ Q=10798m3/s vận tốc lớn vùng mũi phun khoảng 23.0m/s Trong trình xả lũ vận tốc đáy hố xói khoảng 9.00m/s Như đáy hố xói đá phong hóa bị xói sâu thêm Tại vị trí chân đường giao thơng bờ trái với vận tốc dòng quẩn khoảng -5.80m/s (giảm so với phương án ban đầu 4.0m/s) phải gia cố, có giảm khối lượng gia cố so với phương án ban đầu b) Về sóng hạ lưu Khi xả lưu lượng lũ Q=507410798m3/s dịng phun phóng xuống hố xói, lượng tiêu hao tốt, nhiên gây sóng hạ lưu Chiều cao sóng lớn bờ trái khoảng 5.0m (giảm so với phương án ban đầu khoảng 5m) Chiều cao sóng bờ phải (P) bờ trái (T) hạ lưu cơng trình thể bảng Bảng Chiều cao sóng hạ lưu (m) Mặt cắt đo sóng Đầu hố xói Giữa hố xói Cuối hố xói Đầu kênh xả Giữa kênh xả Đầu sông tự nhiên Q=10798m3/s P T 3.2 4.0 3.5 4.0 3.8 4.8 4.2 5.0 4.0 4.5 3.2 3.8 Q=8602m3/s P T 3.0 3.6 3.0 3.6 3.5 4.5 4.0 4.5 3.8 4.0 3.0 3.2 Q=6420m3/s P T 2.6 3.0 2.6 3.0 2.6 3.0 2.6 3.0 2.4 2.8 2.1 2.8 Q=5704m3/s P T 2.4 2.8 2.4 2.8 2.4 3.2 2.4 3.2 2.2 2.2 2.0 2.0 c) Về chiều dài dòng phun xa Với cấp lưu lượng xả lũ, chiều dài dòng phun xa ghi bảng 19 TT Qxả (m3/s) 10798 8602 6420 5704 Bảng Chiều dài dòng phun xa Dòng phun rãnh ZTL(m) ZHL(m) Lmax(m) Lmin(m) 227.94 146.48 96 76 225.63 143.59 96 73 223.10 140.35 93 72 222.28 139.19 92 70 d) Về hiệu tiêu Từ kết đo đạc mơ hình cho thấy, ứng với cấp lưu lượng xả Q=570410798m3/s, lượng tiêu hao qua mố tiêu mũi phun khoảng 52.3570.90% III KẾT LUẬN Cơng trình thủy điện sơng Bung cơng trình thủy điện lớn (cấp 1) Tràn xả lũ làm việc với lưu lượng xả lũ lớn (q=120m3/s.m), chênh lệch cột nước thượng hạ lưu lớn (∆Z=82.0m) Do việc nghiên cứu chọn kết cấu tiêu hợp lý để giảm xói lở hạ lưu cần thiết Qua thực nghiệm mơ hình chọn kết Dịng phun mố Lmax(m) Lmin(m) 90 52 88 50 85 48 83 47 cấu mũi phun tầng gồm: hàng mố mũi phun liên tục Kết xác định thông số thủy lực cho thấy, so với phương án thiết kế ban đầu: Vận tốc chân đường giao thông giảm từ 13.32m/s xuống 7.30m/s (giảm khoảng 6.0m/s), chiều cao sóng từ 10.0m xuống 5.0m (giảm 5.0m) Do đó, giảm xói lở gia cố hạ lưu vào mùa lũ hàng năm, tiết kiệm khoảng tỷ đồng Kết cấu tiêu dạng mũi phun tầng Công ty thẩm định quốc tế Mott MacDonald Anh đánh giá cao, ứng dụng vào thiết kế thi cơng cơng trình thủy điện Sơng Bung Tài liệu tham khảo [1] Hydraulic Design of Spillways, USArmy Corps of Engineers, 1990 [2] Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm mơ hình thủy lực cơng trình, NXB Xây Dựng – Hà Nội [3] Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te (2007), Đập tràn thực dụng, NXB Xây dựng – Hà Nội [4] Trần Quốc Thưởng (2009), Báo cáo kết thí nghiệm mơ hình thủy lực cơng trình thủy điện Sông Bung – Hà Nội Summary: EXPERIMENTAL RESULTS FOR DETERMINATION OF REASONABLE FLIP BUCKET SHAPE IN BUNG RIVER SPILLWAY Flow in Spillway of Bung river is high specific discharge, behind spillway is meandering reach with road and local living house at left bank at downstream of structure Thus, experimetal physical model test to choose reasonable shape of flip bucket in order to reduce scouring and propose method for bank protection plays an important matter This paper is to mention briefly experimental results for choosing reasonable shape of flip bucket in spillway of hydropower Bung river – Quang Nam province 20 ... 7.0 5.6 8.0 4. 5 6 .4 4.0 4. 8 5.5 7.0 4. 5 5.6 4. 0 4. 5 Q=5704m3/s P T 3.2 3.5 3.2 3.8 4. 5 6.0 4. 5 6.0 3.2 4. 0 2 .4 2 .4 c) Về chiều dài phun xa Với cấp lưu lượng xả lũ, chiều dài dòng phun xa ghi... sông tự nhiên Q=10798m3/s P T 3.2 4. 0 3.5 4. 0 3.8 4. 8 4. 2 5.0 4. 0 4. 5 3.2 3.8 Q=8602m3/s P T 3.0 3.6 3.0 3.6 3.5 4. 5 4. 0 4. 5 3.8 4. 0 3.0 3.2 Q= 642 0m3/s P T 2.6 3.0 2.6 3.0 2.6 3.0 2.6 3.0 2 .4. .. việc nghiên cứu chọn kết cấu tiêu hợp lý để giảm xói lở hạ lưu cần thiết Qua thực nghiệm mơ hình chọn kết Dịng phun mố Lmax(m) Lmin(m) 90 52 88 50 85 48 83 47 cấu mũi phun tầng gồm: hàng mố mũi phun