Nghiên cứu các vấn đề thủy lực của đập tràn trọng lực cao ứng dụng cho thủy điện lai châu

1 LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập nghiên cứu làm luận văn Thạc sĩ, với giúp đỡ phòng Đào tạo Đại học Sau đại học, Khoa cơng trình trường Đại học Thủy lợi, Cơng ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 1, thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, đến Luận văn Thạc sĩ chun nghành Xây dựng Cơng trình thủy với đề tài: ”Nghiên cứu vấn đề thủy lực đập tràn trọng lực cao, ứng dụng cho Thủy điện Lai Châu” hồn thành Trong khn khổ phạm vi nghiên cứu Luận văn, kết nghiên cứu đạt khiêm tốn, song Tác giả hy vọng đề tài đóng góp phần khơng nhỏ cho việc nghiên cứu khoa học ứng dụng thực tiễn sản xuất Để đạt kết trên, Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cơ quan, đơn vị, thầy giáo, bạn bè, đồng nghiệp gia đình chia sẻ kiến thức, phối hợp công việc, cung cấp thông tin số liệu cho Tác giả suốt thời gian học tập nghiên cứu làm Luận văn Đặc biệt Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS Nguyễn Chiến, người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trình thực luận văn Trong phạm vi thời gian quy định trình độ kiến thức khoa học, kinh nghiệm thực tiễn Tác giả đạt mức độ định nên Luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến thầy cô giáo, Quý vị quan tâm bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, Tháng năm 2011 Tác giả Hoàng Anh Minh MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………….… Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Nội dung phương pháp nghiên cứu………………………………… 3.1 Nội dung………………………………………………………….… 3.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP TRÀN CAO VÀ CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CẦN GIẢI QUYẾT 10 1.1 Tình hình xây dựng đập tràn trọng lực cao……………………… 10 1.2 Các vấn đề thuỷ lực khác biệt đập tràn cao…………………… ….12 1.3 Những hư hỏng đập tràn nguyên nhân thủy lực…… ….… 13 1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu…………………………………………… 14 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CỦA ĐẬP TRÀN TRỌNG LỰC CAO 15 2.1 Mặt cắt đập khả tháo nước qua đập 15 2.1.1 Các loại đập tràn thường dùng 15 2.1.2 Khả tháo nước qua đập tràn 20 2.2 Vấn đề tiêu sau đập tràn 26 2.2.1 Tiêu dòng mặt 27 2.2.2.1 Hình thức dịng mặt khơng ngập 28 2.2.2.2 Hình thức dịng mặt ngập 29 2.2.2 Tiêu phóng xa 30 2.2.2.1 Đặc điểm tiêu phóng xa 30 2.2.2.2 Hình thức kết cấu tiêu phóng xa 31 2.2.2.3 Tính tốn thủy lực 33 2.3 Vấn đề khí thực mặt đập tràn 35 2.3.1 Hiện tượng khí hóa 35 2.3.2 Phương pháp kiểm tra khí hóa 36 2.3.3 Hiện tượng khí thực 40 2.3.4 Phương pháp kiểm tra khí thực 40 2.4 Nghiên cứu tổng qt giải pháp phịng khí thực đập tràn cao 44 2.4.1 Nguyên lý trộn khí giảm xâm thực 44 2.4.2 Hình thức trộn khí giảm khí thực cơng trình đập tràn cao 45 2.4.2.1 Vị trí đặt phận tiếp khí 45 2.4.2.2 Hình thức kết cấu phận tiếp khí 45 2.4.2.3 Hình thức hệ thống ống dẫn khí 46 2.4.3 Tính tốn giải pháp tiếp khí đề phịng khí thực cho đập tràn cao 47 2.4.3.1 Lưu lượng tính tốn khí thực 47 2.4.3.2 Quy trình tính tốn phận tiếp khí dốc nước 48 2.4.4 Biện pháp chống xâm thực cách tăng độ bền vật liệu 52 2.4.4.1 Quan hệ cường độ chịu nén cường độ chống xâm thực bê tông 52 2.4.4.2 Tính chất chống xâm thực kim loại 53 2.4.4.3 Tính chống xâm thực vật liệu 54 CHƯƠNG ỨNG DỤNG CHO ĐẬP TRÀN THỦY ĐIỆN LAI CHÂU ……………………………………………………………………………… 55 3.1 Giới thiệu cơng trình thủy điện Lai Châu 55 3.1.1 Qui mô thơng số cơng trình thủy điện Lai Châu 57 3.1.2 Kết cấu đập tràn 58 3.2 Xác định mặt cắt đập tràn 61 3.2.1 Mặt cắt đập tràn theo dạng WES 61 3.2.2.Mặt cắt đập tràn theo dạng Creager – Ophixerov 62 3.3 Tính tốn thủy lực mặt cắt đập tràn 64 3.3.1 Tính tốn khả xả tràn xả mặt 64 3.3.2 Tính tốn khả xả tràn xả sâu 66 3.3.3 Kết tính toán khả xả tràn 67 3.4 Tính tốn nối tiếp tiêu 68 3.4.1 Số liệu tính tốn 68 3.4.2 Tính tốn đường mặt nước tràn: 69 3.4.3 Các thơng số dịng chảy phạm vi mũi phun: 69 3.4.4 Tính tốn chiều dài phun xa kích thước hố xói: 70 3.5 Kiểm tra khí thực bề mặt đập tràn 72 3.6 Tính tốn biện pháp phịng khí thực 75 3.6.1 Lựa chọn hình thức cơng trình 75 3.6.2 Bố trí thiết bị tiếp khí 75 3.6.3 Tính tốn kích thước phận tiếp khí 76 3.6.4 Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt 79 3.6.5 Kết cấu phận tiếp khí 80 3.7 Phân tích kết tính tốn 82 CHƯƠNG KẾT LUẬN……………………………………… ………… 83 4.1 Các kết đạt luận văn 83 4.2 Một số điểm tồn 84 4.3 Hướng tiếp tục nghiên cứu 85 THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Thống kê đập tràn cao cơng trình thủy lợi-thủy điện xây dựng Việt Nam 10 Bảng 2-1 Giá trị k n mặt cắt WES 17 Bảng 2-2 Thông số xác định mặt cắt tràn WES m1=1/3 m2=2/3 18 Bảng 2-3 Hệ số co hẹp đứng α nước chảy cửa van 21 Z Bảng 2-4 Trị số ⎛⎜ ⎞⎟ xác định trạng thái phân giới chảy ngập 24 ⎝ P ⎠k đập tràn thành mỏng đập tràn có mặt cắt thực dụng 24 Bảng 2-5 Hệ số σn đập tràn có mặt cắt thực dụng không chân không 25 Bảng 2-6 Biến đổi cột nước áp suất khí trời theo độ cao 36 Bảng 2-7 Biến đổi cột nước Hpg theo nhiệt độ 36 Bảng 2-8 Các dạng mấu gồ ghề đặc trưng trị số Kpg tương ứng 39 Bảng 2-9 Độ nhám cho phép dịng trộn khí 47 Bảng 3-1 Tọa độ mặt cắt tràn theo WES 61 Bảng 3-2 Tọa độ mặt cắt tràn theo Creager – Ophixerov 62 Bảng 3-3 Bảng khả xả cơng trình – PA kiến nghị 67 Bảng 3-4 Kết tính tốn hố xói 72 Bảng 3-5 Kiểm tra khả khí hóa mặt cắt tính tốn 74 Bảng 3-6 Kết tính tốn phận tiếp khí 80 THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Hình ảnh đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt 12 Hình 1-2 Hình ảnh đập tràn nhà máy thủy điện Sơn La 12 Hình 1-3 Hình ảnh cố đập tràn nhà máy thủy điện Hố Hơ 13 Hình 2-1 Mặt cắt đập tràn tiêu chuẩn WES với m1=0 17 Hình 2-2 Mặt cắt đập tràn tiêu chuẩn WES với m1=2/3, m2 = 1/3 17 Hình 2-3 Mặt cắt đập tràn tiêu chuẩn WES với m1=1 18 Hình 2-4 Hình dạng mặt cắt đập tràn Creager – Ophixerov 19 Hình 2-5 Mặt cắt đập tràn hình cong có chân khơng 20 Hình 2-6 Mặt cắt đập tràn có cửa van 21 Hình 2-7 Các đường cong để xác định σn đập tràn mặt cắt thực dụng 23 Hình 2-8 Các hình thức nối tiếp dòng chảy hạ lưu 27 Hình 2-9 Trạng thái dịng chảy hạ lưu đập tràn có bậc thụt 29 Hình 2-10 Trạng thái dịng mặt sát đập, dịng đáy sau đập 30 Hình 2-11 Mũi phun liên tục 31 Hình 2-12 Mũi phun không liên tục 32 Hình 2-13 Sơ đồ tính tốn thủy lực đập tràn – tiêu phóng xa 34 Hình 2-14 Quan hệ Vng = f(Rb,S) vật liệu bê tông 41 y Δ δ Hình 2-15 Biểu đồ quan hệ ξ1 = f ( ) ; ξ = f ( ) ; Δ δ y = f ( ) 43 Δ Δ Hình 2-16 Các loại phận tiếp khí 46 Hình 2-17 Các loại hệ thống ống dẫn khí 47 Hình 2-18 Quan hệ mác bê tông lưu tốc ngưỡng xâm thực 53 Hình 3-1 Phối cảnh chung cơng trình thủy điện Lai Châu 57 Hình 3-2 Mơ hình 3D đập tràn Lai Châu 58 Hình 3-3 Mặt cắt ngang đập tràn 59 Hình 3-4 Chi tiết mặt đập tràn 60 Hình 3-5 Chính diện đập tràn 60 Hình 3-6 Đường cong mặt tràn dạng WES 62 Hình 3-7 Đường cong mặt tràn dạng Creager – Ophixerov 63 Hình 3-8 Đường cong mặt tràn thiết kế theo mặt cắt WES mặt cắt Creager – Ophixerov 63 Hình 3-9 Đồ thị khả xả tràn, xả sâu, xả tổng – phương án kiến nghị 67 Hình 3-10 Sơ đồ vị trí điểm đo T6 đến T14 73 Hình 3-11 Cấu tạo mũi hắt buồng tiếp khí 76 Hình 3-12.Vị trí phận tiếp khí tràn 80 Hình 3-13 Cấu tạo chi tiết phận tiếp khí 81 Hình 3-14 Mặt cắt 1-1 81 Hình 3-15 Mặt cắt 2-2 81 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần đây, nước ta có hàng loạt cơng trình thủy lợi thủy điện lớn đồng loạt xây dựng nhằm phục vụ cho phát triển kinh tế đất nước Do cơng trình thủy lợi có đặc thù riêng, mức độ ảnh hưởng đến hạ du cơng trình xảy cố lớn yêu cầu đảm bảo an toàn trọng từ giai đoạn thiết kế, thi cơng q trình khai thác quản lý Hạng mục tràn xả lũ hạng mục quan trọng hệ thống thủy lợi, thủy điện diễn tương tác dòng chảy có lưu tốc cao với bề mặt vật rắn Sự tương tác dòng chảy lưu tốc cao gây hàng loạt bất lợi thân cơng trình xả lũ hạ du tượng mạch động xung kích làm ổn định cơng trình, khí thực ăn mịn cơng trình, tiêu hao lượng khơng hợp lý gây xói lở lịng sơng… Các cố có thật, xảy số cơng trình Với tiến khơng ngừng khoa học kỹ thuật, đòi hỏi người thiết kế, thi công quản lý phải đề cập đầy đủ quan tâm đến vấn đề thủy lực đập tràn trọng lực có ảnh hưởng đến an tồn cơng trình Qua thấy đề tài khoa học có ý nghĩa tính thực tiễn cao liên quan trực tiếp đến hiệu an tồn cụm cơng trình đầu mối hạ du Vì đề tài: “Nghiên cứu vấn đề thủy lực đập tràn trọng lực cao, ứng dụng cho Thủy điện Lai Châu” tác giả lựa chọn Mục đích nghiên cứu đề tài - Làm rõ vấn đề thủy lực phức tạp đập tràn trọng lực cao có ảnh hưởng đến ổn định an toàn đập - Nghiên cứu giải pháp xử lý thiết kế quản lý khai thác nhằm đảm bảo an toàn đập - Khuyến cáo biện pháp xử lý quy trình tính tốn tương ứng Nội dung phương pháp nghiên cứu 3.1 Nội dung - Tổng hợp kết nghiên cứu có - Thu thập tài liệu thực tế - Nghiên cứu giải cho trường hợp cụ thể - Áp dụng tính tốn thực tế cho cơng trình thủy điện Lai Châu 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan xây dựng đập tràn cao nước, hư hỏng đập tràn yếu tố thủy lực - Các vấn đề thủy lực đập tràn cao: khả tháo, vấn đề tiêu năng, vấn đề chân khơng, khí thực; từ đưa phương pháp kiểm tra, tính tốn, rút biện pháp xử lý - Ứng dụng tính tốn cho đập tràn Thủy điện Lai Châu 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP TRÀN CAO VÀ CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CẦN GIẢI QUYẾT 1.1 Tình hình xây dựng đập tràn trọng lực cao Những năm gần đây, yêu cầu cung cấp điện, nước cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, nhiều cơng trình thủy lợi, thủy điện lớn thiết kế xây dựng Trong hạng mục cơng trình thủy lợi, thủy điện đập tràn tháo lũ chiếm vị trí quan trọng Nếu năm 70 – 80 kỷ trước, có đập tràn cao 50 – 70 m ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ thiết kế thi cơng, nước ta có đập tràn cao 100m Điển đập tràn thủy điện Sơn La, đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt… Bảng 1-1 Thống kê đập tràn cao công trình thủy lợi-thủy điện xây dựng Việt Nam STT (1) 10 11 Tên đập (2) Pleikrơng Định Bình Nước Trong A Vương Bắc Hà Bản Chát Bản Vẽ Bình Điền Cổ Bi Đak Rinh Đồng Nai Địa điểm (tỉnh) (3) Kon Tum Bình Định Quảng Ngãi Quảng Nam Lào Cai Lai Châu Nghệ An Huế Huế Quảng Ngãi Đắc Nông Chiều cao (m) (4) 75 54,55 68 70 100 70 138 75 70 100 110 Năm hoàn thành (5) 2006 2007 2008 2008 2010 2007-2008 2008 2008 2009 72 Bảng 3-4 Kết tính tốn hố xói Tần suất lũ Q tổng (m3/s) PMF 0,01% 1% 27421 20759 15637 Bề Chiều rộng dài q3 MNTL MNHL V3 đáy hố (m/s) (m /s) phun xa (m) (m) xói L (m) (m) 302,75 231,4 37,4 234,7 105,98 44,43 297,52 226,7 34,1 170,8 95,99 35,95 295 222,1 34,4 121,6 105,82 28,66 L1tb (m) CT đáy hố xói (m) 161 137 133 169,07 171 171 3.5 Kiểm tra khí thực bề mặt đập tràn - Xác định hệ số khí hóa phân giới Với giả thiết vị trí mặt tràn chất lượng thi công, nối cốp pha… phát sinh bậc lồi (hay bậc thụt) với chiều cao khống chế Zm = 6,0 mm; góc α=90 Khi hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi bậc lồi) là: Kpg = 0,125α0,65 = 2,33 − Xác định hệ số khí hóa vị trí tính toán: K= H đt − H pg Vđt2 2g Trong đó: Hđt = Ha + hcosψ h - Độ sâu nước mặt cắt Ha – Cột nước áp lực khí trời, tương ứng với độ cao mặt nước mặt cắt (Zmn = Zđáy + h); Hpg = 0,44 m (ứng với T=300C) Vđt = Vy= V ϕv ξ1ξ Kết tính tốn bảng 3-3 Từ kết cho thấy điểm đo T12, 73 T14, T16 có K Vng mặt tràn có khả bị xâm thực Trị số Vđt lấy theo bảng 3-3, trị số Vng tra theo đồ thị hình 2-18, với bê tơng mặt tràn có Rb = 30MPa, độ hàm khí nước S=0 tìm Vng = 14m/s Từ giá trị Vđt bảng 3-3 cho thấy: - Tại điểm đo T6 có Vđt < Vng : Không bị xâm thực - Tại điểm đo T12, T14, T16 có Vđt>Vng: Có khả bị xâm thực Đoạn từ điểm đo T6 đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực 16.00 36.00 17.98 22.81 19.25 §−êng mùc n−íc X T4 T1 T6 16.99 T3 15.39 83.14° Tim tuyÕn ®Ëp R50.00 18.49 T8 9.59 6.57 T12 T16 T14 1.20 13.67 8.73 17.26 8.74 11.30 16.82 23.18 24.02 Y Hình 3-10 Sơ đồ vị trí điểm đo T6 đến T14 [9] 30° 13.27 T10 74 Bảng 3-5 Kiểm tra khả khí hóa mặt cắt tính tốn Điểm đo h Zmn Ha Hđt L L/Δ δ/Δ δ (m) (mm) (m) (m) (m) (104) (103) (m) T6 T12 T14 T16 15,39 13,27 6,57 9,59 290,39 288,27 281,57 284,59 9,98 9,98 9,98 9,98 19,25 25,80 51600,00 683,55 17,97 56,60 113200,00 1415,00 13,94 78,00 156000,00 1950,00 15,76 100,10 200200,00 2491,20 0,34 0,71 0,98 1,25 ξ2 ξ1 ϕv 0,0012 0,0011 0,0010 0,0010 213,50 213,50 213,50 213,50 0,99 0,99 0,98 0,98 Vtb Vđt (m/s) (m/s) 22,57 35,97 35,96 40,74 11,51 17,56 17,08 19,10 K 2,78 1,12 0,91 0,82 Khả khí hóa Khơng Có Có Có 75 3.6 Tính tốn biện pháp phịng khí thực 3.6.1 Lựa chọn hình thức cơng trình Để phịng khí thực đoạn mặt tràn, xem xét phương án sau: - Làm mố nhám gia cường để tăng hệ số nhám, từ giảm lưu tốc dòng chảy dốc Biện pháp hiệu tốt với dốc nước có chiều sâu dịng chảy khơng lớn (h ≤ 2m) Với cơng trình tràn thủy điện Lai Châu có độ sâu h lớn, dùng mố nhám gia cường hiệu quả, khối lượng cơng trình tăng nhiều, khơng kinh tế - Tăng cường độ bê tông cho mặt tràn Phương án dùng dùng bê tông mác M30 Có thể xem xét sử dụng bê tơng M35 M40 + Khi dùng bê tông M35, tương ứng Vng = 14,5 m/s đoạn từ điểm đo T6 trở phải có biện pháp chống xâm thực + Khi dùng bê tông M40, tương ứng Vng = 17,3 m/s đoạn từ điểm đo T14 trở bị xâm thực Mặt khác muốn đạt bê tông M40 cần phải sử dụng phụ gia tăng cường độ có cơng nghệ thi cơng phù hợp đảm bảo chống nứt bề mặt tràn 3.6.2 Bố trí thiết bị tiếp khí Lựa chọn phận tiếp khí dạng mũi hắt kết hợp với máng dẫn khí Giải pháp tiếp khí sử dụng rộng rãi nhiều cơng trình tháo nước có qui mơ lớn Với cơng trình thủy điện Lai Châu tính tốn đưa vào thí nghiệm mơ hình mặt cắt thí nghiệm mơ hình tổng thể, cho kết tốt 76 ống dẫn khí mũi hắt máng dẫn khí Hỡnh 3-11 Cấu tạo mũi hắt buồng tiếp khí 3.6.3 Tính tốn kích thước phận tiếp khí - Xác định chiều cao mũi hắt Zm theo công thức: Zm = L p cos 2ψ 25( Fr − 1) Trong đó: Lp: Chiều dài cần bảo vệ phía sau phận tiếp khí ψ : Góc nghiêng đáy dốc phương ngang, ψ =53 Fr: Số Frut dịng chảy phía phận tiếp khí - Chọn độ nghiêng mũi hắt: Chọn độ nghiêng tương đối mũi hắt so với đáy lòng dẫn Zm/Lm = 1/6 Trong đó: Zm- Chiều cao mũi, tính theo phương thẳng đứng Lm- Chiều dài mũi, tính theo phương nằm ngang Thay số vào cơng thức tính Zm = 0, (m), Lm = 3,6 (m); - Xác định chiều dài buồng khí tạo sau mũi hắt: 77 Lb = h cosψ ⎡ Zm ⎢ ⎢⎣ h Fr ⎞⎤ 2Z m cos(ψ − θ ) ⎛⎜ ⎟⎥ Fr Fr sin θ sin θ cos ψ + + ⎟ h cosψ ⎜⎝ ⎠⎥⎦ Trong đó: θ - Góc mặt mũi hắt với phương nằm ngang Thay số vào cơng thức tính Lb = 23,5 m, với góc θ = 50 - Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp: qa = 0,033.Lb.V Trong đó: V- Lưu tốc bình qn dịng chảy phía buồng khí, lấy lưu tốc bình qn dịng chảy phía mũi hắt Thay số vào tính qa = 17,5 (m2/s) - Xác định lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp cho khoang tràn: Qa= qa.B Thay số vào tính Qa = 310 (m3/s) tương ứng với chiều rộng khoang tràn B = 17,5 (m); - Tính diện tích tổng cộng mặt cắt ngang ống dẫn khí: ωa = Qa Va Trong đó: Va- Lưu tốc khống chế ống, chọn Va= 50m/s Thay số vào công thức tính diện tích ống thơng khí ω a = 6,2 (m); - Xác định kích thước ống dẫn khí: Chọn ống dẫn khí mặt cắt chữ nhật, kích thước Ba x ta; Trong đó: Ba: Độ dài cạnh theo dòng chảy, chọn Ba = 3,0 (m); ta: Độ dài cạnh theo chiều dày tường trụ, chọn ta = 2,0 (m); - Xác định độ chân không buồng khí hck theo cơng thức: 78 Va2 γ a hck = g.μ a2 γ Trong đó: μ a : Hệ số lưu lượng ống dẫn khí xác định theo công thức thủy lực sau μa = Với ∑ξ i 1 + ∑ξi : Tổng hệ số tổn thất áp lực toàn đường dẫn bao gồm tổn thất cửa vào, đoạn uốn cong tổn thất dọc đường + Tổn thất cửa vào: ξ cv =0,5 (Với cửa vào không thuận) + Tổn thất vị trí cong gấp 900: ξ u =1,1 + Tổn thất áp lực dọc đường ống dẫn khí ξ dd = gLa C2R Trong đó: La- Chiều dài ống dẫn khí La = H t + t a B1 + + 2t1 2 Ht- Chiều cao thành lòng dẫn ta - Chiều rộng mặt cắt ống thơng khí B1- Chiều rộng khoang B1 = B − 2d tt- Chiều dày thành ống dẫn trụ g- Trọng lượng riêng nước ga- Trọng lượng riêng khơng khí Trong điều kiện bình thường lấy γa = γ 780 79 Thay số tính độ chân khơng buồng khí hck = 0,42 (m) < 0,5 (m): Đảm bảo ổn định đường tháo 3.6.4 Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt Máng dẫn khí bố trí liên tục phía sau mũi hắt nối thơng với ống dẫn khí từ tường bên Kích thước máng lấy sau: - Bề rộng ( theo chiều dòng chảy): Bmk = Ba = 3,0 (m); - Chiều cao: Tmk= ta – Zm = 2,0 – 0,6 = 1,4 (m); Trong đó: Ba ta: Kích thước ống dẫn khí xác định phần - Xác định chiều cao thành lịng dẫn sau phận tiếp khí: Ht = hb + h + Δ H Trong đó: hb: Chiều cao lớn buồng khí, tính từ quĩ đạo tia nước từ mũi hắt, không xét đến chân khơng buồng khí hb= Zm + V2 cos θ (tgθ + tgψ ) 2g h: Chiều dày lớp nước phía buồng khí Δ H: Độ cao an tồn, xác định theo cấp cơng trình 80 Bảng 3-6 Kết tính tốn phận tiếp khí Thơng số Ký hiệu Đơn vị Bộ phận tiếp khí Vị trí đặt L m 26(Điểm đo T6) Chiều cao mũi hắt Zm m 0,6 Chiều dài mũi hắt Lm m 3,75 Góc nghiêng mũi θ độ Chiều dài buồng khí Lb m 25,6 Lưu lượng khí Qa m3/s 310 Độ chân không hck m 0,42 Số ống dẫn khí n Kích thước ống Ba x ta m 3,0 x 2,0 Bề rộng máng khí Bmk m 3,0 Chiều sâu máng tmk m 1,4 Chiều cao buồng khí hb m 3,5 3.6.5 Kết cấu phận tiếp khớ Tim tuyến đập (Trục D1-D2) Vị trí buồng tiếp khí chi tiết A L ỗ thoá t nớc 1/2 fi 150mm(định hình) RCC G EVR dày 0.6m Chi tiế t A Khoan tiêu nớc thân đập lỗ khoan fi 32mm CVC G EVR dày 0.4m Lỗ thoát nớc /2 fi 150mm(định hình) Hỡnh 3-12 V trớ b phận tiếp khí tràn 1 81 Hình 3-13 Cấu tạo chi tiết phận tiếp khí 2 1 Hình 3-14 Mặt cắt 1-1 1 Hình 3-15 Mặt cắt 2-2 82 Bộ phận tiếp khí dạng mũi hắt kết hợp máng dẫn khí bố trí vị trí điểm đo T6 cách tim tuyến đập 36 (m) phía hạ lưu, nơi bắt đầu có tượng khí hóa Chiều dài bảo vệ Lp = 60 m Cấu tạo phận tiếp khí dạng mũi hắt máng dẫn khí có thơng số sau: - Chiều dài mũi Lm = 3,75 (m); - Zm = 0,6 (m); - Góc θ = 50, mũi dốc ngược; - Bề rộng máng khí Bmk = 3,0 (m); - Chiều cao máng khí tmk = 1,4 (m); - Số lượng ống dẫn khí n = 6; 3.7 Phân tích kết tính tốn - Hình dạng mặt cắt tràn so sánh hai dạng WES Ophixerov Để đảm bảo điều kiện ổn định tránh phát sinh khí thực, chọn dạng mặt cắt tràn theo dạng Ophixerov - Khả tháo đập tràn với lưu lượng tính tốn theo dạng Ophixerov cho kết nhỏ không đáng kể so với dạng mặt cắt WES kết chấp nhận - Tính tốn nối tiếp tiêu tìm kích thước chiều sâu hố xói theo lý thyết, nhiên kết xác sở kết thí nghiệm mơ hình thủy lực - Để đảm bảo tràn khơng bị xâm thực, bố trí thiết bị tiếp khí dạng mũi hắt kết hợp với máng dẫn khí vị trí cách tim tuyến đập 36 (m) phía hạ lưu (Điểm đo T6) Kết cấu phận tiếp khí đảm bảo cấp đủ khơng khí cho dịng chảy bảo vệ tồn bề mặt đập tràn khơng bị xâm thực 83 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Các kết đạt luận văn Luận văn dành cho việc nghiên cứu vấn đề thủy lực đập tràn cao, ứng dụng cho đập tràn thủy điện Lai Châu Từ kết tổng hợp số liệu nghiên cứu rút kết luận sau: 1- Hình thức đập bê tơng trọng lực, có đập bê tơng đầm lăn xây dựng tương đối nhiều nước ta thời gian gần đây, đặc biệt với đập tràn cao 60m, xây đá Với đập tràn cao, cột nước tràn lưu lượng đơn vị lớn, lưu tốc mặt đập tràn lớn (trên 30m/s), dẫn đến nhiều tượng thủy lực phức tạp sóng xunng kích, hàm khí, khí thực, tiêu khó khăn … Vì nghiên cứu vấn đề thủy lực đập tràn cao có ý nghĩa khoa học thực tiễn 2- Về lý thuyết, mặt cắt đập tràn chọn loại khơng chân khơng, có chân khơng Tuy nhiên, với đập tràn cao, chọn hình thức mặt cắt có chân khơng có nhiều bất lợi chân không làm cho đập dễ bị rung động, ổn định, mức độ chân khơng lớn gây xâm thực nguy hiểm ngưỡng tràn Vì khuyến cáo chọn loại mặt cắt tràn không chân không cho đập tràn cao 3- Hai dạng mặt tràn không chân không sử dụng phổ biến mặt tràn dạng WES dạng Creager- Ophixerov Sự khác hai dạng không nhiều Đối với đập tràn cao mặt cắt dạng WES có nhỏ dạng Creager- Ophixerov, khối lượng chung đập phụ thuộc vào khả ổn định chống trượt Sự mảnh mặt cắt WES có làm cho hệ số lưu lượng tăng thêm đổi lại khả sinh chân không lại dễ dàng Trong thiết kế đập tràn cao, ngồi tính tốn theo mặt cắt tiêu 84 chuẩn, cịn cần phải có thí nghiệm mơ hình để xác hóa kết tính khả tháo kiểm sốt khả phát sinh chân không đỉnh đập 4- Đối với đập tràn cao đá, biện pháp tiêu đáy không kinh tế Dạng tiêu mặt phù hợp điều kiện mực nước hạ lưu thay đổi điều gặp hồ chứa thủy lợi, thủy điện xây dựng miền núi Vì hình thái tiêu dịng chảy phóng xa phổ biến cho đập tràn cao đá 5- Lưu tốc dòng chảy phần cuối mặt tràn cao lớn Khi bề mặt tràn có gồ ghề cục khiếm khuyết thi công, ngun nhân khác khả phát sinh khí hóa khí thực lớn, dẫn đến phá hoại mặt tràn Vì thiết kế cần phải tính tốn kiểm tra khí thực có biện pháp xử lý cần thiết 6- Có nhiều biện pháp để phịng khí thực mặt tràn Tuy nhiên giải pháp tiếp khí vào dịng chảy mặt tràn khả thi kinh tế Có thể tạo buồng hút khí cách làm mũi hắt bậc thụt mặt tràn Khơng khí dẫn vào buồng khí ống thơng khí đặt tường bên trụ pin, nối thơng xuống đáy 7- Tính toán cho trường hợp cụ thể đập tràn thủy điện Lai Châu, Luận văn xác định cần thiết phải có biện pháp phịng khí thực cho mặt tràn lựa chọn giải pháp tiếp khí Đã tiến hành bố trí tuyến mũi hắt, tính tốn kích thước mũi, lưu lượng thơng khí cần thiết, bố trí tính tốn kích thước ống thơng khí cho tuyến 8- Các kết tính tốn luận văn phù hợp với Đồ án thực tế Phương pháp tính tốn đề nghị áp dụng cho đập tràn có điều kiện tương tự 4.2 Một số điểm tồn 1- Khối lượng tính tốn thủy lực cho cơng trình thực tế lớn Trong luận văn tập trung nghiên cứu số vấn đề chủ yếu khả tháo, 85 tiêu năng, kiểm tra khí thực mặt tràn Cịn số vấn đề hàm khí mặt tràn, xác định góc phun hợp lý, vẽ đường bao hố xói, tính toán điều kiện mở van phần chưa xem xét cụ thể 2- Phương pháp tính tốn kiểm tra khí thực biện pháp phịng khí thực phù hợp với tiêu chuẩn hành, kết tính tốn chưa kiểm chứng thực nghiệm 4.3 Hướng tiếp tục nghiên cứu Vấn đề khí thực biện pháp phịng khí thực mặt tràn phức tạp, tính tốn, dự báo gần Chúng cần chuẩn xác thí nghiệm mơ hình Tuy nhiên với mơ hình tỷ lệ nhỏ thực chưa thể mơ q trình hàm khí khí thực Do hướng nghiên cứu tiếp luận văn tiến hành đo đạc, kiểm chứng cơng trình thực tế Các kết đo đạc phục vụ cho việc bổ sung, hồn thiện lý thuyết tính tốn xác hóa hệ số sử dụng tính tốn 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2006), Tiêu chuẩn Việt Nam 14 TCN 198-2006: Hướng dẫn tính tốn khí thực cơng trình tháo nước Bộ Thủy lợi (1992), Tiêu chuẩn nghành 14 TCN 81-90: Qui trình tính tốn thủy lực cơng trình xả kiểu hở xói lịng dẫn đá dịng phun Bộ Thủy lợi (1977), Quy phạm tính tốn thủy lực đập tràn QP.TL.C-8-76 Bộ môn Thủy công (2004), Giáo trình thủy cơng Tập 1, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Bộ mơn Thủy cơng (2005), Giáo trình thủy cơng Tập 2, NXB Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Văn Cung & nnk (2006) – Thủy lực tập II – NXB Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Chiến (2003), Tính tốn khí thực cơng trình thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xn Đặng, Ngơ Trí Viềng (2005), Cơng trình tháo lũ đầu mối hệ thống thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội Viện lượng (2010), Công trình thủy điện Lai Châu – Báo cáo sơ kết nghiên cứu thí nghiệm mơ hình thủy lực 10 Qui phạm thiết kế đập tràn SL 253-2000 – Bản dịch tiếng Trung Quốc TIẾNG ANH 11 Fuat Senturk (1994), Hydraulics of Dam and Riservoirs, Water Resources Publication, USA.)