Microsoft Word lan chinh sua ch lam doc LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên nghành công trình thuỷ lợi với đề tài “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực chọn bể tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sê San 2” được hoàn thà[.]
T Ổ NG QUAN TÌNH HÌNH XÂY D Ự NG TRÀN X Ả L Ũ Ở VI Ệ T NAM VÀ TRÊN TH Ế GI Ớ I
Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
Trong hệ thống công trình thủy lợi, công trình tháo đóng vai trò quan trọng, giúp kiểm soát lượng nước thừa trong hồ chứa khi đạt mực nước tính toán Nó có khả năng tháo nước hoàn toàn hoặc một phần để phục vụ cho việc sửa chữa, nạo vét, và cung cấp nước cho khu vực hạ lưu.
Các công trình tháo ở Việt Nam rất đa dạng về thể loại và hình thức kết cấu Từ năm 2002, nước ta đã triển khai nhiều dự án thiết kế và xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện quy mô lớn, bao gồm các hồ chứa và công trình xả lũ Một số dự án tiêu biểu như thủy điện Sê San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rào Quán (Quảng Trị), Plêikrông, Sê San 3A và Sê San.
4, A Vương, Buôn Kướp, Đại Ninh, Sêrêpôk, Buôn Tua Sa, Bản Vẽ, Sông Ba
Hạ, An Khê-Ka Năc, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Sông Tranh 2, Bản Chát, Huội
Trong hơn 20 năm qua, Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng trong việc xây dựng các đập cao và hồ chứa lớn như Quảng, Sơn La, Cửa Đạt và Bắc Hà, với dung tích từ hàng triệu đến hàng chục tỷ m3 nước và khả năng xả nước từ hàng ngàn đến vài chục ngàn m3/s Chúng ta đã áp dụng thành công các công nghệ thiết kế và thi công tiên tiến như đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm lăn (RCC) và đập bê tông truyền thống (CVC) khối lớn cấp phối liên tục Nhiều công trình như đập hồ chứa nước thủy lợi-thủy điện Quảng Trị, thủy điện Tuyên Quang, đập Sê San 3, Sê San 3A và đập Plêikrông đã được đưa vào vận hành an toàn Trước đó, một số đập lớn như Hòa Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Ialy, Sông Hinh, Vĩnh Sơn và Dầu Tiếng cũng đã được xây dựng.
A Yun Hạ, Phú Ninh đã thiết kế nhiều dạng công trình tháo lũ phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn của từng công trình Các loại công trình này bao gồm tràn xả mặt sông như Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Plêikrông, A Vương, Bản Chát, Huội Quảng, cùng với xả mặt kết hợp với xả sâu tại Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang, và đường tràn dọc tại Ialy, Sông Hinh, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Rào Quán, Đại Ninh.
Về hình thức tiêu năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dạng tiêu năng được áp dụng:
Tiêu năng đáy là phương pháp sử dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để giảm năng lượng dòng chảy Phương pháp này có thể được áp dụng qua các kiểu bể hoặc tường kết hợp với bể Tiêu năng đáy thường được sử dụng cho các công trình vừa và nhỏ, nơi mực nước hạ lưu tương đối lớn và địa chất nền là đá yếu, như tại Trị An.
A Lưới là một loại hình công trình có khả năng tiêu tán năng lượng dư hiệu quả Tuy nhiên, nó yêu cầu khối lượng xây lắp lớn và chi phí cao, đặc biệt là đối với các dự án có quy mô lớn.
Tiêu năng mặt là dòng chảy ở trạng thái chảy mặt, chỉ đạt đến đáy sau khi mở rộng hoàn toàn Chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo ra sóng giảm dần, gây xói lở tại khu vực này Động năng thừa thường phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt thích hợp cho nền đá, khi không cần gia cố hạ lưu, giảm chiều dài gia cố, và mực nước hạ lưu cao với sự thay đổi ít.
T Ổ NG QUAN CÁC NGHIÊN C Ứ U V Ề TIÊU N Ă NG
Khái quát chung
Công trình tháo nước có đặc điểm nổi bật là khi dòng chảy từ thượng lưu đổ về hạ lưu, năng lượng dòng chảy lớn tạo ra chế độ thủy lực phức tạp, ảnh hưởng đến ổn định công trình Dòng chảy qua công trình thường êm ở thượng lưu (Fr < 1), chảy xiết ở đoạn chuyển tiếp (Fr > 1) và trở lại trạng thái tự nhiên khi vào sông thiên nhiên Để xử lý động năng thừa từ thượng lưu, cần có biện pháp tiêu năng hiệu quả, nhằm giảm thiểu năng lượng thừa, điều chỉnh phân bố vận tốc và giảm mạch động, giúp dòng chảy nhanh chóng trở về trạng thái tự nhiên trong khoảng ngắn nhất Đồng thời, các giải pháp này phải bảo vệ công trình đầu mối, hai bờ và lòng dẫn hạ lưu, đồng thời đảm bảo ổn định trong các điều kiện thủy lực khác nhau của lưu lượng xả qua công trình.
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của thiết kế nối tiếp thượng hạ lưu là nghiên cứu chế độ thủy lực để chọn kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng Việc giải quyết nhiệm vụ này rất phức tạp do ảnh hưởng của chế độ dòng chảy từ thượng lưu đến hạ lưu, bao gồm các vấn đề như dòng xiết, hàm khí, mạch động áp suất và mạch động lưu tốc lớn Đặc điểm của các chế độ nối tiếp và điều kiện phát sinh, cũng như tương tác giữa các dòng chảy với công trình và lòng dẫn, đóng vai trò quan trọng Hơn nữa, hình thức và kết cấu của công trình phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như điều kiện địa hình, địa chất tuyến công trình, độ chênh mực nước thượng hạ lưu, đặc điểm kết cấu công trình, và trị số cũng như sự phân bố lưu lượng đơn vị qua công trình.
M ộ t s ố k ế t qu ả nghiên c ứ u ở n ướ c ngoài
Nghiên cứu về nối tiếp và tiêu năng dòng chảy qua công trình đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong và ngoài nước, dẫn đến việc phát triển nhiều giải pháp đa dạng trong các lĩnh vực và khía cạnh khác nhau.
Các vấn đề nối tiếp chảy đáy ở hạ lưu đã được nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết từ lâu, với những đóng góp quan trọng từ Bidone vào năm 1880, Belanger vào năm 1928, và gần đây là N Ragiaratman, người đã phát triển công thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới.
Theo phương pháp thực nghiệm, nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm dựa trên phương trình năng lượng và động năng để xác định các hệ thức tính toán nước nhảy Từ đó, họ đã tính toán được mối liên hệ giữa dòng xả và dòng chảy hạ lưu.
Tréc tou xốp áp dụng hệ thức nước nhảy của Belanger cùng với phương trình năng lượng để xác định độ sâu co hẹp tại chân đập và độ sâu liên hiệp tương ứng.
- Giáo sư A-grốt-Skin đã lập các phương trình tính toán nước nhảy theo dạng không thứ nguyên;
- Ngoài ra có thể kể đến các tác giả như: Aivadian, Pavơlôpxki, V.I.Avrinnhayry, V.A.Saomian có nhiều nghiên cứu về vấn đề nước nhảy;
- Nghiên cứu về nhảy ngập trong bài toán phẳng có: T Bunsu, An Rakhơmanốp, N.Rangiatman,v.v…
Trong nghiên cứu về hiện tượng nước nhảy không gian, nhiều nhà khoa học như Picalôp và Abơranôp đã phát triển sơ đồ nước nhảy hoàn chỉnh với hình dạng đối xứng Các nhà nghiên cứu khác, bao gồm Linhxepxki và Guncô, cũng đóng góp vào lĩnh vực này, làm nổi bật sự phức tạp và đa dạng của hiện tượng này.
Serenkôp và B.T.Emxep đã chứng minh sự tồn tại của nước nhảy xiên, đồng thời xác định dạng và phân bố vận tốc của dòng xiên mở rộng Ngoài ra, các nghiên cứu của Q.F Vaxiliep và M.F Clatnhep cũng đã đề cập đến dòng xiết và dòng êm ở hạ lưu công trình trong điều kiện biên mở.
Khi thực hiện nhảy trong không gian với lòng dẫn mở rộng dần, nhiều tác giả như Ra-khơ-ma-nốp và T.D.Prô-vô-rô-va đã nghiên cứu về hiện tượng này trong khu vực nối tiếp.
* Trong trường hợp bậc thấp có đập thụt nối tiếp: có các kết quả nghiên cứu của Forter và Krinde, Moore và Morgan, Ventechow Yames và Sharp
* Các nối tiếp chảy mặt ở hạ lưu công trình có thể kể đến:
Nghiên cứu của A.A Xabanhep tập trung vào việc áp dụng quan điểm áp suất theo quy luật thủy tĩnh, nhằm phát triển các hệ thức tính toán thủy lực cho các bậc tiếp theo.
- Ngoài ra có thể kể đến các nghiên cứu của M.F Scolanhep, M.A Makhlop về trạng thái nối tiếp chảy mặt
Các vấn đề nối tiếp chảy mặt dạng dòng phun tự do ở hạ lưu công trình liên quan đến việc tính toán chiều sâu hố xói, dựa trên các nghiên cứu của T.E Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các công trình thủy lợi.
Mirtxkhulava nghiên cứu nền đất không dính, trong khi T.Kh Akhơ-me-đốp tập trung vào nền đá rắn Các nghiên cứu của B.M.Sicvascvili khám phá sự hợp nhất của hai dòng phun tự do.
* Các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình có thể kể đến các nghiên cứu của B.M Sicvasvili
* Các nghiên cứu về thuỷ lực và biện pháp công trình trong đoạn chuyển tiếp còn có thể kểđến các tác giả như:
Tiêu năng trong bể và các ảnh hưởng của mực nước hạ lưu, ngưỡng, cùng với bể tiêu năng đầu hố xói đã được nghiên cứu và chỉ ra bởi các tác giả như Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut và P Novak Những nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu năng trong các hệ thống thủy văn.
- Về xói hạ lưu có các tác giả như: Ter-Arakelian, Chalumina, Vuzgo…
- Cu min đã nghiên cứu rất kỹ sự phân bố lưu tốc trong vùng chuyển tiếp thông số đặc trưng α
- Vấn đề mạch động trong và sau nước nhảy đã được chỉ ra trong các nghiên cứu của Lê Vi
Grund đã phát hiện ra những cấu trúc đặc biệt trong nước nhảy liên quan đến vấn đề xói, thông qua việc khái quát trường lưu tốc bằng ba miền tương hỗ lẫn nhau.
- Liên quan đến chiều sâu xói ổn định đã có các tác giả như: Vuzgo, Schoklitsch, Vernonese, Jaeger, Patresev, Eggenberger, Smolianninov
- Chiều dài xói ổn định có nghiên cứu của Damamzin, Patrasev, Yuricki theo quan điểm chiều dài hố xói liên quan đến độ sâu lớn nhất của hố xói
- Levi, Vuzgo… lại xác định chiều dài xói phụ thuộc vào các yếu tố dòng chảy và công trình như: dòng chảy, đất nền, dạng công trình…
M ộ t s ố k ế t qu ả nghiên c ứ u ở Vi ệ t Nam
Trong những thập kỷ gần đây, nghiên cứu về chế độ thuỷ lực và lựa chọn bể tiêu năng chống xói ở hạ lưu công trình thuỷ lợi tại Việt Nam đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện tại Viện Khoa học Thuỷ lợi, với sự tham gia của các tác giả như Trương Đình Dụ, Trần Đình Hợi, Hàn Quốc Trinh và Trần Quốc.
Thưởng…), Trường Đại học Thuỷ lợi (các tác giả: Hoàng Tư An, Nguyễn Văn
Mạo, Phạm Ngọc Quý…) Viện khoa học Thuỷ lợi Nam bộ (các tác giả: Nguyễn Ân Niên, Trần Như Hối, Tăng Đức Thắng) và nhiều nhà chuyên môn khác
Một số tác giả Việt Nam đã thực hiện nghiên cứu tương đồng với các tác giả quốc tế để đưa ra những kết luận riêng, trong khi cũng có những tác giả chọn hướng nghiên cứu độc lập, phù hợp với thực tiễn của đất nước.
Việt Nam Có thể tóm tắt một số kết quả nghiên cứu sau:
- Các nghiên cứu của Nguyễn Văn Đặng dùng lý thuyết lớp biên để thành lập phương trình về nước nhảy ổn định
- Nguyên cứu của Lê Bá Sơn về các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình
- Nguyên cứu của Võ Xuân Minh về ảnh hưởng liên quan của mực nước hạ lưu, ngưỡng, bể tiêu năng đầu hố xói
Nghiên cứu của Võ Xuân Minh và Hoàng Văn Quý tập trung vào góc mở rộng β và các biện pháp phân bố đều lưu lượng Từ đó, họ đã tìm ra các giải pháp công trình hợp lý nhằm giải quyết bài toán tiêu năng trong điều kiện không gian với lòng dẫn mở rộng dần và hiện tượng nhảy ngập.
- Các nghiên cứu của Hoàng Tư An, Phạm Ngọc Quý và một số người khác về xói và ổn định ở hạ lưu công trình tháo nước.
Các lo ạ i đậ p tràn và tiêu n ă ng h ạ l ư u
Về kết cấu đập tràn rất khác nhau, đập tràn có thể phân loại theo các tiêu chuẩn sau:
- Phân loại theo chiều dày đỉnh đập và hình dạng mặt cắt ngang của đập tràn Theo cách này, đập tràn có thể phân làm 3 loại sau:
Khi chiều dày của đỉnh đập mỏng (δ < 0.67H), làn nước sẽ tách rời khỏi đỉnh đập ngay sau khi vượt qua mép thượng lưu, không tiếp xúc với toàn bộ mặt đỉnh Do đó, hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến lưu lượng và hình dạng của làn nước tràn.
Đập tràn có mặt cắt thực dụng được xác định khi 0.67H