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 thuỷ lợi, bộ phận tháo nước đóng vai trò quan trọng, giúp quản lý lượng nước lũ thừa khi hồ đạt mực nước tối đa Nó có thể được sử dụng để tháo hoàn toàn hoặc một phần hồ chứa nhằm thực hiện các công việc sửa chữa, nạo vét, và cung cấp nước cho khu vực hạ lưu của công trình.
Các công trình tháo nước 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 lớn, bao gồm các hồ chứa và công trình xả lũ Một số dự án tiêu biểu có thể kể đến 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 khoảng 20 năm qua, Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng của các công trình hồ chứa lớn, 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 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) đã được áp dụng thành công Nhiều đập đã được đưa vào vận hành an toàn, bao gồm đập hồ chứa thủy lợi-thủy điện Quảng Trị, thủy điện Tuyên Quang, đập Sê San 3, Sê San 3A, và đập Plêikrông 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 loại công trình tháo lũ phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn của từng khu vực Các 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 Ngoài ra, còn có đường tràn dọc tại Ialy, Sông Hinh, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Rào Quán và 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 thông qua các kiểu bể hoặc tường kết hợp với bể Tiêu năng đáy thường được sử dụng cho các công trình vừa và nhỏ, đặc biệt khi mực nước hạ lưu tương đối lớn và địa chất nền công trình thường là đá yếu.
A Lưới là một loại hình công trình hiệu quả trong việc tiêu tán năng lượng dư thừa Tuy nhiên, nó yêu cầu khối lượng xây lắp lớn và có chi phí cao, đặc biệt là đối với các dự án quy mô lớn.
Tiêu năng mặt là dạng chảy trong đó dòng chảy diễn ra ở trạng thái chảy mặt, và chỉ khi mở rộng hoàn toàn mới đạt đến đáy Chế độ chảy mặt ở hạ lưu thường tạo ra sóng giảm dần, dẫn đến hiện tượng xói lở tại khu vực này Động năng thừa trong chế độ chảy mặt phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Phương pháp này có thể áp dụng cho nền đá, đặc biệt khi không cần gia cố hạ lưu hoặc khi mực nước hạ lưu cao và ít thay đổi.
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 xuống hạ lưu, năng lượng dòng chảy lớn tạo ra chế độ thuỷ lực phức tạp, ảnh hưởng đến ổn định của công trình Dòng chảy qua công trình tháo 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 xuống hạ lưu, cần giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy tiếp tục Các giải pháp tiêu năng phải tối đa hóa việc tiêu hao năng lượng thừa, điều chỉnh phân bộ vận tốc, giảm mạch động để dòng chảy nhanh chóng trở về trạng thái tự nhiên, đồng thời bảo vệ công trình đầu mối, bờ và lòng dẫn hạ lưu, đảm bảo ổn định trong các điều kiện thuỷ lực tương ứng với các cấp lưu lượng xả qua công trình.
Một trong những nhiệm vụ chính 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 đúng đắn 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 tương tác giữa các dòng chảy với công trình nối tiếp và lòng dẫn cũng rất quan trọng Ngoài ra, hình thức và kết cấu công trình phụ thuộc 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 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 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 qua nhiều giai đoạn, bắt đầu với Bidone vào năm 1880 và Belanger vào năm 1928 Gần đây, N Ragiaratman đã phát triển công thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới, đóng góp vào hiểu biết về hiện tượng này.
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 của nó.
- 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 các trường hợp nước nhảy không gian, nhiều nhà nghiên cứu như Picalôp và Abơranôp đã đề xuất sơ đồ nước nhảy hoàn chỉnh với hình dạng đối xứng Các nhà khoa học khác như Linhxepxki và Guncô cũng đã có những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này.
Serenkôp, B.T.Emxep đã chứng minh sự tồn tại của nước nhảy xiên và nghiên cứu dạng cũng như 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 nhảy vào không gian có lòng dẫn mở rộng dần, nhiều tác giả như Ra-khơ-ma-nốp và T.D Prô-vô-rô-va đã nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến hiện tượng này.
* 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 dựa trên quan điểm rằng áp suất tại các bậc tuân theo quy luật thủy tĩnh, từ đó 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 liên quan đến hiện tượng chảy mặt dạng dòng phun tự do ở hạ lưu công trình chủ yếu tập trung vào 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 đánh giá chính xác tác động của dòng chảy đối với công trình.
Mirtxkhulava đã nghiên cứu nền đất không dính, trong khi T.Kh Akhơ-me-đốp tập trung vào nền đá rắn Ngoài ra, các nghiên cứu của B.M.Sicvascvili cũng đã chỉ ra sự kết hợp giữa 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:
Các nghiên cứu của Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut và P Novak đã chỉ ra những ảnh hưởng của mực nước hạ lưu và ngưỡng đến tiêu năng trong bể, cũng như sự tác động của bể tiêu năng đầu hố xói.
- 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
Vấn đề xói đã được Grund nghiên cứu, phát hiện ra các cấu trúc đặc biệt trong nước nhảy có liên quan đến bài toán này Ông khái quát trường lưu tốc thông qua ba miền tương hỗ, giúp hiểu rõ hơn về hiện tượng xói.
- 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 đặc biệt 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 đóng góp 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 nghiên cứu theo hướng tương tự như các tác giả quốc tế để đưa ra những kết luận riêng, trong khi một số khác lại chọn hướng nghiên cứu độc lập, phù hợp với thực tiễn trong 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, nhằm tìm ra giải pháp hợp lý cho công trình trong việc giải quyết bài toán tiêu năng khi xảy ra nhảy ngập Nghiên cứu này đặc biệt quan trọng trong điều kiện không gian với lòng dẫn mở rộng dần.
- 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 nhỏ hơn 0.67H, nước sẽ tách rời khỏi đỉnh đập ngay sau khi vượt qua mép thượng lưu, không tiếp xúc với toàn bộ bề mặt đỉnh Do đó, hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn.
Đập tràn có mặt cắt thực dụng được xác định khi 0.67H