(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Chế Độ Thủy Lực Chọn Bể Tiêu Năng Cho Tràn Xả Lũ Hạ Sê San 2.Pdf

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[.]

TỔNG QUAN VỀ TRÀN XẢ LŨ

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TRÀN XẢ LŨ Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Trong hệ thống công trình thủy lợi, công trình tháo đóng vai trò quan trọng, giúp điều tiết lượng nước thừa trong hồ khi đạt mực nước tối đa Nó có thể tháo nước hoàn toàn hoặc một phần để thực hiện sửa chữa, nạo vét, và cung cấp nước cho hạ lưu.

Các công trình tháo nước tại Việt Nam rất phong phú về thể loại và đa dạng về hình thức kết cấu Từ năm 2002, nhiều dự án thiết kế và xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện đã được triển khai, trong đó có nhiều công trình lớn với hồ chứa và hệ thống xả lũ Một số dự án tiêu biểu bao gồm 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 Quảng, Sơn La, Cửa Đạt, Bắc Hà là những công trình hồ chứa lớn với dung tích từ hàng triệu đến hàng chục tỷ m3 nước, khả năng xả nước từ hàng ngàn đến vài chục ngàn m3/s Trong khoảng 20 năm qua, tốc độ xây dựng các đập cao và hồ chứa lớn đã phát triển nhanh chóng, áp dụng thành công 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) Nhiều đập đã được đưa vào vận hành an toàn, 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 Trước đó, Việt Nam cũng đã xây dựng các đập, hồ chứa lớn như Hòa Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Ialy, Sông Hinh, Vĩnh Sơn và Dầu Tiếng.

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 bao gồm tràn xả mặt sông như Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Plêikrông, A Vương, Bản Chát, Huội Quảng, và 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, 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 kết hợp giữa tường và bể Tiêu năng đáy thường được sử dụng cho các công trình vừa và nhỏ, nơi có 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 chi phí đầu tư cao, đặc biệt đối với các dự án quy mô lớn.

Tiêu năng mặt là dòng chảy ở trạng thái chảy mặt, chỉ đạt đáy sau khi mở rộng hoàn toàn Chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo ra sóng giảm dần, gây xói lở ở khu vực này Động năng thừa phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt thích hợp khi nền đá không cần gia cố hạ lưu, giảm chiều dài gia cố, với mực nước hạ lưu cao và ít thay đổi.

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TIÊU NĂNG

1.2.1 Khái quát chung Đặc điểm nổi bật của công trình tháo nước là khi dòng chảy đổ từ thượng lưu qua công trình về hạ lưu, nguồn năng lượng của dòng chảy khá lớn sẽ tạo ra chế độ thuỷ lực nối tiếp phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của công trình Đặc tính thuỷ lực cơ bản của dòng chảy qua công trình tháo là êm ở thượng lưu (Fr < 1); chảy xiết trên đoạn chuyển tiếp (Fr > 1) và dần trở lại trạng thái tự nhiên sau khi chảy vào sông thiên nhiên Động năng thừa của dòng chảy đổ từ thượng lưu qua công trình xuống hạ lưu là rất lớn nên cần thiết phải giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy nối tiếp về hạ lưu Nguyên tắc của các giải pháp nối tiếp tiêu năng là phải tìm được biện pháp tiêu hao được năng lượng thừa của dòng chảy tới mức tối đa, điều chỉnh lại sự phân bộ vận tốc, làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm khối lượng gia cố nhưng vẫn bảo vệ được cho công trình đầu mối, cho hai bờ, lòng dẫn hạ lưu và phải đảm bảo sự ổn định trong những 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 thuỷ lực, chọn kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng dựa trên tính toán và mô hình thuỷ lực Việc giải quyết nhiệm vụ này rất phức tạp do ảnh hưởng của dòng chảy từ thượng lưu xuống 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 tương tác giữa các dòng chảy với công trình và lòng dẫn cũng cần được xem xét Hơn nữa, hình thức và kết cấu công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình, địa chất tuyến công trình, độ chênh mực nước thượng hạ lưu, đặc điểm kết cấu và sự phân bố lưu lượng đơn vị qua công trình.

1.2.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

Vấn đề về nối tiếp và tiêu năng dòng chảy qua công trình đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, dẫn đến nhiều giải pháp đa dạng trên các lĩnh vực và khía cạnh khác nhau.

Các vấn đề nối tiếp chảy đáy ở hạ lưu theo phương pháp lý thuyết đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả, trong đó có Bidone vào năm 1880, Belanger vào năm 1928, và gần đây là N Ragiaratman với 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 tìm ra các hệ thức tính toán nước nhảy Từ đó, họ đã phát triển các công thức liên quan đến 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 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 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 cấu trúc đối xứng Các chuyên gia khác như Linhxepxki và Guncô cũng đã đóng góp vào lĩnh vực này, cung cấp những hiểu biết quan trọng về sự mở rộng đột ngột của nước trong không gian.

Serenkôp và B.T.Emxep đã chứng minh sự tồn tại của nước nhảy xiên và xác định 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 khám phá dòng xiết và dòng êm ở hạ lưu công trình trong điều kiện biên mở.

Khi nhảy vào không gian với lòng dẫn mở rộng dần, các tác giả như Ra-khơ-ma-nốp và T.D.Prô-vô-rô-va đã nghiên cứu và phân tích 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:

Các nghiên cứu của A.A Xabanhep dựa trên quan điểm rằng áp suất ở bậc tuân theo quy luật thủy tĩnh, từ đó dẫn đến việc xây dựng các hệ thức tính toán thủy lực ở sau bậc.

- 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 nghiên cứu của T.E Mirtxkhulava về nền đất không dính và T.Kh Akhơ-me-đốp về nền đá rắn Ngoài ra, các nghiên cứu của B.M.Sicvascvili cũng đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về sự hợp nhau của hai dòng phun tự do trong các tình huống này.

* 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 kể đến các tác giả như:

Tiêu năng trong bể có ảnh hưởng lớn từ mực nước hạ lưu và ngưỡng của bể tiêu năng đầu hố xói Các nghiên cứu của Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut và P Novak đã chỉ ra những tác động này, góp phần làm rõ vai trò của tiêu năng trong quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.

- 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 đang được Grund nghiên cứu thông qua việc phát hiện các cấu trúc đặc biệt bên trong nước nhảy, liên quan đến bài toán xói Ông đã khái quát trường lưu tốc bằng ba miền tương hỗ lẫn nhau, góp phần làm sáng tỏ cơ chế xói trong môi trường thủy lực.

- 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…

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam Ở Viêt Nam, trong mấy thập kỷ gần đây, vấn đề nghiên cứu chế độ thuỷ lực và chọn bể tiêu năng chống xói ở hạ lưu công trình thuỷ lợi nói chung đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý công trình thuỷ lợi Đã có nhiều công trình nghiên cứu tại Viên khoa học Thuỷ lợi (các tác giả: Trương Đình Dụ, Trần Đình Hợi, Hàn Quốc Trinh, 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 đồng hành trong nghiên cứu với các tác giả quốc tế, từ đó đưa ra những kết luận riêng Bên cạnh đó, cũng có những tác giả lựa chọn hướng nghiên cứu độc lập, phù hợp với thực tiễn tại Việt Nam Dưới đây là tóm tắt một số kết quả nghiên cứu đáng chú ý.

- 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

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÝ THUẾT VỀ TIÊU NĂNG ĐÁY

Thiết kế tiêu năng cho phòng xói là một thách thức phức tạp mà vẫn chưa có giải pháp hoàn hảo Hiện tại, nghiên cứu về tiêu năng đã phát triển nhiều phương pháp, cho phép ứng dụng độc lập hoặc kết hợp hiệu quả với nhau.

Dòng chảy hạ lưu tại khu vực tiêu năng rất phức tạp và chưa có phương pháp phân tích toán học chính xác Hiện tại, người ta vẫn sử dụng các công thức suy diễn từ lý luận kết hợp với hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm Ngoài ra, có thể áp dụng công thức bán thực nghiệm, sau đó tiến hành phân tích định tính và cuối cùng sử dụng công thức kinh nghiệm để thực hiện tính toán.

Đối với các công trình nhỏ, việc bố trí các bộ phận gần với sơ đồ lý thuyết cho phép áp dụng các công thức thủy lực để tính toán Trong khi đó, đối với các công trình lớn và vừa, sau khi sử dụng công thức thủy lực, cần tiến hành nghiệm chứng bằng mô hình thủy công để đảm bảo tính chính xác.

Trong các bài toán tiêu năng phòng xói, việc sử dụng công thức toán học hoặc công thức kinh nghiệm thường gặp phải giới hạn trong phạm vi ứng dụng Giải quyết và phân tích bằng số học là một thách thức, và việc suy diễn công thức lý luận cần những giả thiết để đơn giản hóa Khi giải các phương trình, các số hạng bậc cao thường bị loại bỏ, dẫn đến kết quả tính toán theo công thức lý luận chỉ có giá trị gần đúng Mặc dù các công thức kinh nghiệm đáng tin cậy, nhưng phạm vi sử dụng của chúng cũng bị hạn chế và không thể mở rộng áp dụng một cách dễ dàng.

1.3.2 Phương pháp thực nghiệm mô hình

Mô hình thí nghiệm mô phỏng công trình thực tế trong điều kiện phức tạp, cho kết quả gần gũi với thực tế Phương pháp này giải quyết các vấn đề thực tiễn trong thiết kế, xây dựng và khai thác công trình thủy lợi mà lý thuyết không thể đáp ứng đầy đủ Qua thực nghiệm mô hình thủy lực, các công thức lý thuyết được kiểm tra, bổ sung và chính xác hóa, đồng thời kiểm chứng kết quả từ mô hình toán Mô hình thí nghiệm, khi gần gũi với thực tế, tạo điều kiện tin cậy cho các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực này.

Mặc dù các công thức thực nghiệm có ứng dụng nhất định và giá trị gần đúng, nhưng thí nghiệm mô hình thường không phản ánh chính xác các hiện tượng như sóng vỗ hay dòng chảy có hiện tượng trộn khí Quyết định kích thước công trình tiêu năng dựa trên thực nghiệm mô hình đôi khi không hoàn toàn chính xác, do sự khác biệt giữa mô hình và dòng chảy thực tế, cũng như trạng thái dòng chảy và dòng phát sinh thường không thống nhất Vì vậy, thực nghiệm mô hình không phải là phương pháp tuyệt đối.

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu trên nguyên hình

Nguyên hình là mô hình tỷ lệ 1:1, đảm bảo mọi điều kiện tương tự Tuy nhiên, dòng chảy thực tế thường diễn ra ngoài ý kiến chủ quan của con người, khiến việc nghiên cứu và đo đạc thông số trên nguyên hình không phải lúc nào cũng khả thi Khi công trình đã hoàn thành, việc khắc phục sự cố gây mất an toàn trở nên khó khăn và tốn kém, đặc biệt trong việc sửa đổi kết cấu và hình thức tiêu năng.

Khi nghiên cứu về tiêu năng, việc chỉ sử dụng một trong ba phương pháp là không đủ; do đó, cần kết hợp cả ba phương pháp để tìm ra giải pháp hiệu quả Độ chính xác của mô hình và tính toán đảm bảo tính hợp lý trong thiết kế, trong khi tính thực tiễn kiểm nghiệm độ an toàn của công trình Dựa trên các số liệu quan sát thực tế, có thể xây dựng các công thức thực nghiệm để hỗ trợ nghiên cứu.

MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG ĐÁY

Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THÁO 1.4.1 Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng

Công trình tháo nước thường làm việc với nhiều cấp lưu lượng khác nhau

Công trình tiêu năng cần phải hoạt động hiệu quả ở mọi cấp lưu lượng trong phạm vi thiết kế, đảm bảo kích thước phù hợp để tạo ra nước nhảy ngập với hệ số ngập σ từ 1.05 đến 1.0 Để đạt được yêu cầu này, cần phải tính toán lưu lượng gây ra tình huống nối tiếp bất lợi nhất, được gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng.

Trong trường hợp bất lợi nhất, khi nối tiếp bằng nước nhảy xa có hiệu số (h c ” -h h ) lớn nhất, chiều dài đoạn chảy xiết sẽ đạt mức tối đa Điều này đòi hỏi cần thiết kế công trình tiêu năng với quy mô lớn nhất để đảm bảo hiệu quả và an toàn.

Lưu lượng tính toán tiêu năng không nhất thiết phải bằng lưu lượng lớn nhất Để xác định lưu lượng này, cần phân tích các trường hợp cụ thể dựa vào mực nước thượng và hạ lưu của công trình.

1.4.2 Xác định hình thức nối tiếp chảy đáy Độ sâu tại mặt cắt co hẹp hc ở sau công trình được xác định trực tiếp bằng phương pháp Bécnuli viết cho mặt cắt 0-0 và mặt cắt C-C (hình 1-3)

Hình 1-3: Giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trình tháo nước

E0: Cột nước toàn phần thượng lưu so với đáy sân sau tại mặt cắt C-C Σξ : Tổng các hệ số tổn thất từ mặt cắt 0-0 đến C-C

= + ξ ϕ α 1 là hệ số lưu tốc (1-3)

Sau khi tính toán hc theo công thức đã nêu, chúng ta có thể xác định độ sâu liên hợp giữa hc và hc”, đồng thời kết hợp với độ sâu hạ lưu hh để xác định các hình thức nối tiếp cần thiết.

Trường hợp 1 liên quan đến hạ lưu với các tình huống dòng chảy khác nhau: khi dòng chảy êm, nó được ký hiệu là "hc” > hh", tiếp theo là nước nhảy phóng xa với "hc” = hh", và cuối cùng là nước nhảy phân giới với "hc” < hh".

Trong trường hợp 2, khi hạ lưu là dòng chảy xiết với hc” > hh, dòng chảy sẽ nối tiếp giảm dần từ hc đến hh (hình 1-3) Nếu hc” = hh, sẽ hình thành dòng chảy đều ngay sau mặt cắt co hẹp (hình 1-3) Ngược lại, khi hc” < hh, sẽ xuất hiện đường dâng nối tiếp với dòng chảy đều trong kênh dẫn (hình 1-3).

Trong hình thức nối tiếp bằng nước nhảy phóng xa, sau mặt cắt co hẹp C-C, có một đoạn dòng chảy xiết (đường mặt nước loại C) trước khi chuyển thành dòng chảy êm bình thường ở hạ lưu Độ sâu liên hiệp thứ hai sau nước nhảy tương ứng với độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu Biết độ sâu hạ lưu hc” = hh, ta có thể tính độ sâu trước nước nhảy và xác định chiều dài đoạn chảy xiết bằng phương pháp tính dòng không đều.

1.4.3 Các biện pháp tiêu năng trong chế độ chảy đáy

Nối tiếp chảy đáy có nước nhảy xa là một tình huống nguy hiểm, do đó cần phải áp dụng biện pháp chuyển đổi thành nối tiếp bằng nước nhảy ngập Mặc dù dòng chảy sau nước nhảy ngập vẫn duy trì vận tốc lớn ở đáy và kéo dài dòng mạch động, điều này vẫn cho phép hình thành nối tiếp chảy mặt.

Có nhiều biện pháp và hình thức tiêu năng, trong đó biện pháp cơ bản nhất là biến đổi chế độ nối tiếp từ nước nhảy xa thành nối tiếp bằng nước nhảy ngập Để thực hiện điều này, cần tăng độ sâu ở hạ lưu.

- Đào sân sau: Tức là làm bể tiêu năng:

- Làm tường chắn để nâng cao mực nước – Tức là làm tường tiêu năng;

- Vừa đào sâu, vừa làm tường – Bể và tường tiêu năng kết hợp

- Ngoài ra có trí thiết bị tiêu năng phụ - Các mố, ngưỡng, răng

Nhiệm vụ tính toán bao gồm việc xác định chiều sâu của bể và chiều cao của tường tiêu năng, cùng với việc xác định chiều dài bể (L b) và hình thức, kích thước của thiết bị tiêu năng phụ.

1.4.3.1 Tính bể tiêu năng (hình vẽ 1-3)

Phương pháp chung thường tính chiều sâu bể tiêu năng theo công thức: d =σ hc”- hh-ΔZ (1-4)

Trong bài viết này, hh đại diện cho độ sâu hạ lưu khi chưa đào bể, trong khi hc” là độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp hc tính theo cao trình sân bể và cột nước thượng lưu E0’ = E0 + d Hệ số an toàn ngập σ được lấy trong khoảng từ 1,05 đến 1,0 Cuối cùng, chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể được tính bằng công thức ΔZ = ⎟⎟.

Diện tích mặt cắt ướt ở cuối bể được ký hiệu là ωb, với chiều sâu hb = σhc Ở hạ lưu sau bể, diện tích mặt cắt ướt được ký hiệu là Δ Hệ số lưu tốc tại cửa ra của bể được ký hiệu là ϕ’ và có giá trị trong khoảng từ 0,95 đến 1,0.

Trong công thức (1-4), các số hạng hc” và ΔZ phụ thuộc vào ẩn số d, vì vậy bài toán cần được giải bằng cách tính d một cách chính xác dần (Hình vẽ 1-3).

Chiều c của tường tiêu năng tính bằng công thức:

H1: Cột nước tràn trên đỉnh tường, tính theo công thức tràn chảy ngập:

NHẬN XÉT CHUNG

Việc xử lý nối tiếp và tìm giải pháp tiêu năng phòng xói ở hạ lưu là rất quan trọng trong thiết kế công trình tháo Tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất và mực nước hạ lưu, các giải pháp và kết cấu tiêu năng cần được tính toán cẩn thận để tránh hậu quả bất lợi Kết cấu tiêu năng đáy hiện đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam Để nâng cao hiệu quả tiêu năng, các thiết bị như mố, ngưỡng thường được xây dựng thêm trên sân sau nhằm tiêu hao năng lượng dòng chảy, giảm chiều dài sân sau và độ sâu đào bể Tuy nhiên, do thiết bị tiêu năng thường nằm ở khu vực có lưu tốc lớn, áp lực âm dễ hình thành, gây hại cho bê tông và làm giảm hiệu quả hoạt động Do đó, cần có phương pháp tính toán phù hợp và nghiên cứu trên mô hình thủy lực để cải thiện điều kiện làm việc của thiết bị tiêu năng.

Việc xử lý nối tiếp dòng chảy hạ lưu và tìm giải pháp tiêu năng nhằm phòng chống xói mòn cho công trình là một nhiệm vụ cần thiết và phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều hiện tượng thủy lực bất lợi Bài viết này trình bày các tính toán ban đầu để xác định bể tiêu năng sau đập tràn, kết hợp với kết quả thí nghiệm để lựa chọn hình thức và kết cấu bể tiêu năng hợp lý, đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn Hạ Sê San 2.

TÍNH TOÁN BỂ TIÊU NĂNG TRÀN HẠ SÊ SAN 2

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH HẠ SÊ SAN 2

Công trình thủy điện Hạ Sê San 2 tọa lạc tại Campuchia, cách biên giới Việt Nam - Campuchia khoảng 250km về phía Tây Nó nằm cách điểm nhập lưu sông Srêpôk và Sê San khoảng 1,5 km, và cách điểm hợp lưu giữa sông Sêkông và sông Sê San khoảng 20km về phía thượng lưu Vùng lòng hồ của thủy điện này hoàn toàn nằm trong huyện Sê San, tỉnh Stungstreng, Campuchia Hạ Sê San 2 là công trình cuối cùng trong sơ đồ bậc thang sau hợp lưu của sông Sê San và sông Srêpok.

Xây dựng công trình thủy điện Hạ Sê San 2 không chỉ cung cấp nguồn điện cho phát triển kinh tế và đời sống nhân dân tại tỉnh Ratarakin và Stungtreng, mà còn hỗ trợ lưới điện Việt Nam Dự án này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy tăng trưởng bền vững.

- Tạo nguồn bổ sung nước cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt và công nghiệp trong tương lai

- Phát triển du lịch, giao thông thuỷ và đánh bắt nuôi trồng thuỷ hải sản khu vực hồ chứa

Sau khi hoàn thành xây dựng công trình Hạ Sê San 2, khu vực này sẽ trở thành một điểm dân cư với cơ sở hạ tầng đầy đủ, bao gồm các cơ sở dân cư, văn hóa và xã hội Hệ thống đường giao thông phục vụ thi công sẽ thúc đẩy giao lưu kinh tế và xã hội, kết nối khu vực xây dựng với các trung tâm kinh tế và xã hội địa phương, góp phần vào sự phát triển kinh tế khu vực.

2.1.1.2 Các hạng mục của công trình nghiên cứu

+ Đập dâng để tạo cột nước và hồ chứa

2.1.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chính

- Cấp công trình: Công trình cấp I

- Diện tích lưu vực đến tràn Sê San 2: 49.200 Km 2

- Lưu lượng lũ thiết kế (P = 0,1%): 22.734 m 3 /s

- Lưu lượng lũ kiểm tra (P = 0,02%): 28.470 m 3 /s

2.1.2.1 Giới thiệu về đập tràn

Các thông số cơ bản của tràn:

- Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv

- Các thông số cơ bản của đập tràn:

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG

- Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv

- Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL-C-8-76

2.2.2 Năng lực xả của đập tràn

Lưu lượng xả qua đập tràn thực dụng xác định theo công thức sau:

+ ε: Hệ số co hẹp ngang có kể tới ảnh hưởng của các mố trụ

+ ξ mb : Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng mép vào tường bên

+ ξ mt : Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mố trụ trên mặt bằng

+ Σb = n*b với b là bề rộng khoang tràn, n là số khoang tràn

+ H o : Cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần

Hình 2-1: Sơ đồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tràn

Bảng 2-1: Bảng quan hệ mực nước thượng lưu và lưu lượng xả tổng

2.2.3 Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bể Độ sâu dòng chảy tại đầu vào bể tiêu năng được xác định theo công thức:

Trong đó: + φ: là hệ số lưu tốc, lấy φ = 0,9

+ q: là tỷ lưu, q = Q/Bd + Bd: chiều rộng kênh

+ Eo: Năng lượng tại mặt cắt phía trước tràn tính với mặt chuẩn là đáy bể tiêu năng

Bằng phương pháp tính thử dần ta tính được độ sâu hc tương ứng với các cấp lưu lượng

Bảng 2-2: Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bể tiêu năng

2.2.4 Tính lưu lượng tiêu năng

Lưu lượng tính toán tiêu năng là lưu lượng tối ưu giúp đạt hiệu số (hc’’- hh) lớn nhất, giả định không có tổn thất cột nước từ đập tràn đến bể tiêu năng Đối với các công trình thủy điện và thủy lợi, đặc biệt là đập tràn xả lũ Hạ Sê San 2, lưu lượng sẽ biến đổi từ nhỏ đến giá trị lớn nhất Tiêu năng là vấn đề quan trọng sau đập tràn, và thiết bị tiêu năng được thiết kế để xử lý hiệu quả cho mọi cấp lưu lượng Cần xác định cấp lưu lượng gây ra sự nối tiếp bất lợi nhất, được gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng, từ đó kích thước bể tiêu năng sẽ đạt mức tối đa, nhưng lưu lượng này không nhất thiết là lớn nhất.

Để xác định lưu lượng tiêu năng cho đập tràn Hạ Sê San 2, các giá trị lưu lượng đã được tính toán qua đập tràn sẽ được sử dụng Trong luận văn, học viên sẽ áp dụng giá trị lưu lượng từ Q min = 5.000m3/s đến Q max = 28.470m3/s để thực hiện các phép tính và tìm ra lưu lượng tiêu năng Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 2-3: Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng

Từ kết quả tính toán trên với hiệu số (hc''-hh) lớn nhất ứng với lưu lượng tiêu năng là Q = 16.284 m3/s

2.2.5 Tính toán lý thuyết tiêu năng

2.2.5.1 Tính chiều sâu bể tiêu năng:

Tính chiều sâu bể tiêu năng bằng phương pháp thử dần theo công thức: h b = h h + d + ∆Z Trong đó: Độ chênh mực nước trước bể và sau bể là ∆Z

Z q ϕ σ q: Lưu lượng đơn vị được tính tại mặt cắt cuối bể d: Chiều sâu đào bể h h : Mực nước hạ lưu tương ứng φ b : Là hệ số lưu tốc của bể φ b = 0,95 ÷ 1,00

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-4: Kết quả tính chiều sâu đào bể tiêu năng

2,50 20,90 1,26 18,65 8,84 9,72 0,25 1,94 2,66 Như vậy ứng với lưu lượng tính toán tiêu năng Q = 16.284m 3 /s, chọn chiều sâu đào bể tiêu năng d = 4,30m

2.2.5.2 Tính chiều dài bể tiêu năng Lb:

- Theo công thức kinh nghiệm của M.Đ Tréctôutxốp: Lb = β.ln + l1

Trong đó: + β: Hệ số thực nghiệm, β = 1

+ l n : Chiều dài nước nhảy theo Saphoret: Công thức (3-30

+ l1: là khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp c-c, do đập là đập hình cong nên l 1 =0

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-5: Kết quả tính chiều dài bể tiêu năng

Qua tính toán với Q tiêu năng = 16.284m 3 /s thì chiều dài bể tiêu năng Lb

= 75,58m Chọn bể tiêu năng dài L b m

Bảng 2-6: Thông số bể tiêu năng sau tràn

Tính toán thủy lực tiêu năng sau đập tràn là bước quan trọng để xác định các thông số kỹ thuật cần thiết Dựa trên tài liệu đầu vào và các phương pháp tính toán, cần thiết lập hình thức và kết cấu của bể tiêu năng Đồng thời, việc đánh giá mức độ an toàn và điều kiện khả thi cũng rất quan trọng Cuối cùng, từ những phân tích trên, đề xuất phương án bể tiêu năng cho công trình tràn xả lũ Hạ sẽ được đưa ra một cách hợp lý.

Tính toán thủy lực gồm:

- Tính toán xác định khả năng tháo

Tính toán thủy lực tiêu năng sau đập tràn giúp xác định các thông số thủy lực như lưu tốc dòng chảy và cao trình đường mặt nước Kết quả cho thấy kích thước bể tiêu năng là Lm, với chiều sâu bể d = 4,30m và vận tốc giữa bể khoảng 11.09m/s, do đó chỉ cần gia cố bê tông dài 45.0m Đoạn sau của bể không cần gia cố vì nền là đá Enđêzit, với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m và vận tốc cho phép Vcp = 25 m/s.

Bên cạnh đó, cần tính toán kích thước, kết cấu và các thông số quan trọng của đập tràn, bao gồm hệ số lưu lượng, khả năng tháo nước của tràn, và cao trình mực nước thượng hạ lưu tràn.

Hình 2-2: Sơ đồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tràn sau khi rút ngắn bể tiêu năng

SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ KẾT QUẢ

LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ VÀ CÁC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG

Dòng chảy qua đập tràn là dòng chảy hở chủ yếu chịu tác động của trọng lực, theo lý thuyết mô hình thủy lực, tiêu chuẩn tương tự được sử dụng là Froude (Fr).

V - Là lưu tốc dòng chảy (m/s)

L - là kích thước dài (m) g - Là gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s 2 )

C - Là hệ số chezy theo công thức Manning: C n

R egh - Hệ số Rây-nôn giới hạn trong khu tự động mô hình:

R m ε Δ 14 ε - Hệ số sức cản ma sát (ε = 8 2

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH

a Mô hình t ổ ng th ể tràn v ậ n hành:

Mô hình tổng thể tràn xả lũ vận hành được chọn theo tỷ lệ λl=1:100 Kiểm tra điều kiện tương tự mô hình thỏa mãn:

Từ tỷ lệ λl suy ra các tỷ lệ cần thiết

(i) Về chiều dài mô hình

Phần thượng lưu tràn có chiều dài mô hình hóa L TL/H = 30, với độ sâu lớn nhất trên tràn H khoảng 19.0m Chiều dài lòng hồ phần thượng lưu trong mô hình tương ứng với thực tế là LTL ≈ 600m Để bố trí phần lặng sóng và đoạn chuyển tiếp, chiều dài được lấy là L TL ≈ 900m.

Chiều dài hạ lưu sau tràn, tính từ tim tuyến tràn đến vị trí đo mực nước, cần xem xét ảnh hưởng của kênh xả nhà máy thủy điện Để đảm bảo tính chính xác trong mô hình, chiều dài vùng đệm được xác định tương ứng với thực tế, với giá trị L HL khoảng 1100m.

Như vậy tổng chiều dài trên mô hình tương ứng với chiều dài đoạn sông có công trình là ΣL ≈ 2000 m

(ii) Chiều cao cần mô hình hoá:

+ Phần thượng lưu: Mực nước thực tế lớn nhất là MNGC = 78.10m, cao trình đỉnh đập ∇81.0m, cao trình đáy lòng sông điểm thấp nhất khoảng

∇33.0m, nên suy ra chiều cao cần xét là: ∇81.0 - 33.0 H.0m, cộng thêm chiều cao an toàn và độ sâu lớp đệm để lên cọc địa hình nên lấy H TL = 100m

Mực nước lũ kiểm tra tại hạ lưu là MNGC = 63.91m, trong khi cao trình đáy sông khoảng ∇33.0m, dẫn đến độ cao cần thiết là HHL ≈ 31m Để đảm bảo an toàn, cộng thêm độ cao an toàn và lớp đệm lên cọc địa hình, HHL được chọn là khoảng 80m.

(iii) Chiều rộng cần mô hình hoá:

Xét yếu tố không gian chọn chiều rộng cần mô hình hoá có cao độ lớn hơn mực nước hạ lưu lớn nhất khoảng B ≈ 1400m

Như vậy phạm vi công trình nghiên cứu trong mô hình là:

+ Chiều dài tổng cộng ΣL = 2000m + Chiều rộng (theo chiều dài đỉnh đập) B = 1400m + Chiều cao: HTL = 100m, HHL = 80m

Hình 3-1: Mô hình tổng thể thủy lực tràn xả lũ Hạ Sê San 2 b Mô hình t ổ ng th ể nghiên c ứ u thu ỷ l ự c s ơ đồ d ẫ n dòng x ả l ũ thi công:

Từ tỷ lệ mô hình λL = 100 suy ra các đại lượng khác nêu ở bảng 3.1

Bảng 3-1: Bảng quan hệ tỷ lệ của các mô hình

TT Tên tỷ lệ Biểu thức Với λl = 100

Trong phần công trình, đập tràn và cống dẫn dòng được xây dựng bằng bê tông cốt thép với độ nhám từ 0.016 đến 0.018 Để phù hợp với tỷ lệ mô hình đã chọn, vật liệu làm mô hình cần đạt độ nhám là 0.0075.

0 ÷ ≈ (với mô hình tổng thể)

Do đó cho phép chọn kính hữu cơ có toạ độ nhám là: n kính ≈ 0.008 ÷ 0.0090 làm vật liệu để gia công chế tạo mô hình là đảm bảo

Địa hình lòng sông thường được hình thành từ lớp phủ cuội, cát và sỏi, với độ nhám thực tế dao động trong khoảng n n ≈ 0.023 đến 0.025 Do đó, vật liệu sử dụng để chế tạo địa hình lòng sông ở thượng và hạ lưu công trình cần đạt độ nhám tối thiểu là n m 15 2.

Do vậy trong mô hình cho phép sử dụng vữa xi măng cát trát và xoa nhẵn

3.2.3 Bố trí thiết bị đo Để thu thập các thông số thuỷ lực theo yêu cầu nội dung thí nghiệm trên các mô hình đã bố trí thiết bị như sau:

- Đo lưu lượng: Dùng đập lường thành mỏng, lỗ chữ nhật, xác định theo công thức Rebock:

Trong đó: b- Chiều rộng của đỉnh đập lường (m)

H* - Cột nước tác dụng trên đỉnh đập lường (m)

Đo lưu tốc sử dụng đầu đo điện tử PEMS, E 40 được sản xuất tại Hà Lan, với dải đo từ 0,05 m/s đến 5,0 m/s và độ sai số chỉ 1% Thiết bị này được kết nối với máy tính để nhận tín hiệu và có chương trình tự động xử lý dữ liệu.

Mạch động lưu tốc được đo bằng đầu điện tử, với tín hiệu được máy vi tính nhận và xử lý thông qua bộ phận khuyếch đại cùng chương trình cài sẵn.

Đo áp suất trung bình được thực hiện bằng ống đo áp, trong đó áp suất thực tế được tính toán từ giá trị cột áp đo được qua công thức: P TT = P m λp.

Mạch động áp suất được đo bằng đầu đo áp suất điện tử sản xuất tại Hà Lan và Cộng hòa Liên Bang Đức Dữ liệu thu thập được sẽ được đưa vào máy tính để ghi lại và vẽ biểu đồ mạch động áp suất.

- Đo mực nước và sóng:

Mực nước hồ ở phía thượng lưu công trình và mực nước hạ lưu được đo bằng thiết bị kìm cố định do Trung Quốc và Nga sản xuất, với độ chính xác lên đến 0,1mm Để đo đường mặt nước dọc công trình và dao động sóng, máy thủy chuẩn Ni04 và mia có khắc số được sử dụng, cho phép xác định với độ chính xác 0,5mm.

Để đảm bảo độ ổn định của phép đo, thời gian ghi số liệu của thiết bị điện tử tại mỗi điểm đo được quy định từ 30 đến 60 giây, với tần suất nhận tín hiệu là 10 tín hiệu mỗi giây.

Như vậy chuỗi số liệu của mỗi lần đo là 300 ÷ 600 lần

+ Mạch động lưu tốc (σv) được tính theo biểu thức: σv u n

+ Mạch động áp suất (σp) được tính theo: σp p n

Trong bài viết này, chúng ta đề cập đến các khái niệm về lưu tốc tức thời (u') và lưu tốc trung bình theo thời gian (u) được đo bằng mét trên giây (m/s), cùng với áp suất tức thời (p') và áp suất trung bình theo thời gian (p) được tính bằng milimet nước (mH2O) Ngoài ra, n biểu thị số lần tín hiệu đo đạc được thực hiện.

Các thiết bị đo đạc trên đã được kiểm định sai số không vượt quá 1%

+ Khi chế tạo và xây dựng mô hình thì dung thước thép với vạch khắc 0,5mm do TQ chế tạo và dùng thước kẹp để kiểm tra

Để đo đạc địa hình, chúng tôi sử dụng thước thép có độ dài từ 10m đến 20m do Trung Quốc sản xuất, kết hợp với máy Ni04 để xác định cao độ chính xác.

3.2.4 Bố trí mặt cắt đo đạc trên

Để theo dõi mực nước trong công trình, ngoài việc sử dụng kim đo cố định cho mực nước thượng lưu và hạ lưu, còn thực hiện đo mực nước hồ tại vị trí 10Ho Bên cạnh đó, tại hạ lưu, việc đo đạc được bố trí ở giữa kênh xả, đồng thời các mặt cắt đo đạc đường mặt nước ngang công trình và đo vận tốc dòng chảy cũng được thực hiện.

Hình 3.2: Mặt bằng tổng thể bố trí vị trí mặt cắt đo

THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH

Phương án thiết kế đã được thử nghiệm với bể tiêu năng dài 80.0m và bề rộng đáy kênh xả nhà máy thủy điện Bđ!3m Sau khi hoàn thiện mô hình và lắp đặt, cơ quan tư vấn đã kiểm tra và xác nhận đạt yêu cầu Tiếp theo, cơ quan thí nghiệm đã mở nước thử nghiệm và tiến hành thí nghiệm chính thức.

Thí nghiệm thiết kế xả độc lập qua tràn xả lũ được thực hiện với 5 cấp lưu lượng khác nhau Trong đó, hai cấp lưu lượng lũ kiểm tra và lũ thiết kế tương ứng với Q(0.02%) và Q(0.1%) được thử nghiệm cho chảy tự do qua tràn Các cấp lưu lượng còn lại được điều chỉnh theo chế độ khống chế độ mở cửa van, với mức mở cửa van tương ứng với mực nước hồ ở cao trình ∇75.0m.

Bảng 3.2: Các cấp lưu lượng thí nghiệm

3.3.1.2 Thí nghiệm đường mặt nước: Để xác định đường mặt nước, đã bố trí đo dọc công trình Kết quả đo vẽ đường mặt nước ứng với 05 cấp lưu lượng xả lũ ghi trong các bảng 3-3 đến bảng 3-7 (Bảng phụ lục kèm theo)

Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong hai trường hợp chảy tự do và chảy dưới cửa van, mặt nước ở thượng lưu tương đối phẳng lặng, với dòng chủ lưu đi vào giữa tràn.

Dòng chảy tại cửa vào tràn giảm dần theo hình dạng nước đổ, trong khi đầu các trụ pin xuất hiện hiện tượng nước dềnh lên cao Ở giữa tim khoang tràn, mặt nước vồng cao lên, trong khi đường mặt nước lõm xuống gần các trụ pin Tại các đầu trụ pin đều có hiện tượng co hẹp, trong đó hai trụ pin bên có co hẹp lớn hơn Dòng chảy trên các khoang tràn nhìn chung diễn ra một cách trơn thuận.

Hình 3-3: Mô hình tổng thể tràn khi chưa có tường biên bên phải

Hình 3-4: Mô hình tổng thể thủy lực tràn khi chưa có tường biên xuất hiện dòng vật phía bên phải tràn

Khi xả lũ qua cửa van, mặt nước hồ giữ được sự phẳng lặng, tuy nhiên, ở phía trước cửa van, xuất hiện phễu xoáy ở hai bên khe phai trụ pin Lưu lượng xả lũ dao động từ Q=9.340 đến 16.284 m³/s, trong đó phễu xoáy ở hai trụ pin bên có kích thước lớn hơn và hoạt động liên tục.

Khi dòng chảy đổ xuống bể tiêu năng, nước nhảy hoàn chỉnh được hình thành trong cả hai trường hợp vận hành Sóng trong bể có kích thước lớn, tương ứng với các cấp lưu lượng xả khác nhau Ở mọi cấp lưu lượng thí nghiệm, mực nước luôn thấp hơn cao trình ổ trục cửa van.

Mực nước ở hạ lưu đo được là 67,23m, và không đều đặn trên các mặt cắt Sóng dao động tại hạ lưu vẫn còn tương đối mạnh, điều này được thể hiện qua số liệu trong bảng 3-3 đến bảng 3-7.

3.3.1.3 Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dòng chảy:

Với hai chế độ xả qua tràn là chảy tự do và chảy dưới cửa van ứng với

Mô hình nghiên cứu bao gồm 05 cấp lưu lượng từ Q=5.000 đến 28.470m³/s, với việc bố trí đo lưu tốc dòng chảy theo sơ đồ đo đường mặt nước Kết quả đo lưu tốc được ghi nhận chi tiết trong các bảng từ bảng 3-8 đến bảng 3-12.

Qua thí nghiệm cho thấy vận tốc đáy một số vị trí chủ yếu như sau : a Đầu bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 15,15 ÷ 16,50 a Trong bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 9,34 ÷ 9,58 c Cuối bể tiêu năng ::

Như vậy lưu tốc đáy tại bể tiêu năng lớn nhất đạt 19,09m/s

3.3.1.4 Xác định mạch động dòng chảy:

Kết quả xác định mạch động vận tốc dòng chảy cho các trưởng hợp xả lũ thệ hiện qua các bảng 3.13 đến bảng 3.17

Kết quả đo mạch động lưu tốc cho thấy mạch động đáy lớn nhất ở một số vị trí:

- Đầu bể tiêu năng khoảng 1,298 m/s

- Trong bể tiêu năng khoảng 0,99 m/s

- Cuối bể tiêu năng khoảng 0,39 m/s

3.3.1.5 Thí nghiệm tiêu năng: Ứng với 05 cấp lưu lượng thí nghiệm cho 2 trường hợp xả lũ qua tràn, sau khi dòng chảy qua tràn đổ xuống bể tiêu năng trong cả 2 trường hợp đều hình thành nước nhảy hoàn chỉnh Với hình thức tiêu năng đáy qua nước nhảy hoàn chỉnh trong bể, để xác định hiệu quả tiêu năng ta thiết lập phương trình năng lượng cho 2 mặt cắt; mặt cắt ở thượng lưu đập tràn 1-1 và mặt cắt 2-2 đầu lòng sông sau bể tiêu năng tại mặt cắt đo XII ta có:

Chọn mặt chuẩn so sánh O-O tại cao trình đáy bể tiêu năng ∇41,5m + Tại mặt cắt 1-1 Z 1 ’ = Z 1 – 41,50

Z1’, Z2’ : là thế năng ở mặt cắt 1-1 và 2-2

1 : là động năng tại mặt cắt 1-1 và 2-2

Kết quả đo đạc tính toán ứng với các chế độ thí nghiệm chủ yếu đạt được hiệu quả như trong bảng 3-18

Bảng 3-18: Xác định hiệu quả tiêu năng

Dữ liệu cho thấy, khi xả lũ với lưu lượng thiết kế và kiểm tra trường hợp xả tự do, năng lượng tiêu hao qua công trình và bể tiêu năng chỉ đạt khoảng 35,15% đến 36,01%, với năng lượng dư lớn gây ra sóng mạnh ở hạ lưu Trong khi đó, khi xả lũ dưới chế độ chảy cửa van, năng lượng tiêu hao tăng lên từ 43,54% đến 62,97% Điều này cho thấy năng lượng dòng chảy qua bể tiêu năng vẫn chưa được tiêu hao hiệu quả Mô hình tổng thể cho thấy năng lượng dư lớn hơn do ảnh hưởng của dòng vật đổ vào hai bên bể tiêu năng, gây ra nhiễu động mạnh và làm giảm hiệu quả tiêu năng.

3.3.1.6 Thí nghiệm nghiên cứu nối tiếp

Dữ liệu đo đạc cho thấy mực nước ở đuôi đập tràn và đầu bể tiêu năng thấp hơn mực nước hạ lưu, do đó nước nhảy trong bể không thuộc dạng nước nhảy ngập Tất cả các chế độ xả đều tạo ra nước nhảy hoàn chỉnh trong bể tiêu năng.

Các yếu tố của nước nhảy tương ứng với 05 cấp lưu lượng xả lũ đã được xác định qua mô hình tổng thể tràn, với độ sâu liên hiệp h c ’ và h c ” cùng chiều dài nước nhảy được ghi trong bảng 3-19 Dữ liệu cho thấy sự tương quan rõ ràng giữa các yếu tố này.

- Chiều dài nước nhảy lớn nhất ứng với Q 284m 3 /s, với Ln = 67,00m

- Chiều dài nước nhảy ngắn nhất ứng với Q =5.000m 3 /s, với Ln = 42,08m

Bảng 3-19: Xác định các thông số tiêu năng

Lưu lượng xả Q Zhồ Zhl hc' hc" Chiều dài nước nhảy Ln

Chiều dài nước nhảy lớn nhất đo được là L n = 67,0m, tương ứng với lưu lượng xả lũ Q = 284m³/s, và nhỏ hơn chiều dài bể thiết kế L TK = 0m Điều này cho thấy nước nhảy hoàn toàn nằm trong bể tiêu năng.

3.3.2 Kết quả thí nghiệm phương án sửa đổi

Phương án sửa đổi mô hình tổng thể được thực hiện sau khi tiến hành thí nghiệm thiết kế, nhằm đánh giá và xem xét các hiện tượng bất lợi về thủy lực, từ đó tiến hành điều chỉnh các hạng mục cần thiết.

+ Chiều dài bể tiêu năng được rút ngắn từ Lm xuống còn Lu.0m, bề rộng đáy kênh thủy điện mở rộng B đ %0.0m

Đánh giá kết quả nghiên cứu

Luận văn tổng hợp kiến thức về tính toán thủy lực cho các công trình nối tiếp tiêu năng bằng dòng đáy, tập trung vào phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy ở hạ lưu công trình Bên cạnh đó, bài viết cũng tổng hợp các phương pháp tính toán hiện đang được sử dụng trong giảng dạy và sản xuất.

Luận văn cũng thu thập được một số công trình có nối tiếp tiêu năng dòng đáy ở trong nước và nước ngoài để rút ra bài học kinh nghiệm

Tính toán lý thuyết kết hợp với thí nghiệm mô hình nhằm đề xuất phương án tối ưu cho kết cấu nối tiếp và tiêu năng đáy của tràn xả lũ Hạ.

Mô hình thí nghiệm Sê San 2 đã khảo sát hai phương án thiết kế bể tiêu năng: một bể dài 80.0m và một bể sửa đổi dài 75.0m, nhằm đánh giá hiệu quả trong trường hợp xả lũ độc lập qua tràn vận hành Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt về khả năng tiêu năng giữa hai phương án này.

Dòng chảy qua tràn khi xả cho chảy tự do nối tiếp theo dạng tiêu năng đáy, tạo ra nước nhảy hoàn chỉnh với năng lượng tiêu hao đạt từ 35,15% đến 62,97% tổng năng lượng dòng chảy Chiều dài nước nhảy lớn nhất Lnước nhảyf.0m tương ứng với lưu lượng Q.284m3/s Khi chiều dài bể Lbể = 75.0m, nước nhảy vẫn nằm hoàn toàn trong bể tiêu năng theo phương án sửa đổi.

Khả năng tháo, áp suất dòng chảy và diễn biến thủy lực ở thượng lưu cùng với thân tràn hầu như không thay đổi do thượng lưu và công trình đầu mối không có sự thay đổi Vận tốc và mực nước trong bể tiêu năng có sự thay đổi nhưng không đáng kể, với vận tốc dao động từ 0.05 đến 0.30 m/s và mực nước từ 0.02 đến 0.20 m Chiều dài nước nhảy trong phương án sửa đổi ngắn hơn phương án thiết kế khoảng 1.0 m, cụ thể là PATK Lg.0m và PASĐ Lf.0m.

Giá trị lưu tốc đáy xác định với cấp lưu lượng tiêu năng Qp=1% là cơ sở để tính toán kết cấu bể tiêu năng, cho thấy vận tốc giữa bể dài 45,0m đạt khoảng 11.09m/s, do đó cần gia cố bê tông cho đoạn đầu bể Trong khi đó, đoạn sau bể, với nền đá Enđêzit và chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m, cho phép vận tốc Vcp = 25 m/s, nên không cần gia cố bê tông.

Theo phương án thí nghiệm sửa đổi, đoạn sau bể tiêu năng đầu lòng sông hạ lưu sẽ gặp hiện tượng xói cục bộ trong quá trình vận hành tràn xả lũ khi có lưu lượng Q đạt hoặc vượt Q10%.

Tồn tại và hạn chế

Do hạn chế về thời gian, nghiên cứu trong luận văn này không xem xét các yếu tố ảnh hưởng khác như hiện tượng sóng, hàm khí, mạch động, khí thực và các yếu tố thủy lực khác ở thượng lưu công trình.

Trong khuôn khổ luận văn mới chỉ nghiên cứu đoạn công trình nối tiếp bằng dòng chảy đáy ở một công trình cụ thể

Giải quyết vấn đề nối tiếp và tiêu năng cho công trình xả lũ là một thách thức phức tạp, đòi hỏi nghiên cứu kỹ lưỡng về xử lý dòng xiết, kết cấu tiêu năng và phòng chống xói lở hạ lưu Yêu cầu về địa chất sẽ khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm công trình và điều kiện địa hình, địa chất Do đó, việc phòng chống xói lở trở nên phức tạp hơn và cần phải lựa chọn giải pháp công trình hợp lý.

Trong bối cảnh hiện nay, ngành xây dựng thủy lợi tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình thủy lợi và thủy điện lớn được triển khai Những công trình này thường có chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đáng kể, tỷ lệ lưu lượng lớn và dòng chảy mạnh Do đó, việc đảm bảo an toàn cho các công trình và khu vực hạ lưu trở nên cực kỳ quan trọng Vì vậy, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu tình hình thủy lực ở hạ lưu đối với các loại công trình này.

4 Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp

1 Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài mới nghiên cứu được phần xả độc lập qua tràn (xả tự do), cần tiếp tục nghiên cứu xả có cửa van điều tiết qua đập tràn sẽ làm sáng tỏ thêm các vấn đề mà xả độc lập qua tràn chưa thể hiện rõ được

2 Trong điều kiện cho phép có thể tiến hành nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề tồn tại trong quá trình nghiên cứu ở trên như: các vấn đề về mạch động, hàm khí, khí thực…từ công thức thực nghiện đã tìm được, kiểm nghiệm lại qua số liệu thí nghiệm của công trình khác có điều kiện tương tự để đánh giá độ tin cậy của các công thưc

3 Nghiên cứu đầy đủ hơn các trường hợp mà công trình phải làm việc tương ứng với các loại đất nền khác nhau qua đó tìm được giải pháp công trình phù hợp nhất

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Nguyễn Chiến (1997), Tính toán thủy lực các kết cấu để diều khiển dòng xiết trong công trình xả nước, Trường Đại học Thủy lợi

2 Nguyễn Chiến (2003), Tính toán khí thực các công trình thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội

3 Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng điện 1 (PECC1), Báo cáo chính về công trình thuỷ điện Hạ Sê San 2

4 Lưu Công Đào, Nguyễn Tài, Sổ tay tính toán thủy lưc, dịch từ tiếng

Nga, NXB Nông Nghiệp, năm 1984

5 Nguyễn Văn Mạo (2001), Tính toán thủy lực công trình tháo nước

(Bài giảng cao học và NCS), Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

6 Phạm Ngọc Quý (1996), Thực nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi (Bài giảng cao học), Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

7 Phạm Ngọc Quý (2003), Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo

8 Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm mô hình thuỷ lực công trình, Nxb Xây dựng, Hà Nội

9 Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te (2007), Đập tràn thực dụng, Nxb Xây dựng, Hà Nội

10 Trường Đại học Thủy lợi (2006), Giáo trình thủy lực tập I, II, NXB Nông nghiệp, Hà Nội

11 Trường Đại học Thủy lợi (2005), Các bảng tính thủy lực, NXB Xây dựng, Hà Nội

12 Trường Đại học Thủy lợi (2004), Thi công các công trình thủy lợi tập 1,2, NXB Xây dựng, Hà Nội

13 Viện Khoa học Thủy Lợi, Báo cáo kết quả thí nghiệm thủy lợi đập tràn xả lũ Hạ Sê San 2, Hà Nội

14 Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators, Colorado

15 The US Army corps of Engineers (1990), Hydraulic Design of Spillways

16 Ven te Chow, Ph.D, Open-channel Hydraulics, New York, London

PHỤ LỤC TỪ 3-3 ĐẾN PHỤ LỤC 3-23

Hình a: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q(.470m 3 /s

Hình b: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q.284m 3 /

Hình c: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q=9.340m 3 /s

Hình d: Chế độ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q=5.000m 3 /s §iÓm 1 §iÓm 2 §iÓm 3 §iÓm 4 §iÓm 5 §iÓm 6 §iÓm 7 §iÓm 8 §iÓm 9 §iÓm 10 §iÓm 11 §iÓm 12 §iÓm 13 §iÓm 14 §iÓm 15

1 76.81 76.80 76.79 76.79 76.82 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

3 76.83 76.80 76.77 76.55 76.30 76.45 76.79 76.80 76.81 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 76.84 76.82 75.60 75.70 75.50 75.65 75.85 75.56 76.80 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

6 64.82 65.79 66.00 65.80 65.65 65.75 65.30 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng 11,35m.

8 65.17 64.81 55.23 56.54 54.77 55.30 64.74 Cuối tràn, đầu bể tiêu năng Cách tim đập dâng 31,85m.

11 64.08 64.13 64.41 64.14 64.26 63.85 64.20 63.94 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

12 64.54 64.38 64.11 64.32 64.44 64.50 63.87 64.18 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm được đánh số từ 1 đến 15 bao gồm: Điểm 1, Điểm 2, Điểm 3, Điểm 4, Điểm 5, Điểm 6, Điểm 7, Điểm 8, Điểm 9, Điểm 10, Điểm 11, Điểm 12, Điểm 13, Điểm 14, và Điểm 15.

3 74.58 74.55 74.38 74.24 74.21 74.15 74.16 74.22 74.19 74.16 74.17 74.21 74.26 74.24 74.62 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 75.00 74.82 73.28 73.49 73.41 73.49 73.49 73.49 73.49 73.42 73.48 73.40 73.23 72.80 74.58 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

6 63.68 63.57 64.12 63.95 63.98 64.00 63.79 63.85 63.91 63.76 63.12 62.94 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng 11,35m.

Ghi chú về thủy trực cho biết rằng thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi thủy trực 15 ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm đánh dấu từ 1 đến 15 được liệt kê để xác định vị trí và hướng dòng chảy.

1 75.04 75.05 75.03 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

3 75.01 75.00 74.71 74.64 74.70 74.80 74.85 74.92 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 74.89 74.92 74.08 74.22 74.25 74.84 74.78 74.85 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Ghi chú: Thủy trực 1 bên phía bờ phải; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Ghi chó §iÓm 1 §iÓm 2 §iÓm 3 §iÓm 4 §iÓm 5 §iÓm 6 §iÓm 7 §iÓm 8 §iÓm 9 §iÓm 10 §iÓm 11 §iÓm 12 §iÓm 13 §iÓm 14 §iÓm 15

4 75.06 75.00 74.99 75.02 75.00 75.05 75.07 75.09 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

11 55.51 53.85 56.46 56.16 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

12 55.92 56.03 56.11 56.25 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu. ph ầ n th ượ ng l ư u và công trình V(m/s)

1 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

6 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng

Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu.

Ghi chú: Thủy trực 1 bên phía bờ ph?i; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

15 Hạ lưu Cách tim đập dâng 570,00m

Hạ lưu Cách tim đập dâng 420,00m

Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m. ph ầ n th ượ ng l ư u và công trình V(m/s)

11 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Mặt cắt §iÓm ®o phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

2 Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu. Đỉnh tràn

Ghi chú : Thủy trực 1 bên phía bờ phải; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Ghi chó phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm bên bờ phải, trong khi Thủy trực 15 ở phía bờ trái theo hướng dòng chảy.

1 76.81 76.80 76.79 76.79 76.82 Lòng hồ Cách tim đập dâng

3 76.83 76.80 76.77 76.55 76.30 76.45 76.79 76.80 76.81 Lòng hồ Cách tim đập dâng

12 64.54 64.38 64.11 64.32 64.44 64.50 63.87 64.18 Hạ lưu Cách tim đập dâng

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm ở phía bờ trái theo chiều dòng chảy Các điểm đánh dấu từ 1 đến 15 được ghi chú rõ ràng để tiện theo dõi.

3 74.58 74.55 74.38 74.24 74.21 74.15 74.16 74.22 74.19 74.16 74.17 74.21 74.26 74.24 74.62 Lòng hồ Cách tim đập dâng

4 75.00 74.82 73.28 73.49 73.41 73.49 73.49 73.49 73.49 73.42 73.48 73.40 73.23 72.80 74.58 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim ®Ëp d©ng 7,20m.

1 75.04 75.05 75.03 Lòng hồ Cách tim đập dâng

3 75.01 75.00 74.71 74.64 74.70 74.80 74.85 74.92 Lòng hồ Cách tim đập dâng

12 55.92 56.03 56.11 56.25 Hạ lưu Cách tim đập dâng

Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu. phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu.

Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 111,85m

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng

7,20m. phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Mặt cắt §iÓm ®o phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

2 Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu. Đỉnh tràn

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Độ Thủy Lực Chọn Bể Tiêu Năng Cho Tràn Xả Lũ Hạ Sê San 2
Tác giả	Hoàng Quốc Đạt
Người hướng dẫn	PGS. TS Trần Quốc Thưởng
Trường học	Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Công trình thuỷ lợi
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	119
Dung lượng	1,43 MB