Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Xác định các thông số thủy lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ hồ thủy điện Buôn Tua Srah

LOI CAM ONLuan van thac si ky thuat chuyén nganh xay dung cong trinh thuy voi đề tài: “Xác định các thông số thuỷ lực để lựa chọn kết cau mũi phun tràn xả lũ hồ thuỷ điện Buôn Tua Srah”

LOI CAM ON

Luan van thac si ky thuat chuyén nganh xay dung cong trinh thuy voi

đề tài: “Xác định các thông số thuỷ lực để lựa chọn kết cau mũi phun tràn

xả lũ hồ thuỷ điện Buôn Tua Srah” được hoàn thành với sự cố gắng của tác

giả cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của Phòng đào tạo Đại học & sau đại học,

khoa Công trình, các thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi, ban lãnh đạo Công ty Cổ phan Tư van Xây dựng điện 4 đã tạo điều kiện và giúp đỡ về moi

mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vi va cá nhân nói trên.

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn

PGS.TS Lê Văn Nghị (Trung tâm Nghiên cứu thuỷ lực - Phòng thí nghiệm

trọng điểm Quốc gia về Động lực học sông biển - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam) đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tác giả trong suốt

quá trình thực hiện luận văn.

Tác giả xin cảm ơn nhóm lập dự án và thiết kế Thủy điện Buôn Tua Srah đã tạo điều kiện giúp đỡ và đóng góp các ý kiến quý báu cho luận văn.

Sau cùng tác giả xin cảm ơn những người thân, gia đình, bạn bè va

đồng nghiệp đã động viên, khích lệ cá nhân tôi trong quá trình làm luận văn.

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện có hạn nên không thé tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được su đóng góp ý kiến của các thay cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn.

Hà nội, ngày 05 tháng 12 năm 2011.

Nguyễn Tiến Phong

LỜI CẢM ƠN.

MO ĐẦU.

1 Tịnh cắp thấtcủađềtài 1

2 Mue tiéw cia dé 4

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiền cứu, 4

4 — Ret qua dự Miễn đụ được 4

5 Béewe luận vt 5

Chương 1: TONG QUAN TÍNH TOÁN THỦY LỰC DAP TRAN XA LO MAT

CAT THY DỤNG 6

Li CAC YEUTO THUY LUC CHINH DAP TRAN XA LU 6

12 KHẢ NANG XA CUA DAP TRAN MAT CAT THỰC DỤNG [5] 6

13, BUONG MATNUGCTREN DAP TRAN 8 13.1 Tinh độ sâu đầu đắc nước.

13.2, Đường mặt nước trên đắc nước

13.3 Tỉnh đường mãi nước trên mii pln „

Lá CÁCTHÔNGSÓTHỦY LỰC VE MOI PHUN, ụ

1.43 Vân tắc đăng chiy tại mũi phun.

3 Bún kinh cong ngược của đoạn cong ngược

2.33 Ket qua nh toám 25

2.34 So ánh két qua tinh toán khả năng xã 2

24, XÁC ĐINHĐƯỜNG MAT NƯỚC TREN DAP TRAN, x0

L Xúc định độ sâu dong đều, độ sâu phân giới trên đắc nước.

1 Xác định độ sâu mre mước tại đầu đốc mước (diém 4).

“Đường mặt nước trên đốc nước a 2.44 Xác định độ si và vận the đồng chiy mặt cất CC 36 24.5 Xác định độ sâu và vận tốc dong chảy tại mũi phun 37

25 KETLUAN 9 KET LUAN CHUONG 2:

Chương: SO SANH KET QUA

‘THY NGHIỆM MÔ HÌNH.

L.- Mục dich yêu cầu nghiên cứu thí nghiệm mô hình thấy lực

“Nôi dung thí nghiệm mồ hình tng thé tràn xã lũ “

313 M hình bón: “

3.1.5 Kiểm tra điều hiện tương tự mô hình:

“hết bị sử dung.

32 KHANANGTHAOCUA DAP TRAN 46

33 CHEDOTHUY LUC CUA VAODAP TRAN, 41

33.1 Nhận xét chung: 4

3.3.2 Phân bổ vận th

34 CHÉĐỘTHỦYLỰCDÒNGCHẢYTI DAP TRÀN 41

35 KIẾMTRA DIEU KIỆN XÂM THUC TREN TRAN 48

36, SO SANH KET QUA TÍNH TOÁN LÝ THUYET VỚI KET QUA THÍ

'NGHIỆM MO HÌNH 49

37 CHE DO THUY LUCNOITIEP SAU DAP TRAN st

38 NHANXETPHUONG

Chương 4: KET LUẬN:

4.1 NHONG KET QUA DAT DƯỢC CUA LUẬN VAN st

43, HƯỚNG PHÁTTRIÊN TIẾP CUA LUẬN VĂN 5s

“TÀI LIEU THAM KHẢO.

PHY LỤC

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 3

MỤC LUC HÌNH VE

Tình I-I : Hình dang các trụ bên và giả trị &, 8

Hình 1-2 ; Hình dang các trụ giữa và giá tr &p, 8 Hình 1-3 : So đồ tinh toán đường mặt nước trên mũi phun " Hình 2-1 : Mặt cắt ngang đập trin Buôn Tua Sra 24

"Hình 2-2: So đồ khối tính toán khả năng xa của đập trần mặt cắt thực dụng 26

Hình 2-3: Giao điện chính của chương trình, 26 tình 2-4 : Kha năng xã của đập trần Buôn Tua Srah 2

Hình 2-5 : Đường quan hệ giữa hệ số hiệu chỉnh ụ với lưu lượng đơn vị 4 29

Hình 3-1 : Quan hệ QZ¿¿ trần Buôn Tua Srah - trường hợp chảy tự do 46

"Hình 3-4 : Quan hệ q (m°/s.m)~Lạ, (m) thiết lập từ mô hình thủy lực đập trn 52

MỤC LC BANG BIEU

Bang 2-1: Thông số chính công trinh thủy điện Buôn Tua Srah 20

Bảng 2-2: Quy mô các hang mục công tinh 21 Bang 2-3: Tọa độ mặt cắt dap tran 24

‘Bang 2-4: Kết qua tinh toán khả năng xả Thủy điện Buôn Tua Srah 2

Băng 2-5: Tinh khả năng xã theo chương trình và theo thí nghiệm mô hình 28

"Bảng 2-6: Độ sâu dòng đều, độ sâu phân giới trên dốc nước 30Bang 2-7: Cột nước đầu doc nước đập tràn - tinh theo phương trình Beenuli 30Bảng 2-8: Cột nước đầu đốc nước đập trin- ính theo 14 TEN 81-90 31

Bảng 2-9: Cột nước đầu đốc nước đập tràn- tính theo công thức thực nghiệm 31

Bảng 2-10: Đường mặt nước trên dốc nước, Qu =430§mŸ⁄4, (hạ=6 75m: tính theo

"Bảng 2-13: Đường mặt nước trên dốc nước, Qu 3577mŸs (hạ75.T4m:- tính theophương trình Becnuli) 33Bảng 2-14: Đường mặt nước trên đốc nước, Qui = 3577mÌ/s, (hạ=6.63m - tính theo.

‘Bang 2-19: Cột nước tại mat cắt C-C trên đập tràn 37

Bang 2-20: Cột nước tại mặt cắt CC trên đập tràn 37Bang 2-21: Cột nước tai mat cắt C-C trên đập trần 3

Bảng 2-22: Cột nước, vận tốc tai mũi phun trên đập tràn 38

"Bảng 2-23: Cột nước, vận tốc tại mỗi phun rên đập tràn 38

‘Bang 2-24: Cột nước, vận tốc tại mũi phun trên đập tran 38 Bing 2-25: So sinh cột nước trên đập trần theo hai cách tính toán 39

‘Bang 3-1: Kết quả thí nghiệm khả nang thio theo các mye nước hỗ, 46

Bang 3-2: Kết quả thí nghiệm vận tốc trung bình, mye nước trên tràn 48

Bảng 3-3: Kiểm tra điều kiện xâm thực mặt đập trân 49

Bảng 3-4: So sánh cột nước tính toán lý thuyết va kết quả thí nghiệm mô hình ⁄0

"Bảng 3-5: Hình thức ni tiếp sau trăn Buôn Tua Smnh- mô hình thủy lực si

Bảng 3-6: Tinh chiều di mãi phun theo B.A Eleva Toroki 51

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiếtcủa đề tài

Công trình xả lã là một bộ phận quan trọng không thể thiểu được trong

đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện của hỗ chứa nước Nó có nhiệm vụ xả lưu lượngthừa trong mùa lũ, xả cạn hồ chứa đến cao trình ngưỡng tràn khi cần thiết hay

để kết hợp xả bùn cát nhằm nâng cao tuổi thọ của hỗ chứa, xả nước khi thicông Các nhiệm vụ đó có thể do một hay nhiều loại công trình xả cùng thực

hiện, nhưng nói chung công trình xả nước luôn là thành phần quan trọng đảmbảo an toàn cho toàn bộ công trình đầu mối cũng như đổi với hạ du

Tay theo điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của từng công trình cụthể để thiết kế dang công trình tháo li khác nhau trong tổng thể bé trí công trình, bao gồm cả tran xả mặt (Sẽ San 3, Sẽ San 3A, Sẽ San 4, Plêikrông, A

— Tiêu năng đáy: Đặc điểm tiêu năng bằng dòng đáy là lợi dụng sức cản

nội bộ của nước nhảy, Có thé áp dụng kiểu bẻ, hay tường và hợp Biện pháp tiêu năng đáy thường được áp dụng cho các công trình vừa

va nhỏ, mực nước hạ lưu tương đối lớn, địa chất nền công trình thường,

là đá yếu (Trị An, A Lưới, ) Loại hình này đảm bảo tiêu tán hết năng

lượng dư nhưng đòi hỏi khôi lượng xây lắp khá lớn, giá thành cao, đặc

biệt đối với các công trình có quy mô lớn

— Tiêu năng mặt: Dòng chay hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt Nhìn chung, với chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm.

dn làm xói lở ở vùng này Thông thường động năng thừa phân tán trên

một chiều đài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt có thể

áp dụng trong trường hợp nền đá, khi không can gia cố hạ lưu hay giảm.chiều dai gia cố, mực nước ha lưu cao va thay đồi ít

= Tiêu năng bằng dong phun xa: Tiêu năng phóng xa được lợi dụng mũiphun ở chân đập hoặc cuối đốc nước để dòng chảy có lưu tốc lớn phóng,

xa khỏi chân đập Đây là hình thức tiêu năng được dùng khá phổ biển,

đặc biệt trong các công trình xả có cột nước cao Tiêu năng đồng phun

xa được chia làm hai loại cơ bản theo đặc điểm kết cầu mũi phun:

+ Miti phun liên tục: Dong phun là dòng chảy không có sự va đập

với nhau trong quá trình bay trong không khí, dòng đỗ xuống hạ

ưu do tiêu hao năng lượng ít nên gây ra vận tốc và sóng lớn ở hạ

ưu Mặt khác, dòng phun là ding chảy tập trung it trộn khí nên trong trường hợp cột nước cao, tỷ lưu lớn sẽ làm cho chỉ

lớn,

+ Mãi phun không liên tục: La loại mũi phun tạo nên các dòng phun

có chiều dai khác nhau trong quá trình ra khỏi mũi phun, đồng đặc

tập trung được phân tán thinh nhiều dòng rơi xu 1g mặt nước hạ

uu, Năng lượng dòng chảy được tiêu hao nhiễu nên vận tốc và

sóng ở hạ lưu nhỏ, do đó giảm chiều sâu xói và khối lượng gia cổ

ở hạ lưu

“Trong quá trình thiết kế đập trần tiêu năng bằng dòng phun, có nhiều

yếu tố cần thiết phải xác định để lựa chọn được mũi phun nhằm đảm bảo tối

ưu về kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt là xác định vận tốc và cột nước trên đập.

tràn,

Muc dich xác định vận tốc dòng chảy trên mặt tràn: Mỗi loại vật liệu

đều chịu được tác dụng giới hạn nao đó của vận tốc dong chảy, gọi là vận tốccho phép [V,;] Nếu vận tốc dòng chảy trên bề mặt đập tràn lớn hơn vận tốccho phép thì bề mặt sẽ bị phá hoại Như vậy, ứng với từng điều kiện cụ thểngười thiết kế cần phải tính toán được vận tốc trên mặt đập trần sao cho phù.hợp với loại vật liệu được sử dụng để đảm bảo tối ưu về kinh tế và kỹ thuật,

từ đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật phủ hợp.

Mục đích xác định cột nước trên mặt tràn: Một thành phần của đập tràn

lả tường bên, chiều cao của tường bên phụ thuộc vio cột nước trên đập trànứng với từng mặt cắt khác nhau Để vận hành đập tran an toàn cần thiết phảithiết kế chiều cao tường bên phủ hợp với cột nước trên mặt tran

Hiện nay, ở nước ta khi thiết kế đập tràn đều theo Quy phạm tính toán

thủy lực đập tràn QP.TL.C-8-76 Ngoài ra, theo TCXDVN 285-2002: Công trình thủy lợi - Các qui định chủ yếu về thiết kế [5] và 14 TCN 173-2006:Tiêu chuân thí nghiệm mô hình thủy lực các công trình đầu mồi thủy lợi [6]

thì với công trình cấp II trở lên cần thiết phải có thí nghiệm mô hình thủy lực.Két quả giữa tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm mô hình sẽ được hiệu.chỉnh và lựa chọn được các thông số thiết kế theo phương án tối ưu về mặt

kinh tế - kỹ thuật

u cấp thiết nêu trên nên học viên đã lựa chọn dé

Chính vì những yêu

tài: “Xác định các thông số thuỷ lực để lựa chọn kết edu mũi phun tràn xả li

ho Thuỷ điện Buôn Tua Srah

Mục tiêu của đề tài

Lựa chọn phương pháp tính toán thủy lực đập tràn trước đốc nước

Tinh toán thủy lực cho tran xa lũ thủy điện Buôn Tua Srah dé lựa chon mũi phun hợp lý.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiếp cận:

“Tiếp cận tổng hợp: Tiếp cận theo các tính toán lý thuyết và tai liệu thínghiệm mô hình thủy lực đập trần

Tiếp cận ké thừa: Các kinh nghiệm và phương pháp tính toán xác định

độ sâu đồng chảy, vận tốc đồng chảy qua đập trin trong các nghiên cứu

trước đây được tham khảo trong luận văn.

Phương pháp so sánh thực nghiệm: Các kết quả nghiên cứu thí nghiệm

mô hình thủy lực đập tran xã lũ dạng dạng hình thang vit cong được so

sánh, đối chứng với tính toán lý thuyết

KẾt quả dự kiến đạt được

Lựa chọn phương pháp tính toán thủy lực đập tràn trước dốc nước

“Tỉnh toán thủy lực cho trin xả lũ thủy điện Buôn Tua Srah dé lựa chọn

mũi phun hợp lý.

Bố cục luận văn

Luận văn bao gồm: Mở đầu, 4 chương, 24 bảng biểu, 10 hình

hình ảnh và Phụ lục kết quá thí nghiệm Cụ thể như sau:

Mở đầu.

Chương 1: Tổng quan tính toán thủy lực đập tràn xả lũ mặt cắt thực dụng.

Chương 2: Tính toán thủy lực đập tràn thủy điện Buôn Tua Srah.

Chương 3: So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghỉ:

Chương 4: Kết luận.

“Tải liệu tham khảo.

Phụ lục,

Chương l: TONG QUAN TÍNH TOÁN THỦY LỰC

DAP TRAN XA LŨ MAT CAT THỰC DỤNG

11 Các yếu tố thủy lực chính đập tràn xã lũ

Các yếu tố thủy lực trên đập trin đã được nhiều nhà khoa học nghiên

cứu tính toán lý thuyết và thực nghiệm Tuy nhiên các nghiên cứu mới chỉpha hợp với từng dang công trình cụ thể Các yếu tổ thủy lực chủ yếu cần xác

định trên đập tran bao gồm:

= Lưu lượng đơn vị (q- m'/sm)

— Vận tốc (v- m/s), cột nước (m) trên đập tràn

— Bán kính cong đoạn cong ngược.

— _ Các yếu tố thủy lực trên mũi phun

— Chiều sâu hồ với, chiều dài phóng xa

1.2 Khả năng xả của đập tràn mặt cắt thực dụng [7]

Lưu lượng chảy qua đập tràn mặt cắt thực dụng tính theo công thức;

ay,Q=o,xcxmx Bx )2eH,!

+ Hạ: Cột nước có ké đến lưu tốc tới gần ; 1, =H +

+ g: Gia tốc trọng trường (m/s))

4) Hệ số lưu lượng m

‘Theo N.N Pavlovxki thi hệ số m trong trường hợp đập trần chảy tự do

được tính như sau:

¢ số chiy ngập của dip tràn thực dụng phụ thuộc vào tỷ số He với hy

i nước ngập Khi 7 <0 thi đập tràn là không ngập và oy=1.0

©) Hệsổcohẹpbên «

~_ Trưởng hợp “2-<1.0, hệ số co hep bên e được xác định như sau

+ Đối với đập tràn chỉ có một khoang (không có mồ trụ ở giữa)

d3)

z=1-02xá xi

»

“Trong đó : & là hệ số hình dang của các trụ bên

ối với đập tràn có n khoang giống nhau, được ngăn cách bởi những

ố trụ có hình dang như nhau

+ứn ee d4)

~02x

h >

Trong đó : &» là hệ số hình dang của các trụ giữa Các giá trị & và Ep

ta Các gid trị này xem

phụ thuộc vào hình dạng của mồ trụ bên và mồ trụ

Hình 1-2 : Hình dang các trụ giữa va gid tri 6

- Trường hợp Tra 0: Hệ số co hẹp bên e vẫn tinh toán như trong trường hop Mesto, nhưng trong công thức (1-3) và (1-4) phải lấy

H

10 (bat luận giá trị thực là bao nhiêu)

1.3 Đường mặt nước trên đập tràn

1.3.1 Tính độ sâu đầu đốc nước

Độ sâu đầu đốc nước được tính toán theo các cách sau:

1.3.1.1 Tính độ sâu đầu dỗ nước theo phương trình Beem

Viết phương trình Becnuli cho hai mat cất: Mat cắt trước tràn và mặtcất tại đầu đốc nước A-A

= \2ed, 1h, eos8)

(5)

“Trong đó

+ dạ: Chênh cao từ ngưỡng tràn đến điểm đầu dốc nước (điểm A),

+H: Cột nước trên đập tran (m),

9 : Góc hợp giữa phương ngang với đốc nước.

hạ : Cột nước tại điểm đầu đốc (điểm A)

+ vụ : Vận tốc tại điểm đầu dốc nước.

+ q: Lưu lượng đơn vị (m'/s.m).

1.3.1.2 Tính độ sâu đầu dốc nước theo 14 TCN 81- 90

Chiều sâu tại điểm đầu dốc nước (điểm A) được tính như sau:

- 4 (1-6)

oR,

Trong đó:

+ g Hệ số lưu tốc, lấy

+ q: Lưu lượng dom vi

+ Ep: Cột nước năng lượng tổng tinh đền điểm A, Eu= Zs - VA.

+ ha: Cột nước tại điểm đầu dốc nước

Bằng phương pháp tính thử dẫn ta tầm được độ sâu hạ điểm A tương

ứng với các cấp lưu lượng

1.3.1.3 Tính độ sâu đầu dốc nước theo công thức thực nghiệm [11]

Đường nước đồ được tính từ mặt cắt đầu đốc nước Độ sâu dòng chảy &đây luôn nhỏ hơn độ sâu phân giới hy Tử kết quả thí nghiệm mô hình thủy

lực một số đập tràn có độ dốc đốc nước i>0.2, độ sâu điểm A được tính theo

+ Ay: Hệ số can trong đoạn Al,,

+ A,được xe định theo côn thúc Le = sig 25

Hình 1-3 ; Sơ đồ tính toán đườngmặt nước trên mũi phun

Mặt cắt 1-1 là mặt cắt cuối dốc nước, các thông số thủy lực được tính

theo mục trên.

Ở hai mặt cắt còn lại vận tốc va chiều sâu được xác định theo phương

trình lưu lượng không đổi (phương trình liên tục) và phương trình Becnuly, lập theo trình tự sau

+ yy và ys là độ chênh cao của day tại các mặt cắt 1-1 và 3-3 so với

mặt phẳng so sánh đi qua điểm thấp nhất của mũi phóng

+ 1.2 và I;; là khoảng cách giữa các mặt cắt 1-2 và 2-3

+ vạ„ Rios Cụ, là các trị số trung bình của vận tốc, bán kính thuỷ lực va

hệ số Chezy trên đoạn mũi phóng.

+ 2 là thành phan xét đến áp lực ly tâm do dòng chảy cong gây ra

“Trong trường hop H >8:

Trong trường hợp a <8

Với “ là vận tốc tương đối, phụ thuộc vào fe và góc ở tâm Bing

phương pháp thử dẫn ta xác định được độ sâu và vận tốc dng chảy trên mũi

phun trân xả lũ

1⁄4 Các thông số thủy lực về mũi phun

Hình thúc tiêu năng bằng mũi phun là hình thức tiêu năng cơ bản ở cáccông trình xả lũ Điều kiện để sử dụng hình thức tiêu năng này là chiều cao

cột nước ở trước mũi phun phải đủ lớn để tạo ra dòng phóng xa mà không gây

ảnh hưởng xấu đến chân công trình Ngoài ra, dòng chảy ở hạ lưu cũng phải

có một lớp nước đệm đủ lớn dé đảm bảo độ sâu của hồ xói không quá lớn Vìvậy theo kinh nghiệm xây dựng ở nhiều nước trên thế giới thì hình thức này

đã được ứng dụng nhiều đối với các hồ chứa có cột nước cao và trung bình.Tuy nhiên, khi áp dụng hình thức tiêu năng mũi phun do vận tốc ở cuối mũi

phun và chênh lệch cột nước lớn nên thường xảy ra các hiện tượng:

—_ˆ Xói lỡ hạ lưu công trình tháo lũ đặc biệt là gây ra hồ xói làm biến dạng

lòng sông ngay tại vị trí mũi phun.

— Xung kích của dòng phun tạo thành dòng cuộn chảy ngược hoặc sóng

vỗ vào mái đập

Mai phun thường hay xây ra hiện tượng xâm thực.

= Khi xả lũ, dong phun tạo ra sương mù làm ảnh hưởng không nhỏ đến

giao thông và các thiết bị điện, tram phân phối điện ở khu vực công,

trình đầu mối

14.1 Chiều đài đồng phun

Nhân tổ quan trọng và ảnh hưởng bat lợi đến hạ lưu công trình tháo lũ

là chiều dai của dòng phun xa Chiểu đài dòng phun phải đảm bảo để không

lâm ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình khác và đảm bảo an toàn

hoạt động cho hệ thống, đồng thời không gây diễn biến xói lở và mắt én định

cho bản thân công trình Chính vì vay tinh toán lựa chọn các thông số thủy lựccủa mũi phun cần phải thỏa mãn chiều dai dòng phun hợp lý,

Khi vận tốc dong chảy cảng tăng lên thì không khí trộn vio đồng nước

cảng nhiều và khi đó trong vùng cuộn được hình thành dòng rồi mãnh liệt, cácdong này va đập và xáo trộn lẫn nhau, ma sát tương đối với nhau làm tiêu hao

đi một năng lượng đáng kể Đệm nước cảng sâu thì khả năng mở rộng của

— Trong công thức tính toán với các giá trị 0, v, là các giá trị gin đúng.

— Trong công thức chưa đề cập đến bán kính của đoạn cong ngược:

= Trong tính toán chưa đề cập đến khoảng cách từ điểm thấp nhất củađoạn cong tới đinh mũi phun.

— Chưa xét đến mức độ mở rộng, hiện tượng trộn khí, sức cản của không

khí

Dưới đây trình bày một số công thức tính chỉ đài phun xa theo lý

thuyết vật bắn ra vả theo thực nghiệm của một số tác giả:

1.4.1.1 Chiều đài phun xa theo lý thuyết vật bắn ra

14.12 Chiều đài ing phun theo Liên Xô (cũ)

Trong Quy phạm, tinh toán chiều dai phun xa theo công thức:

n cos f+ veos BV" sin" 8+2g( +h (12)

a

Trong đó.

+ Ly: Chiều dai phun xa (m)

+B: Góc hat của mũi phun

+ v: Lưu tốc tại mũi phun

+ hh: Độ sâu trên mũi phun

+p: Chênh lệch từ mũi phun đến mặt nước hạ lưu

1.4.1.3 Chiều đài dong phun theo Chương Phúc Nghia

L=6snØ(Z(P+7) (1-13) Trong đó:

+L: Chiều dai phun xa (m)

+ 8: Góc mũi hit.

+ T: Chiều sâu xói lớn nhất (m)

+ Z:Chénh lệch mục nước thượng hạ lưu (m).

+L: Chiều dai phun xa (m).

+ 8: Góc mũi hit

+ _ Z,: Chênh lệch độ cao từ mặt nước thượng lưu đến đỉnh mũi hat (m)1.4.2 Vận tốc dòng chảy tai mũi phun

'Tốc độ bình quân của dòng chảy tại mũi phun được xác định theo công,

Các nhân tổ ảnh hưởng đến vận tốc chủ yêu là: Chiều cao cột nước tácdụng đến mũi, các tổn hao của dòng chảy ở cửa vào, cửa ra, theo đường biên

công trình Toàn bộ các tổn thất này được phản ảnh qua hệ số lưu tốc ọ.

Trong thực tế tính toán khó có thể phân tích lý luận dé xác định giá trị g Chi

có thể thông qua mô hình hoặc tai liệu quan sát nguyên hình các nhân tổ chủ

yếu, tim ra công thức kinh nghiệm Hiện nay tồn tại nhiều công thức đẻ tính @của nhiều tác giả cho kết quả tính toán khác nhau

0/0077

qisy*

= Công thức của Sở Thủy lợi Đông Bắc Trung Quốc: ø=1—:

Trong đó S`s(Z')*+(B'Ỷ là chiều dài dòng chảy trên mặt đập Z` là

khoảng cách từ đỉnh đập đến đến đỉnh mũi phun B’ là khoảng cách trên mặt

phương ngang từ đỉnh đập đến đỉnh bậc nhảy

= Công thức của Viện Thủy lợi Nam Kinh: ø=08:

“Trong đó: hạ là cột nước trin; Z’ là khoảng cách từ dinh đập đến đến

đình mũi phun,

— Theo công thức của Liên Xô cũ: ø=1~0015'

Trong đó: (Z')+(B')” chiều dai dòng chảy trên mặt đập Z' làkhoảng cách từ đỉnh đập đến đến đỉnh mũi phun B’ là khoảng cách trên mặtphương ngang từ đỉnh đập đến đỉnh bậc nhảy; hy li cột nước tràn

Từ các công thức tính @ ở trên cho biết hệ số lưu tốc chịu ảnh hưởng

chủ yêu bởi lưu lượng qua tran q va chiểu dai của dòng chảy S"

1.43 Bán kính cong ngược của đoạn cong ngược.

Trong thực tế thì độ dài và bán kính cong của đoạn cong ngược có ảnh

hưởng lớn đến hiệu quả làm việc của mũi phun Khi chiều dài và bán kính

cong của đoạn cong thích hợp thì góc phóng gan với góc tiếp tuyến của đoạn.cong Đã có nhiều nghiên cứu nhằm xác định góc phóng 0 hợp lý, khi các giá

trị khác không thay đổi, R tăng thì chiều dai phỏng xa cũng tăng Khi R đã vượt quá một trị s6 giới hạn thi chiều phóng xa cũng giảm nhỏ.

Khi R không biến đổi, lưu lượng đơn vị q (m'/s.m) tăng chiều dài

phóng xa cũng tăng, khi q tăng

cũng giảm,

‘Theo kinh nghiệm thiết kế hiện nay, ở Mỹ đối với bán kinh ở các bậc cao chọn R=10m, đối với bậc thấp R=8b với b là chênh lệch giữa cao độ điểm.

thấp nhất của đoạn cong và đỉnh mũi phóng Ở Trung Quốc khi thiết kế dùng

công thức R=(6+8)h, trong đó h là độ sâu dong nước ở điểm thấp nhất củađoạn cong.

KET LUẬN CHƯƠNG 1:

Với nội dung chương 1, tác giả đã nêu ra những yếu tố thủy lực cần

thiết phải xác định khi tính toán thủy lực đập tràn.

Ứng dụng các nghiên cứu ở Chương 1 vào tính toán các yếu tố thủy lực

đập tràn thủy điện Buôn Tua Srah được trình bảy ở Chương 2.

Chương 2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC DAP TRAN

THUY ĐIỆN BUÔN TUA SRAH

2.1 Giới thiệu sơ lược về công trình [8]

Công trình thuỷ điện Buôn Tua Srah là công trình cấp II với công suấtlắp máy Nụ„=86MW, điện lượng trung bình năm E,=358.6 triệu Kwh, được

xây dựng từ năm 2005 và phát điện thương mại cuối năm 2009 ng trình được xây dựng trên sông Krông Knô - là nhánh chỉnh của sông Srépok.

Nhà máy nằm cách thành phố Buôn Ma Thuột 60km về phía ĐôngNam theo đường chim bay Vũng tuy công trình thuộc địa phận xã Nam Ka

- huyện Lak - tỉnh Bak Lak và xã Quảng Phú - huyện Kréng Nô - tỉnh Dak

Nông Tuyến đập chính có tọa độ theo hệ tọa độ VN 2000 như sau:

X=1358663.920; Y=504175.57

2.1.1 Nhiệm vụ công trình

= Phát điện lên lưới điện Quốc gia

— Kết hợp cấp nước cho diện tích đất canh tác khoảng 5200 ha

— Két hợp phòng lũ cho hạ lưu

— Điều ết nước cho hệ thống bậc thang hồ chứa: thủy điện Srépok 3,

Buôn Kuốp và (hủy điện Srépok 4

~ Tạo điều kiện phát triển kinh tế, xã hội, đời sống dân sinh trong vùng

2.1.2 Quy mô công trình

Công tình thủy điện Buôn Tua Srah bao gồm các hạng mục chính sau

công trình đầu mối: Đập dâng, đập tràn; tuyến năng lượng gồm: Kênh dẫn,

cửa lấy nước, đường hầm áp lực, nha máy thủy điện, kênh xả; trạm phân phối

điện 220kV.

Cum công trình đầu mỗi gồm

— Đập dang là đập đập đá đỗ lõi đất sét, cao trình đỉnh đập +492.3m,

chiều rộng đỉnh đập Bạ = 8.0m.

= Dap tràn mặt cất thực dung dạng hình thang vát cong, bằng bê tông cócửa van điều tiết:

+ Cao trình ngưỡng tran +473.Sm

é khoang tràn n = 3, chiều rộng một cửa tràn b = 12m

+ Kích thước cửa van cung là bxh = 12<14.8m

+ Cao trình sân phủ thượng lưu: +470.0m

Bảng 2-1: Thông số chính công trình thủy điện Buôn Tua Srah

TT Các thông số Don vj | Trịsố | Ghi chú

1 | Các đặc trưng lưu vực

1 | Diện tích lưu vực Km” | 2930

2 | Lượng mưa trung bình nhiều năm mm 1950

3_ | Lưu lượng trung bình nhiều năm (Qo) | m/s 102

4 | Tổng lượng dòng chảy TB nhiều năm | 10°m` | 3217

5 | Lưu lượng trung bình mùa kiệt mis | 594

TT Các thông số Donvi | Trisé Ghỉ chú

9 | Mực nước chết (MNC) m 465

10 | Mực nước max ứng với P=0.5% mà | 48788

Mực nước max ứng với P=0.1% mà | 48957

11 | Dung tích toàn bộ (W,) 105mÌ | 786.9

12 | Dung tích hữu ích (Wu,) 100m` | 5226

13 | Dụng tích chết (W,) 10 mẺ | 2642

111 | Lưu lượng qua nhà máy.

14 | Lưu lượng đảm bảo Q(90%) mis | 483

15 | Lưu lượng lớn nhất Qoux mis 204.9

20 | Điện lượng trung bình năm 10KWH | 3586

Bang 2-2: Quy mô các hạng mục công trình

~ Kích thước cửa van cung bxh mxm | 12x148

~ Lưu lượng xả lớn nhất với P= 0.1%, mis 4308

~ Lưu lượng xả lớn nhất với P= 0.5% mis 3577

= Cột nước lớn nhất trên ngưỡng, mà | 1607

IL | Tuyến năng lượng

1 | Kênh dẫn tiết diện hình thang

4 | Nhà máy thuỷ điện

~ Cao trình đặt tude bin m 4294

= Cao trình sàn gian máy m | 473

TT ‘Ten hạng mục Đơn vị | Trịsố | Ghỉ chú

= Số tô may tổ 2

5 | Kênh xả nhà máy

= Cao độ điểm đầu đáy kênh m 426

~ Chiều rộng đáy kênh m 37

- Chiều dai kênh m | 1046

2.2, Xác định mặt cắt đập tràn

2.2.1 Thông số ban đầu

Theo hồ sơ thiết kế đập tràn thủy điện Buôn Tua Srah: Đập tràn thựcdụng gồm 3 khoang, kích thước 12«I4m, trụ pin day 3.0m, nền tràn và dốcnước đặt trên nên đá ILA, IIB Các thông số thiết kế

Cao trình ngưỡng trần +473.50m

= Cao trình mực nước lũ kiểm tra (P=0.1%) _ :+489.57m

— _ Khả năng xả của đập tràn ứng với lũ kiểm tra : Q„p-s¡z=4308m)/s

— Cao trình mực nước lũ thiết kế (P=0.5%) _ :+487.88m

= Khả năng xả của đập tràn ứng với lũ thi kế: Q.upsos¿=3577m/5

= Cột nước tràn lớn nhất Has 16.07m

— Cot nước tràn thiết kế Hy, 14.38m

— _ Cao trình sân phủ thượng lưu ++47000m — P,=3.5m

22.2 Xác định mặt cắt tràn thiết kế :

a) Bước 1: Chọn cột nước định hình Hay

Cột nước trần thiết kế Hạ=1432m, kiến nghị chọnH=14.0m

+ Nối tiếp đốc nước ij là ban kính cong ngược có R;=40m.+ Nối tiếp bán kính cong ngược Rs là đốc nước i;=30% có.chiều dai Lạ= 59.2m

+ Nối tiếp với dốc nước là mũi phun có bản kính cong

Mình 2-1 : Mặt cắt ngang đập tran Buôn Tua Srah

23 Xác định đường khả năng xa của đập tràn

Đề xác định xác định các yếu tổ thủy lực trên đập tràn cần thiết phải

xác định khả năng xả của đập tràn Xác định khả năng xa cần phải xem xétđến ảnh hưởng của lưu tốc tới gần Để thuận tiện cho tính toán thủy lực đậptràn, tác giả đã viết chương trình xác định khả năng xả cho đập tràn có mặt cắt

thực dụng.

Chương trình xác định khả năng xả của đập trần thực dung được xâydựng trên cơ sở lý thuyết của Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QP-TL C-8- 76 [7] và khả năng xa của đập tran dạng WES theo [19]

23.1 Các thông số đầu vào

Mặt cắt độ tràn dạng hình thang vát cong cần nhập các thông số sau:

Số khoang tràn, bề rộng tràn nước, bề rộng mặt cất thượng lưu, cao độ

ngưỡng trin, mực nước lớn nhất (giả thiét), trị số cạnh trên của hình thang

(trước khi vat cong), trị số P,, hệ số mái thượng lưu, hệ số mái hạ lưu, loại mổ

tru, loại mé bên, quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu tran: Q=fZ,).

2.32 Ngôn ngữ lập trình và sơ đồ khối

— _ Ngôn ngữ lập trình: Visual Basic 6.0

Sơ đỗ khối chương trình xem Hình 2-2

2.3.3 Kết quả tính toán

Kết quả chương trình đưa ra bao gm

— Kết quả đưa ra file tính dạng *.1xt, Các kết quả bao gồm : Cột nướctoàn phần trước tràn Ho, vận tốc tới gần, lưu lượng và mực nước hạ

lưu, hệ số co hẹp bên e, hệ số lưu lượng, hệ số chảy ngập,

— _ Hình vẽ quan hệ mực nước hồ vả khả năng xả của đập trản

Big tản mac Dipwin mitt

Din > pean TẾ Mông con >< Se WE

Hình 2-4 : Khả năng xả của đập tràn Buôn Tua Srah

‘Bang 2-4: Kết quả tinh toán khả năng xả Thủy điện Buôn Tua Srah.

1

2.34 So sánh kết quả tính toán kha năng xa

Kết quả tinh toán khả năng xa theo Quy phạm tính toán thủy lực đậptràn QP.TL C-8- 76 [7] và kết qua thí nghiệm mô hình thủy lực đập trin Buôn

Tua Srah như bảng dưới đây:

Bảng 2-5: Tính khả năng xả theo chương trình và theo thí nghiệm mô hình

ki Lưu lượng Lưu lượng §

‘Tan suất | Mực nước 1 x ‘TN mô hình Sai số

sườn núi nhô ra bên bờ phải cản trờ dòng chảy vào đập tràn,

Ứng dụng chương trình tính toán khả năng xả của đập train từ cao trìnhngưỡng tràn 473.5m đến mực nước hồ 490.0m, kết quả cho thấy:

= Khi cột nước trần thay đổi từ cao tình 486.0m đến 490.0m: Kết quả

tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực có sai số

không lớn.

— Khi cột nước tràn thay đổi từ cao trình ngưỡng tràn 473.5m đến486.0m: Kết quả tính toán khả năng xa theo lý thuyết và theo mô hìnhthủy lực có sai số lớn, theo tác giá do những nguyên nhân sau:

+ Do đập tran đặt bên vai trái nên ở mực nước thấp dòng chảy cửa

vào không thuận,

+ Ảnh hưởng của cao trình sân phủ thượng lưu: đập tran có chiều cao.P,=3.50m, ở mực nước thấp đập tràn làm việc gần giống đập tràn

đỉnh rộng, do đó hệ số lưu lượng nhỏ hon đập tràn mặt cất thực

dụng hình thang vát cong

+ Ảnh hưởng của tường cánh thượng lưu.

— Để kết quả tinh toán lý thuyết phủ hợp với mô hình thí nghiệm mô hình

thay lực, tác giả kiến nghị sử dụng hệ số hiệu chỉnh trong công thức

tinh toán khả năng tháo của đập tràn: Ø=ø, xexz,, xmx #x.j2gH,>

Trong đó : sạ, là hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của chiều cao đập Pị,

ảnh hưởng của dòng chảy cửa vào không thuận (do đập đặt trên vai trái), ảnh hướng của tường cánh,

~ _ Đường quan hệ giữa lưu lượng đơn vị q với hệ số hiệu chỉnh ey được thể hiện trong hình Hình 2-5 và phương trình đường quan hệ là : e,

.0.000000274” + 0.00005803q" - 0.002026744 + 0.38621338,

Etat

Hình 2 Đường quan hệ giữa hệ số hiệu chỉnh s2 với lưu lượng đơn vị q

24, Xác định đường mặt nước trên đập tràn

24.1 Xác định độ sâu dòng đều, độ sâu phân giới trên dốc nước

= Độ sâu đồng đều hạ tinh theo phương pháp đổi chiều mặt cắt lợi nhất vềthay lực.

— Tính độ sau phân giới theo công thức: fh, = ẤT ; hệ số sửa chữa động.

sâu ding đều, độ sâu phân giới trên dốc nước

Trị Lưulượngxả | Mực nước hồ |Độ sâu dòng đều, Độ sâu phân giới

Qui (m3) Zim) hạ (m) hy (m)

1 4308 489.57 184 10.57

2 3577 487.88 1.64 9.33

3 906 479.86 071 3⁄4

Tir bảng trên ta có : hy > h >hạ Như vậy, đường mặt nước trên dốc nước

là đường nước đỗ by.

24.2 Xác định độ sâu mực nước tại đầu đốc nước (điểm A)

2.4.2.1 Tính độ sâu đầu đốc nước theo phương trình Becnuli

Ap dụng công thức (1-5) tính toán thử din tìm được độ sâu điểm A ứng,với các cấp lưu lượng, kết quả như dưới đây:

Bang 2-7: Cột nước đầu đốc nước đập tràn - tính theo phương trình Becnuli

Tr| Lưu lượng xả | Mực nước hồ nước Lưu tốc

Qa (mÙS) Zim) hạ (m) Va (m3)

1 4308 489.57 675 177

2 3571 487.88 5.14 173

3 906 479.86 172 147

2.42.2 Tính độ sâu đầu dốc nước theo 14 TCN 81-90:

Ap dung công thức (1-6) tính toán độ sâu điểm A theo phương pháp thirdần ứng với các cấp lưu lượng, kết quả như dưới đây:

Bảng 2-8: Cột nước đầu dốc nước đập trin- tinh theo 14 TCN 81-90

Trị Lưulượng xả | Mye nước hồ Cột nước Lưu tốc

Qu (m/s) Z(m) hạ (m) Va (ans)

1 4308 489.57 7.85 152

2 3577 48788 6.63 150

3 906 479.86 1.94 13.0

2.4.23 Tính độ sâu đầu đốc nước theo công thức thực nghiệm [11]

Ap dụng công thức nghiên cứu thực nghiệm từ mô hình đập tràn Yaly,

tính toán cột nước điểm A ứng với các cắp lưu lượng như sau:

Bang 2-9: Cột nước đầu đốc nước đập trin- tính theo công thức thực nghiệmTrị Lưu lượng xả | Mực nước ho Cột nude Lưu tốc

Qu m/s) Zim) hạ (m) va (mis)

1 4308 489.57 9.31 11.0

2 3577 48788 8.22 104

3 906 479.86 3.29 655

243 Đường mặt nước trên đốc nước

Xuất phát từ độ sâu và vận tốc của điểm A (hạ, vạ), giả thiết trị số hy,

ằng cách thử dần khoảng cách Al, (m) ở mặt cắt

mặt cắt cuỗi đốc khi EAI,=L;= 65.2m.

i, tính toán cho đến

tính v,

Bang 2-10: Đường mặt nước trên dốc nước, Q„„ =4308m'/s, (hạ=6.75m- tính.

theo phương trình Beenuli)

249

279

319 373

0.005) 4.9 | 0.007) 6.4 |

0.003

0.004

0.006 0.008

65.2