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 Cửa Đạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

NGUYEN DAC TUẦN

XAC DINH CAC THONG SO THUY LUC DE LỰA CHON KET CÂU MUI PHUN

TRAN XA LU CUA DAT

Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS TRAN QUOC THUONG

Ha Nội - 2012

Sau thời gian học tập và làm luận văn, được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô gido trong trưởng Đại học Thuy lợi Hà Nội, các cân bộ khoa học - Viện Khoa học Thuy lợi Hà Nội, dén nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc st Ay thuật với dé tài “Xée định các thông số thủy lực dé lựa chọn kết cấu mai

hun tràn xả la Của Dat”.

Các kết qué trong luận văn là những đóng góp nhỏ vẻ mặt khoa học trong qué trình tính toán dé lựa chọn kết cẩu mũi phun tràn xả lũ Do thời

gian và kinh nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ kỹ

thuật còn tổn tại một số n dé cần tiếp tục nghiên cứu Tác giả rất mong

chí báo của các thay cô giáo

nhộn được sự góp cúc bạn đẳng nghiệp Đặc biệt tác giá gửi lời biết ơn sâu sắc tới thdy giáo — PGS.TS Trần Quốc Thưởng đã nhiệt tình hướng dẫn,chỉ bảo, cung cấp các thông tin khoa.

học cần thiết trong qué trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn các thay,

cô giáo Trường Đại học Thuỷ lợi, các cán bộ khoa học Phòng Thuy lực

-Viện khoa học Thuy lợi và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chi báo, giúp đỡ.

tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập nghiên cứu dé tôi hoàn thành

đắt luận văn.

Sau cùng tôi xin cảm ơn những người than trong gia đình đã động viên, khích lệ tôi trong qué trình nghiên cứu và làm luận văn.

Xin chân thành cảm on!

“Hà Nội, tháng 8 năm 2012

Nguyễn Đắc Tuân

Tôi xin cam đoan luận văn “Xác định các thông sổ thủy lực để Ira

chọn kết cấu mũi phun tràn xa lũ Cửa Đạt” là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bảy trong luận văn là trung thực và chưa từng

được công bé trong bắt kỳ luận văn nào trước đây

Hà Nội, tháng 08 năm 2012

Nguyễn Đắc Tuân

MG ĐÀU CHUONG I: TONG QUAN VE TRAN XÃ LŨ.

1.1 Tình hình xây dựng tran xả lũ ở Việt Nam 4

1.2, Một số tran xa lũ có đốc nước

1.2.1 Công trình thuỷ điện Kanak ~ Gia Lai _ 9 1.2.2 Công trình Cửa Đạt ~ Thanh Hoá 9 1.2.3 Công trình thuỷ điện Tuyên Quang 10 1.2.4 Công trình thuỷ điện Sơn La 5s5<2s<sssssseec TỶ 1.2.5 Công trình Tả Trạch oll

1.3 Các phương pháp tinh toán xác định độ sâu và vận tốc dòng chảy trên

mũi phun tran xả lũ in 1.3.1 Phương pháp tính toán đập tran thực dụng phi chân không dạng

Creager- Ophicerov "1.3.1.1, Xác định mặt cắt tran sve «sa TT

1.3.1.2 Tính toán các thông số thủy lực đập tràn thực dụng dạng Creager- OphiceroV 1 essseirrrrrrerrrroaaooue 16 1.3.2.Phương pháp tính toán tràn thực dụng không chân không dạng WES se se 19

1.3.2.1.Xée định mat cắt tràn 19

1.3.2.2 Tính toán các thông số thủy lực đập tràn thực dụng dạng WES 24 1.3.3 Xác định độ sâu và vận tốc dong chảy trên mũi phun tran xã lũ 28 Kết luận chương L: 30

Ch¬¬ng ii: giíi thiểu vd c«ng trxnh hả chea nic cöa

@*t thanh ho, - - „ải

2.1 Giới thiệu sơ lợc về công trình — _ BL

2.1.1.Vi trí bố trí công trình đầu mới ese 31

2.1.4 Các thong số chính của công trình: 3 2.2 Đường mặt nước và lưu tốc trên mặt trần s55 36 2.2.1 Đường mặt nước trên mặt tràn dang WES „36 2.2.2 Vận tốc dòng chảy trên mặt tràn dạng WES: 44 2.3 Nội dung nghiên cứu thi nghiệm mô hình về xác định vận tốc và độ sâu dong chảy trên mũi phun trần 46 2.3.1 Mục đích thí nghiệm 46

2.3.2, Yêu cầu thí nghiệm see see 46

2.3.3 Nội dung thí nghiệm mô hình -.-sssssssesse đ6

Két luận chương II AB CHUONG III: CÁC PHƯƠNG PH 1H TOÁN LÝ THUYÉT 49 3.1 Xác định độ sâu dòng chảy trên mũi phun tran Cửa Đạt bằng phương,

pháp tính toán lý thuyết : " 49

3.2 Xác định vận tốc dong chảy trên mũi phun tràn Cửa Dat bằng phương.pháp tính toán lý thuyết .50Kết luận chương lÏI: 5-55+s92222<2z.stesczrrerri —-CHUONG IV: SO SANH KET QUÁ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VỚI KET

4.4.1, So sánh đường mặt nước 99

4.4.2 So sánh vận tốc dong chảy 100

4.4.3 Đánh giá kết quả so sánh KẾT LUẬN CHƯƠNG IV:

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHAO

PHỤ LỤC.

Bảng 1-1: Tọa độ mặt trần phi chân không dang Creager- Ophicerov 13

Bang 1-2 Trị số bán kính nồi tiếp R (m).

Bang 1.3: Hệ số lưu lượng m khi cột nước tràn thấp hơn cột nước tràn thiết kế

theo NINPavlopski sensei Bang L4: Giá trị Ry, Ra và các tham số đường cong mặt tràn 20

Bảng 1.5: Hệ số ảnh hưởng của mái thượng lưu đập Creager-Ophicerov 26

Bảng 1.6: Hệ số lưu lượng của đập tran dạng WES 2 Bang 1.7: Hệ số hình dang trụ pin £0 của đập tran dang WES 2 Bảng 2.1; Đường mặt nước trên mặt tràn dạng WES không có trụ pin 36

Bảng 2.2: Dường mặt nước tuyển tim trần trên mặt tràn dạng WES có try pin 38

Bang 2.3: Dưỡng mặt nước dọc trụ pin trên mặt trần dạng WES có trụpin 39

Bang 3.1: Xác định độ sâu va vận tốc dòng chảy trên mũi phun Trường hợp Q = Bảng 4-1: Bảng tinh toán các đại lượng trên mô hình 59

Bảng 42: Kết quả thí nghiệm đường mặt nước PATK - Mũi phun liên tục - Mở 5

21.33 m,Z4u= 44.47m „64

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm đường mặt nước PATK - Mũi phun liên tục - Mở 5

cửa tràn mặt Q =11745.0m1⁄s, Z„= 119.05 m, Z„=43.23m; 65 cửa tràn mat Q =13520mÌ5, Zn

Bang 4.4: Kết quả thí nghiệm đường mặt nước PATK - Mũi phun liên tục - Mở 5

cửa trần mặt Q=10470m'Vs, Zy= 117.64 m, Zan = 42.30m 69

c trên - Mô hình tràn xả lũ Cửa Dat Q=11745.0/5,

Bảng 4.10: Kết quả so sánh đường mặt nước PATK ~ Mũi phun liên tục - Mỡ 5 cửa tràn mặt Q =10470mŸ5, Z„y= 117.64 m,Z4u = 42.30m; 100

Bảng 4.11: Kết quả so sánh vận tốc trên mũi phun - Mở 5 cửa tràn mặt Q

Bang 4.14: Sai số kết quả tính toán đường mặt nước Q = 13520 mŸ14 102 Bang 4.15: Sai số kết quả tính toán đường mặt nước Q = 11745 mỲ% 102 Bảng 4.16: Sai số kết quả tính toán đường mặt nước Q = 10470 mỲ/s 102

Bảng 4.17: Sai số kết quả tính toán vận tốc Q = 13520 ms 102 Bảng 4.18: Sai số kết qua tính toán vận tốc Q= 11745 mis 103

Bang 4-19: Sai số kết quả tính toán vận tốc Q = 10470 m%⁄s «eo, LOB

"Hình 1.1 Mat cắt tràn dạng Creager- Ophieerov snes

Hình 1.2 Các dang mặt cắt đập tran phi chân không 15

Hình 1.3: Hình dang các trụ bên và giá ti hệ số & : 1 Hình 1.4: Hình dang các trụ giữa và giá trị hệ số Éo ¬

Hình 1.5: Đầu trin phía thượng lưu dùng 2 bán kính cong R1 và R2 với mái xiên ae Hình 1.6: Dau tràn phía thượng lưu dùng 3 bán kính cong Ry, Rạ và R, 21 “Hình L7: Diu tràn phía thượng lưu nhô ra dùng đường cong ellipse 2

p tràn dạng WES với độ dốc mặt thượng lưu khác nhau

Hình 1.9: Đỗ giải xác định tiếp điểm đoạn cong hạ và đoạn thing ha lưu tràn 24

Hình 2.1: Đường mặt nước trên mặt tràn dạng WES không có trụ pin 28 Hình 2.2: Đường mặt nước tuyển tim tràn trên mặt tràn dang WES có trụ pin 39 "Hình 2.3: Đường mặt nước dọc trụ pin trên mặt tràn dạng WES có trụ pin 40

Hình 2.4: Sơ đồ tính đường mặt nước không trộn khí «.4ÏHình 2.5: Đường cong xác định lưu tốc dòng chảy ở chân đập tràn Ad

Trong thiết kế các công trình thuỷ lợi thủy điện nói chung, một vấn dé hết sức quan tâm đó là làm thế nào để giải quyết bài toán về thuỷ lực một cách trơng đối chính xác và phủ hợp với từng công trình cụ thé.

Hiện nay, do yêu cầu cung cấp điện, nước cho các khu công nghiệp, đô

thị và dân sinh kinh tế ngày cảng lớn nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn đã được thiết kế và xây dựng Với sự trao đổi khoa học va tư vấn kỹ thuật

của chuyên gia nước ngoài, các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện ở nước ta đã được thiết kế và xây dựng đập tràn xả lũ dang WES có dốc nước và mũi phun.

Hình thức tiêu năng bằng mũi phun cuối đốc nước được áp dụng cho một loạt

các công trình xã cột nước cao, lưu lượng lớn như: ~ Đập tran thuỷ điện Sơn La

~ Đập tràn hỗ chứa nước Tả Trạch

- Đập tràn hỗ chứa nước Cửa Đạt

- Đập tran thuỷ điện Kanak.

Khi thiết kế mũi phun tràn xả lũ có nhiều yếu tổ thuỷ lực cần phải xác

định để chọn được mũi phun tràn đảm bảo cả về kinh tế và ky thuật, Một trong những yếu tố đó là vận tốc trên mũi phun.

Mục đích xác định vận tốc dòng chảy trên mũi phun: Mỗi loại vật liệu

dùng để xây dựng trần có thể chịu đựng được tác dụng được giới hạn nào đó

của vận tốc, gọi là vận tốc cho phép [ V.„] Chẳng hạn như vận tốc chống xói.

cho phép [V,;] ứng với từng vật liệu Nếu vận tốc qua tràn lớn hơn vận tốc

chống xói cho phép của vật liệu xây dựng tràn thì trần sẽ bị phá hoại Như vậy, để đảm bao tràn không bị phá hoại hay mũi phun không bị phá hoại thi

phải xác định vận tốc trên mặt mũi phun ứng với các cấp lưu lượng khác nhau.là việc làm cần thiết dé từ đó xác định kết cấu tiêu năng hợp lý cho tràn xả lũ.

Quy phạm tính toán thuỷ lực mới nêu về tinh toán mặt cất tràn, còn tinh toán mũi phun chưa để cập đến Vì vậy khi tỉnh toán thường phải tham khảo các tải liệu là chính Do đó có nhiều phương pháp vả cách tính khác nhau.

Tuy nhiên trong khi tính toán có nhiều yếu tổ không thể xác định được bằng lý thuyết, nên việc tính toán thường phải kết hợp với thí nghiệm mô hình thuỷ lực nhằm hiệu chỉnh một số thông số thuỷ lực để chọn kết cấu tiêu năng.

trần hợp lý.

II MỤC ĐÍCHCỦA ĐÈTÀI

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285-2002, các công trình Thuỷ lợi:

"Thủy điện từ cấp II trở lên để phục vụ cho công tác hiệu chỉnh bản vẽ thiết kế thi công và công tác thẳm định xét duyệt thiết kế cần phải có kết quả nghiên.

cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực Công trình hỗ chứa nước Cửa Đạt là một

công trình có quy mô lớn vì vậy việc nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực

48 xác định kết cấu mũi phun hợp lý là vô cùng quan trọng Tính toán lý thuyết, so sánh, đối chứng với thí nghiệm mô hình dé xác định các yếu tổ thuỷ

lực: Độ sâu, vận tốc dong chảy trên mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt

IH CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Luận văn kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và đối chứng, so sánh với thi

Phương pháp nghiên cứu là:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận là tổng quan và phân tích các kết qua

nghiên cứu có liên quan đến đề tài đã được công bó, xác định độ sâu, vận tốc dòng chảy trên mũi phun tran xả lũ Cửa Dat.

~ Tham khảo kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực mũi phuntràn xả lũ Cửa Đạt, so sánh và đối chứng với tính toán.

dong chảy để chon mũi phun tràn x 10 Cửa Đạt hợp lý Có thé áp dụng cho

các công trình tương tự.

V, NỘI DUNG CUA LUẬN VAN Chương I: Tổng quan về tràn xả lũ

1.1Tình hình xây dựng tràn xả lũ ở Việt Nam

1.2Tổng hợp các công thức xác định độ sâu và vận tốc dòng chảy

trên mũi phun trần xã lũ

Chương II: Giới thiệu về công trình Cữa Đạt ~ Thanh Hoá 2.1 Giới thiệu sơ lược về công trình.

2.2 Nội dung nghiên cứu về xác định vận tốc và độ sâu dòng chảy

trên mũi phun tràn.

Chương III: Các phương pháp tính toán lý thuyết

3.1 Xác định độ sâu dong chảy trên mũi phun trin xa lũ Cửa Đạt

3.2 Xác định vận tốc dong chảy trên mũi phun tran xả lũ Cửa Dat Chương IV: So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm.

4.1 Khái quát mô hình trần xa lũ Cửa Đạt

4.2 Kết quả xác định độ sâu dòng chảy trên mũi phun bằng thực

nghiệm mô hình thuỷ lực.

4.3 Kết quả xác định vận tốc dòng chảy trên mũi phun bằng thực

nghiệm mô hình thuỷ lực.

4.4 So sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm mô.

CHƯC ING I: TONG QUAN VE TRAN XA LŨ

LL Tình hình xây dựng tràn xả lũ ở Việt Nam

Công trình xả lũ là một bộ phận quan trọng không thể thiểu được trong đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện có hồ chứa nước Nó có nhiệm vụ xả lưu lượng thừa trong mùa lũ, xả lưu lượng cần dùng cho các nhu cầu ở hạ lưu và xả cạn.

hồ chứa khi cần thiết hay dé kết hợp xả bùn cát đáy nhằm nang cao tuổi thọ của hỗ chứa, xa nước khi thi công 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 1a thành phan quan trọng đảm bảo an toàn cho toàn bộ công trình đầu mối cũng như đối với hạ du.

Tuy theo đặc điểm địa hình, địa chất của khu vực tuyến công trình, bố trí tong thé công trình đầu mối và nhiệm vụ của công trình xả nước, có thé bố.

trí theo nhiều hình thức khác nhau, như công trình xã nước trên mặt: tran doe, tràn ngang, tháo nước kiểu xi phông, kiểu giếng và công trình tháo nước

dưới sâu: cống ngầm, đường hầm Trong đó, hình thức công trình xả mặt chiếm đa số ở nước ta

Trong những năm gần đây, đặc biệt từ năm 2002, ở nước ta đang triển khai thiết kế và xây dựng rất nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, trong đó.

nhiều công trình có hỗ chứa và công trình xả lũ có quy mô lớn Có thể nêu ra

một số dự án như thuỷ điện Sẽ San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rao Quán

(Quảng Tri), Plêikrông, Sẽ San 3A, Sê San 4, A Vương, Buôn Kướp, Đại

Ninh, Sêrêpôk, Buôn Tua Sa, Bản Vẽ, Sông Ba Hạ, An Khé-Ka Nac, ĐồngNai 3, Đồng Nai 4, Sông Tranh 2, Bản Chát, Hugi Quảng, Sơn La, Cửa Đạt,Bac Hà, Đây là những công trình có quy mô hỗ chứa có dung tích từ hingtriệu cho đến hang chục ty m’ nước, khả năng tháo của công trình xả nướccũng từ hàng ngân cho đến vài chục ngàn m” Có thể n6i trong Khoảng 5+6

năm trở lại đây, tốc độ xây dựng các đập cao, hồ chứa lớn phát triển nhanh.

Chúng ta đã nhanh chóng áp dụng thành công những công nghệ thiết kế, thi

công tiên tiến của thế giới để xây dựng các công trình đầu mỗi ở Việt Nam như đập đá đỗ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm kin (RCC), đập bê tông truyền thống (CVC) khối lớn cấp phối liên tục Trong số đó có những đập đã được đưa vào vận hành an toàn, về đập đá dé bản mặt có đập hồ chứa

nước thuỷ Igi-thuy điện Quảng Trị, thuỷ điện Tuyên Quang; về đập CVC có đập Sé San 3, Sẽ San 3A; š đập RCC có đập Plêikrông Trước đó, chúng ta

cũng đã xây dựng một số đập, ho chứa lớn như Hoà Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, laly, Sông Hình, Vinh Sơn, Dâu Tiếng, A Yun Hạ, Phú Ninh, Phủ hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của từng công trình mà

chúng ta cũng đã thiết kế nhiễu dạng công trình tháo lũ khác nhau trong tổng

Sẽ San 3A, Sẽ

thé bổ trí công trình, bao gồm cả trần xả mặt sông (Sé San 3,

San 4, Pléikréng, A Vương, Bản Chat, Hugi Quảng, ), xả mặt kết hợp với

xà sâu (Hoa Binh, Sơn La, Tuyên Quang), đường trin đọc (laly, Sông Hinh, Ham Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Rao Quán, Đại Ninh, )

'VỀ hình thức tiêu năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dang tiêu

năng được ấp dụng:

- Tiêu năng đáy: Đặc điểm tiêu năng bằng ding đáy là lợi dụng sức cản

nội bộ của nước nhảy Có thé áp dụng kiểu bê hay tường + bể kết hợp Biện pháp tiều năng đáy thường được áp dụng cho các công tinh vừa và nhỏ, mực

nước hạ lưu tương đối lớn, địa chat nền công trình thường là đá yếu (Trị An,

A Lưới, ) Loại hình nay đảm bảo tiêu tán hết năng lượng dư nhưng đồi hỏi

khối lượng xây lắp khá lớn, giá thành cao, đặc biệt đối với các công trình có.

quy mé lớn.

- Tiêu năng mặt: Dòng chảy hình thức tiêu năng này ở trạng thái chay

mặt, chỉ sau khi mở rộng hoàn toàn mới đạt đến đáy Nhìn chung, với chế độ

chảy mặt ở ha lưu tạo thành sóng giảm dan làm xói lở ở vùng nay Thưởng động năng thừa phân tán trên một chiều dai lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt có thé áp dụng trong trường hợp nén đá, khi không cin gia cố hạ lưu hay giảm chiều dài gia cố, mực nước hạ lưu cao và thay đổi ít.

~ Tiêu năng bằng dong phu xa: Tiêu năng phóng xa được lợi dụng mũi phun ở chân đập hoặc cuối đốc nước dé 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 Đối với hình thức tiêu năng bing

dong phun ở chân đập đã được thiết

tông (CVC và RCC) như Sê San 3, Plêikrông, Sẽ San 3A, A Vương, Bản Vẽ, xế ở một loạt các công trình có đập bê

Ban Chat, Huội Quảng, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Hình thức tiêu năng bing

mũi phun cuối dốc nước cũng được áp dụng cho một loạt các công trình xa

cột nuớc cao, lưu lượng lớn như: laly, Ham Thuậ:Đa Mi, Đại Ninh, Rào Quần, Tuyên Quang, Sơn La, Cita Đạt, Tả Trach

Bảng thống kê một số công trình xả nước có quy mô lớn ở Việt nam.

Ten công trình

r1 Ha đụ Hình thức | Hein Bean Qui 4

TT Địa điểm - Í gay năng | (mỳ | (m) | (mis) | (me

1 Ho’ Binh Hoà Binh 9037800

2 “Thác Mo — Bình Phước l38 52 6100 1052

3 | Yali Gia Lai 188 105 17570 137% 4 DaiNinh — BìnhThuận - | Đốc BHO.) lyó 4s 7390 1036mũi phun 5 |AyanHạ | Gia Lai Doe nước, | J0 9> 23 1237 4835y mũi phun

6 (ĐồngNai4 — ĐIắc,L Đồng | DỐc BƯỚC| 16 75 13300, 1415mũi phun

7 jPlêkrông KonTum 1870 6050 840

8 SÊSan3 Kon Tum Dap tan.) 163 9017536 1736mũi phun 12 Huội Quảng - Lai Chai Đập chà | lạo 90 47700, 460.62 Hugi Quảng Lai Châu nú phun | 13 l3 Bản Chất — Lai Châu Đập tần | lso 60 11981 1783mũi phun Đơn Bình Phước bee HÊM| l2 50 6965 181.1

15 seSan3a Git Lai Kon) Be em) 15.6 19s 1800 141.2Tum năng

Thừa Thiên Huế | PAP) 19.96 sọ 4519 76.6mũi phun

17 Sr@Pok3 | Dak Nong Đập trần iss 7s 12320 131.1mũi phun IS NamChién Som La Pe gn | 563 | 80.2387 | 2441 19 seSang Git La, Kon) Pap tran.) 56 120 20090, 139.5Tum mũi phun

20 Cia Bat Thanh Hos | POE NE (2933 67 13530 1714

21 TáTrạch Tha Thign Huế | POS NN" | 1607, 58 6147 | 106

22 Som La Son La Doe nude, 98.76 167 38240 236mũi phun

Bảng thông số kỹ thuật một số tràn + đốc nước có quy mô lớn ở Việt Nam.

Tr Tên công Quản) Đặc trưng của đốc nước

'Nước ta có một số công trình thuỷ lợi, thuỷ điện có tran xa lũ tiêu năng.

bằng mũi phun ở cuối đốc nước, như: Hoà Binh, Kanak, IALY, Cửa Đạt, Ta

Trạch

1.2.1 Công trình thuỷ dign Kanak ~ Gia Lai

Công trình thuỷ điện Kanak - Gia Lai có công suất lắp máy là 13MW,

công suất dim bảo là 3.SMW, điện lượng trung binh hàng năm là 58.5

triệukwh, nhằm bổ sung nguồn điện vào lưới điện quốc gia cấp cho các tỉnh miễn Trung và miễn Nam Đồng thời còn bổ sung nguồn nước tưới cho vùng đồng bằng hạ lưu sông Cén phía Nam tỉnh Bình Định, đảm bảo nguồn nước.

môi trường hạ lưu sông Ba.

Đập dâng bằng đá đổ bản mặt bê tông cao 68.0m, chiéu dai toàn đập là

849.0m Đập tràn xả lũ vận hành bố trí bên bờ phải kién thực dụng gồm 3

khoang có kích thước: nxbxh=3x12x13m; kết cấu bê tông cốt thép, tiêu nang

theo dạng đốc nước mũi phun và hồ xói: nước đài 215.15m đoạn đầu dai

135.88m với độ đốc i= 10%, đoạn sau dài 58.65m độ dốc 9.8%, giữa hai

đoạn đốc có đoạn chuyển tiếp với bán kính cong lỗi R=150m, sau đoạn dốc

thứ hai là đoạn mũi phun dài 20.64m, đoạn này có bán kính cong ngược 0° Tuyến năng lượng kiểu đường dẫn bố trí

R=30m; mũi hat có góc độ 0

bên bờ trái bao gồm cửa lấy nước 2 khoang bằng bê tông cốt thép có lưu lượng thiết kế là Qr = 40.8m'/s; đường him dẫn nước dai gần 462.0m,

đường kính trong D=4.0m, có áo bọc bằng bê lông day 0.40m; nha máy thuỷ

điện với 2 tổ máy tuốc bin cánh quay trục đứng N¡„=2*6.SMw; kênh xả dai

111.5m, đầy rộng 8.0m; tram phân phối điện có kích thước dai*rong =

1.2.2 Công trình Cửa Đạt ~ Thanh Hoá

Công trình đầu mối thuỷ lợi hỗ chứa nước Cửa Dat là một công trình

ấp I theo tiêu chuẩn TCXIDVN 285-2002, có tính chất kỹ thuật phức tạp Hệ

thống công trình gồm:

~ Đập chính đầu môi Cửa Đạt.- Đầu mối đập phụ Dốc Cay.

Đầu mỗi đập phụ Hòn Can Trong đó cụm đầu mối Cửa Đạt là lớn và phức tạp nhất Cụm công trình này bao gồm các hạng mục:

- Đập chính là đập đá đỏ chống thấm bằng bê tông ban mặt.

- Đập tràn xa lũ gồm 5 khoang mỗi khoang rộng 1 1.0m; ngưỡng trần & cao trình 97m, đáy kênh dẫn thượng lưu ở cao trình 85m; giữa các khoang

trần có trụ pin giữa dày 3.0m trên đỉnh trần có lắp các cửa van cung; không có tường ngực Trin xa lũ có dnag xả mặt.

- Nối với đập trần là đốc nước dài 240m; i=20% tiêu năng bằng mỗi phun liên tục với góc hit œ=30”

1.2.3 Công trình thuỷ điện Tuyên Quang

Công trình thuỷ điện Tuyên Quang có dung tích hồ chứa toàn bộ lớn

hơn 2tÿ m3, công suất phát điện lớn hơn 300MW, theo tiêu chuẩn Việt Nam

Creager-Oficerov, với cột nước thiết kế mặt cắt Hy,

tràn là 104.85m) Số khoang tràn nạ = 4, chiều rộng mỗi khoang b,=15m, do ấm, đầu tr

đó chiều rộng tran nước tổng cộng là b=60m Trụ đập dày

phía thượng lưu lượn tròn (trên bình diện) với bán kính công m1.75m Mặt

trần kết thúc ở cao độ 86.7m với bán kính cong (lõm) 18.5m, các tru đập kéo dài hơn mặt tràn về phía hạ lưu.

- Xa sâu: Số lỗ xả sâu nạ=§; lỗ có tiết điện chữ nhật với kích thước

rộng *"cao~4.5*6m, cao độ đáy lỗ 79m, cao độ trin lỗ 85m, trần cửa vào có

dang cong elip Trụ phân cách giữa các lỗ có 2 loại, diy 6m va 3.5m, đầu vào.

cong tròn với bán kính 1.75m Dốc nước tiếp sau các lỗ xả sâu có độ đốc day

10.13, dải 85m, mũi phun dạng liên tục với góc hất a=25° Các lỗ xả đều

được đóng bằng cửa van cung.

1.2.4 Công trình thus điện Sơn La

Công trình thuỷ điện Sơn La với công suất Lip máy 2400Mw sẽ đưa vào hệ thống điện quốc gia sản lượng điện một năm 8.71 ty kwh công với

điều tiết dòng chảy, cho phép nhận sản lượng điện bỏ sung tại các tô máy của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình 719 triệu kwh và tăng công suất đảm bảo lên

Đập tràn được nối với đốc nước, chiều rộng đáy dốc là 58.0m; cao độ đáy đốc là V14.8m cao độ đáy cuối đốc là V9.6m, độ dốc của dốcnước i=8%, chiều dai đốc nước là 79.0m (kể cả đoạn mũi phun) Mũi phun liên tục, cao đội

mũi phun là 12.0m; bán kính cong đoạn mũi phun là R=30.0m, góc nghiêng.

oan ra của mũi phun ø=20”, mặt cắt ngang đốc nước là hình chữ nhật

1.3 Các phương pháp tính toán xác định độ sâu và vận tốc dong chảy

trên mũi phun trần xả lũ.

1.3.1 Phương pháp tính toán đập tràn thực dụng phi chân không dang Creager- Ophicerov

1.3.1.1 Xác định mat cắt tran

Mặt cắt đập trần Creager- Ophicerov có dang như hình vẽ 1.1 Việc xác định mặt cắt đập trin thực hiện theo các bước sau

~ _ Xác định cột nước trần Hy

= Can cứ vào tọa độ mặt trin ở bảng 1.1 để vẽ đường cong O'B.

- Vẽ đường thang BC va DE tiếp tuyến với đường cong đó củng với

Hình 1.1 Mặt cắt tràn dạng Creager- Ophicerov

Để vẽ được đường cong mặt tràn phi chân không dang

Creager-Ophicerov ta dựa vào phương trình 1-1 sau:

Theo phương trình trip ta sẽ xác định được toạ độ mã trần phi chân không theo bảng 1-1 sau

Đoạn cong ngược có bán kính R không ảnh hưởng tới khả năng tháo

mà chủ yếu là có liên quan đến việc nồi tiếp dong chảy với mặt nước hạ lưu Giá trị của bán kính nối tiếp R có thé lấy theo bảng 1-2 hoặc có thé lấy như

Zax - Độ chênh cột nước lớn nhất thượng, hạ lưu.

Hạ - Cột nước tran thiết kể,

Bang 1-2 Trị số bán kính nối tiếp R (m) Chiều cao Cot nước Hạ (m)

Trong quá trình vận hành công trình thì cột nước tác dụng trên đỉnh tràn Hy luôn luôn thay đổi

- Nếu khi Hy < Hy thì trên mặt tràn không thể xảy ra hiện tượng chân

không, tức là không có áp s

- Nếu khi Hy > Hy thi có thể xảy ra hiện tượng chân không trên mặt tràn, tức la xuất biện áp suất âm Ngoài ra cần chủ ý là ở gần điểm B trên

đoạn BC có thể có chân không khi cột nước Hy < Hạ

Có một số loại hình dang mặt cắt trin không chân không dạng

Creager-Ophicerov như sau:

+ Dạng có tường thẳng đứng cry < 90° (hình 1.22) + Dạng không có tường thắng đứng (hình 1.2b).

+ Không có đoạn thang nối tiếp DE (hình 1.2c),

+ Mặt thượng lưu thẳng đứng œa=90° (hình 1.24).

+ Mặt cắt thượng lưu nhô ra (hình 1.2e)

1.3.1.2 Tinh toán các thông số thúy lực đập tràn thực dụng dang

Creager- Ophicerov

* Khả năng xd và hệ số lưu lượng

a) Lưu lượng xa qua trần mặt tính theo công thức sau:

0=ơ,zm3bA[24H,` (14)

Trong đó:

.Q: là lưu lượng chảy qua tran (mÌ5) Gq: Hệ số chảy ngập, lấy theo bảng 1-3, „e: Hệ số co hẹp bên, được tính như sau:

«Trường hợp a < 1,0, hệ số co hẹp bên e được xác định như sau:

- Đối với đập tràn chỉ có 1 khoang (không có mồ trụ ở giữa):

24, te (5) vn

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

- Đối với đập tràn có n khoang giống nhau được ngăn cách bới những,

mồ trụ có hình dang như nhau:

4 tn= Đế, Ho

h ñ

e=1-02, (1-6)

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

Các giá trị của & và E> phụ thuộc và hình dang của chúng Các giá trị này xem ở hình v (1.3) và (1.4)

Hình 1.3: Hình dạng các trụ bên va Hình 1.4: Hình dang các trụ giữa và giá

ố 5 Eo

«Trường hợp h 1,0, hệ số co hẹp bên e vẫn tính toán như trong

trường hợp fs < 1,0, tức là vẫn dùng công thức (1-5) và (1-6) nhưng trong công thức đó phải lấy fs = 1,0 ( bắt luận trị số thực của nó là bao

By : là tổng chiéu rộng tràn nước (m).

H,: là cột nước trước tràn có kể đến lưu tốc đòng chảy tới din

am: là hệ số lưu lượng của tràn được xác định như sau:

+ Theo N.N Pavlopxki, hệ số lưu lượng m của đập tràn thực dụng tính

theo biểu thức:

m=ơa-Gu.m, an

m: Hệ số lưu lượng din xuất, với đập tràn thực dung không chân

0,504 không Creager- Ophiceroy thì m,

Go: Hệ số hình dang lấy theo bảng 17

‘oy: Hệ số độ chênh lệch cột nước, lấy theo bảng 18.

Ngoài ra, khi cột nước trần nhỏ hơn cột nước thiết kế thì hệ số lưu

lượng có thể tham khảo ở bảng 1.3 theo đề nghị của N.N.Pavlopxki

Bảng 1.3: Hệ số lưu lượng m khi cột nước trin thấp hơn cột nước trần thiết kế

theo N.N.Pavlopxki

= | 02 | 04 | 05 | 06 | 07 | 08 | 09 | 10

m | 0409 | 0,434 | 0.446 | 0,458 | 0,470 | 0,483 | 0,487 | 0.490

© Trudng hợp trên ngưỡng trần có một đoạn nằm ngang rộng khoang ~

0,5H thi hệ số lưu lượng theo công thức (1-7) phải giảm di 3%

© Trường hợp đập tràn không chân không ma mặt đập phía thượng lưu

nhô ra (hình 1-2e) thì hệ số lưu lượng m lấy như sau;

~ Nếu chiều dai của đoạn thẳng đứng CB>3H thì hệ số lưu lượng m lấy

bằng hệ số lưu lượng của đập có mặt thẳng đứng ( Hình 1-24).

~ Nếu chiều dai của đoạn thẳng đứng CB < 3H thi hệ số lưu lượng của

nó phải lấy nhỏ hơn hệ số lưu lượng của đập có mặt thẳng đứng 2%.b) Lưu lượng xã qua cổng xa sâu tính theo công thức sau:

He (9)[.s:.v2£E Werte hee

“Trong đó:

š; Hệ số tôn thất thuỷ lực.

a: Hệ số động lượng ở mặt cắt ra, ơ„

1.3.2.Phương pháp tính toán tran thực dung không chân không dạng WES 1.3.2,1.Xác định mặt cắt tran

Đường cong mặt trin thực dụng không chân không dang WES được chia thành hai đoạn: đoạn cong phía thượng lưu đập tràn và đoạn cong phía hạ lưu đập tran

a) Đoạn cong phía thượng lưu đập tràn:

Đoạn cong phía thượng lưu đập trần được xác định theo một trong ba cách sau:

~ Khi mặt trăn có mái thượng lưu xiên thì đoạn cong phía thượng lưu đập tràn ding hai cung tròn có bán kính R, va Ry nối tiếp nhau (hình 1.8) Giá trị của các bán kính này và các tham số khác của phương trình mặt trin đoạn cong phía hạ lưu được lẫy trong bảng 1.5

Hình 1.5: Dau tràn phía thượng lưu dùng 2 bán kinh cong RI và R2 với.

~ Khi mặt mặt tran có mái thượng lưu thẳng đứng thì đoạn cong phía

thượng lưu đập tràn ding ba cung tròn nối tiếp nhau (hình 1.6) Ry =0,5.Hy Cị =0,175.Hy

021, 0276.H,

Ry =0,04.Hy C3 =0,282.Hy

Tam của bán kính R; nằm trên trục y, tâm của bán kính R; nằm trên

bán kính R,, tâm của bán kính R; nằm trên bán kính Ro.

= Khi đập tràn có đầu nhô ra phía thượng lưu thì đoạn cong phía thượng lưu tràn vẽ theo đường ellipse Phần đầu nhô ra cẩn thỏa mãn điều kiện

Đoạn đường cong ellipse phía thượng lưu tràn có phương trình: en»)

Trong đó:

a.Hg: Bán trục dai của ellipse

b.Hy: Bán trục ngắn của ellipse

Các trị số của các tham số a và b xác định như sau:

= Khi 2.2 2thi a=026 + 0480; # =0,87 +3a1, D

= Khi Zt <2ehi a=0215:b.=0127 + 0,163

Hình 1.7: Đầu tran phía thượng lưu nhô ra dung đường cong ellipse b) Đoạn cong phía hạ lưu đập tràn:

Phần đường cong phía hạ lưu trin được xác định theo phương trình (1-10)

Trong đó

n: Tham số phụ thuộc độ đốc của mái thượng lưu Giá trị của các tham.

sé này xem bảng 1.5,

k: Tham số phụ thuộc độ đốc của mái thượng lưu Giá trị của các tham số này lấy như sau:

~ Khi rn > 10, lấy trị số k theo bang 1.4 - Khi 2 <1 0lấy k=2.0 + 2/20

x,y: Toa độ các điểm trên đoạn cong mặt tràn phía ha lưu

Ha: Cột nước thiết kế định hình đường cong mặt đập tràn (phía hạ lưu) Giá trị Hy được xác định như sau:

- Khi P; > 1,33Hy gọi là đập cao, lấy Hạ = (0,75+095)H„„„- Khi P, < 1.33H gọi là đập thấp, lay Hy = (0,65+0,85)H„„

“Trong đó H,„, à cột nước trên đình tràn ứng với lưu lượng lũ kiểm tra

Mặt cất đập tràn dạng WES với các độ dốc mặt thượng lưu khác nhau.

được thể hiện ở hình 1.8

mm -

Hình 1.8: Sơ đồ mặt cất đập tran dạng WES với độ dốc mặt thượng lưu khác.

Tọa độ tiếp điểm của đoạn cong phía hạ lưu đập tràn và đoạn thẳng hạ lưu tràn được xác định bằng cách giải hệ phương trình (1-11) hoặc tra đồ thị

hình 1.9:

Hình 1.9: Đồ giải xác định tiếp điểm đoạn cong hạ và đoạn thẳng hạ lưu tran

1.3.2.2 Tính toán các thông sổ thủy lực đập tràn thực dụng dang WES

Khả năng xả và hệ số liu lượng

* Kết quả nghiên cứa khả năng tháo và hệ số lưu lượng của Mp

Công thức xác định lưu lượng của đập tràn dang WES là

K,: Hệ số co hẹp của trụ bên C: Hệ số lưu lượng:

C=0357 c040 5: (14)

HH: Cột nước trên đỉnh đập ( không kể lưu tốc tối gin)

P: Chiều cao đập tràn phía mặt thượng lưu.

Công thức (1.13) ding cho tới Bes và có thé mở rộng cho tới (gin ding) Tuy ahi, khí > 18 thi đập ở thành ngường thấp và

khi đó lưu lượng sẽ được xác định qua mặt cit phân giới ở ngay trước ngưỡng, và hệ số lưu lượng C được xác định theo công thức:

ảnh hưởng của cột nước lưu tốc tới gin hy Và hệ số lưu lượng C được tính

theo công thức (1.15) như sau

* Kết quả nghiên cứu khả năng tháo và hệ số lưu lượng của Trung Quốc

Theo kết quả nghiên cứu về đập tràn dạng WES của các nhà khoa học

Trung Quốc thì khả năng xả qua mặt đập trin khi chây tự do được tính theo công thức (1-3) nhưng có xét thêm tới ảnh hưởng của mái thượng lưu đập C:

Ø=Cembj3gH/° (1.18)

Trong đó:

C: Hệ số ảnh hưởng của mái thượng lưu đập, lấy theo bảng 1.5

m: Hệ số lưu lượng dòng cho đập tràn dang WES, lấy theo bảng 1.6

e: Hệ số co hẹp bên, tính theo công thức (1-6):

og ấ tn=Đá Me

' P D

với ša là hệ số hình dang của trụ pin có xét đến khoảng cách nhô ra về phía thượng lưu của trụ pin Ly, lấy theo bảng 1.7

Bang 1.5: Hệ số ảnh hưởng của mái thượng lưu đập Creager-Ophicerov

Bang 1.6: Hệ số lưu lượng của đập tràn dang WES

1.3.3 Xác định độ sâu và vận the dong chảy trên mũi phun trần xả lũ Sơ dé tinh toán như sau:

~ Mặt cất 1-1, nghĩa là ở chỗ chuyển tiếp giữa đoạn phẳng và đoạn cong.

~ Mặt cắt 2-2, qua điểm thấp nhất của mặt cắt mũi phóng.

- Mặt 3-3),cuối cùng (mặt

Các thông số dòng chảy ở mặt cit 1-1 được xác định theo kết quả lập.

đường cong mặt thoáng của dòng chảy trên mặt tràn phẳng.

Ở hai mặt cất còn lại vận tốc và chiều sâu được xác định theo phương.

trình lưu lượng không đổi (phương trình liên tục) và phương trình Becnuly,

Trong đó:

yu và ys là độ chênh cao của đáy tại các mặt cắt I-l và 3-3 so với mat phẳng so sánh đi qua điểm thấp nhất của mũi phóng.

1, và las là khoảng cách giữa các mặt cit 1-2 và 2-3.

vụ, Roy, Cạ là các trị số trung bình của vận tốc, bán kính thuỷ lực và hệ

số Chezy trên đoạn mũi phóng.

Pe 1a thành phan xét đến áp lực ly tâm do dòng chảy cong gây ra,

Trong trường hợp khi bán kính cong Rạø,sụ của mũi phóng đủ lớn so

với chiều sâu dong chảy, nghĩa là khi R„a¡ nid > 8, thi trị số p„⁄ có thể tính.

theo hệ thức:

vất 20

Trong đó:

hy và vị là độ sâu và vận tốc ở mat cất 1-1 (đầu đoạn cong) khi Roos nid, <8, giá trị pyfy có thể tìm theo hệ thức:

yey 2)

Trong đó: h là vận tốc tương đối, xác định theo đỗ thị trên hình 6 [2],

phụ thuộc vào R.„s.sj/h, và góc ở tâm B.

Mũi phóng càng cong thì chênh lệch giữa góc a của luỗng chảy ra từ

mũi phóng và góc nghiêng của đáy mũi phóng ay càng lớn.

Góc của phương vận tốc trung bình dong chảy ra lại mũi hắt tính theo công thức:

tị = ( = 06) (123)

trong đó: œ là góc của luồng chảy so với phương nằm ngang

iy là gốc nghiêng của mũi hất so với phương nằm ngang:

07 ld góc ở tâm của mũi hắt: B:

Go là góc hợp giữa mặt tràn và phương của trục luồng xác định theo hình 7 [2] phụ thuộc vào tỷ số R„s¡„;/h, và góc ở tâm B.

Trong chương I tác giả đã trình bày tổng quát về hai loại mặt cắt đập

tràn thực dụng đang được sử dụng ở nước ta trong thiết kế và xây dựng các công trình thuỷ lợi - thuỷ điện đó là mặt cắt dang WES và dạng

Creager-Ophicerov, Đồng thời cũng nêu lên cơ sở lý thuyết tính toán xác định vận tốc

dong chảy ở mũi phun tran xả lũ.

Bên cạnh đó đã khái quát phương pháp tính toán đường mặt nước và

dòng chảy trên mũi phun trần xả lũ của hai mặt cắt ké trên Để vẽ vận

tốc dòng chảy cho mi phun tran xả lũ thường thông qua thí nghiệm mô hình thuỷ lực.

Trong chương này tác giả đã nêu lý thuyết tổng quát khi xác định

đường mặt nước và vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ nhằm lựa.

chọn kết cầu mũi phun tran xả lũ hợp lý.

Ch¬¬ng ii: giíi thiÖu vd c«ng trxnh hả chơa n-ic

céa ®'t thanh ho,

2.1 Giới thiệu sơ lược vé công trình 2.1.1.Vị trí bố trí công trình đầu mới.

Đập Cửa Đạt được xây dựng trên thượng nguồn s ông Chu tại vị trí

thuộc xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá Khoi công

2/2/2001, chặn dòng 2/12/2006, hoàn thành (dự kiến) 2009, 2.1.2 Nhiệm vụ chính của công trình

- Chống lũ tiểu mãn, lũ sớm, giảm nhẹ lũ chính vụ cho hệ thống sông

- Cấp nước tưới ổn định cho 87000 ha ( trong đó có 50000 ha của hệ

thống thuỷ nông Bái Thượng).

- Tạo nguồn nước sinh hoạt cho vùng đông dân cư rộng lớn của tinh

‘Thanh Hoá với 2triệu dân,

~ Cấp nước với lưu lượng 8m'/s cho sản xuất công nghiệp.

- Phát điện với công suất lắp máy 97 MW 2.1.3 Qui mô va các hạng mục công trình

Công trình đầu mối thủy lợi hé chứa nước Cửa Đạt là một công trình cấp I theo tiêu chuẩn TCXIDVN 285 — 2002, có tính chat kỹ thuật phức tap.

Hệ thốn công trình bao gồm:

- Dap chính đầu mối Cửa Đạt = _ Đâu mối đập phụ Dốc Cáy - _ Đầu mối đập phụ Hón Can,

“Trong đó cụm đầu mối Cửa Đạt là lớn va phức tạp nhất Cụm công trình này bao gồm các hạng mục:

- Đập chính là đập đá đổ chống thấm bằng bẻ tông bản mặt.

- Dap tran xa lũ với 5 khoang mỗi khoang rộng 1 1.0m; ngưỡng tran ở cao

trình V297, đấy kênh dẫn thượng lưu ở cao trình V+85; giữa các