Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu xác định kích thước bể tiêu năng hợp lý cho tràn xả lũ hồ Ngàn Trươi Hà Tĩnh trên mô hình vật lý

096.1000155 6

2 Mục đích và nhiệm vụ của a 8

5 Kết quả dự kiến đạt ẨƯỢC - St 3S 3E E1 1111111151211 111111111111 xe 9

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập tran và tiêu năng sau tran trong các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam và trên Thế 00-3 11

1.2 Tổng quan về bê tiêu năng và tiêu năng đáy sau tràn thực dụng 14

1.2.2 Tình hình vận hành thực tế ở một số hồ chứa và công trình xả lũ 15 1.3 Anh hưởng của chiều sâu, chiều dài bê đến hiệu quả tiêu năng 15 1.4 Các hình thức kết cấu tiêu năng dong đáy, -+©22c++cxezxczreerxees 16 1.4.1 Bé tiêu Mang coe cecceceesecsecssessessesseessessessessesssessessessessssssesseesesseessesseeseesseeses 16 1.4.2 Tường tiGu năng - c1 t1 TH TH HH nhện 17

CHUONG II: NGHIÊN CỨU LÝ THUYET VE KÍCH THƯỚC BE TIÊU NĂNG CUA TRAN VAN HANH 00115 18 2.1 Lý thuyết mô hình hóa các hiện tượng thủy 1 o cesccescessesssessesstessesssessseesees 18 2.1.1 Khái niệm về mô hình c¿ 22++++EEE+tttttEktrrrtrtrtrrrrrttrrrrrrrtrrrrrrrrk 18

2.2.1 NuGc Mhay 22

2.2.2 Nôi tiếp dong chảy ở hạ lưu công trình - -: - 24

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

2.3.3 Tỉnh oán chiều dải bé tiga năng 31

23.5 Các biện pháp tiêu năng phụ trợ 3

3.4 Kết luận chương 2 0 CHUONG II: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THUY LỰC TRAN VAN HANH NGÀN TRƯƠI 38

3.1 Giới thiệu nghiên cứu thí nghiệm mo

Trươi 38

nh tổng thé tràn xã lũ vận hành Ngắn3.1.1 Mue đích yêu cầu nghiên cứu thítehiệm mô hình thuỷ lực 383.12 Nội dung yêu cầu thi nghiệm trên mô hình tổng thể ein xả lũ 383.1.3 Thiết kế và xây dựng mô hình 39

3.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình xác định kich thước bé tiêu năng và các.

ếu tổ tương ứng của dòng chảy qua trăn Ngắn Troi 503.2.1 Kết quả thí nghiệm phương án 1 503.2.2 Kết luận và kiến nghị phương án 1 613.2.3 Kết quả thí nghiệm phương én 2 63

3.2.4 Kết luận và kiến nghị phương án 2 T5

53.3 Phân tích nhận xét kết quả thí nghiệm mô hình n

43 Kết qui tính toần

43.1 Phương án 14.32 Phương án 2

4.4 Phân tích, so sinh kết quả tính toán và kết qu thí nghiệm mô hình KET LUẬN TON TẠI VA KIÊN NGHỊ

Bang 1-1 Bang thông kế một số hồ đập, đập tran xây dựng ở Việt Nam sử dungbiện pháp tiêu năng dayGiá trị Bạp khi xã lũ PAL

Sự co hẹp ding chiy ở đầu trụ pin các khoang trin PALLLom sâu tại hai trụ pin bên PAL

Xác định các thông số tiêu năng PA 1

[Nang lượng tiêu hao qua công trình nối tiếp PA 1

Khả năng xả qua trần ~ PA 2.

Xie định các thông số tiêu năng PA2

Nang lượng tiêu hao qua công trình nỗi tiếp PA2.

Các số iệu đầu vào tính toán

Tính độ sâu liên hiệp của nước nhảy theo lý thuyết ~ PAL

Kết quả tinh toán chiều dài nước nhảy ~ PAL tết quả tính toán chiều di nước nhấy - PAL Kết qua tính toán chiều dai nước nhảy — PA2.

Hình 2-1: Nước nhảy 2

Hình 2-2: Biéu đồ xác định Q tính toán tiêu năng 29

Hinh 2-4: Sơ đồ tính toán bề tiêu năng 40

Hình 2-4: Biểu đồ lưu tốc su công trình tháo 4High 2-5 + Hình thức các thit bj 80 năng phụ 5.Hinh 2-6 Các hình thức mỗ tiêu năng 35

Hinh2-7 : Sơ đồ tinh hình dong chảy khi có thiết bị tiêu năng trên sir 35 Tình 3-1: Mặt bằng m6 hình tổng thể tran Ngân Trac 46

Hình 3-2: Bồ trí các mặt cắt đo lưu tốc và mực nước - PAL AT

Hình 3-3 do haw tốc và mực nước - PAL 48 Hình 3-4: Sơ đồ điểm do áp sudt trên mặt tran - PAL 49

Hình 3-5: Đường quan hệ Q,¿ =f,(Z,¿) và m=f; (Qua) chảy tự do qua tran — Không.

chế MNHL- PAL si

Hinh 3-6 : Vị trí mồ tiêu năng trong bé - PA 2 63

Hình 3.7: Kích thước mé tiêu năng PA 64Hình 3-8: Đường quan hệ Qu.=fyZas) và m=f; (Qu), chảy tự do qua tran ~ Khôngchế MNHL- PA2 6s

Hình 3-9: Bổ tr mặt cắt do lưu tốc và mực nước ~PA2 6 Hình 3-10: Bỗ trí mặt cắt đo lưu tốc và mực nước ~ PA2 ° 68

Dit nước ta có điều kiện địa hình rất đặc thủ, phía Tây là đổ núi sao dia hình

có độ đốc lớn, phía Đông là các vùng đồng bằng lớn ven biển, đồng thời Việt Nam

cũng la nước có hệ thống sông subi dẫy đặc trung bình cử kháng 20 km có một cửasông đỗ ra biển Đây là một tim năng lớn để xây dựng và phát triển các công tinh

thủy lợi, thủy điện phục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước gốp phần vào phát triển kỉnh tế xã hội

Việc xây dựng các đập ngăn, đập dang trên các sông, suối sẽ làm hình thành

nên các hồ chữa Bên cạnh tác dụng điều hòa đồng chảy trong mùa lũ, giảm định lũ

và phục vụ mục đích thủy lợi, thủy dién v.v thi hỗ chứa lại im tăng cột nước, đâylà một trong những mồi nguy hại lớn cho cả vùng hạ du khi có sự cốtự tình xâyra Các công trình đập ngăn, đập dâng chỉ cổ thể tích nước đến một cao trình nhất

định nào đồ theo thiết kế, rong khi đó lượng nước lũ về hi rt lớn trong mia mưa vượt quả khả năng tích nước của hồ cần phải tháo lượng nước thừa về hạ lư đảm

bảo an toàn cho công tỉnh Do đó ở các hỗ chứa cần làm các công trình tho lũ trong46 đập tàn là một loại công trình được sử dụng rộng rãinay, Ngoài đập trần

chính tháo lĩ thường xuyên nhiều công tình còn bổ trí trần phụ và ttn sự cố xã lĩ

để đảm bảo an toàn cho công trình.

[Nhu vậy tràn xa lĩ là một hạng mục quan trọng né quyết định đến hiệu quả

làm việc của tổng thể một dự án thủy lợi, thủy điện Việc bổ trí đập tràn có quan hệ

với bổ trí tổng thể các hạng mục công trình khác, điều kiện thi công, điều kiện địa

hình, địa chất vige chọn ra được hình thức kết efu tin phù hợp cũng là một vấn

để luôn được quan tâm,

Nang lượng thửa của ding nước khi qua công tình tháo nước là rit lớn, đặc

biệt ở những công trình có cột nước lớn như đập tràn, dốc nước, đường tràn dọc,

“đường trần ngang của các hd chứa.Năng lượng thừa này néu chúng ta không có biện

pháp tiêu hao bớt thì sẽ gây ra xói lở lòng dẫn hạ lưu dẫn đến gây mắt ôn định và

phá hỏng công trình gây ra những thiệt hại to lớn cho con người.

hình thức tiêu năng nảy lại có những wu, nhược điểm khác nhau và phủ hợp với

từng điều kiện địa hình, địa chất khác nhau.

“Chính vì vậy việc nghiên cứu một biện phập iều năng thích hợp cho mỗi công

trình là hết sức cin thiết Nó là điều kiện quan trọng để các công tình tháo nước

làm việc an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao.

Véi những công trình cổ cật nước cao nhưng dia chit nền yếu như nén đất,

nền đá phong hoá mạnh đồng thời lớp nước đệm ở hạ lưu mỏng hoặc những công,

trình có cột nước thấp thi việc chọn hình thức tiều năng kiểu mũi phun là không hopTrong trường hợp nay chúng ta có thể chọn một trong các hình thức thức tiêu

như làm bể

năng đánăng, tường tiêu năng hoặc bé tường kết hợp.

Đối với trân vận hành thì lưu lượng vả mực nước xã qua trần thường xuyên thay đổi theo thời gian nên hiệu qua làm việc của tràn phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng kich hước của trăn đặc biệt là chiều siu,chigu dài bể tiêu năng Chiều sâu bể

quyết định chế độ nỗi tiếp ở hạ lưu tran còn chiều đài bể quyết định lớn đến điều

kiện kinh tế và kỹ thuật công trình Vi vậy tính toán lựa chọn được kích thước hoplý của bể tiêu năng sẽ góp phần rit lớn wong việc tiêu hao năng lượng của ding

chảy giải quyết tốt vin đề thủy lực sau công trình tháo mang lai hiệu ích chung cho

toàn công tinh

Việc xác định kích thước bể tiêu năng của các công trình hiện nay đều dựa

trên các phương pháp lý thuyết vả công thức tính toán chung cho bai toin phẳng Trong thực tế mỗi công tình có những điều kiện v8 địa hình, địa chit, đồng chảy rắt

“uw năng của từng công trình cin xem xét

khác nhau, nên việc áp dụng hình thức

các đặc điểm riêng của chúng.

Khi tính toán bằng các phương pháp lý thuyết không thể đề cập hết được các

yếu tổ ảnh hưởng đến công trình tiêu năng Bởi vậy, bên cạnh kết qua tính toán lý

thuyết, việc kết hợp thí nghiệm mô hình trong những điều kiện biên ey thé của mỗi

“Công tình trì xả lũ Ngân Truơi nằm giữa dp phụ thuộc công trình đầu mối

Ngàn Trười dự kiến xây dựng trên địa ban xã Hương Đại huyện Vũ Quang tỉnh Hà

Tinh, Trin kết cấu bằng BTCT, hình thie trin kiểu thực dựng Ophixérép không

chân không bằng BT ngoài bọc BTCT Trần gồm 5 khoang kích thước mỗi khoang5% là Qua os

2120m'/s và lưu lượng xa lũ kiếm tra P = 0,1% là Q.;„¡s= 2443 m'/s, Tran được BxH = 8m x 7m có nhiệm vụ xả lũ với lưu lượng xã lũ thiết kế PH

xây dựng trên địa ting đá phong hóa mạnh do đó đơn vị tư vấn thiết kế đã lựa chon

biện pháp tiêu năng cho trân là bé tiêu năng với kích thước tính toán là chiều dai bểtiêu năng 54,05m, chiều rộng bé tiêu năng 53.0m, chiều sâu bé tiêu năng 7.0 m

Các thông số êu năng của tràn vận hảnh Ngàn Trươi hignay đangAuge tiền hành thi nghiệm tại Trung tâm nghiên cứu Thủy lực ~ Phòng thi nghiệm

trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam nhằm mục đích kiểm tra tính hợp lý của phương án thiết kế đồng thời đưa ra các

phương án sửa đổi hợp lý hơn cho công trình về mặt bổ tí tổng thể kích thước và

Vi vậy đề tải "Nghiên cửu xác định kích thước bổ iêu năng hợp lý cho tran sft hồ Ngàn Trươi Hà Tĩnh trên mô hình we ý ” nhằm tiên hành phân tích kế

quả đo được từ tí nghiệm mô hình, so sinh, đối chống với cc kết qui tính toín lý

thuyết là hết súc cần it và có ý nghĩa thực tiễn đối với ông trình Ngân Troi nổi tiêng và các công trình có điều kiện trong tự nổi chúng

2 Mục đích và nhiệm vụ của đ tú:

= Nghiên cứu xá định ích thước hop ý của bé gu năng, sin tin ấp đụngcụ thể cho trin vận hành Ngân Troi tỉnh Hà Tĩnh

~ Đánh giá so sánh kết quả tính toán lý thuyết vả kết quả thí nghiệm mô hình

để rút ra một số vẫn đề cần lưu ý trong việc nghiên cứu xác định kich thước bổ iêunăng

~ Thu thập các tài liệu tham khảo.

"Ngân Troi tỉnh Hà Tình

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: + Cách tiếp cận

- Thông qua các tả liệu: Giáo trình thủy công, giáo trình thủy lực, các giáo

trình chuyên ngành về đập trin - nối tiếp và tiêu năng, các tài liệu chuyên ngành.

+ Phương pháp nghiên cứu

- Phương phấp nghiễn cứu lý lain: Sử dụng các lý thuyết, phương pháp.

công thức tính toán trong ti liệu tham khảo hiện hành.

= Phương pháp nghiền cứu thực nghiệm: Thông qua kết quả nghiền cứu thí

nghiệm mô hình của trần vận hành Ngàn Trươi để so sinh, đối chứng với kết quả

tính toán lý thuyết

5 Kết quả dự kiến đạt được:

+ Đưa ra được quy luật và mối quan hệ tương quan giữa các đại lượng eo

"bản của đồng chảy và tiêu năng

~ Đưa ra được kết quả kích thước hợp lý của bể tiêu năng.

-Ki + sử dụng cho thiếttra, đánh giá độ tin cậy của¢ quả thí nghi

cụ thể bể tiêu năng trần vận hành Ngân Trươi

~ Là tải liệu tham khảo cho các công trình tương tự,

CHƯƠNG I: TONG QUAN

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập trin và tiêu năng sau trần trong cáccông trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam và trên Thể giới

1.2 Tổng quan vẻ bể tiêu năng và tiêu năng đáy sau đập tràn.

1.3 Kết luận chương 1

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYET VE BÉ TIÊU NANG TRAN VAN HÀNH

2.1 Lý thuyết mô hình hóa các hiện tượng thuỷ lực

2.2 Tính toán nối tiếp và tiêu năng sau tràn

2.3 Tính ton thiết kế b tiêu năng sau trân

2.4 Kếtluận chương 2

CHƯƠNG 3: KET QUÁ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIÊM MÔ HÌNH THỦY LUC TRAN VAN HANH NGAN TRƯƠI

3.1 Giới thiệu nghiên cứu thí nghiệm mô hình tổng thể tràn xã lũ vận hành

Ngân Trươi

3.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình xác định kích thước bể tiêu năng

tổ tương ứng của đồng chảy qua trin vận hành Ngàn Truc

4.1 Giới thiệu chung về công tình Ngân Trươi

4.2 Cíc số liệu đầu vào dang cho tính toán.

4.3 Tính toán xác định kích thước bể tiêu năng và các yêu tổ của đồng chiy

«qua trân Ngân Trươi

4.4 Phân tích, so sánh kết quả tính toán và kết quả thí nghiệm mô hình.

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

~Những kết quả đạt được của luận văn.

~ Mức độ tin cậy của kết quả tỉnh toán.

~ Khả năng ứng dung của đề tải rong thực tế

-Nhimg vin đề còn tôn tại cần nghiên cứu.

CHƯƠNG TONG QUAN

11 Tổng quan về tình hình xây đựng đập trần và tiêu năng sau tràn

trong các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam và trên Thể gi

Trên thể giới cũng như ở nước ta hiện nay có rất nhiễu hỗ chứa nước đã và

đang được xây dựng Các công trình này được xây dựng ở các vùng trung du và

miễn núi đã đóng góp không nhỏ cho sự phát triển kinh tế của các vùng nói riêng và của đất nước nói chung góp phần ôn định tinh hình kinh tế chính trị, quốc phòng và

an ninh.

Trong các hệ thống hỗ chứa thi tràn xả lũ lä một phần không thể thiếunó

chiếm một tỷ trọng khá lớn tong tổng vốn đầu tư xây đụng công trình Sự kim việc

hiệu quả của trăn xã lũ quyết định đến hiệu qua hoạt động của toàn bộ hệ thống Vì

vậy vitính toán, lựa chọn phương ấn trần xã lũ và tiêu năng sau trần có ý nghĩa

rất quan trong, Vige lựa chọn hình thức, bổ trí tran xã lũ và tiêu năng sau trần tủy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chat, giải pháp bổ trí tổng thé công trình, điều kiện.

quản lý vận hành,

Theo số liệu thống kê, đến năm 2003 cả nước đã có 1967 hồ chứa có dung

tích từ 0,2 triệu m ở lên với tổng dụng tích trữ là 2,82 tỷ m! nước và thống kể có

được cho thấy ở các hd chứa sự cổ hư hỏng của đập chính do nguyên nhân hư hỏng

dilà sự cổ lớn Theo số li

1 tra năm 1992.ở nước ta, trong số các hồ chứa đã x:dựng chỉ có 39 đập trin Lim việc

bình thường , trong khi 38,7% có hư hong nhỏ và 22,2% có hư hỏng lớn Cũng theo

sổ liệu điều tra của Cục Thủy lợi, sự cỗ công trinh mã mà nguyên nhân xuất phát từ

việc hư hỏng của tràn có ty lệ như sau: Hồ có dung tích từ 5 + 10 triệu m’ có gần.30% hư hong là do sự cổ của tin, hỗ có dung tích từ 1 + 5 triệu m cố gain 40%

hồ có dung tích tir 0,2 + 1 triệu mỶ có gần 45% hư hỏng là do sự cố của trin

Với công trình trần xã lũ việc iêu hao năng lượng thừa của ding chây ở sau

tràn là vô cùng quan trọng Chính vì thể việc lựa chọn hình thức và kích thước bộ.

hận tiêu năng có ÿ nghĩa quan rong với công trình tần xi lũ và với cả hệ thông

sông tình Với những công tinh cố dia chất nên yêu, cật nước thấp thì sử dụng

biện pháp tiêu năng dy là thích hợp Trong thực tế ở nước ta và trén thể giới có rit

nhiễu công trình sử dụng biện pháp tiêu năng này.

TIS chia nước Ding

2 30 | Trin ed cửa van | 90Mô - Ngai Sơn

Cam Ranh có van điều titWS chia mae | 1986- Trin bE tông cốt

š 2006- h ‘Tran có cửa van.

9 | Hồ Sông Ray bit | 35 oS | 4002010 điều tide

TH | HB Sroe-phumieng | 2002 | Dit | 31 | Tieuning diy

Hỗ thủy lợi Phước | 2006- h ‘Tran có cửa van

1997- | Đập

16 | Thủy dign Đami 30 | Trinbén nr do2001 | đá đố

17 | thavaien Vuong | 20% | tô |g | Trine van

vase * | 2008 | aim điều tiết

1.2, Tổng quan về bể tiêu năng và tiêu năng đáy sau đập trần (6) [13]

1.2.1 Tình hình xây dựng công trình trần tiêu năng đáy

Theo thing kế ở Việt Nam có khoảng trên 650 hồ chứa vừa và lớn, trên 35000 hồ chứa nước loại nhỏ Tính đến nay chúng ta đã xây dựng và đưa vào khai thie trên 500 hỗ chứa nước có dung ích tử 1 tiệu m trở lên, trừ một số hd cố mục dich chính là phát điện còn lại chủ yếu a trữ nước để tưới và cấp nước sinh hoạt

Trong việc bố trí tổng thể một dự án thủy lợi, thủy điện công trình trản xả lũ.

thi n đỀ tiêu năng sau trần nhằm dim bao nổi tiếp dong chảy hạ lưu chiếm một vi

trí quan trọng Hình thức tiêu năng phòng x6i được lựa chọn đựa trên điều kiện địa

hình, dia chất, điều kiện ding chảy, phương thức vận hành chiều sâu nước hạ

Dic điểm tiêu năng đồng diy li là lợi dung sức cân nội bộ của nước nhảy, đồlà hình thức thường ding nhất Điều kiện cơ bản của hình thức tiều nang này là

chiều s lu nước ở hạ lưu phải lớn hơn chiễu sâu liên hiệp thứ hai của nước nhảy hy >

hệ" để dim bảo có nước nhày ngập dn định và tiêu năng tập trung.

Trong tiêu năng đầy, ưu tốc ở day tất lớn, mạch động mãnh liệt, có Khả năng,

xối lỡ cao vì thé trong khu vue nước nhảy ( sân sau) phải bảo về bằng bê tông, bê

tông cốt thép Khi nền đá xdu đoạn nỗi tgp sau sân sau ( sản sau thứ hai) cũng cần

được bảo vệ một cách thích đáng Muốn tăng hiệu quả tiêu năng thì thường trên sân sau người ta làm thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mỗ, ngưỡng dim tiêu năng

48 cho sự xung kích nội bộ của đồng chảy cảng mãnh liệt hơn và ma sát gta dòng

chiy với các thit bị đ cũng có ác dụng iéu hao một phần năng lượng Ngodi ra

các thiết bị tiê năng phụ còn có tác dụng dâng cao mye nước ở sin sau, diy dòngchảy có lưu tốc lớn ở day lên trên mặt giảm tác hại xói lở nâng cao hiệu quả tiêu

năng, Biện pháp này có higu quả tốt và được sử dụng rộ: vãi Tiêu năng ding đấy

thường được dùng với các công trình có cột nước thấp, địa chất nên tương đối kém, mực nước hạ lưu không lớn lắm Khi cật nước cao thảo lưu lượng lớn lúc này b, rit lớn để đáp ứng yêu cầu có nước nhảy ngập sau công trình thì ddi hỏi chiều sâu nước hạ lưu rit lớn, như vậy phải dio sâu bể tiêu năng hoặc lim tưởng tiều năng

cao hoặc phải âm nhiều cấp tường nỗitiếp nhau và sin sau thứ hai cũng cần bảo vỆ

kiên cố hơn Khi đó thì hình thức tiêu năng đáy sẽ tốn kém hơn và không phủ hợp “Trong những năm gin đây các công trinh thủy điện, thủy điện kết hợp thiy

lợi được phát triển nhanh, trong lúc kinh nghiệm thiết kế của nước ta vẫn còn khả

ế, nhiều nghiên cứu của nước ngoài chưa được cập nhật áp dụng vio thực tẾ của Việt Nam, Mặt khác cúc công thức tính toán ma chúng ta áp dụng hiện nay đều là nhờng công thức kinh nghiệm của rit nhiễu tác giả đưa ra din tới những kết quả tính toin cỏ sự sai khác nhất định Do đó việc áp đụng công thức tinh ton như thể nảo để đạt kết qua tính toán đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, kinh tế với các đặc thù.

6 nước ta cho mỗi công trình là bài toán cin giải quyết cho từng công trình ou thể"Để giải quyết vấn để này, vige kết hợp phân tích, đối chứng, so sinh giữa kết quả

quà nghiên cứu thực nghiệt n mô hình là hướng đi hợp lývà ngày cảng được ấp dụng rộng rãi nhất la với cúc công tình vừa và lớn

1.22 Tình hình vận hành thực tế 6 một số hd chứa và công trình xã lũ

“Các hồ chứa ở nước ta hi nay thường gặp những sự cỗ chủ yu sau? sat mit

thượng lưu đập 25,84% , hong đập tran xi lũ 25,39%, cổng bị hồng 17.3%, đập bịthấm 15,06%, đình đập thấp 9,00%, cửa van bị hông 3.60%

Nhu vậy sự cỗ hồ chứa do sự cổ dip trần gây ra chiếm tỷ lệ rit ao Các sự cỗ đập tràn thường do các nguyên nhân như: lũ vượt qua đỉnh đập tran, thắm dưới đấy đập và hai bên, thắm qua thân đập, đập bi trồi hoặc bi gly, xói sân tiêu năng,

xói sân sau dẫn đến xói lờ đáy đập, gãy ,kẹt cửa van, hong thiết bị đồng mở.

“Trong đó xéi sin tiêu năng thường do các nguyên nhân như đảnh giã sai tỉnh hìnhđịa chit nền, xác định sai mực nước hạ lưu, xác định sai lưu lượng tính toán tiêu

năng nên tính toán cho trường hợp không phải bất lợi nhất, biện pháp tiêu năng

không hợp lý, thi công không đảm bảo chat lượng, vận hành tein không ding quytrình

1.3 Ảnh hưởng của chiều sâu, chiều dài bể đến hiệu quả tiêu năng.

“Các kích thước chiễu sâu, chiều dài bể có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả

“Chiều sâu bể tiêu năng phải đảm bảo điều kiện cơ bản của hình thức tiêu

năng đáy là chiều sâu nước ở hạ lưu phải lớn hơn hơn chiều sâu liên biệp thứ hai của nước nhảy hụ> h.” để đảm bảo sinh nước nhay ngập Nhưng néu chiều sâu bé quá lớn sẽ dẫn tới gn tượng nước nhảy quá ngập, lúc này dòng nước lạ tuba ởdưới đấy và phá hủy lòng dẫn ở hạ lưu công trinh làm giảm hiệu quả tisnăng

Chiều di bể cũng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả kính tế kỹ thuật của ‘céng trình néu ta làm bể quá dài thi đảm bảo tiêu năng tập trung trong bể (gói tron nước nhảy) nhưng sẽ không kinh tẾ và ngược lại nêu bể ngắn hông không gói

được nước nhảy dẫn đến hiệu quả tiêu năng của bể không cao,

Việc xác định chiề sâu vi chiều dài bé iều năng của các công tinh hiện nay

cđều đựa trên các phương pháp lý thuyết và công thức tinh toán chung cho bai toánphẳng Trong thực tế mỗi công trình có nhữngvé địa hình, địa chất, dingchay rit khác nhau, nên việc áp dụng hình thức tigu năng của từng công trinh cần

xem xét tính đến các đặc điểm riêng của chúng.

Khi tỉnh toán bằng các phương pháp lý thuyết không thể đề cập hết được

các yếu 6 ảnh hưởng đến công trình tiêu năng Bởi vậy, bên cạnh kết quả tính toán

mô hình với những di

định kích thước bé tiêu năng hợp lý đảm bảo hiệu quả tiêu bao năng lượng cao nhấtcho mỗi công tình

1.4 Các hình thức kết cấu tiêu năng dòng đáy [16], [4], [8]

Kết cấu tiêu năng ding đầy gồm có các hình thức sau : Đào bể tiêu năng, xây

tường iêu năng và bể tường kết hợp

1.4.1 Bễ tiêu năng.

Đây là biện pháp được áp dụng phổ biến ở cúc công tình năng dongn sâu, Hình

đây nhất là ở các công tình có địa chit nén mềm yếu, ting đá 26

thức này tạo ra chế độ chảy ngập khi qua ngường bé nên chỉ edn tiêu năng một lẫn „

tuy nhiên nếu chiềulu bể quá lớn thì việc thi công sẽ gặp khó khăn khi đó phương.ấn đảo bé tiêu năng không kinh tế.

1.4.2 Tường tiêu năng

Nếu điều kiện kí

điều kiện nền địa chit tốt việ thi công bể tiêu năng gặp kho khăn thì chúng ta kim cấu và thi công khi làm bé tiêu năng không thích hợp hoặc

tường tiêu năng Lúc này tường tiêu năng làm việc như một đập tràn thực dụng hoặc

thành mỏng vì thể khi thiết kế chúng ta phải kiểm trả trạng thải chảy sau tưởng, Nêu

sau tường có nước nhảy phóng xa hoặc tại chỗ ta phải tính toán tiêu năng cho tường,

tức La phải làm thêm các tường ở phía sau Trường hợp tường quả cao chúng ta phải.

làm thêm các tường phía sau lúc này khối lượng công tình sẽ tang lên vì thé sẽ

không kỉnh tế.

14.3 Bế tường kết hợp

Trong thực ế có nhiều trường hợp nếu làm bể têu năng chỉ bằng cách hạ thấp

đầy kênh hạ lưu hoặc chỉ xây tường tiêu năng thi không hợp lý Trường hợp thir

nhất nếu bể rt sâu đầy kênh hạ lưu phải hạ thấp quả nhiều, khối lượng đào quá lớn

và việc thi công khó khăn đồng thời phần chân đập sẽ phải có thêm khối bê tông lớn.

làm tăng khối lượng công trình Trường hợp thứ hai là trờng qua cao sau tường có

nước nhày phóng xa vì vay ta phải làm thêm tường thứ hai, thứ ba rong điều

kiện như thé người ta thưởng kết hợp hai biện pháp trên tức là vừa ha thấp đáy kênh.

làm bé đồng thời xây tường ở bên trên Biện pháp này giúp ta không phải dio bể

quá sâu đông thời cũng không phải xây tường quả cao Thực tế đã chứng tỏ biện.

pháp này trong nhiều trường hop rất số lợi vé mặt kin tế vã kỹ thuật 15 Kết luận chương

Hiện nay rất nhiều công trình tháo là ở các công trình thủy lợi, thủy điện sử‘dung biện pháp tiêu năng đáy, đặc biệt là những công trình có cột nước vừa va thấp,

những công tình có địa chit yếu Việc lựa chọn hình thức k

của bé tiêu năng hợp lý có ảnh hưởng rit lớn đến hiệu qu tiêu hao năng lượn sự ôn định và hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công trình Nhưng những vấn để nay

chưa được nghiên cứu tính toin cụ thé, cần được nghiên cứu tinh toán cụ thể ởnhững chương sau.

EN COU LÝ THUYỀ: BÊ TIÊU NANG CỦA TRẤN VẬN HANH

'CHƯƠNG II: NGH

2.1 Lý thuyết m6 hình hóa các hiện tượng thủy lực [9], I2]

Xô hình là hình ảnh của tr duy hay là một sản phẩm vật chất ạo ra bằng các vật liệu khác nhau nhằm phan ánh hoặc giống đối tượng nghiên cứu và những kết quả nghiên cửu đó đem đến những thông tin chính xác về đ tượngnghiên cứu

trong thực tế

2.1.1.2 Mô hình hóa

Mô hình hóa là sự biểu thị bằng hình ảnh các công trình hoặc hiện tượng củathực tế, bằng công cụ vật lý và toán học hợp lý để có thé nghiên cứu hiệu quả, toàndiện và tối ưu công trình hoặc hiện tượng 46

2.1.1.3 Mô hình vật lý

Mô hình vật lý là mô hình dựa trên sự tương tự giữa bai hệ thực thể Mô hìnhthủy lực là một loại mô bình vật lý, thường được chế tạo với tỷ lệ bé hơn và đặttrong phòng thí nghiệm Vật liệu ding trong mô hình thủy hye cũng phải đảm bảo

tương tự như trong thực Ế.

Mô hình hóa hiện tượng thủy lực dựa trên lý thuyết tương tự lý thuyết tương tự xuất phát từ sự phân tích toán học hoặc phân tích thứ nguyên các đại lượng ảnh

hưởng đến hiện tượng nghiên cứu Các định luật hay tiêu chuẩn tương tự cho phép

chúng ta chuyên những kết qua thu được trên mô hình sang thực tế

2.1.1.4, Mô hình toán

Mô hình toán được thành lập dựa trên sự tương tự giữa thực tế vả tư duy Sự.

tương tự đồ cho phép nghiên cứu thực tế bằng sự giúp đỡ của hệ thống tư đuy trởng

tượng vật lý phức tạp, được miêu tả bằng hệ phương trình vi phân riêng có thé giải

cđược bằng phương pháp số, giải tích hoặc đúng dẫnMô hình toán một hiện tượng vật lý được tạo thành- Từ một mô hình thực.

- Từ sự biểu thị bằng toán học các mỗi quan hệ vat I giữa các dại lượng xác

định hiện tượng cin nghiên cứu.

“Tit các phương pháp giải được bằng toán học các mỗi quan hệ vậtlý

Mặc đích của nghiên cứu thực nghiệm mô hình thủy lực là khảo sắt nhữngnghiên cứu những quy luật của dòng chảy, tá đồng của nước lên mỗi trường mã nóchuyển động trong đó nhằm góp phần thiết thực vào việc thiết kế tối ưu hệ thống

công trình hoặc hạng mục công trình.

"Nhiệm vụ của thực nghiệm mô hình thủy lự là

- Bằng thực nghiệm, giải quyết những vin đề thực tế của thết kế, xây dựng

và kai thác sử dụng công tình thủy lợi ma nhũng vẫn đề đó không giải quyết thỏa

luận‘dang được bằng con đường lý

- Phát hiện những quy luật của hiện tượng thủy động lực học và định nghĩđược chúng

- Kiểm tra, bổ sung và chính xác các công thức lý thuyết của thủy lực bằng

cách xác định giá trị cụ thể của các hệ số khác nhau (mà trước đó lựa chọn clgần đúng), kiểm tra các kết quả của mô hình toán.

- Thịlập quan hệ (hực nghiệm giữa các thông số riêng biệt của hiện tượngnghiên cứu,

- Kiểm tra các kết quả tinh toán theo lý thuyết đã có và góp phin vào sự phát triển tip theo của thủy lực

Khi nghiên cứu trên mô hình thủy lực có những tiện lợi sau= Kích hước bé hon so với thực tẾ

= Bo các dai lượng thủy lực được chính xác nhanh và tiện lợi.

= Đo đặc mang tính hệ thông cao.

= Có thể đến được bat ky vi trí nào dé đo đạc

= ˆ Có thể quan sit và nghiên cứu tương đổi lâu một hiện tượng hoặc đồng

thời các yếu tổ (cả cầu trúc bên trong và tác động ở mặt ngoài) 212 Lý thuyết tương tực

2.1.2.1, Tương tự hình học.

Nếu chúng ta ché tạo mô hình giảm nhỏ so với công nh thực t thì hình

dang của công trình cũng tương ứng phù hợp Mọi góc tương ứng không đổi, moi

kích thước đều được giảm nhỏ theo cũng một tỷ lệ Ta gọi đó là tương tr hình học

giữa mô hình và thực tổ, TY lệ giữa độ dài rong thực tế 1) và độ dai tương ứng trên

Tương tự động học là tương tự của các thành phần tương ứng của lưu tốc và

gia tốc giữa thực tẾ và mô hình và ta có,

G3)

Khi chúng ta có tỷ lệ lưu tốc và tỷ

tương tự động học

Âu =Ây =A, Âu

2.1.2.3 Tương tự động lực học

Là sự tương tự hoàn toàn của các lực trong thực té và trên mô hình Theo

định luật Newton (P = maa) chúng ta có thể viết

Py=m.avj Py=Me ays Py=m.a,iĐạc =mg, de? Pay = Mae lay: Pye = My Mu;

hoặc thay tarútra được Ap =A,A; A,

Tương tự cơ học giữa công trình thực tế và mô hình được đảm bảo khi có“được tương tự hình học, tương tự động học và tương tự động lực học,

2.1.24, Tiêu chuẩn tương tự

Dòng chảy qua công trình là đồng chảy hở, chịu tác dụng chủ yếu của trọng lực Như vậy tiêu chuan tương tự được chọn thiết kế mô hình la tương tự trọng lực.

hay tiêu chuẩn Froude (Fo).

C: Hệ số Cod theo công thức Maning

Rey: Số Reynolds giới han trong khu tự động mô hình xác định như sau

Avalen (25)

‘4g: Độ nhắm tương đối của mô bình

Em: Hệ số sức cản ma sat của mô hình.Rg: Bán kính thủy lực trong m6 hình

Nội một cách chặt chế tỉ iêu chuẩn Froude được áp dung khi lực nhớt có

thể bỏ qua so với trọng lực, số Reynolds bé nhất trên mô hình phải không nhỏ hon

gi trí giới han (Re) nào đó, Nghĩa là khi đó tiêu chun Reynolds không cổ biệulực đồng chảy ở khu tự động mô hình hay khu sức cản bình phương,

2.2 Tính toán nối tiếp vi

chính chảy xuôi, mở rộng đột ngột và khu chảy xoáy chuyển động vòng quanh tại

chỗ trên mặt khu luỗng chín

Mu huông chính+ Nước nhập

2.2.1.2, Phân loại

- Theo diéu kiện nảy sinh và cấu trúc của nước nhảy có+ Nước nhảy hoàn chỉnh khí (h /h >2)

Trong đó h’,h” là chiều sâu trước va sau nước nhảy.

+ Nước nhảy dâng: Là hình thức của nước nhảy hoàn chỉnh xảy ra khi cỏ

một vật chưởng ngại đặt ngang đáy làm dâng cao mực nước sau nước nhảy tạo nên.

khu xody mặt lớn hơn so với nước nhảy hoàn chỉnh

+ Nước nhảy mat: Khi nước nhay cổ Khu luỗng chính ở trên mật và khu xoáy

cuộn lại ở bên dưới

+ Nước nhảy sống: Khi c

chảy xiết là nhỏ (h /h < 2)

- Theo vị tí nước nhảy

+ Nước nhảy phóng xa khi hỉ, > hy,

+ Nước nhảy tại chỗ khi = hy

nh lệch mực nước giữa dong chảy êm và dòng

+ Nước nhấy ngập kh, <hụTrong đó

hạ Chiễu sâu đồng chảy ở hạ lưu công trình

hc Là độ sâu liên hiệp với độ sâu dong chảy tại mặt cắt co hep h.

gh G6)

+ Nước nhảy sóng khi Fy =1 + 3+ Nước nhảy yêu khi Fy 6 + Nước nhảy dao động khi Eạ =6 + 20

20+ 80+ Nước nhay én định khi E,

+ Nước nhay mạnh khi By 2 80

2.2.2 Nổi tiép dòng cháy ở hạ lưu công trình

Dòng cháy từ thượng lưu qua ngưỡng tràn ( có hoặc không có cửa van) nổi

tiếp với đồng chảy ở hạ lưu công trình bằng các ình thức khóc nhau : nỗi

đấy, nỗi tiếp chảy mặt, nỗ tgp dng phun (phóng xa)

32241 Nổi tip chiy diy

Là trang thải mà lưu tốc lớn nhất của đồng chảy xuất hiện ở gần đây kênh dẫn Có thé gặp nối tiếp chảy đáy ở hai trường hợp sau.

Trường hợp 1: Ding chủy ở hạ ưa là đồng chảy êm

Trong trường hợp này dòng chảy qua ngường trả đổ xuống hạ lưu xuất hiện

init sắt co hep CC Tại mặt cắt co hep, độ siu ding chấy (h) là nhỏ nhất và lưi

tốc đạt giá tị lớn nhất Khi đó h, < h, do vậy nối tiếp chảy đầy trong trường hợp

này bắt buộc phải qua nước nhảy, Gọi hy” là độ sâu liên hiệp với h, và hỉ là độ sâu

liên hiệp với by

a, Nếu i, = hạ (hay hạ = h,) có nước nhảy tại chỗ, năng lượng thừa sẽ tiêu

bao một phần lớn bởi nước nhảy Dang nước nhảy này không ồn định

b Nếu hỶ, > bạ (hay b, < hy) có nước nhảy phóng xa, năng lượng thừa sẽ

tiêu hao bằng tồn thất đọc đường ở đoạn nước dâng va bằng nước nhảy.

e, Nếu hỶ, < hy, ( hay h, > hy) ta có nước nhảy ngập Mức độ ngập được đặc trưng bởi hệ số ngập ơ = h/h ,

Trường hợp 2: Dang chay ở hạ lưu là dòng chủy xiết

Trong trường hợp này dòng chảy ở hạ lưu không qua nước nhảy so sánh độ.

sâu co hep h, với độ sâu bình thường của đồng chảy trong kênh din hạ lưu có cácdang ni tiếp sau đây

a Néu hy = ngay tại mặt cắt co hep thì có dòng chảy đều (với hy là độ sâu

2.2.2.2, Nối tiếp chảy mặt

“rang thái chảy mặt là rạng thái mã lưu tốc lớn nhất của đồng chảy không xuất hiện ở sắt đây kênh dẫn mà ở gin mặt thoảng tự do

Nối tiếp chảy mặt thường gặp tong điều kiện có bậc thẳng đứng ở hạ lưu.

Tuy theo mục nước ở hạ lưu, lưu lượng, kích thước và hình dạng bậc có thể xuất

hiện nhiều dang nỗi iếp khác nhau

1 Khi độ sâu mực nước hạ lưu không lớn, đồng chảy ra khỏi bậc vẫn ở trang

thái chay day.

2 Khi độ sâu mye nước ha lưu tăng đến một mức độ nào đó thi dong chảy

không đi xuống đáy nữa mà phóng ra xa theo hướng lên mặt thoáng hình thành.

dong chảy mặt không ngập.

3 Khi hụ tiếp tục tăng đến một lúc nào đó thi có dạng nối tiếp mặt đáy không.

ngập Ở khu vực đầu là trạng thấ chảy mặt ở khu vực sa là chiy đáy dạng nỗi tệp

nay là trung gian, không dn định, chỉ tổn tại trong phạm vi thay đổi rắt nhỏ của đội

su hạ lưu

4, Nối tiếp chảy mặt ngập: Khi trên bậc có khu chảy cuộn và lưu tốc lớn nhất

của ding chiy xất hiện ở trên mặt,

Trong nỗi tiếp chảy mặt, khi bậc có bán kinh cong ngược khá lớn sẽ hìnhthành cuộn nước dạng phẩu gọi là dong phễu Nồi tiếp dạng này tiêu hao nănglượng khá lớn Nối tiếp dòng phéu có: Ding phễu giới han (ngoài bộ phận xoáy

cuộn ở day còn có xoáy quấn theo chiều ngang); ding phễu ổn định ( đây là dạng.

điển hình của đồng phễu, chính đó là dạng sóng biển hình); dòng phễu chim ( khi hytiếp tục tăng cao vượt quá giới hạn trên của đồng phẫu, nước trong khỏi phẫu cảngxoáy cuộn) Trang thải đồng phéu là quá tình chuyển hoá của ding chảy mặt khi

lưu lượng qua tràn thay đổi.

5 Nỗi tiếp chảy day hồi phục: Trong trường hợp này bậc nước không còn tác

dạng Dặc điểm của dang này là khu nước cuộn mặt rất lớn và khu nước cuộn đây

lại rất bé

Nói chung nổi tiếp chảy mặt tiêu hao năng lượng rất lớn qua khu xoáy cuộn ở đầy và ở mit, lưu tốc ở day bé Không gây x6i lở nghiêm trọng Trong các dạng nổi tiếp nêu trên thi tốt nhất là nối tiếp chảy mặt không ngập, edn chế độ chảy mặt ngập cũng tốt cho việc chỗng xói ở hạ lưu nhưng có nhược điểm là có khu xoáy cuộn trên mũi bậc làm cho các vật rắn lẫn trong dòng nước không thoát ngay được xuống hạ

2.2.2.3, Nối tiếp phóng xa

Dòng chảy từ thượng lưu đến cuối công trình nối tiếp sau ngưỡng tràn

được nổi với hạ lưu bằng đông phun vào không khí, Cao trình định mũi phun phảilớn hơn mục nước lớn nhất ở hạ lưu.

Mục đích của việc tính toán bể tiêu năng sau trần là thiết kế bể tiêu năng hợp.

lý cho công trình, nhằm tiêu hao phần năng lượng thừa của dng chảy trước khi xả

ào kênh dẫn hạ lưu, chẳng xói lờ lòng dẫn hạ lưu, dim bảo an toàn cho công trình.

Tính toán bể tiêu năng cin xác định các đại lượng: Lưu lượng tinh toán tiêu năng;

chiều sâu bổ: chiễu di bổ: chiễu đài đoạn gia cổ hạ lưu; ác thiết bị iều năng phụ.

3.3.1 Lieu lượng tính toán tiêu năng.

Cac công trình thuỷ lợi luôn làm việc với lưu lượng thay đổi trong một phạm.

Vi tử tị số nhỏ nhất Quis đến trị số lớn nhất Q, nào đó Cho nên thiết bị tiêu năng

phải giải quyết tốt vin đề tiêu năng cho mọi cắp lưu lượng có thể có trong phạm vi

đó, Vi vậy rong thiết kế tiêu năng ta phải nh toán theo lưu lượng gây ra sự nổi iễp

bắt lợi nhất, lưu lượng đồ gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng, ký hiệu là Qe Tính theo lưu lượng này thì bé tiêu năng sẽ có kích thước lớn mhất

“Trưởng hợp bắt lợi nhất là trường hợp nồi tiếp bằng nước nhây xa cổ hiệu s

Ch." hạ) lớn nhất lúc đó sẽ có chiều dai đoạn chảy xiết lớn nhất do đó cat

su sâu và chiều dải bé lớn nhất

Lưu lượng tinh toán tiêu năng không nhất thiết à lưu lượng lớn nhất

tăng thì h,` nói chung tăng lên nhưng hạ cũng tăng theo.

‘Dé xác định Qụ ta làm như sau.

tột số trị số Q từ nhỏ nhất đến lớn nhất trong phạm vi biển đổi của lưu

lượng tháo qua công tình

~ Ứng với mỗi trị số Q đó ta tinh được h,ˆ và h, tương ứng Từ đó tính được.

hiệu số (hh) tương ứng, nếu ở hạ lưu có hình thức nỗi tiếp bằng nước nhảy xa

= Vẽ đồ thị quan hệ Q-( h -h;) ta sẽ tìm được tử số Qa ứng với hiệu số

(he bya như hình vẽ

Hình 2.2: Biểu đồ xác định O tink toán tiêu năng

Cần cha ý ring lưu lượng tháo qua công trình Q với lưu lượng dòng chảy ở

hạ lưu công trình Q, có thể khác nhau, vi6 thé các công trình khác bên cạnh cũng,

chảy vào lòng dẫn hạ lưu (vi dụ tính toán tiêu năng cho đập tràn có nhà máy thuỷ điện, âu thuyền bên cạnh thi lưu lượng ở hạ lưu bao gồm cả lưu lượng qua tran và

lưu lượng qua nhà máy thuỷ điện, du thuyỂn

“Trong tính toán tiêu năng h, chi phụ thuộc vào Q qua tràn nhưng hy lại phụ.

thuộc vào Q theo tải liệu quan he lưu lượng A mực nước hoặc lưu lượng với độ

sâu của lòng dẫn hạ lưu

6 trên ta mới đ cập đến lưu lượng tính toán nhưng thực tế không chỉ lưu

lượng mà mực nước thượng ha lưu cũng thường xuyên thay đổi Do đó việc định ra

trường hợp tính toán bất lợi nhất để thiết kế tiêu năng tương đối khổ khăn đòi hỏi

người thiết kế phải suy nghĩ, phân tch toàn điện ma giải quyết cho từng trường hợpcụ thể

ii các công trình tương đối lớn hiện nay ngoài tỉnh toán bằng lý thuyết thi

việc kết hợp với thí nghiệm mô hình trong những điều kiện biên cụ thể của mỗi

công trình là cách làm dang được áp dụng rộng rãi

situ bé tiêu năng [4], [5], I8], [4416]

ảnh 2-3: Sự đỗ tinh toán bễ tiêu năng

Hiện nay có nhiều phương pháp xác định chiều sâu bẻ tiêu năng khác nhau.

‘Yeu cầu chiều sâu bể tiêu năng phải vừa đủ đ tạo ra nước nhảy ngập trong bể ( với

hệ số ngập ơ = 1,05 + 1,1)

Phương pháp chung dựa trên các phương nh sau

~ Phương trình quan hệ mực nước thượng, hạ lưu

= Phương trinh nước nhảy được viết dưới dạng xác định độ sâu liên hiệp sau

nước nhay Ở đây ta tính toán với nước nhảy tại chỗ với độ sâu trước nước nhảy làh.trong lòng dẫn lăng trụ, mặt cắt chữ nhật theo công thức

= Phương trình hình hoe

h, = oh, = d+h, +AZ (1-10)

“Trong đó.

4 ag

2gø hệ 2ghe

AZ (2-11)

Phuong trình hình học được xác định trên cơ sở dòng cháy ra khỏi bể là dòngchảy ngập qua đập trin đình rộng, Khi điều kiện đó không thoả mãn thi cần điều

chỉnh các phương trình nảy cho thích hợp.

Nhu vay để tính được chigu sâu bỂ tiêu năng ta phải tinh ding dẫn theo các

‘inh lại d theo phương trình hình học.

Nếu d gần với dy thì đồ là chiều sâu bể cin tìm, Nếu khác th lp lại các bước

tính đồ với d =d

Ngoài phương pháp chung tình bay ở rên chúng ta có thể tính toán chiều

sâu bể theo các phương pháp khác như: Phương pháp của Tréctouxdp, phương phápSmetana, phương pháp Baskirova, phương pháp của Cục khai hoang Hoa Kỳ

2.3.3 Tinh toân chiều đài b tiêu măng

Chiều dài bể tiêu năng phải di did nước nhảy nằm gọn trong bẻ, khi đồ

hiệu qua tiêu năng của bể mới đảm bảo Hiện nay có nhiều công thác tinh toán

nhưng đều có dạng chung

roi Ly: Chi“Trong đó L„: Chiều dai nưới

1 Chiều dai nước rơi (1,) được tính toán như sau.

a, Nếu chay qua đập tràn thực dụng mặt cắt hình thang

33 /H ,(p +03, (2-13)b Chay qua đập trân thực dụng có cửa van

Hạ Cột nước tần có kể đến lưu tốc tới gin

* Lưu ý: Lạ có thể bằng 0 khỉ đồng nước trăn theo mặt rin

2 Chiều dài gói nước nháy (L,) được tinh toắn như sau

Ly- Chiều dai nước nhây được tính toán theo các công thức,

= ‘Theo Smetana: L,=6a=6(h-h) 2-19)

~ Theo Treetouxốp: oan (JF, 1)"

= Theo §aphoranet: L, =45h

= Theo Pavlopxki: L, =2(1.9h' -h') (2-22)

= Theo Picalop: 63)- Theo Ajva (224)= Theo Saumian: (2-25)~ Theo Poliaka Woycixki: (2-26)= Theo Nadaza Einwachtina: 227)

©, Theo Piealốp.

Ly) =30h (228)

2.34, Đoạn gia cổ hạ lw

BS tiêu năng mới chỉ tiêu hao một phần lớn năng lượng thửa, phần còn lại tồn tại ở dạng động năng, mạch động làm cho dòng chảy sau khi ra khỏi bé tiêu năng vẫn còn mạch động rt lớn cổ biểu đồ lưu tốc lớn ở đáy lòng dẫn và dẫn trở về

đồng chảy tự nhiên có biểu đồ lưu tốc phân bổ dang logait

Do dé để bảo về lòng dẫn sau bể tiêu năng ta phải làm sân sau thử 2, sin sau

thứ 3 Kícủa nó có tính đễ biển dạng thích nghỉ với địa chất nền hạ lưu, đễ

thắm nước Chiều dai sân sau có thể tham khảo công thức

L, = KyqVAH (m) 229)Trong đó

AH: Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m).

4: Lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng ( mÏ/s.m) K: Hệ số phụ thuộc vào dia chất nên lòng dẫn

K 10-12 với cát mịn, ct pha

K=+9 với eit 0, đất cổ tính dinh

K = 6+7 với đất sốt cứng

Š mu the sau công trình thio

3.3.5.Các biện pháp tié“Trong vi

năng phy trợ.

thiết kế bộ phận tiêu năng của các công trình thuỷ lợi nhất là với các công tinh cổ cột nước cao, lưu tốc đồng chảy lớn để tăng hiệu quả tiêu hao năng lượng thừa người ta sử dụng thêm thiết bị tiêu năng phụ Loại thiết bị này có tác dụng tiêu hao năng lượng thừa của dong chảy rút ngắn được chiều dài nước nhấy do d6 giảm được khi lượng sin tiêu năng, các thiết bị này còn có lợi cho việc phân bổ lưu tốc ở hạ lưu Tuy nhiên trong thiết kể cũng cần phải chú ÿ tới các hiện

tượng khí thực hoặc mai môn xảy ra xung quanh các thiết bị tiêu năng phụ, các vật

nổi va đập vào các thiết bị nay Đôi khi cũng cần phải qua thí nghiệm mô hình để

chọn hình đáng, kích thước và bé trí thiết bị tiêu năng phụ cho hợp lý.

Trong tiêu năng đáy khi thiết kế các thiết bị tiêu năng phụ trợ cin chú ý các

vấn đề sau đây,

- Nếu làm m6 nhám sát chân mái đầu bể tiêu năng sẽ làm cho dòng nước bị

làm ảnh hưởng đến chế độ tiêu năng đầy, ảnh hưởng đến hiệu quả fi năng

- Nếu cột nước hạ lưu thấp khi đồng nước va đập với mổ có thé sẽ lim chođồng nước bị hất lên theo phương thẳng đứng gây ra hiện tượng thuỷ lực bất lợi

trong bể tiêu năng như gây sông, dâng cao mục nước trong bể

= Nền bố tri hai hàng mỗ thi hiệu quả tiêu năng tốt hơn so với bổ trí một

hãng, khoảng cách giữa hai hàng mổ L„ = (23), bb ti các mS the hình hoa mai

- Cần phải thí nghiệm mô hình để chọn hình dáng kích thước và vị trí bổ trí

thiết bi tiêu năng phụ trợ cho hợp lý

= Trên sin sau thường bổ tí các thiết bị iều hao năng lượng dòng chảy như mồ, ngưỡng ( hình 2-5, hinh 2-6) M3, ngưỡng làm cho dòng chảy gây nên lực phản

kích lại và giảm được he” nên rất ngắn được chiều di sin sau Thí nghiệm chứng

mình rằng nếu bổ t thích hợp các thiết bị đó thi có thể giảm được b.` từ 20% đến

Phân tích tỉnh hình ding chảy khi có thiết bị tiêu năng trên s in sau và viết

phương trình động lượng cho hai mặt eit 1-1 và 2-2 ( hình 2-7) ta có

Trong đó.

R - Phân lực của thiết bị tiêu năng

` hệ số phụ thuộc vào tinh hình dòng chảy và hình dạng m tiêu nang xác

định bằng thí nghiệm.

«o- Diện ích hình chiếu đứng cia mồ tiêu năng

q~ Lưu lượng đơn vị

4, hg số phân bổ có thể

Sau khí có thiết bị tiêu năng , do tăng xung lượng ở mặt cắt 2-2, giảm được chiều sâu lên hiệp nước nhảy, tức là gm được độ sâu đảo bé iều năng hoặc giảm chiều cao tường tiêu năng , Trong điều kiện như nhau, đảm bảo độ ngập giống nhau, nhưng nhờ có thiết bị tiêu năng trên sân sau nên hình 2-7b giảm được chiều sâu đào

bể một tị số là d, hy so với hình 2-7a.

Thiết bi tiêu năng thường bổ tí ở những no có lưu tốc lớn nên xung quanh mồ để sinh áp lực âm Lưu tốc cảng lớn, nếu mổ không thuận thi áp lực âm cảng lớn

gây nên khí thực phá hoại bê tông Lim cho điều kiện làm việc của thiết bị tiêu năng

không tốt

24, Kết luận chương 2

Trong chương này tác giả đã tập trung nghiên cứu lý thuyết về nối tiếp va

tiêu năng hạ lưu công trình, về bể tiêu năng, về các biện pháp tiêu năng phụ trợ và

vấn đề về đoạn gia cổ hạ lưu Song việc tính toán lý thuyết hiện nay có rất nhiều các,

công thức khác nhau để tính toán nước nhảy, kích thước công trình tiêu năng cho tanhững kết quả tương đối chính xác Kết quả tính toán phụ thuộc vào chủ quan và

kinh nghiệm của người tính toán, trong từng trường hợp cụ thé người tính phải phân.

tích được tit cả cúc yếu tổ ảnh hưởng vi vậy kính nghiệm của người tinh đồng một

vai trò tương đổi quan trọng Chính vì vậy những vấn đ lý thuyết côn tồn tại này sẵn được làm sing tô thêm thông qua phân tích, so sinh với kết quả thí nghiệm sẽ

cđược làm rõ trong những chương tiếp theo

(ONG III: NGHIÊN CỨU HH THUY LỰC TRAN

VAN HANH NGÀN TRUOL

3.1 Giơi thiệu nghiên cứu thi nghiệm mô hình tổng thé tràn xã lũ vận hành

Ngàn Trot

4.1.1 Mục dich yêu cầu nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực.

- Nhằm xác định tính hợp lý của phương én bổ tỉ tổng thể công trình, xác định dạng mặt cắt tràn hợp lý, đồng thời chính xác hoá các thông số thuỷ lực, đánh giá chế độ đồng chảy, đề xuất git phập sửa đổi hoàn thiện công tỉnh,

- Thí nghiệm mô hình thuỷ lực: phải được thực hiện với nhiều cấp lưu lượngkhác nhau, đảm bảo đặc trưng của các trường hợp lưu lượng sẽ tháo qua công trìnhtrong giai đoạn vận hành

„ bình đỗ phân bổ đồng chảy, cá

+ Xác định khả năng xả, đường mặt nưới

yếu tố của dòng chảy như lưu tốc, áp suất, sóng, sự nối tiếp thượng hạ lưu dòng,

- Mô hình thuỷ lực phải dim bảo được tính tương tự hình học, động học vàđộng lực học của dòng chảy so với nguyên hình

- L phương án hoặc giải pháp kỹ thuật kiến nghị trên cơ sở nghiên cứu.

thí nghiệm đánh giá các hiện tượng, các thông số huỷ lực, ác kết cấu và các hich thước ng trình tràn, tiêu năng, kênh xã hạ lưu nếu thấy bắt hợp lýinh học của

hoặc xuất hiện các hiện tượng thuỷ lực bắt lợi

- Mô hình thí nghiệm thuỷ lực tran xa lũ được thực hiện trên mô hình toncứng

3.1.2 Nội dung yêu cầu thí nghiệm trên mô hình tổng thể tràn xã lã

3.1.2.1 Thí nghiệm phương 1

- Thí nghiệm xác định khả năng xa lũ của trần

- Thí nghiệm xác định đường mặt nước đọc tuyển công trình, đo về bình đồ

dong chảy.

- Xác định lưu tốc trung bình dong chảy dọc tuyến công trình: cửa vào, trêntràn, đọc theo tuyển, hạ lưu.

- Xác dinh mạch động lưu tốc đồng chiy

~ Thí nghiệm chế độ nói tiếp dòng chảy thượng hạ lưu - Thí nghiệm nghiên cứu chế độ thuỷ lực đồng chảy

- Đánh giá xói lỡ trên mô hình lòng cứng qua các trường hợp thi nghiệmCác trường hop thí nghiệm được thực hiện trong trường hợp vận hành mở

hoàn toàn 5 cửa van cho chảy tự do qua trin với 5 cắp lưu lượng cho phương án L

Pa 01 05

my | 2443 2120 1800 1500 300

3.1.2.2 Thi nghiệm phương án 2

Qua kết quả nghiên cứu thí nghiệm phương án 1 đánh giá các hiện tượng bắt

lợi về mặt thuỷ lực, dé xuất, kiến nghị,tiệm phương án 2 và vận hình công

trinh vớ các nội dụng và cắp lưu lượng như phương án 1 Từ kết quả thí nghiệm các phương dn trén đưa ra các kết luận và kiến nghỉ với cơ quan Tư vấn thết kế 4.13 Thiết kế và xây dựng mô hình

4.13.1 Tiêu chuẩn tương te.

Do dòng chảy qua công trình là dòng chiy hở, chịu tác dụng chủ yếu của

trọng lực Như vậy tiêu chuẩn tương tự được chon thiết kế mô hình là tương tự

trọng lực hay tiêu chuẩn Froude (Fr).

Trong đó:

`V: Lưu tốc dòng chảy

L: Độ sâu đồng chiy

: Gia tốc trong trường ( g-9,81 mvs?)

C: Hệ số Cedi heo công thức Maning

Rey: Số Reynolds giới han trong khu tự động mô hình xác định như sau

oh G3)‘qi: Độ nhám tương đối của mô hình

eạ¿ Hệ số sức cản ma sát của mô hình _# (3-4)

Rg: Bán kính thủy lục trong mô hình.

Mô hình trên đây được thí nghiệm trên mô hình lòng cứng, mô hình được.

thiết kế heo iêu chuẩn tương tự Fr thi nếu ta gọi 1, là ỷ lệ độ đồi từ đó suy ra các

dàng thước dây bằng thép để do chiều dài, chiều ring trên mặt bing.

- Để đo mô hình bằng kính hữu cơ dùng thước thép lá và thước cặp dé kiểm

tra đảm bảo sai số không quá 0,1 mm.

Để xắc định mực nước thượng hạ lưu công tình trên mô hình sử dụng kim

do mục nước do Trung Quốc sản xuất có thé đọc được 0, mm,