Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tiêu năng phụ cho công trình có hình thức tiêu năng đáy, ứng dụng cho tràn xả lũ Hồi Xuân

Khi đồng chảy đỏ từ thượng lưu về hạ lưu động năng thừa của dong chảy là rit lớn và nó có thé gây xói lở và làm mắt én định của công trình, do đó rit cần thiết phải có biện pháp tiêu năn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHAT TRIEN NÔNG THON

TRUONG ĐẠI HOC THUY LỢI

NGUYEN NHU VIEN

CHO CONG TRINH CO HINH THUC TIEU NANG DAY,

UNG DUNG CHO TRAN XA LU HOI XUAN

LUAN VAN THAC Si

Hà Nội - 2013

BQ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BQNONG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIEN NÓNG THON

TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI.

NGUYÊN NHƯ VIÊN

Chuyên ngành : Xây dựng Công trình thủy

Mã số : 60 - 88 ~ 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Văn Nghị

Hà Nội - 2013

LÝ LỊCH KHOA HỌC

1 LÝ LICH SƠ LƯỢC:

Ho và tên: Nguyễn Như Viên Giới tính ; Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 02/05/1977 Nơi sinh : Hà Nam

(Qué quán: Nhật Tân - Kim Bảng - Hà Nam _ Dân tộc : Kinh

“Chức vụ, đơn vị công tae trước khi đi học tập, nghiên cứu:

Kỹ sư thì công - Công ty cổ phần Licogi 16.6

“Chỗ ở hiện nay hoặc địa chỉ iên lạc: 75/98, Nguyễn Trãi ~ Vị Hoàng ~ TP Nam ĐịnhĐiện thoại cơ quan: 043.8526276

Fav:043 5639047 Email Luulynd@ gmail.com Di động:0979786477

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệ

He đảo tạo: Trung học phổ thông “Thời gian từ: 09/1993 đến 06/1996

Noi học (rường, thành phố): Trường THPT Duy Tiền B ~ Hà Nam

Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đảo tạo: Chính quy Thời gian từ; 09/1998 đến 06/2003

Nơi học (trường, thành phổ): Đại học Thủy Lợi -Hà Nội

Ngành học: May xây dưng

“Tên đỏ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế cửa van phẳng dưới sâu.

Ngày và nơi bảo vệ đỗ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2003, tai Đại học Thủy lợi - HàNội

Người hưởng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đăng Cường

3 Thạc sit

Hệ đảo tạo: Chính quy Thời gian tr 04/2011 đến 12/2014

Nơi học (trường, thành phổ): Trường Đại học Thủy lợi - Hà Nội

"Ngành học: Xây đựng công trình thủy

Tên luận văn: Nghiễn cứu ứng dụng t t bị tiêu năng phụ cho công trình có hình thứctiêu năng đấy, ứng dung cho trân xa là Hỏi Xuân

gây và nơi bảo vé: 03/2013 tai, Bai học Thủy lợi - Hà Nội

"Người hưởng din: PGS.TS Lê Văn Nghị

4 Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng anh Chuẩn BỊ Chân Âu

5, Hạc vi học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp: số bằng, ngày cấp và noi sắp: Không

IIL QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TOT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

“Thời gian Nơi công tác Công việc dim nhiệm.07/2003-nay ‘Cong ty cỗ phần Lieogi 16.6 Kỹ sư thí công

| KHEN THUONG VÀ KY LUẬT TRONG QUÁ TRÌNH HỌC CAO HỌC:

Không

V CÁC CÔNG TRINH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BO:

Không

NHN CUA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 28 tháng 02 năm 2013

(Ky ên, đồng dẫu) Người khai ký ten

“Nguyễn Như Viên

DANH MỤC BẢN VE.

Bảng vẽ số 01: Mặt bằng bổ tr các điểm do lưu tốc và đường mặt nước phương án

1 “Bảng vẽ số 02: Cắt dọc đường mặt nước khi xã qua tần xa lũ phương án | ứng với

Q= 12368 (m’/s) và Q = 12368 (m'/s) 54 Bảng vẽ số 03: Cắt dọc đường mặt nước khi xã qua tần xa I phương ấn | ứng với

(m’ss) và Q = 5983 (m'/s) 59

Bảng vẽ số 07: Cắt đọc lưu tốc khi xa qua tran xi lũ phương án 1 ứng với Q = 3816

(m/s) 59 Bảng vẽ số 08: Mặt bằng bố tr các điểm do lưu tốc và đường mặt nước phương án

MO DAU.

1 Tinh cấp thiết của

1 Myc tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

IIL Nội dung nghiên cứu

IV Phạm vi ngi

V Phương pháp nghiên cứu

VI tết cầu của luận văn: 4

CHUONG 1 TONG QUAN VE NÓI TIẾP TIỂU NANG DONG CHAY SAU CONG TRÌNH THẢO NƯỚC.

1.1 Đặc điểm chế độ thủy lực ni ip thượng hạ lưu công trình thôa nước

cứu ở nước ngoàiKết quả nghiên cứu ở gt Nam:

1.2 Một số vấn đề Š công trình tháo nước và tiêu năng hạ lưu,

1.2.1 Tình hình xây dựng đập tại Việt Nam:

1.22 Các loại đập tràn

1.2.3 Đặc điểm dong chảy ở hạ lưu đập tràn

1.2.4 Tiêu năng hạ lưu đập tràn

124.1

1242

1.2.4.3 Tiêu năng bằng dòng phóng xa (tiêu năng phóng xa)

1.3 Các phương pháp tính toán tiêu năng cho công trình tháo nước

1.3.1, Phường pháp lý luận

1.3.2 Phương pháp thực hiện mô hình

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu tén nguyên hình:

1.4, Một số giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trinh tháo nước

1.4.1 Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng:

chảy day: 20

1.4.3 Các biện pháp tiêu năng trong chế độ chảy đầy: 2

1.4.3.1 Tính bể tiêu năng 21.4.3.2 Tinh tường tiêu năng: 21.4.3.3 Tính bể tường kết hợp: 231.4.3.4 Tính chiều dài bé iêu ning: 251.43.5 Tinh sân su 26

1.4.3.6 Cécthit bj iêu năng phụ: 3 1.5 Các đánh giá nhận xét chung 27 CHUONG 2 PHAN TÍCH LÝ THUYET VAN ĐÈ NGHIÊN CUU 29

2.1 Đặc điểm thay lự của đồng chảy dy sau đập trần 22.1.1, Đặc điễm của đồng chấy đầy: 292.1.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu quả của tiêu năng đồng day ở hạ lưu đập tràn:

30

22 Ý nghĩa của việc áp dung ngưỡng tiêu năng trên sin sau để giảm năng lượng dng chấy ở hạ lưu công inh „1

2.3 Mo hình vật ý vàlý thuyết tương tự 352.4 Lý thuyết tương tự để thiết lập m hình nghiên cứu 362.4.1 Tương ty hình học 362.42 Tương tự động học: 36

2.4.3, Tương tự động lực học: 37

2.5 Thiết lập si thí nghiệm 38

2.5.1, Mục đích của vie hit Kp séxythnghig 38 2.5.2, Thiế lập phương tinh nghiên cứu thí nghiệm 38 CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HOA CÔNG TRINH THUY ĐIỆN HÔI XUAN VA

THIET BỊ DO DAC THÍ NGHIỆM 433.1 Sơ lược về quy mô công tình thủy điện Hồi Xuân 43.1.1, Quy mô công trình: 4

3.1.2 Các thông số và chỉ tiêu chính của công trình trong TKKT:

3⁄2 Công tác môi nh hóa thí nghiệm

3.2.1 Chọn loại mô hình

3.2.2 Chọn tỷ lệ mô hình

3.23, Kiểm tra điều kiện làm việc tự động của mô hình

3.2.4, Tỷ lệ các đại lượng tương ứng giữa mô hình và nguyên hình

3.2.5, Phạm vi bổ tí mô hình

3.26 Và liệu làm mô hình:

3⁄3 Các thiết bị đo đạc và thu thập số liệu

444646

46

4474849

49

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THÍ NGHIEM LỰA CHON GIẢI PHAP TIÊU.

NANG PHY CHO TRAN XA LU HOI XUAN.

4.1 Các phương án nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình

4.2 Các phương áián cắp lưu lượng thí nghiệm trên mô hình.

4.3 Thí nghiệm phương án 1

4.3.1 Thí nghiệm xắc định đường mặt nước phương ấn l

4.32 Thí nghiệm chế độ thay lục ở hạ lưu trần phương án 1

4.3.3 Thí nghiệm xác định lưu ốc trang bình đồng chảy phương án Ì

434 Thí nghiệm xác định mạch động lưu tốc phương ấn Ï

4.3.5 Tính toán hiệu quả ti năng qua công trình phương ấn |

4.3.6, Đánh giá xi lờ hạ lưu phương ấn l

4-4 Thí nghiệm phương án 2.

4.4.1 Thí nghiệm xắc định đường mặt nước phương án 2:

4.4.2 Thí nghiệm chế độ thủy lực ở hạ lưu trin phương án 2:

4.4.3 Thí nghiệm xắc định lưu te trang bình đồng chảy phương ân 2

4.44 Tính toán hiệu quá tiêu năng qua công trình phương án 2:

4.45, Ap suất dong chay - đánh giá xm thực mổ tiêu năng phương án 2

4.4.6, Đánh giá xói lở hạ lưu phương án 2:

sỊ

sĩ

%544

61

704T6n

4.5 So sánh hiệu quả tiêu năng của hai phương án thí nghiệm 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

48 nghiên cứu tiếp 81

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 1.3:

DANH MỤC HÌNH VẼ

CCác loi dip tràn theo hình dạng mặt cắt đập

'Các bình thức tiêu năng ở hạ lưu công trình

Sơ đỏ chung tính bẻ, tường kết hợp.

Sơ đồ chung tính bé, tường kết hợp - trạng thái phân giới

Sơ đỗ tính chiều dài bé tiêu năng

p chiy day khi hạ lưu là dòng chảy êm

Nối tiếp chảy đáy khi hạ lưu là đồng chảy xiết

Hình thức các thiết

Sơ đồi

j tiêu nănginh dong chảy khi có ngưỡng tiêu năng trên sân sau

Cit dọc trần xả lũ Hồi Xuân phương án thí nghiệm 1

(Cat đọc tần xã lũ Hồi Xuân phương án thí nghiệm 2.

303133sĩ532

Bảng 43 Xác định độ sâu dòng chiy trên đỉnh các khoang phương án 1 sr

Bang 4.4 Xác định chiề cao sóng ở hai bờ ứng với các Q xã lũ phương án l Š7Bang 4.5 Tổng hợp vận tốc (m/s) trung bình trên các mặt cắt phương án 1, với các

sắp lưu lượng 60 Bang 4.6 Tổng hợp vận tốc dy (mis) lớn nhất trên các mặt cắt phương án 1, với các cấp lưu lượng ot

Bang 47 Xác định hiệu quả iêu năng phương ấn | “Bang 4.8 Kết quả thí nghiệm đo đường mặt nước trung bình trên các mặt cắt

phương án 2, với các cắp lưu lượng 66

Bang 49 Xác định mực nước tại khe van cửa vào phương án 2 68

Bang 4.10 Xác định độ cao sóng hai bờ phương án 2, hs (m) T0

"Bảng 4.11 Tổng hợp vận tốc (m/s) trung bình trên các mặt cắt phương án 2, với các sắp lưu lượng m Bảng 4.13 Giá tị mạch động lưu tốc img với các lưu lượng xã HOV (m3) 28 Bang 4.14 Xác định các yêu tổ nước nhảy trên mô hình tổng thể 75

Bảng 4.15 Xác định hiệu quả tiêu nang phương án 2 16

Bang 4.16 Kết quả đo áp suất trung bình tại khu vực bể tiêu năng phương án 2 77

MỞ ĐẦU Tính cắp thết của đề tủ.

Cong tình thio nước là bộ phận quan trọng rong đầu mỗi các công tình

thủy lợi Loại công tình này rất phong phú về thể loại và da dạng về hình thức kết

sắu, Nghiên cứu các yêu tổ v8 công tình, i hình lầm việ của bản thân công tình,

sự ảnh hưởng qua lại cia các yu tổ công tình và đồng chảy tới sự làm việc của

công trình còn gắn liễn với an toàn khu vực hạ du

“Trong các công trình tháo nước được xây dựng ở Việt Nam, đập tràn chiếm.

một tỷ lệ khá lớn và khi có điều kiện sử dụng thì day là một loại công tình tháo với

chỉ phí rẻ nhất Khi đồng chảy đỏ từ thượng lưu về hạ lưu động năng thừa của dong

chảy là rit lớn và nó có thé gây xói lở và làm mắt én định của công trình, do đó rit

cần thiết phải có biện pháp tiêu năng trước khi dong chảy nỗi tiếp với hạ lưu, Nối

ép tiêu năng sau công tình có nhiều hình thức khác nhau, trong đỏ dạng nỗi tiếp

chảy đáy với hình thức tiêu năng day được sử dụng rộng rãi và chiếm một tỷ lệ lớn

trong xây dựng công tình thủy lợi Nghiên cứu chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu để nắm rõ nh hình làm việc của bản thân công tình, hạn chế tối đa ảnh hưởng của dong chảy và chọn hình thức kết cấu cũng như giải pháp tiêu năng hợp lý là van

48 khoa học có ý nghĩa thực tiễn cao và rit quan trong Do đố, trong thiết kế công

trình thủy Toi, giải quyết tốt vấn để về nỗi tiếp tiêu năng sau công trình là một trongnhững vấn đề phải được quan tâm hing đầu

Vin đề tinh toán nổi tip và iều năng của công dình tháo nước rất phúc tạp

vì nó liên quan đến ảnh hưởng của chế độ dong chảy từ thượng lưu như: dòng xiét,

hàm khí, mach động áp suất và mạch động lưu tốc lớn Mặt khác, về mặt hình

thức và kết cầu công inh lại phụ thuộc rt nhiễu đến các y tổ nh đều Kiện địa hình, địa chất công tình; độ chênh mục nước thượng ha lu; đặc điễm kết cu công

trình; lưu lượng tháo qua công trình Chính vì vậy, để hoàn thiện phương án thiếtngười ta thường thông qua nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thủy lực để tạo

ra được chế độ nối tiếp thượng hạ lưu và im được giải pháp tiêu năng hợp lý nhằm.tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát quá trình diễn biển dong chảy qua công.

trình cũng như thiết lập quy tình vận hành tối wu cho việc quản lý, sử dụng công

tình

Kinh phí đề xây dưng công ình thio nước thường chiếm một tỷ lệ đồng kể

từ 20250% tổng vốn đầu tư Khi đó, tìm kiếm giải pháp công trình hợp lý đểthỏa mãn các nhiệm vụ dé ra và giảm giá thành dim bảo cho công tình lầm việc

an toàn là cổ ÿ nghĩa kính tế rt lớn

Mot vẫn để nữa cũng cần phải đ cập ti là từng công tình lạ có đặc điểm, làm việc điều kiện đị hin, đồng chay sing nên phải có biện pháp thích hợp tương

ứng

Tóm lạ nghiên cứu chế độ nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước

là vấn để rit quan trọng, việc nghiên cứu giải quyết tiêu năng cho dong chảy quacông tình là rất cần thiết và có ý nghĩa về mặt khoa học cũng như thực tin trongcông tác thiết kể, xây dựng công trình

Véi các lý do ké tên tác giả đã chọn để tài: “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị

tiêu ning phụ cho công trình có hình thức tiêu năng đáy, ứng dụng cho tran xã1ã HồI Xuân” nhằm tìm ra được thiết bị tiều năng hợp lý cho một công tinh cụ thể

là công tình thủy điện Hồi Xuân nằm trên dồn sông Mã thuộc địa phân huyện

ích thành phố Thanh Hóa khoảng 140 km vé hướng

Tay Bắc Từ kết quả nghiên cứu công trình cụ thể này có thé rút ra những kết luận

chung cho những công trinh có điều kiện và ình thức trơng tự

II Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Bước đầu khá quát những kết quả nghiên cứu nhằm rút r những kết luận

chung để có thể áp dụng cho những công trình có hình thức và điều kiện tươn,

Nhiệm vụ:

Lựa chọn phương án nghiên cứu thực nghiệm

‘Thi nghiệm theo các phương án lựa chọn.

“Tổng hợp, phân tích các giải pháp đã được thí nghiệm, đưa ra được hình thức.thiết bj tiêu năng hợp lý cho công tink, sóp phần giảm nhẹ kết cấu bộ phận tiêu

năng và phòng chống x6i lở ở hạ lưu

ALL Nội dung nghiên cứu.

Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tính toán tiêu năng sau chảy đáy ở hạ lưu.

sắc đập tần;

Nghiên cứu trên mô hình thủy lực công trình cụ thé là tần xả lũ Hồi Xuân để

tìm ra ảnh hưởng của thiết bị tiêu năng tới đồng chay ở hạ lưu

‘Thong qua thí nghiệm chọn được thi bị tiêu nang phụ hợp lý cho công tinh

nhằm tăng cường khả năng iêu hao năng lượng dư của dòng chảy qua tràn

TY Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cho công tinh cụ thé à tràn xa lũ Hồi Xuân mà ở đây ta chủ yếu

là di sâu vào hai nội dung sau:

Nghiên cứu ứng dụng thiết bị ở bể tiêu năng để tăng cường khả năng tiêu hao

năng lượng của nước nhảy làm, giảm vận tốc đấy và sóng ở hạ lưu công tinh nhằm

giảm xối lở ở hạ lưu công trình

“Thông qua nghiên cứu trên mô hình đưa ra được thiết bị tiêu năng hợp lý cho.

công trình

V Phương pháp nghiên cứu

Để thực hi nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn kết hợp giữa lý luận và thục

nghiệm để di đến những luận cứ khoa học và các dB xuất áp dụng Phương phápnghiên cứu là

Phương pháp nghiên cứu lý luận là tổng hợp và phân tích các kết quả nghiên

cứu của các nhà khoa học có liên quan đến dé tài đã được công bố, phân tích lý thuyết vẫn đề nghiên cứu, khái quát hóa các kết quả nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu trong khuôn khổ luận văn này là thí nghiệm mô

hình thủy lực cho tràn xa lũ Hồi Xuân.

VIL Kết cfu của luận văn:

Bé cục của luận văn như sau:

Mo đầu: Tinh cấp thết của để ri, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu

“Chương 1: Tổng quan về ni ip tiêu năng dòng chảy sau công tình thảo nước

Chương 2: Phân tích lý thuyết vẫn đỀ nghiên cứu

“Chương 3: Mô hình hóa công tình thủy điện Hồi Xuân và thiết bị đo đạc TN.

“Chương 4: Nghiên cứu thí nghiệm lựa chọn giải pháp tiêu năng phụ cho trần xa lũHồi Xuân

Kết luận và kiến nghỉ.

“Các tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE NÓI TIẾP TIÊU NANG DONG CHAY

SAU CONG TRINH THAO NUGC

1.1 Đặc điểm chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu công trình thón nước.

1.1.1 Khái quất chung:

‘Dac điểm nổi bật của công trình tháo nước là khi dòng chảy từ thượng lưu

qua công trình vẻ hạ lưu, nguồn năng lượng của dong chảy khá lớn sẽ tạo ra chế độ

thủy lực nỗi tiếp phức tap, ảnh hướng trực tgp đến ôn định của công trình

Đặc tính thủy lực cơ bản của dòng chảy qua công trình tháo là êm ở thượng.

Ti (Fr<1); chấyiếttrên đoạn chuyển tiếp (Fr>1), và dẫn trở lại trạng thi tự nhiênsau khi chảy vào sông thiên nhiên

"Động năng thừa của dng chảy đỗ tử hượng lưu qua công trình xuống hạ lưu

là rit lớn, nên cần thiết phái giải quyết tiêu năng trước khi đồng chảy nồi tiếp với hạ

lưu Nguyên tắc của các giải pháp nối tiếp tiêu năng là phải tìm được giải pháp tiêu

hao được năng lượng thừa của dng chảy tới mức tối da, điều chỉnh lạ sự phân bổ

vận tốc, làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên của nó.

trên một đoạn ngắn nhất nhằm giảm khối lượng gia cổ nhưng vẫn bảo vệ được cho

công trình đầu mỗi, cho hai bờ, lồng dẫn hạ lưu và phải đảm bảo sự ổn định trongnhững điều kiện thủy lự tương ứng với các cắp lưu lượng xã qua công tình

Một trong những nhiệm vụ chính của thiết ké nổi ip thượng hạ lưu là chọn

nh

hình thức kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng trên cơ sở,

toán và nghiên cứu mô hình thủy lực của sông tình nổi tp tiêu năng Giải quyếting đắn nhiệm vụ này là vẫn đề rất phức tạp vì nó liên quan đến ảnh hưởng của

chế độ đồng chảy từ thượng lưu lan truyền xuống và ảnh hưởng đến hạ lưu bao gồm các vin đề: dong xi, hàm khí, mạch động áp suit và mạch động lưu tốc lớn Đặc điểm của những chế độ nổi tiếp và điều kiện phát sinh, trơng tác giữa đồng chảy với công tình lại phụ thuộc rit nhiều đến các yếu tổ như: Điều kiện địa hình, địa chất tuyến công trình; độ chênh mực nước thượng hạ lưu; đặc điểm kết cấu công trình: trị số và sự phân bổ lưu lượng đơn vị qua công tình,

1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài:

Bài toán về nỗi tiếp và tiêu năng dòng chảy qua công trình đã được các nhà

khoa học trong nước và trên thé giới quan tâm nghiên cứu, đưa ra các lời giải trêncác lĩnh vue và các khía cạnh rắt khác nhan

* Các vẫn để ni tiếp chảy day ở hạ lưu theo phương pháp lý thuyết có thể kế

đến Bidone năm 1880, Belanger năm 1928 và gin đây là N Ragiaratman với công thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới:

* Theo phương pháp thực nghiệm dựa trên phương trình năng lượng và

tính toán

động lượng có nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm để im ra các hệ thi

ép giữa dong xả và dòng chảy hạ lưu:

nước nhủy và từ đó tính dang nổi

~ Tréc tou xốp sử dung hệ thức nước nhảy của Bél và phương trình

năng lượng để xác định độ sâu co hẹp tại chân đập và độ sâu liên hiệp của nó;

- Giáo sw A-grốt-skin đã lập các phương trình tính toán nước nhảy theo dang

"Không thứ nguyên;

- Ngoài m có thể kể đến các tác giả như: Aivadian Pavolépxk

V.LAvrinnhary, V.A.Saomian cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề nước nhảy;

- Nghiên cứu vỀ nhảy ngập tong bài toán phẳng cố: T Bumsu, AnRakhomandp, N Ragiatman

~ Đổi với những trường hợp nhảy không gian thì khi mở rộng đột ngột có nhiễu nhà nghiên cửu như: Picalép, Aboranép đã đưa ra sơ đồ nước nhảy hoàn chỉnh dạng đối xửng Các nhà khoa học như Linhxepxii, Guncô, Serenkop, B.T

Emsep đã chứng minh có nước nhảy xiên và đã tìm ra được hình dạng cũng như.phân bổ vận tốc của đồng xién mở rộng Cũng còn có thé ké đến các nghiên cứu nồi

ở hạ lưu công trình với đigiả như: Q.E Vaxiliep, M.E, Clatnhep;

kiện biên mỡ rộng của tác

~ Khi nhảy ngập trong đi n không gian với lòng dẫn mở rộng dẫn trong khu vực nổi tếp đã có nhiễu tác giả như Ra-Khơ-na-nổp, T.D Pô-vô-ô-va.

* Trong trường hợp bậc thấp có đập thụt nỗi tiếp: có các kết quả nghiên cứu

của Forter và Krinde, Moore và Morgan, Ventechow Yames và Sharp

* Các vẫn đề về nổi tiếp chây mặt ở hạ lưu công trinh có thể ké đến

~ Các nghiên cứu của A.A Xabanhep xuất phát từ quan điểm cho rằng áp suất

ở bộc tuân theo quy luột thủy tn để đi đn các hệ hức tính toán thấy lực ở au bộc;

= Ngoài ra, có thể kể đến các nghiên cứu của MLE, Scolatnhep, MA.

Makhlop về trang thái nổi tiếp chảy mat;

* Các vấn đề nỗ tiếp chảy mặt dạng dòng phun tự do ở hạ lưu công trình

tinh toán chiều sâu hỗ xối với các nghỉ nên dit không dính và của TKh Akhoen

thực chất là vi

Mirtxkhulava đối vị

n cứu của TE,

nên đá rin, các nghiên cứu của B.M. vail

* Các nghiên cứu về thủy lục và biện pháp công trình trong đoạn chuyển tiếp

còn có thể kể đến các tác giả như:

+ VỀ tiêu năng trong bỂ, các ảnh hưởng liên quan đến mye nước hạ lưu, ngưỡng, bể tiêu năng đầu hồ xói đã được chỉ ra trong các nghiên cứu của: Tréc tou

;metana, Bas Kirova, UghinTrut, P, Novak

- VỀ xói hạ lưu có các tác giả như Ter-Arakelian, Chalumina, Vuxgo

= Cu min đã nghiên cứu tắt kỹ sự phân bổ lưu tốc tong vùng chuyển tiếp liên

- Liên quan đến chiều sâu hỗ xói én định đã có các tác giả như Vuxgo,Schoklitsh, Vemone c, Jaeger, Praresev, Eggenberger, Smolianinov

= VỀ hỗ x6i sau bể tiêu năng th có cúc nghiên cứu của Vxgo, Novak trong

đồ có chỉ ra các yêu tổ có iên quan đến sự phân bổ lưu tốc iên qua hệ số ay và các

vi tr tương ứng của ngưỡng, mồ tiêu năng

-Về chiều đài xói ổn định có cá nghiên cứu của Danamzin, Patrasev,

Ytricki theo quan điểm chiễu dài hi x6 iên quan tới độ sâu lồn nhất của hồ xi;

- Levi, Vuxgo lạ xác định chiều dit xối phụ thuộc vào các yếu tổ đồng chảy và công trình như: đồng chảy, đất nén, dạng công tình.

1.1.3 Mội số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam:

6 Việt Nam, trong mắy thập kỉ gin đây, vẫn đề nghiên cứu nồi tiếp

vấn đề 6i ở hạ lưu các công trình thủy lợi nói chung đã thuhút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý công

trình thủy lợi Đã có nhiều công trình nghiên cứu tại Viện khoa học Thủy lợi như: của tác giả: Thương Đình Du, Lưu Như Phú, Hin Quốc Trinh, Nguyễn An Niễn,

‘Trin Như Hồi, Tang Đức Thắng , Trin Quốc Thưởng, Lê Văn Nghị Trường Đại học Thủy lợi có các tác giả: Hoàng Tư An, Nguyễn Văn Moo, Phạm Ngọc Quý vànhiễu nhà chuyên môn khác

Nam đãMột số tác giả Vi cùng hướng nghiên cứu với các tác giả trên,thé giới để có những kết luận riêng của mình nhưng cũng có các tác giả đi theo

những hướng nghiên cứu riêng phù hợp với tình hình thực tiễn ở Việt Nam Có thể

tôm lược một số kết quả nghiên cứu sau:

- Các nghiên cứu của giáo sư Hoàng Tw An sử dụng và phát triển lý thuyếtdong tia inh toán các đặc trưng cớ bản của cácsử dụng tích phân Karmandạng nước nhảy khác nhau trong các điều kiện biên cụ th,

~ Các nghiên cứu của Nguyễn Văn Đăng dùng lý thuyết lớp biên để thành lập.

phương trình về nước nhảy én định va đặc trưng phân bổ lưu tốc trong nước nhảy:

~ Nghiên cứu của Lê Bá Sơn vẻ các vấn đề nói tiếp theo dang xả kết hợp ở hạ.

ưu công trình;

- Nghiên cứu của Võ Xuân Minh về ảnh hưởng liên quan của mye nước hạ

lưu, ngưỡng, b iêu năng đầu hồ x6

- Nghiên cứu của Võ Xuân Minh, Hoàng Văn Quý vé góc mở rộng j và một

ố biện pháp phân bổ đều lưu lượng và từ đó tìm biện pháp công trình hợp lý để giải

“quyết bài toán tiêu năng khi có nhảy ngập trong điều kiện không gian với lòng dẫn

mở rộng din;

- Các nghiên cứu của Hoàng Tw An, Phạm Ngọc Quý, Lê Văn Nghị và một

số người khác về xói và ôn định ở hạ lưu công trình tháo nước.

- Nghiên cửu của Lưu Như Phú cổng ở hạ lưu mở dần với bộc thấp có đập

thục

~ Nghiên cứu của Hàn Quốc Trinh vẻ tiêu năng: phòng xói cổng vùng triều

1.2 Mật số vấn đề v8 công trình tháo nước và tiêu năng hạ lưu.

41.2.1 Tình hình xây dựng đập tai Việt Nam:

“Trong đầu mỗi công tình thủy lợi, công trình tháo là một bộ phận quan trọng

nổ có thể dùng để tháo phần lồ thừa trong thời gian hd diy đến mục nước tính toán hoặc kết hợp với háo vật nội về hạ lưu, cổ thể ding tháo hoàn toàn hoặc một phần

hồ chứa để sửa chữa hoặc nạo vết và cấp nước cho hạ lưu công trình

“Các công trình tháo đã xây dựng ở nước ta tương đối phong phú về thé loại

và đã dang về hình thức kết cấu Theo hình thức phân loại đập tràn là loại công tinh kiểu hở và lưu lượng tháo qua đập trần khoảng 40100 mŸ⁄s/m Khi có điều kiện sir

‘dung thì đập tần là một loại công trình tháo lũ rẻ nhất

Khoảng 50 + 60 năm trước đây, chi mới có đập trin tháo lũ cao 50+70m thingày nay đã có đập tran cao trên 130m,

Bảng 1.1 Đặc điểm một số đập tran đã xây dựng ở nước ta

Talons | Chit ] Chế [ Srt} Côngtinh | Tink | Q | caodip | rộng trần | khoang | Loại đập

catty) | (mửSm | am | (mỤ | tàn

T [Antioch [Baie | TRU0Ị T75 48] TP|Bjpmn

3 [Bá Thượng [Thanh ia | 9700| 44.1] 170) - 230 Đập ding

3 |BaTheh | Thanh da | A2] 23 43j R2 6| Dap trăn

[Bin Ve |NgHAn TNU2| TUN| TH 10 6| Dap tràn

5 |BàNi [BaNhg 750 | — I3 bị 3[Bipman

6 | Cam Ranh | Khanh Hoa] 705] A01 232 m 3| Đáp tần

7 [eins |HB& | a76[ 244] sa] MS 3] Bip tin

3 [Cin Don [Sing BE | SRT | 057 30 5 | Bip win

9 [Cimy | Quing Binh | 265) 294 9 T[ Bip icin

10 [Bata |VNhPhù | 366] ine] 125 2 HT]

1.2.2 Các loại đập tran:

‘Vé kết cấu đập tràn rất khác nhau, đập tràn có thé phân loại theo các tiêu chuan sau: Phân loại theo chigu diy đính đập và hình dang mặt cắt ngang của dip trần Theo

cách này, đập tran có thé phân làm 3 loại sau đây (hình 1.1)

a Đập trần thành mong > Đập tran thực dụng không chân không

© Đập tràn thực dụng có chân không 4 đập tràn đình rộng

“Hình 1.1: Các loại đập tran theo hình dang mặt cắt đập

- Đập trần thành mỏng (hình 1.1a) khi chiều day của định đập ö<0.67H, lần

nước ngay sau khi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập.không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập, do đó hình dang và chiều dài của đập không,

nh hưởng đến lần nước trin và lưu lượng trần

- Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 1.1b, L.Ie) khi 067H< ð< (253)H, chiéu dai đập đã ảnh hưởng đến làn nước nhưng không quá lớn, với loại này mặt cắt

dập có thểlà hình đa giác hoặc hình cong và có hai loại: có chân không và khôngchân không

-Đổi với đập trần thực dung không chân không (hình 1.1b), đồng chảy trên

đập sẽ êm, áp suất dọc mặt đập luôn đương Với đập thực dụng có mặt cắt chân

không (hình 1.1c), ở đỉnh đập có áp lực chân không, lúc chân không lớn có thể sinh

ra hiện tượng khí thực, tuy nhiên chân không trên đỉnh đập có tác dụng hút

tăng lưu lượng Do đó dé út ngắn được chiều rộng đập và đảm bảo an toàn người ta

Không cho phép t số chân không quá lớn, thường H< (6 + 65)m cột nước.

Đập trần định rộng (hinh I 1d) khi đình đập nằm ngang (hoặc rit dốc) và có chiều đây tương đối lớn (2 +3)H <8 < (8-^10)H, trên đình đập hình thành một đoạn dang chiy có tính chất thay đổi dẫn Néu 8 >(8 =10)H lúc đó coi dòng chảy tên

ảnh đập như một đoạn kênh

+ Phân loại đập theo hình dang cửa tần gồm có,

~ Đập cong, thường là hình cung;

Đập kiểu giếng có đường tran nước là một hình cong kin, thường là rồn.

+ Theo hướng của đập so với hướng dòng chảy chính:

- Đập

- Đập đặt xiên;

~ Đập bên đặt một bên bờ song song với ding chính

1g góc với đồng chảy:

1.2.3 Đặc điểm dàng cháy ở hạ lưu đập tran:

Dong chiy từ thượng lưu qua đập tràn nối tiếp với dòng chảy ở hạ lưu công trình bằng các hình thức khác nhau: nổi tiếp chảy đáy, nỗi tip chủy mặt, ni tiếp

phóng xa

Đặc điểm của dòng chảy ở hạ lưu đập tràn đó là:

~ Có lưu tốc lớn ại phân bổ rất không đều trên mặt cắt ngang

~ Mực nước hạ lưu thay đôi.

= Mạch động áp lực và mạch động áp suất đồng chiy xiy ra với mức độ cao.

Thường sau một đoạn dài nhất định lưu tốc trở về trạng thái phân bố bình thường,

và các công trình ven bo.

Từ sự phân tích trên ta thấy việc giải quyết vấn đỀ tiêu năng ở hạ lưu là một

trong những công việc quan trọng của tính toín thiết kế đập tràn.

1.24, Tiêu năng hạ lưu đập tran:

Ding chảy sau khi qua công tình tran xuống hạ lưu 6 năng lượng thửa rất

lớn Năng lượng thừa đó được tiêu hao bằng nhiều dang khác nhau, một phần năng

lượng này phá hoại lòng sông và hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập, một phầntiêu hao do ma sát nội bộ dong chảy, phin khác bị tiêu hao do ma sát giữa nước vàkhông khí Khi sức cân nội bộ dòng chảy càng lớn thi tiêu hao năng lượng do x6i lởcàng nho và ngược lại Vì vậy người ta thường ding biện pháp tiêu hao năng lượng

tự ma sắt nội bộ dòng chiy để giảm khả năng x lỡ lòng sông hoặc ding hìnhthức phông xa làm cho nước hn hợp và ma sit với không khí có tắc dụng tiêu hao

năng lượng và giảm xói lở Để đạt được mục địch đỏ, thường dùng các hình thức.

tiêu năng sau tình 1.2)

~ Tiêu năng bằng dòng đáy (hình I.2a, 1.2b);

- Tiêu năng bing dng mặt không ngập (hình 1.20);

- Tiêu năng bằng dòng mặt ngập (hình 1.24):

~ Tiêu năng bằng dòng phun xa (hình 1.2e)

Nguyên lý cơ bảng của các hình thức tiêu năng trên là làm cho dòng chảy

tiêu hao năng lượng bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cầu đồng chảy bằng xáo trộn

với không khí, khuyếch tấn đồng chảy theo phương thing đứng và phương ngang vì

để giảm lưu lượng đơn vị Các hình thức tiêu năng đó có liên quan lẫn nhau Khi

mực nước hạ lưu thay đổi, các hình thức d6 có thể chuyển hóa lẫn nhau

+ Tiêu năng bằng đồng phun xa

“Hình 1.2: Cúc hình thức tiêu năng ở hạ lưu công trình

1.2.4.1 Tiêu năng bằng đồng đáy

Đặc điểm của hình thức

1.2b) là lợi dụng nội ma sát của nước nhảy để tiêu hao năng lượng thừa Đây là hìnhthức thường được đồng nhất trong xây đụng công tình thủy lợi ĐiỀu kiện cơ bản

hiệp

năng bing dong day (tiêu năng đáy) (hình 1.2a,

của hình thức tiêu năng này là chiễu sâu nước ở hạ lưu lớn hơn chiều

thứ hai của nước nhảy họ >h,” để đâm bảo nước nhây ngập và tiêu năng tập trừng

Để tiêu năng dong day thường dùng các biện pháp công trình sau:

- Tiêu năng bằng bé tiêu nang;

- Tiêu năng bằng tưởng tiêu năng;

- Tiêu năng kết hợp cả tường và bể.

“Trong tiêu năng dòng đáy, lưu tốc ở day rit lon, mạch động mãnh liệt nó đạt

giá lớn cả về tin số và biên độ, có Khả năng gây xối 16, vì thể trong khu vực nước

nhảy và đoạn nổi tgp theo sin sau cin phải ảo vệ thích đáng ĐỂ tăng hiệu qu tiêu

năng, người ta bổ trí thêm ở bé tiêu năng, trên các sin sau các thiết bị phụ như tường, mổ, ngưỡng dim, tạo tường phân ding để khuếch tin đều dong chảy ở hạ

lưu, ting ma sắt giữa dòng chảy với các thiết bị đó lâm tăng hiệu quả tiêu hao năng

lượng Tiêu năng dong đáy thường ding với công trình có chênh lệch cột nước thượng hạ lưu nhỏ và địa chất nén không được tốt

12.42 Tiêu năng bằng ding mi

'Với hình thức tiêu năng này, dng chảy ở trạng thái chay mặt, chỉ sau khi mo

rộng hoàn toàn mới đạt đến đầy Kinh nghiệm cho thấy hình thie tiêu năng này là

dat hiệu quả tiêu năng không kém nh

65%), nhưng kết

lin), đồng thời do lưu tốc ở đáy nhỏ nên có thể giảm chiều dày

hn thức tiêu năng đáy (có thể đạt

ấu công trình được rút ngắn (chiều dai sân sau ngắn hơn 1/2 +1/5

in sau, thậm chítrên nền đá cứng không cần làm sân sau

“Trạng thái dòng chảy ở hạ lưu đập tràn có bậc thụt (hình 1.2) phụ thuộc vào mực

nước hạ lưu, bao gồm:

- Trạng thái thứ nhất: khi mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh bậc thut, tức là

hụ <a, dong chảy ở bạ lưu là dòng chảy phóng xa (hình 1.2)

- Trạng thái thứ hai: khi cột nước hạ lưu hạ nhỏ hơn độ sâu giới bạn thir

nhất hạn : hy < hạ, đồng chảy ở trang thấy chảy đáy (bình 1.2b), lúc đó có thể là

nước nhảy ngập hoặc nhảy xa tùy theo h, ” và hạ

~ Trạng thái thứ ba: gọi là dòng chảy mặt không ngập, khi cột nước hạ lưu

ở trạng thái giữa độ sâu giới hạn thứ nhất hạu và độ sâu giới hạn thứ hai gn (hình1.26): yyy < bạ € hay,

Lúc này, độ sâu nước hạ lưu cần phải lớn hơn h, ” của nước nhảy đây, đồng

2520.35 chiều cao đập) Trang

thai đồng chay chịu ảnh hưởng rit lớn của góc nghiêng 0 ở chân đập Nếu 6 quá lớn

thời hy>a (a- chiều cao bậc thut, xem hình 1-2; ø

có thé sinh ra chảy phóng xa, 0 nhỏ quá có thé xuất hiện dòng chảy đáy Thường 0 =

10” = 19° là thích hợp.

Hình thức tiêu năng déng mặt không ngập thích hợp với đập tràn có tháo các

vật trôi nổi để tránh các vật nổi va chạm vào sân sau hoặc thân đập Tuy nhiên

nhược điểm của hình thức tiêu năng này là làm việc không én định khi mực nước hạ

ưu thay di lồn; ở hạ lưu có sóng kim ảnh hưởng không tốt tới chế độ làm việc của

nhà máy thủy điện, vận tải thủy và xói lở bở sông; va yêu cầu mực nước hạ lưu phải

+ Trạng thái thứ tư: dong chảy mặt ngập, khi cột nước hạ lưu lớn hơn độxâu giới hạn thứ bai (hình 1.24) : hy > yun Nhược điểm hình thức tiêu năng này làdòng chảy gây lực xung kích lớn ở mũi chân đập gây ảnh hưởng tới én định đập

Nhìn chung, với chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm dẫn làm xới

16-6 ving này Thường động năng thừa phân tấn trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt thích hop trong trường hợp chiều sâu mực nước

hạ lưu én định, chống xói tốt Tuy nhiên sử dụng hình thức tiêu năng ding mặt gâytrở ngại cho thuyền bé di lại ở hạ lưu và đe doa sự ổn định của bở dễ sinh ra nướcnhảy phóng xa, sin sau làm việc với chế độ thay đổi liền tục,

1.2.4.3 Tiêu năng bằng dòng phóng xa (tiêu năng phóng xa):

Tiêu năng phỏng xa được lợi dụng mũi phun ở chân đập để dong chảy có lưu

tốc lớn phóng xa khỏi chân đập (hình 1.2)

Hình thức tiêu năng này bao gồm 2 phần: một phin lợi dụng ma sát với

không khí để tí

ưu tốc cao, ma sát lớn làm mức độ rồi của dòng chảy tăng lên, không khí trộn vào.

hao, phan còn lại sẽ được tiêu tin bởi lớp nước đệm hạ lưu Do

dong nước càng nhiều Dong chay càng khuếch tín lớn trong không khí và ng

trộn lẫn nhiễu không khi thì năng lượng được tiêu hao càng lớn Dong chảy phóng

xuống hạ lưu gây nên xối lở, sau khí hỗ xói đạt được đến một độ sâu nhất định thì

„ do đó nếu mực nước hạ lưu cảng lớn va khả năng mở rộng của dòng phống xa càng nhiều năng lượng thừa của dòng chảy được hoàn toàn iêu hao bằng ma sất nội

thì mức độ xói lở của lòng sông càng giảm Đồng thời do dòng chảy được phóng

khỏi chân đập tương đối xa nên di có xói lỡ cục bộ đáy sông hạ lưu cũng ít ảnh

hưởng nguy hại đến an toàn đập CẮu tao của hình thức tiêu năng phóng xa đơn giản, thường dùng với công trinh có cột nước cao và điều kiện địa chất tốt Tuy nhiên nó

cũng có một han chế: hồ xói do dòng phun tạo ra có thể hạ thấp mực nước hạ lưu

làm ảnh hưởng đến nin cầu ding nước, ở mũi phun có thể xảy ra khí thực, dồng phun tạo ra sương mù ảnh hưởng đến giao thông và môi trường xung quanh Trong các hình thức tiếp nổi tiêu năng trên thi hình thức nỗi tiếp tiêu năng ding đáy và nối tiếp tiêu năng kiểu phóng xa có điều kiện làm việc ôn định và được sử dụng rộng rãi

‘trong các công trình thủy lực ở nước ta

Ngoài các hình thức nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu các công trình thủy lợi ở'

trên, với những dong chảy có lưu tốc lớn, để tăng cường hiệu quả tiêu hao năng,

lượng thừa, người ta còn sử dụng các thiết bj tiêu năng phụ Tuy nhiên cần phải chú

tới các hiện tượng xâm thực do khí thực hoặc mài man xây ra phá hoại các hit bị

tiêu năng phụ và hiện tượng các vật ôi nổi và đập vào các tht bị này, Do vậy để

bố trí thết bị tiêu năng phụ được hiệu quả thường được kiểm nghiệm qua thí

hình

nghiệm n

1.3 Các phương pháp tính toán tiêu năng cho công trình tháo nước

“Thiết ế tiêu năng phòng xổi là một vẫn đề khó, chưa có lời giải chính xác

hoàn toàn Hiện nay nại n cứu tiêu năng đã có nhiều phương pháp, các phương

pháp có thể áp dụng độc lip hoặc phổi hợp với nhau

13.1 Phương pháp lý luận:

Dang chiy hạ lưu ở khu vực tiêu năng rit phức tạp, nên chưa có phương

pháp phân tích toán học chính xác, hiện nay vẫn dùng các công thức suy diễn từ lý

luân kết hợp với các hg số hiệu chỉnh bing thục nghiệm Công cỏ thể ding công

thức bán thức nghiệm sau đỏ tiến hành phân tích định tính cuối cùng mới dũng công

thức kinh nghiệm để tính toán.

ii các công trình nhỏ, bổ trí các bộ phận chủ yếu gần với sơ đồ lý thuyết có thể dùng các công thức thủy lực học để tính Đối với các công trình lớn và vừa sau

kinh nghiệm đáng tin cậy nhưng phạm vi sử dụng cũng có giới han không thé mởrộng áp dụng được.

1.3.2 Phương pháp thực hiện mô hình:

Mô hình thí nghiệm mô phỏng được công tình thực tế kd cả trong điều kiện

phức tạp mà kết quả rit gin với thực tế Bằng thực nghiệ giải quyết những vẫn để

thực tế của thiết kế, xây dựng và khai thác sử dung công tinh thủy lợi mà những

vấn đề đó không được giải quyết thỏa đáng được bằng con đường lý luận Từ thực.

nghiệm mô hình thủy lực xây dựng các công thức thực nghiệm kiểm tra, bổ sung vàchính xác hóa các công thức lý thuyết, iểm tra các kết quả của mô hình toán Ngoài

ra phương pháp này còn dùng để kiém chứng cúc kết quả có được tử phương pháp

lý luận Có thể nói mô hình thí nghiệm là mẫu của công tình thực t, khi mô hình

thí nghiệm sát với thực tế sẽ có điều kiện tin c

‘Tuy nhiên các công thức thực nghiệm có phạm vi ứng dụng nhất định và có

giá trị gần đúng, bằng thực nghiệm mô hình có hiện tượng chưa thể hiện chính xác.

được như hiện tượng sóng vỗ, đồng chảy có hiện tượng trộn khí thường thí nghiệm

không mô tả được Căn cứ vào thực nghiệm mô hình để quyết định kích thước công trình tiêu năng đôi khi hoàn toàn không chính xác, bởi vì giữa mô hình và dòng.

chảy thực tế có những khác biệt, trạng thái dong chảy và dong phát sinh có trang

thái thường không thống nhất Do đó thực nghiệm mô hình cũng không phải là

phương pháp chính xác tuyệt đối

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu trên nguyên hinh:

Nguyên hình chính là mô hình có tỷ lệ 1:1 Moi điều kiện tương tự được đảm

dò

bảo, Tuy nhiên dòng chảy trong thực tế lại diễn ra theo một quá tình ngoài ý kiến

chủ quan của con ngư trên nguyên hình không phải lúc nào cũng thể nghiên cứu

«quan sắt và đo đạc các thông số được, đồng thời khi đã xây dựng xong công tình và nếu có sự cổ gây mắt an toàn đối với công tinh th việc sửa đổi lạ các kết sầu công trình và hình thức tiêu năng là vẫn để khó khăn và tốn kém.

Do vậy khi nghiên cứu liêu năng sẽ là không đủ nếu chỉ sử dụng một

trong ba phương pháp trên và người ta sử dụng cả ba phương pháp kết hợp với nhau.

48 tim ra phương pháp hữu hiệu Độ chính xác của phương pháp mô hình và tính

toán đảm bảo tinh hợp lý của thie kế Tính thực tin là êm nghiệm về độ an toàn

của công trình Từ các số liệu quan sát nguyên hình ngoài thực tế có được các loại

s liệu và có thể xây dụng được công thúc kinh nghiệm

1.4 Một số giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trình thio nước.

1-41 Xúc định ưu lượng tính toắn tiêu năng:

“Công tinh thio nước thường làm việc với nhiều cấp lưu lượng khác nhau

Do đó, công trình tiêu ng phải được giả quyếtiêu năng tối ấp lưu lượngcho mọitrong phạm vi làm việc đã thiết kế, nghĩa là kích thước của công trình tiêu năng phải

đảm bảo tạo ra nước nhảy ngập (với hệ số ngập ø =1.05 +].1) với bắt kỳ trường hợp

náo, Để đảm bảo su cầu đó, phải nh toán lưu lượng gây ra sự nỗ tgp bắt li nhất lưu lượng đó là lưu lượng tính toán tiêu năng.

“Trường hợp bắt lợi nhất là trường hợp nồi tiếp bằng nước nhãy xa có hiệu số

„) lớn nhất Khi đó, chiều đài đoạn chây xiết là lớn nhất, do đó cần phải thiết

ig tình tiêu năng với quy mô lớn nhất

Lưu lượng tinh toán tiêu năng không nhất thiết phải bằng lưu lượng lớn nhất

“Trong thực tế, việc xác định lưu lượng này phải phân tích các trường hợp cụ thể tùy

thuộc vào mực nước thượng hạ lưu,

14.2 Xác định hình thức nối tiếp chảy đáy:

Độ sâu tại mặt cắt co hep h; ở sau công trình được xác định trực tiếp bằng phương trình Bécnuli viết cho mặt cắt thượng lưu (0-0) và mặt cắt co hep ở chân

đập trần (C-C), xem (hình L3)

Tình 1.3: Sơ đồ xác định hình thức nổi tiếp chảy đáy

Each Bo Dek ap hoje: Q= øø vJ2e(E,—h,) (1-2)

Sau khí tinh toán được hạ theo công thức rên, có thé tính độ sâu liền hợp với h, là

hạ So sánh h ` với độ sâu hạ lưu hy, sẽ xác định được các hình thức nổi iếp dưới

đây

4) Trường hgp 1: Hạ lưu là đồng chiy êm

hc`>hụ: nối tiếp bằng nước nhảy phóng xa (hình 1.4a)

„'=h¿: nối tiếp bằng nước nhảy phân giới (hình 1.4b)

hy nối tiếp bằng nước nhảy ngập (đình L4©)

Hin 1 4: Cie dạng nỗi ép chảy đáp

8) Trường hợp 2: Hạ lưu là đồng chảy wide.

giảm dẫn từ h-+h; (hình 1.4d)

¿ hình thành đồng đều ngay sau mặt cắt co hẹp (hình I-4e)

với dong đều trong kênh dẫn (hình 1.40,

“Trong các hình thức nỗi tiếp bằng nước nhày phóng xa, ở sau mặt cắt co hep

h,>h,: đồng nối

C-C có một đoạn dong chảy xiết (đường mat nước loại C) rồi qua nước nhảy mà

chuyển thành đồng chảy êm bình thường ở hạ lưu Độ sâu liên hiệp thứ hai sau

nước nhay chính là độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu Do đó, biết độ sâu hạ

lưu hụ=h, ”, ta có thé tin được chiéu dài đoạn chảy xiết theo phương pháp tính đồng không đều

1.4.3 Các biện pháp tiêu ning trong ché độ chấp di

Ta đã biết nỗi tiếp chảy đáy có nước nhảy xa là nguy hiển nhất, vì vậy phải

‘tim biện pháp khử dạng nối tiếp này chuyển nó thành nổi tiếp bằng nước nhảy ngập.

“Tuy nhiên dòng chảy sau nước nhảy ngập vẫn có vận tốc lớn ở đáy và mạch động

kéo dai, vì vậy cho pháp tạo thành nối tiếp chảy mặt Có nhiều biệp pháp và bìnhthức tiêu năng, trong đỗ biên pháp cơ bản nhất là biến đổi chế độ nỗi tiếp bằng nước

nhảy xa thành nối tgp bằng nước nhảy ngập Muốn vậy, cin tăng độ siu ở hạ lưu

bằng cách

- Đào sân sau ~ tức là làm năng:

= Lam tưởng chắn để nâng cao mục nước — tức là lâm tường tiêu năng:

~ Vừa đào sâu, vừa làm tường ~ Bề và tường tiêu năng kết hợp;

+ Ngài r có tí thế bị tiêu năng phụ Các mồ, ngưỡng, răng:

Nhiệm vụ ti toán là xác định bình thức, ích thước thiết bị tiêu năng phụ

1.4.3.1 Tink bé tiêu năng:

Phuong pháp chung thường tính chiều sâu bé tiêu năng theo công thức (hình 1.10):

dEgh, ` hy AZ (ay

“Trong đó;

thy độ sâu hạ lưu khi chưa đảo bổ;

hg" độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp h, tính với cao trình sân bé, với cột

Ey +d:

nước thượng lưu E,

hg số an toàn ngập, ấy khoảng 1,051.10;

A chênh lệch cột nước ở cửa ra ci

_ ao

bi tính bằng công thức:

2ep oh

'Với: œ„ diện tích mặt cắt wét ở cuối bé, có chiều sâu h,=ơh, `:

‘oy diện tích mặt cắt ướt ở hạ lưu sau bễ,

ạt hệ số lưu ốc ở cửa ra của be lấy khoảng 0,951.00.

Nhu vậy, trong công thức (1-4), dé tính d, các số hạng h,"" và AZ lại phụ thuộc vào chính an số d, Do đó, bài toán phải iải bằng cách tinh đúng dẫn

Hình 1.6: Sơ đồ tinh tường

1.4.3.2 Tỉnh tường tiêu năng:

“Chiều cao e của tường tiêu năng tính bằng công thức (hình L6)

HI (1-6)

HI là cột nước trin trên đỉnh tường, tinh theo công thức đập tràn chảy ngập:

c=ohe”

(7) 4020.42, Trong (1-7), hệ số ngập của trởng ơn lại phy thuộc vào

C62 cách đặt vấn đề để giải quyết:

~ Tự định một trong hai đại lượng đ hoặc c và tìm ra đại lượng kia, sau đó điều chỉnh để d và e có một tỷ lệhợp lý nhất về kinh tế kỹ thuật

~ Định chiều cao tường lớn nhất có thể được, miễn là ở sau tường không xây

ra nỗi tiếp bằng nước nhảy phóng xa

“Thông thường, người ta theo cích thứ bai Xét bài toán phẳng: chiễu cao tưởng e„ dé không có nước nhảy phóng xa ở dưới tường (hình 1,7) tinh bằng công thức:

(090:0.95)e, aap

sau khi cóc sẽ xác định d theo công thức (1-8)

Sơ đồ chung tính bé, tường kết hop - trang thải phân giớiđài bé tiêu năng:

năng tinh từ chân ng tình, bao gm chiễu đã l từ chân

công tinh đến mặt cắt co hẹp và chiều đài của nước nhảy ngập lạ, nằm trong

phạm vi bể, chigu dai khu nước vật dưới I" (hình 1.9)

V6i B hệ sé kinh nghiệm, lấy bằng (0,70+0,80)

~ Qua chỉnh lý ti liệu thí nghiệm, V.D Du-tin đưa ra công thúc thực nghiệm tình

chiều đà bể tiêu năng kết hợp

1, = 3.2 Herd 085) +1, (12)

- LLA-go-r6-skin đưa ra công thức:

Lu=8h,+l, (13)

“Trong các công thie trên

Lạ Chiều di nước nhây hoàn chỉnh

CChiễu đãi ty, theo bình 1-14 tính bằng: L

Chiều đài lu ty theo hình thức của xã nướ inh theo các công thức thực.nghiệm dưới đây:

~ Chay qua đập tràn thực dụng mặt cắt hình thang:

Sin sau có tác dụng tiêu hao năng lượng thừa tồn ti ở dạng động năng,

mạch động Lưu tốc dòng chảy trên sin sau không được vượt quá lưu t

phép hạ lưu, đi

nước Chiều dai sản sau phải đủ dai, nếu quá ngắn sẽ không hình thành nước nhây.

cho

cầu của nó có tính mễm để đễ thích nghỉ với địa ch im

“Chiều đài sân sau thể tham khảo công thức;

I;=K,jạ MỸ (1-18)

Trong đó:

AH chênh lệch mực nước sân thượng hạ lưu;

q lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng;

K bệ số phụ thuộc vào địa chắt nin lòng dẫn K=1012 vớ cất mịn, cất phác

K= 820 với cát to, đất co tinh dinh; K=6z7 với đất sét cứng, Phạm vi sử dụng công

thức trên \JgVAH = 129.

Ngoài ra theo kinh nghiệm, có thể My chiễu dài toàn bộ của sin bằng khoảng

(4:10)AH.

1.4.3.6 Các thiết bị tiêu năng phụ:

“Trong bé tiêu năng, trên sân sau thường bồ trí các thi bị để tiêu hao năng,

lượng dòng chảy như mỗ, ngưỡng làm cho đồng chảy gây ra lực phản kích lại vàgiảm được họ", rút ngắn chiều dài sân sau Thí nghiệm chứng minh rằng, nếu bổ trí

giảm được (20%=30%)h,

* Ngưỡng tiêu năng ngập trong nước nhảy có tác dụng phản kích mạnh đối

thích hợp các thiết bị ú 1 năng thi có tÌ

với dong chảy có lưu tốc lớn, và làm giảm chiều sâu nước nhảy ho Qua thí

nghiệm cho thấy với góc nghiêng mái thượng lưu ngưỡng <90° và >60" thì không ảnh hưởng đến hiệu quả tiêu năng.

* Trên sân sau, cũng có thể bé trí các mồ tiêu năng Vị trí ví thường &nơi bit đầu của sân sau, tại khu vục dong cây có lưu tốc cao, ich chân đập một

đoạn di hơn chiều sâu phân giới của đồng chảy Kích thước và vịtrí mổ tiêu năng

phải thông qua thí nghiệm để quyết đình Theo kinh nghiệm, kích thước mé có thể

š£1,0)d,, khoảngcách B, giữa mép của 2 mé gần nhau B,< bạ Kích thước cụ thể còn phụ thuộc vào

Tẩy như sau: chiều cao mổ: d,=(0,75+1,0)h., chiều rộng mé b,

hình thức cấu tạo Có thé bổ trí một hoặc hai hàng mồ, có nhiều hình thức mồ tiêu.

năng; gốc vt thượng lưu, mặt bên, các ge cạnh của mổ đều có ảnh hướng tới

hiệu quảtiêu năng Thường thông qua thí nghiện để bổ tí cho hợp lý

15, Các đánh giá nhận xết chung

Vin đề xử lý ni tiếp và âm giải pháp tiêu năng phòng xổi ở hạ lưu là ng

u kiệnviệc quan trọng khi thiết kế công trình tháo Với mỗi công trình tủy theo đ

dia hình, địa chất, mực nước hạ lưu mã chọn giải pháp và tính toán kết cấu tiêu

năng cho phù hợp Sự nỗi tgp từ thượng lưu xuống hạ lu và hình thức tiêu năng

cần được tính toán cặn kế dé tránh các hậu quả bat lợi.

CỔ nước ta cho đến nay kết cấu tiêu năng đáy là một trong các hình thức

thường được sử dụng nhất Để tăng hiệu quả tiêu năng thì thường trên sân sau có

xây thêm các thiết bị tiêu năng để tiêu hao năng lượng dòng chảy như md, ngưỡng làm cho dang chảy gay nên lực phản kích lại và giảm được hit ngắn chiều dai sân sau, đồng thời giảm được độ sâu dao bể, giảm chiều cao tưởng tiêu năng Nồi chung các hình thức mé hoặc ngưỡng đều làm cho dng chủy biển động

và tăng hiệu quả tiêu năng Tuy nhiên do thiết bị tiêu năng thường bé trí ở những.

nơi có lưu tốc lớn nệ xung quanh nó d& sin áp lục âm Lưu tốc càng lớn, phá hoi

bẽ tổng làm cho điều kiện làm việc của thiết bị tiêu năng không tốt, Điều này đốihỏi phải có cách tính toán phù hợp hơn và cần phải nại cứu cả trên mô hình thủylực

Việc xử lý nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu và tim giải pháp tiêu năng phòng xói cho công trình là cần thiết và rất phức tạp vì nó chịu ảnh hướng của nhiều hiện

tượng thủy lực bất lợi Theo hướng thí nghiệm mô hình thủy lực, luận văn xin đượctrình bày các ảnh hưởng của ngưỡng tiêu năng đến trạng thái dòng chảy qua thông

số cơ bản của đồng chảy đó là số Froude (Fr) với mục đích edi thiện được trang thái dang chảy, để tạo thành dạng nước nhay ngập nhằm tiêu bao tới mức tối đa năng

lượng thừa diễu chỉnh sự phân bổ lưu tốc và giảm mạch động, qua kết quả thí

nghiệm sẽ chọn ngưỡng tiêu năng cho hợp lý nhằm giảm nhẹ kết cấu tiêu năng và đảm bảo an toàn cho công tình trần xà lũ Hồi Xuân - Thanh Hóa

CHƯƠNG 2 PHAN TÍCH LÝ THUYET VAN ĐÈ NGHIÊN CUU

2.1 Đặc điểm thủy lực của dòng chảy đầy sau đập tràn

3.1.1 Đặc diém của đồng chảy de

“rang thái đồng đây là trạng thi ma có lưu tố lớn nhất của đồng chảy xuất

hiện ở gần đáy kênh din Có hai trường hợp sau

a) Dòng chảy ở hạ lưu là đồng êm (hình 2.1)

“Trường hợp này dong chảy qua ngưỡng tran đổ xuống hạ lưu xuất hiện mặt

sắtco hẹp C-C Tại mặt cắt co hẹp, độ sân đồng chiy (hla nhô nhất và lưu tốc đạt

if thn nhất Khi đ có chy do xây nối tấp đồng chay trong trường hợp này bắt

hạ" là độ sâu liên

hiệp với hy,

xt h.""=hy 66 nước nhảy tạ chỗ, lúc này năng lượng thửa sẽ được tiêu hao một phần nhờ nước nhay.

~ Nếu h¿'"<h, có nước nhảy phóng xa, năng lượng thừa sẽ được tiều hao bằng tổn thất đọc đường ở đoạn nước ding và bằng nước nhiy

~ Nếu hị "<hụ lúc đó có nước nhay ngập, Mức độ ngập được đặc trưng bởi

hệ số ngập ø = ` và ming lượng thừa được tiêu hao qua nước nha