Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng dụng hình thức tràn mỏ vịt cho hồ chứa nước loại vừa và nhỏ, áp dụng cho hồ Đăk Trít, Kon Tum

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Dư Thị Thanh Tươi Học viên lớp: 23C11

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các thông tin tài liệu

trích dẫn trong Luận văn được ghi rõ nguồn gốc, những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bồ trong bat kỳ công trình khoa học

Tác giả

Dư Thị Thanh Tươi

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại Khoa Công trình trường Đại học Thủy lợi

Hà Nội, dưới sự dạy bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo các bộ môn trong trường, sự cộng tác của các cơ quan chuyên môn và các bạn bè cộng sự, đồng nghiệp

với sự nỗ lực phan dau của ban thân, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật,

chuyên ngành kỹ thuật xây dựng Công trình thủy với nội dung: “Nghiên cứu ứng dụng

hình thức tràn mỏ vịt cho hồ chứa nước loại vừa và nhỏ, áp dụng cho hồ Đăk Trít, Kon

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến, cán bộ

hướng dẫn khoa học, đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác giả những kiến thức qúy

báu để tác giả hoàn thành Luận văn.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo Khoa Công trình trường Đại học Thủy lợi và các bạn đồng nghiệp ở nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau, các cơ quan, đơn vị đã cung cấp các tài liệu và tạo điều kiện thuận lợi giúp tác giả hoàn thành

Luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn người thân, gia đình, cơ quan tác giả đang công tác đã tạo mọi điều kiện trong suôt quá trình học tập và nghiên cứu dé tai.

Do điều kiện thời gian và trình độ còn hạn chế nên trong quá trình làm Luận vănkhông tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả mong được đóng góp ý kiến, chỉ bảocủa các thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp để Luận văn được hoàn chỉnh và trọn

MỤC LỤC

0/9627 — ÔỎ Vill

CHUONG 1 TONG QUAN VE XAY DUNG DUONG TRAN O HO CHUA

NUOC 00 3

1.2 Nhiệm vụ và hình thức bồ tri công trình tháo lũ ở hồ chứa nước - -. 7

1.3 Yêu cầu va đặc điểm bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa nước loại vừa va nho 11

1.3.3 Lựa chọn bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa nước vừa và nhỏ . 13

1.5 Kết luận chương 2-©22©2S22EEC2EE2EEE2E12E1211221.221 21121 cv 15

CHUONG 2 NGHIÊN CUU TONG QUAT VE BO TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC MANG THU NƯỚC CUA TRAN MO VỊTT -e-s-ss©cssssscssessse 17

2.1.1 Yêu cầu chung về bố trí tràn ở hồ chứa nước . -: ¿-z++:s++-s++ 17 2.1.2 Các hình thức điều tiết lưu lượng của đập tràn tại các hồ chứa .- 18 2.1.3 Các hình thức bố trí ngưỡng tràn tự ONG occ cece csssesssessesssesssecssecsecssessseeseeeses 18

2.4 _ Nghiên cứu tổng quát các thông số thủy lực của máng thu nước ở tran mỏ vịt.32

ill

2.4.1 Giới hạn phạm vi biến đổi của các thông sỐ - ¿2 + x+x+ze+zxrxd 32

CHUONG 3 UNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO TRAN DAK TRÍT 50

3.1.5 Điều kiện tự nhiên, xã hội -c¿25++t2EExttttEktrrtrttrttttrrrrtrtrrrrrrrrrrrk 50

3.2 Bố trí đường tràn trong phương án nâng cấp hồ Dak Trít . 55

3.3.2 Tai liGu timh toan .Ả.A.4 56

3.4.2 Tính toán thủy lực máng thu nước cho các phương án - -s-s<+<+ 66

3.4.4 So sánh với kết quả nghiên cứu ở chương 2 - 2: 2252+c++£x+zxzzEzrxees 72

3.5 _ Kết luận chương 3 -2-©2¿+2< 2E E2 2 1571711211211211711211211 11111 75 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ . - 2< 2< se sseEssersetrseEvsersserserrserssere 76 TÀI LIEU THAM KHẢO 2° 2£ ©sS£Ss£©Ss£ESs£Ess©zsetxseEsserseerserssers 78

1V

DANH MỤC HÌNH VE

Hình 1 - 2: Hồ Cửa Đạt- Thanh Hóa - 2-2: ©5225£22E+EE£EEEEE2EEEEEvEEevEezrerrxerxee 5

Hình 1 - 4: Hồ Hòa Bình - Hòa Bình - 2-2 ©5¿©52+E++EE+EEEEE2EEEEEerkerrrrrrerrerxee 6

Hình | - 5: Đập hồ chứa Đầm Hà Động - Quang Ninh vỡ ngày 30/10/2014 7

Hinh 1- 6: Duong tran 0201011077 9

Hình 1 - 7: Đường tran ngang [ Ï] - - <6 +1 1911391013930 19 11 9 1 kg ng ngư 10 Hình 1 - 8: Tran bổ sung của hồ Núi Cốc - nhìn từ hạ lưu 5-5 s5s+s4 12 Hình 1 - 9: Tran sự cỗ hồ Truồi nhìn từ hạ lưu - ¿- c5 k£EE+E£EE+EeExererxererrers 13 Hình 1 - 10: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa (nhìn từ thượng lưu) - 14

Hình 1 - 11: Tran phím piano Dap dâng Văn Phong - Bình Định - 14

Hình 1 - 12: Ngưỡng tràn kiểu Zik zac ở đập dâng Phước Hòa - Bình Dương 15

Hình 2 - 1: Tran ngang Hồ chứa nước Ông Lành - Binh Định - 20

Hình 2 - 2: Tran xả lũ tuyến cong Hồ Tuyền Lâm - Lâm Đồng 20

Hình 2 - 4: Mặt bang các dạng ngưỡng tràn Zik ZAC -2-c5¿©cx+cz+ccxescxez 21

Hình 2 - 6: Máng thu mở rộng dan (Sơ đồ I) -2- s¿+£2+£x++£x++zxzxeerxesrxez 24

Hình 2 - 15: Quan hệ Fmin ~ H, q, theo các sơ 0 46

Hình 3 - 2: Biéu đồ điều tiết lũ tần suất Thiết kế P = 1% .¿ ¿©-scscc5cc: 63

Hình 3 - 3: Biéu đồ điều tiết lũ tần suất lũ Kiểm tra P = 0,2% -:©5c+: 63

Hình 3 - 4: Mang bằng bó trí máng thu mở rộng dan (Sơ đồ ]) - 65 Hình 3 - 5: Mang bang bó trí máng thu thu hẹp dần (Sơ đỗ 2) - 65

Hình 3 - 6: Mang bằng phân chia mặt cắt tính đường mặt nước (Sơ đồ I) 68

Hình 3 - 7: Minh họa đường mặt nước trong máng bên (Sơ đồ T ) cccccceerees 68

Hình 3 - 8: Măng bằng phân chia mặt cắt tính đường mặt nước (Sơ đồ 2) 68

Hình 3 - 9: Minh họa đường mặt nước trong máng bên (Sơ đồ 2) - 68

Hình 3 - 10: Minh họa mặt bang, cat doc, cat ngang tran (So (0) 75

Mái

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 2 - 1: Tính toán đường mực nước trong máng cho một trường hợp; hình thức mở

TONG 077 36 Bảng 2 - 2: Tính diện tích gia cố máng thu; hình thức mở rộng dần - 37

Bang 2 - 3: Bảng tong hợp kết quả tính diện tích gia cỗ máng thu - 38

Bảng 2 - 4: Quan hệ 1, q, H, theo các sơ 41 Bang 2 - 5: Quan hé i, H, q, theo cac so 41

Bảng 3 - 3: Tính toán điều tiết lũ Thiết kế Tan suất P = 1% Theo phương pháp thử dan 61 Bảng 3 - 4: Tính toán điều tiết lũ Kiểm tra Tần suất P = 0,2% Theo phương pháp thử dần.62 Bảng 3 - 5: Tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ hồ chứa Dak Trít - 63

Bang 3 - 7: Tính toán đường mực nước trong máng bên theo phương pháp thử dan,

Bảng 3 - 8: Tính toán đường mực nước trong máng bên theo phương pháp thử dan,

Bang 3 - 9: Bảng tính diện tích gia cé máng Mở rộng dan dần - 71

Bảng 3 - 11: Bang tổng hợp, so sánh diện tích gia cố máng thu - 71

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIET TAT

: Mực nước dâng bình thường

: Nông nghiệp va phát trién nông thôn : Quá trình lũ đến

: Quá trình xả lũ

: Bộ nông nghiệp & phát triển nông thôn : Quy chuẩn Việt Nam

: Tiêu chuân Việt Nam

vill

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Trong thời gian qua, xây dựng thủy lợi và thủy điện đã và đang phát triển mạnh mẽ,

đem lại những thành tựu khoa học to lớn trong sự nghiệp đổi mới công nghiệp hóa,

hiện đại hóa đất nước Do nhu cầu dùng nước, phát điện không ngừng tăng lên nên các hồ chứa được xây dựng ngày càng nhiều, phong phú về hình thức và khác biệt về quy mô, hàng ngàn dự án Thủy lợi, thủy điện lớn nhỏ được thực hiện cho các mục đích phát điện, tưới tiêu, cấp nước dân dụng, công nghiệp cải tạo môi trường, phòng chống

thiên tai đã góp phần to lớn trong việc phát triển kinh tế đất nước, cải thiện đời

sống nhân dân Do mức độ quan trọng và đặc thù của công trình Thủy lợi, những yêu cầu về đảm bảo an toàn và kinh tế trong việc tính toán thiết kế, thi công và quản lý

khai thác đặt ra ngày càng cao.

Theo thống kê ở Việt Nam hiện nay, gần 50% sự có hồ đập là do nước tràn đỉnh đập

bởi các lý do khác nhau như lũ vượt thiết kế, lũ tập trung quá nhanh, hay sự cố kẹt cửa

van Điều này càng trở nên tram trọng hơn trong điều kiện biến đổi khí hậu, rừng phòng hộ bị phá hoại Vì vậy trong thiết kế mới hồ chứa, hoặc rà xoát năng lực xả lũ của các hồ đã xây dựng, cần xem xét các phương án tràn có năng lực xả lũ cao và làm việc tự động, dé hạn chế thấp nhất sự cố hồ do lũ.

Sử dụng loại tran tự động (tức cao trình ngưỡng tràn bằng MNDBT) và có bề rộng tran

lớn có những ưu điểm nổi bật như:

- Tràn tự động làm việc khi có lũ về, loại trừ được sự cố do kẹt cửa van, hoặc bất cân

của người quản lý.

- Do B, lớn nên giảm được cột nước tràn; đặc biệt khi lũ đến vượt quá lưu lượng thiết

kế thì độ gia tăng mực nước hồ là nhỏ, tránh được khả năng nước tràn đỉnh đập gây vỡ, đặc biệt là khi đập bằng vật liệu địa phương (đất đá).

Về bố trí, tran tự động có B, lớn có thể bố trí dạng tràn ngang bên bờ hồ, hoặc tràn

dang mỏ vịt khi phía trước đập có địa hình thích hợp Tuy nhiên loại tràn dang mỏ vit hiện chưa được nghiên cứu nhiều Một số van đề về bố trí mặt bằng mang thu nước

sau ngưỡng tràn như độ dốc máng, độ mở rộng theo chiều dòng chảy, chọn chiều rộng

mặt cat cuôi máng chưa được làm ro.

Vì vậy luận văn này chọn đê tài nghiên cứu bô trí dạng tràn mỏ vịt cho hô chứa nước

loại vừa và nhỏ là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

2 Mục đích của dé tài.

- Nghiên cứu các phương pháp tính toán Thủy lực máng thu nước, từ đó kiểm tra khả

năng chảy ngập qua ngưỡng của tran mỏ vit.

- Nghiên cứu các thông số Thủy lực của máng thu nước, đánh giá tính hợp lý của từng phương án bồ trí, lựa chọn phương án thích hợp dé áp dụng.

- Áp dụng tính toán cho công trình thực tế.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

- Thu thập, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài.

- Tham khảo các tài liệu lý thuyết có liên quan đến đề tài để phục vụ mục đích nghiên

- Nghiên cứu tổng quát về xác định các thông số bồ trí tran mỏ vit (độ dốc máng, độ mở rộng, bê rộng cuối máng ) dé làm tài liệu tham khảo khi thiết kế.

- Lựa chọn được sơ đồ bố trí tràn mỏ vịt và máng thu thích hợp với điều kiện của hồ

Đak Trít - Kon Tum.

CHUONG1 TONG QUAN VE XÂY DUNG DUONG TRAN O HO CHUA

1.1 Xây dựng Hồ chứa nước ở Việt Nam.

1.1.1 Mục dich và nhiệm vu của việc xây dựng hồ chứa.

Hồ chứa nước có một vị trí quan trọng trong điều chỉnh dòng chảy phục vụ các yêu

cầu dùng nước khác nhau Mặt khác hồ chứa còn là công trình phòng chống, giảm nhẹ

thiên tai Nhất là hiện nay van đề biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra theo hướng tăng thêm bat lợi cho công tác thủy lợi tưới tiêu và sản xuất nói chung.

Vì vậy hồ chứa nước là công trình quan trọng để khai thác sử dụng nước và phòng chống tác hại do nguồn nước gây ra Nhiều năm nay hồ chứa nước đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát điện, trữ nước mùa mưa, cấp nước mùa kiệt, giảm bớt khó

khăn thiệt hại do hạn han gây ra, cải thiện môi trường sống Khi một hồ chứa nước

được xây dựng, sẽ tạo sự ôn định và phát triển kinh tế xã hội cho cả một khu vực; tạo

công ăn việc làm, giải quyết thất nghiệp, phân bé lao động, lập các trung tâm dân cư mới; mặt khác còn góp phần đảm bảo an ninh, quốc phòng.

Một hồ chứa nước sau khi đã được xây dựng ngoài thực hiện nhiệm vụ chứa nước và

điều tiết lượng nước, phòng chống lũ lụt, làm chậm con lũ dé bảo vệ hạ lưu thì còn được con người khai thác, tận dụng triệt để những tiềm năng của dòng nước phục vụ cho cuộc sống của chính mình Chính vì thế khai thác hồ chứa nước là vận hành hồ chứa nước đảm bảo an toàn và thỏa mãn các mục tiêu đặt ra theo nguyên tắc lợi dụng tong hợp nguồn nước.

1.1.2 Quá trình xây dựng, phát triển hé đập ở Việt Nam.

Với sự phát triển của xã hội nói chung và lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói riêng, từ buổi sơ khai khi con người biết dùng vật liệu tại chỗ như đất đá, cành cây, gỗ để chặn dòng trên các sông suối để nâng cao mực nước, lấy nước vào các kênh phục vụ sản xuất và sinh hoạt thì sự ra đời của các hồ đập nhân tạo là hết sức cần thiết Việt Nam

có điều kiện địa hình, địa chất, sông ngòi tương đối thuận lợi nên việc xây dựng các hồ

chứa được phát triển mạnh Theo thời gian, từ những năm 30 của thé kỷ trước đã xâydựng một số công trình như: Bái Thượng (Thanh Hóa), Đô Lương (Nghệ An), sau năm

1954 ở miền Bắc đã xây dựng một sé công trình như: Thác Bà, Câm Sơn, Đại Lải,

Đồng Mộ, suối Hai, Núi Cốc Đặc biệt từ khi nước nha thống nhất, trong cao trào

làm Thủy lợi hàng loạt hồ chứa, đập dâng được xây dựng, đến nay số hồ chứa xây

dựng không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên

không ngừng Hiện nay, trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đã

bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, đến nay cả nước có

6.648 hồ chứa thuỷ lợi với tổng dung tích trữ khoảng 11 tỷ m’, trong đó 560 hồ chứa

lớn có dung tích trữ trên 3 triệu m”, 1.752 hồ có dung tích trữ từ 0,2 đến 3 triệu m”, còn lại là 4.336 hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu mỉ Các địa phương đã xây dựng nhiều

hồ chứa là Nghệ An, Thanh Hoá, Đăk Lăk, Hoà Bình, Tuyên Quang, Bắc Giang, BìnhĐịnh, Phú Thọ

Hình 1 - 2: Hồ Cửa Đạt- Thanh Hóa

Quan lý và khai thác hồ chứa là sử dụng hồ chứa, củng cố nâng cao chất lượng, duy tu bảo dưỡng, quan trắc nghiên cứu nhằm đảm ảo an toàn cho cả hệ thống cũng như từng

hạng mục công trình, nhằm phát huy hiệu quả công trình theo nhiệm vụ hồ chứa đã được ấn định.

Hồ chứa được coi là an toàn, khi nó đảm bảo đầy đủ nhiệm vụ được giao trong trạng

thái làm việc ôn định bình thường của cả cụm đầu mối cũng như của

từng hạng mục công trình Với tốc độ phát triển xây dựng hồ chứa nước nhanh đã đem

lại nhiều lợi ích khác nhau cho nhân loại, nhưng những sự cô hư hỏng, cũng tăng theo, bên cạnh việc xây dựng hồ đập thì vấn đề an toàn đập ngày càng được chú trọng Theo đánh giá của Bộ NN-PTNT, sau hơn 10 năm triển khai thực hiện chương trình đảm

bảo an toàn hồ chứa đã đạt nhiều kết quả khích lệ.

Đến nay, các hồ có dung tích lớn hơn 100 triệu m? đã được sửa chữa, nâng cấp ở mức

bao đảm an toàn cao, các hồ chứa có dung tích hơn 10 triệu mỶ và một số hồ có dung tích từ 3 triệu m” nước trở lên bị xuống cấp cơ bản đã được sửa chữa, bảo đảm an toàn.

Tuy nhiên, 36 luong hồ chứa có dung tích dưới 3 triệu mì được sửa chữa không nhiều,

hồ có dung tích dưới 1 triệu m” cần sửa chữa nâng cấp còn lại rất lớn, ước tính khoảng

1.150 hồ chứa bị hư hỏng xuống cấp và thiếu khả năng xả lũ cần phải sửa chữa, nâng cấp đảm bảo an toàn Số lượng hồ hư hỏng chủ yếu là hồ chứa nhỏ Trong khi đó, việc

6

năm bắt thông tin vê hô trong mùa mưa bão còn hạn chê, việc triên khai ứng cứu khi

có sự cô thường chậm.

Hình | 5: Đập hồ chứa Đầm Hà Động Quang Ninh vỡ ngày 30/10/2014

-1.2 Nhiệm vu và hình thức bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa nước 12.1 Nhiệm vụ của công trình tháo lũ ở hé chứa nước.

Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nước, đập dâng trên sông, công trình lay nước và một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn thì công trình tháo lũ là một hạng mục không thể thiếu ở các đầu mối thủy lợi, nó có chức năng tháo nước thừa

trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho bản thân công trình đầu mối cũng như vùng hạ du Ở một số đầu mối thủy lợi, công trình tháo lũ còn được kết hợp để tháo nước

thường xuyên xuống ha lưu, xả bùn cát, tháo cạn hồ chứa khi cần thiết, hay kết hợp dé

tháo nước trong thời kỳ thi công công trình.

Trong các công trình đầu mối, có thể làm công trình ngăn nước và tháo nước kết hợp, cũng có thể làm riêng công trình tháo bên bờ Đối với đập bê tông trọng lực và bê tông

cốt thép, thường bố trí công trình tháo nước ngay trên thân đập Đối với các đập dùng

vật liệu tại chỗ, đập bản chống thì công trình tháo lũ được tách riêng gọi là đường tràn lũ bên bờ.

Đường tràn lũ có thể có cửa van khống chế, cũng có thể không có Khi không có cửa van, cao trình ngưỡng tràn vừa bằng cao trình mực nước dâng bình thường, lúc mực

nước hồ bắt đầu dâng lên và cao hơn ngưỡng tràn thì nước trong hồ tự động chảy

xuống hạ lưu Khi đường tràn có cửa van khống chế, cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước dâng bình thường Khi đó cần có dự báo lũ, quan sát mực nước trong hồ

chứa đê xác định thời điêm mở cửa tran và điêu chỉnh lưu lượng tháo.7

1.2.2 Hình thức bé trí công trình tháo lũ ở hồ chứa nước.

Đối với từng loại đầu mối công trình thủy lợi cần phân tích kỹ điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn và đặc điểm làm việc cũng như yêu cầu về thi công, quản lý, khai thác

mà chọn cách bồ trí, hình thức, kích thước công trình tháo lũ thích hợp, đảm bảo an toàn cho công trình và đáp ứng yêu cầu kinh tế Xét về hình thức công trình tháo lũ có rất nhiều loại:

+ Công trình tháo lũ dưới sâu: Có thé đặt ở đưới đập hay trong bờ, tùy thuộc vào điều

kiện cụ thể mà công trình tháo nước kiểu này thường được kết hợp với nhiều mục đích khác nhau, tháo lũ kết hợp xả bùn cát, dẫn dòng thi công, lấy nước cho yêu cầu tưới Do công trình đặt ở cao trình thấp nên có thé tháo cạn được hồ (khi sửa chữa hay có sự

cố) Thực tế ở Việt nam công trình tháo nước dưới sâu được kế đến là cong ngam,

đường ong, đường ham.

+ Công trình tháo lũ trên mặt: thường đặt ở cao trình tương đối cao, nên chủ yếu dé

tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa, công trình tháo lũ trên mặt có các hình thức như đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, máng bên, xi phông thao lũ

Với những ưu điểm cơ bản là làm việc an toàn, dễ thi công, thuận tiện cho quản lý và

sửa chữa khi cần thiết nên đập tràn, đường tràn đọc, đường tràn ngang được áp dụng

trong đại đa số các hồ chứa đã xây dựng ở Việt Nam và xu thế này sẽ được tiếp tục duy trì, phát triển trong thời gian tới.

1.2.2.1 Đường tran doc.

Duong tran doc là loại đường tràn hở có hướng nước vao ngưỡng trùng với hướng của đường tháo sau ngưỡng.

Đường tràn dọc là loại công trình tháo lũ được sử dụng khi địa hình khu đầu mốitương đối thoải, có thể bố trí đường tràn dọc ở eo núi, ở một đầu đập, hoặc thậm chí cảhai đầu đập.

bộ phận nối tiếp hạ lưu.

+ Kênh dẫn vào: Có nhiệm vụ hướng nước chảy thuận dòng vào ngưỡng tràn Tùy vị trí ngưỡng tràn, phía thượng lưu đường tràn, có kênh dẫn dài, ngắn, hoặc không có kênh dẫn, nhưng cần có tường cánh hướng dòng Đáy kênh có độ dốc ¡ = 0 hoặc ¡ < 0

theo chiều dong chảy Mặt cắt ngang kênh có thé là hình chữ nhật (nền đất, có tường

bên) hoặc hình thang (nền đá).

+ Ngưỡng tràn: Có thê là đập tràn thực dụng hay đỉnh rộng, trên đỉnh có hoặc không

có cửa van Trên nén đất, thường ngưỡng thấp nên theo hình thức đỉnh rộng Trên nền

đá dé tăng thêm khả năng tháo nước và giảm chiều rộng đường tràn có thé dùng đập

tràn thực dụng.

Ngưỡng tràn nói chung là thăng dé dòng chảy vào được thuận lợi va thăng góc với ngưỡng Cũng có trường hợp bố trí ngưỡng tràn thành đường cong, thậm chí có lúc thành đường gãy dé tăng thêm chiều dai tràn nước Trường hợp này, dòng chảy sau ngưỡng thường rối loạn nên người ta cũng ít dùng Sau ngưỡng tràn có thé bố trí thiết

bị tiêu năng hoặc nối tiếp ngay với kênh tháo.

+ Kênh tháo: Nỗi tiếp sau ngưỡng tràn để chuyển nước xuống hạ lưu Kênh tháo

thường là dôc nước hoặc bậc nước Ở dôc nước, năng lượng thừa được tiêu hao một

lần ở cuối dốc, hình thức tiêu năng có thể là tiêu năng đáy hoặc tiêu năng phóng xa,

tùy theo mức năng lượng thừa và điều kiện địa chất ở loại đường tháo kiểu bậc nước,

năng lượng thừa được tiêu hao rải đều trên đường tháo, điều kiện làm việc của mỗi bậc

nhẹ nhàng hon so với bé ở cuối dốc, tuy nhiên khối lượng công trình ở bậc nước lớn

hơn so với dôc nước.

1.2.2.2 Duong tran ngang.

Trên thực tế trường hợp đầu mối công trình không có vị trí thích hợp dé làm đường

tràn doc, (địa hình đốc và hep) thì nên dùng đường tràn ngang.

Đường tràn ngang cũng là đường tràn hở gồm các bộ phận, ngưỡng tràn, máng bên nam trực tiếp sau ngưỡng tràn, kênh tháo Hướng nước vào ngưỡng tràn gần vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng Thành phần của đường tràn ngang gồm: Kênh dẫn vào (có thé rất ngắn hoặc không có), ngưỡng, máng bên đặt trực tiếp sau ngưỡng và đường tháo nôi tiêp sau máng bên.

dòng biến lượng, xoắn ốc, có chế độ thủy lực phức tạp nên khi tính toán thủy lực

đường tràn ngang, cần xác định đường mặt nước trong máng bên dé kiểm tra trạng thái chảy qua ngưỡng Việc tính toán máng bên sao cho thỏa mãn yêu cầu tháo lũ và thỏa

mãn điều kiện vận tốc trong máng < Vopx Đề đảm bảo an toàn, thường khống chế

trạng thái chảy qua ngưỡng là dòng đều (tự do).

10

Nau a tắc thi kế đường thio nước cia tần ngang cũng như đường tran đọc Trong

thực tế để tăng bf rộng trân nước nhằm giảm cật nước trên tần, giảm điện tích ngập lụt, có thé áp dung các dạng ngưỡng tràn Zik zäc trên mặt bằng, tràn labyrinth

1.3 Yêu cầu và đặc điểm bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa nước loại vừa và nhỏ.

131 Yên i công trình tháo lũ ở hỗ chic,

Trong các công trinh đầu mối của hd chứa nước, ngoài các hạng mục như đập ding,

sống lấy nước và một số công tình như thủy điện thi công trình tháo Hi (tin xã lồ) là một hạng mục quan trong không thé thiếu Nhiệm vụ của tàn xa lĩ trong hd chứa

đồng vai trò như một van an toàn của hệ thong công trình thủy lợi, thủy điện dé xả

nước thừa, khống chế mực nước thượng lưu không cho vượt quá mức cho phép tương

ứng với tần suất lũ của công tình Trong thời gian gần đây sự thay đổi khí hậu toàn

cu lâm cho cường độ lũ lớn hơn, l tập trung quá nhanh, và sự phát triển của xã

hội làm cho nhu cầu đồng nước ting lên đã làm cho các công trình đã xây dựng

Không đảm bảo được an oàn trong mùa mưa lồ và giảm hiệu quả trong khai thác vận hành

Vi những lý do trên mà tại các cụm công trình đầu mối, lúc đầu thường xây dựng

đường tàn chính, sau vì những nguyên nhân khác nhau người ta đã xây dựng thêm những tràn phụ với những mục tiêu khác nhau Ng? tay thực tế đa dang, việc làm.

nhiều trần xả lũ với những chức năng nhiệm vụ có phần khác nhau đã được xem xét

nghiên cứu đưa ra ngay từ khi lập dự án thiết kế

13.1.1 Trần chính

‘Tran chính (hay trin xa lũ chính) là trần xã lũ được thiết ké, xây dựng để xã phần chính chủ yếu của một trận lũ hoặc xả lũ thiết kế hoặc xả lũ xuất hiện với tần suất nhỏ Phin lũ xã qua trin chính chiếm tỷ lệ kha lớn Phin còn lại do trin khác đảm

13.1.2 Trần sự cố,

Tran sự cố (hay trăn xã lĩ sự cổ) là công tỉnh tháo xã lũ khẩn cắp kh tính toán với

1 vượt tiêu chun thiết kể hoặc khỉ mực nước 10 tính toán trong hỗ vượt mực nước

là thiết kế do nhiều nguyên nhân khác nhau nhằm đảm bảo an toàn, trnh sự cổ cho

hỗ chứa, cũng như các công trình trong cụm đầu mỗi công trình thủy lợi, thủy điện

Trần sự cổ được sử dụng như một tein phụ để giảm nhẹ quy mô của tein chính Ở

nước la, trong những năm qua, đường trần phụ được xây dựng ở các hd chia là một

giải pháp tình thé để hỗ trợ tháo các con lũ vượt quá lũ thiết kế,

1.3.2 Khả năng diều iế lưu lượng ở công trình tháo lũ

Khả năng thio lũ của công trình là một thông số quan trọng, iện quan đến an toàn cia

bản thân công tinh đầu mỗi cũng như khu vực hạ du Đại lượng đặc trưng cho kha

năng tháo của công trình chính là lưu lượng tháo (Q,„ mÏ%).

1-3221 Tram xd lĩ có cửu van (Tháo nước có đu ti,

Loại này có ngưỡng đặt thấp hơn MNDBT của hồ, có cửa dé điễu khi

tháo Cửa van có thé là loại trên mặt hoặc dư

Ti khả năng tháo nước lớn, chủ động tốt trong việc hạ thi

ưu lượng cần

sâu Ưu điểm chính của tràn có cửa van

mực nước ha, có thể

hợp để tháo nước thu uyên hoặc tháo cạn hồ chứa khi cần thiết, tuy nhiên có

nhược điểm quản lý phức tạp Ở các hỗ chứa có sử dụng một phần dung tích hữu ích

để phòng lũ, như các hồ Hỏa Bình, Sơn La, Tuyên Quang thi nhất thiết phải sử dụng

cửa thảo nước có điều tết Tuy nhiên cần trang bị hệ thống cửa van và thiết bị đồng

mở dù tn cây Sự trục tặc của thết bị đóng mỡ cửa van hay ket cửa van có thé dẫn

đến sự cố công trình Ví dụ ở đường tràn của thủy điện Hồ Hô (Ha Tĩnh), trong cơn lũ thing 10 năm 2010, hệ thông vận hành bị mắt điện, van không mở được Kim nước hồ dâng rt nhanh, nước tin qua đình đập bê tông đội xuống hạ lưu, phá hủy toàn bộ nhà

máy thủy điện và de doa an toàn của đập

12

1.3.2.2 Tran xả lũ không có cửa van (tràn thao nước tự động).

Loại này có ngưỡng tràn đặt ngang với MNDBT của hồ chứa Khi có lũ và mực nước hồ vượt quá MNDBT, công trình tháo nước sẽ làm việc tự động cho đến khi mực nước hồ trở về MNDBT Loại tháo nước tự động này thường áp dụng với các hồ chứa nước

vừa và nhỏ, đặc biệt là các hồ chứa nhỏ do các địa phương thiết kế Ưu điểm cơ bản

của nó là làm việc tự động, tháo lũ nhanh, dễ quản lý Nhược điểm của nó là không hạ thâp được mực nước trong hô khi cân.

13.3 Lựa chọn bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa nước vừa và nhỏ.

Đối với hồ chứa nước loại vừa và nhỏ, do đặc điểm hồ có bụng chứa nhỏ nên khi có lũ về, lũ tập trung nhanh đòi hỏi yêu cầu xả lũ cũng phải nhanh và tự động, để giảm mực nước lũ ở thượng lưu, giảm diện tích ngập lụt ở lòng hồ, đảm bảo an toàn vùng hạ du Sử dụng loại tràn tự động (tức cao trình ngưỡng tràn băng MNDBT) và có bề rộng tràn

lớn có những ưu điểm nồi bật như: Tràn tự động làm việc khi có lũ về, loại trừ được sự

có do kẹt cửa van, hoặc bất cân của người quản lý Do bề rộng tràn B, lớn nên giảm được cột nước tràn (tháo lũ nhanh); đặc biệt khi lũ đến vượt quá lưu lượng thiết kế thì

độ gia tăng mực nước hồ là nhỏ, tránh được khả năng nước tràn đỉnh đập gây vỡ, đặc biệt là khi đập băng vật liệu địa phương (đất đá).

Thường được áp dụng rộng rãi ở nơi có điều kiện địa hình, địa chất thuận lợi như có

yên ngựa thâp, rộng và dài; nên có khả năng chông xói tôt đê giảm khôi lượng gia cô.13

Về bồ trí, tran tự động có bề rộng tràn B, lớn có thé bồ trí dang tràn ngang bên bờ hồ,

hoặc tràn dạng mỏ vịt khi phía trước đập có địa hình thích hợp Bởi vậy yêu cầu bố trí công trình tháo lũ ở các hồ chứa nước vừa và nhỏ, tăng khả năng tháo của đập tràn đã

và đang được xã hội quan tâm, nghiên cứu, ứng dụng.

* Tràn xả lũ Phước Hòa (Bình Dương):

- Chiều đài tràn có cửa: L=40m

- Số đơn nguyên tràn labyrinth: n=20

Hình 1 - 10: Mô hình 1/2 tràn Phước

Hòa (nhìn từ thượng lưu)

14

Hình 1 - 12: Ngưỡng tràn kiểu Zik zăc ở đập dâng Phước Hòa - Binh Dương 1.4 Đặt nhiệm vụ nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là nghiên cứu hình thức tràn mỏ vịt cho hồ chứa

nước vừa và nhỏ, trong đó cần chú trọng các vấn đề.

- Nghiên cứu các sơ đồ bồ tri máng thu nước, (các phương án mở rộng, thu hẹp va

lăng trụ)

- Phương án và quy trình tính toán thủy lực mang thu nước của tran mỏ vit.

- Nghiên cứu các thông số Thủy lực của máng thu nước Đánh giá tính hợp lý của từng

phương án bố trí, lựa chọn phương án thích hợp đề áp dụng - Áp dụng tính toán cho hồ Đăk Trít - Kon Tum.

1.5 Kết luận chương 1.

Với điều kiện địa hình, địa chất, sông ngòi tương đối thuận lợi ở Việt Nam nên việc

xây dựng các hỗ chứa ngày càng phát triển Hàng ngàn dự án Thủy lợi, thủy điện lớn

nhỏ được thực hiện cho các mục đích phát điện, tưới tiêu, cấp nước dân dụng, công

nghiệp cải tạo môi trường, phòng chống thiên tai đã góp phần to lớn trong việc phát

triển kinh tế đất nước, cải thiện đời sống nhân dân.

Bên cạnh đó các vấn đề về an toàn hồ đập ngày càng được chú trọng và đặt lên hàng

đầu Dé tăng khả năng tháo lũ qua đập tràn người ta dùng đập tràn có cửa van dé hạ thấp cao trình ngưỡng tràn xuống (hay tăng chiều cao lớp nước tràn) để chủ động

điều tiết lượng nước xả Tuy nhiên trong công tác quản lý, vận hành phức tạp và ít an toàn hơn (kẹt cửa van) so với đập tự tràn.

15

Dé cai thiện khả năng tháo lũ của đập tự tràn, hiện nay đã và đang áp dụng nhiều sơ đồ

tràn tự động khác nhau, trong đó có loại tran mỏ vịt Loại tran mỏ vit với bề rộng tràn

lớn có những ưu điểm nỗi bật như: tràn tự động làm việc khi có lũ về, loại trừ được sự

có do kẹt cửa van, hoặc bat can của người quản lý: do bề rộng tràn B, lớn nên giảm

được cột nước tràn, giảm ngập lụt ở thượng lưu.

Tuy nhiên những tổng kết và cách bố trí tràn mỏ vịt, cũng như những nghiên cứu sâu hơn về tính toán thủy lực loại tràn này là chưa có Vì vậy Luận văn đặt nhiệm vụ nghiên cứu, đề xuất quy trình tính toán thủy lực máng thu nước của tràn mỏ vịt và

nghiên cứu tông quát các phương án bố trí máng thu nước nhằm tìm ra phương án bố

trí hợp lý nhất dùng đề tham khảo trong thiết kế loại tràn này.

16

CHUONG2 NGHIÊN CỨU TONG QUAT VE BO TRÍ VA TÍNH TOÁN

THỦY LỰC MÁNG THU NƯỚC CUA TRAN MO VỊT

2.1 Bồ trí công trình tràn tự động ở hồ chứa vừa và nhỏ

2.1.1 Yêu cầu chung về bố trí tràn ở hồ chứa nước.

Việc bố trí đập tràn tháo lũ trong đầu mối công trình có liên quan đến điều kiện địa chất, địa hình, lưu lượng tháo, lưu tốc cho phép ở hạ lưu

Khi lưu lượng tháo lớn, cột nước nhỏ, lòng sông không ôn định và nền có cấu tạo địa chất phức tạp thì hình thức và bé trí đập tran có ý nghĩa quyết định Khi cột nước lớn,

phải tiêu hao năng lượng lớn, việc chọn vi trí đập tràn có ý nghĩa quan trọng.

- Trước tiên phải dé y đến địa chất nền, khi có nền đá thì việc xây dựng đập tràn là

thích hợp nhất Nếu không có nền đá hoặc nền đá xấu thì cũng có xem xét bố trí trên nền không phải là đá.

- Phải giữ cảnh quan thiên nhiên vốn có của lòng sông, do đó trước tiên cần nghiên cứu phương án bố trí đập tràn tại lòng sông hoặc gần bãi sông Nếu rút ngắn chiều rộng đập tràn thì điều kiện thuỷ lực ban đầu có thể bị phá hoại, do đó phải có biện

pháp tiêu năng phức tạp Tuy nhiên, nhiều trường hợp, phương án rút ngắn chiều rộng

đập tràn vẫn là kinh tế hơn Nếu lưu lượng tháo nhỏ hoặc dòng chảy đã điều tiết tốt thì không nhất thiết phải bố trí đập tràn giữa lòng sông.

- Bồ trí đập tràn phải phù hợp với điều kiện tháo lưu lượng thi công và phương pháp

thi công.

- Khi phạm vi nền đá không rộng, đập không tràn không phải là đập bê tông, có thê

dùng biện pháp tăng lưu lượng đơn vị dé rút ngăn chiều rộng đập tràn, đồng thời có thé

kết hợp hình thức xả mặt và xả đáy để tháo lũ và tận dụng khả năng tháo lũ qua nhà máy thuỷ điện, âu thuyền v.v

- Khi có công trình vận tải thuỷ, việc bố trí đập tràn cần chú ý đảm bảo cho dòng chảy và lưu tốc ở hạ lưu không ảnh hưởng đến việc đi lại của tàu bè.

- Bồ trí đập tràn cần đảm bảo cho lòng sông và hai bờ hạ lưu không sinh ra xói lở, đảm bảo an toàn của công trình.

- Đối với các sông nhiều bùn cát, bố trí đập tràn cần tránh sinh ra bồi lắng nghiêm

17

- Bồ trí mặt bang của đập tràn phải xét đến sự (b6 tri tổng thé) bỗ trí chung của các công trình khác trong đầu mối, tình hình địa chất, địa hình, vấn đề thi công, tiêu năng

2.1.2 Các hình thức điều tiết lưu lượng của đập tran tại các hồ chứa.

Tùy tình hình cụ thể ở nơi xây dựng công trình đầu mối mà trên đập tràn có thể có cửa

van hoặc không cửa van.

+ Ở các hồ chứa lón; thường bé trí tràn có cửa van dé tháo lũ được chủ động, linh

hoạt, tăng khả năng tháo do nhiều yêu cầu và lý do khác nhau Cao trình ngưỡng tràn đặt thấp hơn MNDBT Do cột nước tràn lớn nên tăng được lưu lượng xả, khi B, không lớn giảm được mực nước max trong hồ và chiều cao đập, giảm diện tích ngập và chỉ phí đền bù Bên cạnh đó còn những nhược điểm như hình thức kết cau phức tạp, thi công khó, vận hành sử dụng đòi hỏi tính khoa học chính xác, chi phi đầu tư và quan lý cao, khả năng xảy ra mất an toàn của thiết bị đóng mở cửa van hay kẹt cửa van có thê

dẫn đến sự có không lường.

+ Ở các hồ chứa nước vừa và nhỏ; đôi với các hồ chứa nước vừa và nhỏ đặc biệt là hồ ở vùng sâu vùng xa, điều kiện quản lý vận hành khó khăn thì thường chọn hình thức tràn tự động Cao trình ngưỡng bằng mực MNDBT, loại này có những ưu điểm như lợi dụng địa hình tự nhiên để mở rộng quy mô tràn, (như địa hình eo yên ngựa thấp, rộng và dài) giảm lưu lượng đơn vị và giảm yêu cầu tiêu năng, kết cấu đơn giản dễ thi công, tự động vận hành, dễ quan lý, kinh phí đầu tư và chi phí quản lý nhỏ Tuy nhiên hạn chế của loại này là thường mực nước trong hồ cao, tăng diện tích ngập và tăng chiều cao đập không hạ thấp được mực nước trong hồ khi cần.

Chính vì tồn tại nhược điểm trên, hiện nay tại một số hồ chứa vừa và nhỏ đã xét đến hình thức bố trí tràn tự do kết hợp cửa xả có van Khi đó cửa xả có van được sử dụng

dé hỗ trợ tháo các con lũ vượt thiết kế hoặc xả bớt một phan dung tích hồ khi có yêu

2.1.3 Các hình thức bé trí ngưỡng tràn tự động.

Như đã nêu ở trên, tran tự động là hình thức bồ trí phô biến ở các hồ chứa nước vừa và nhỏ Tùy theo điều kiện địa hình, địa chat và thủy văn - lũ mà có các hình thức bố trí

(mặt bằng) khác nhau Sau đây là các hình thức phổ biến nhất.

18

2.1.3.1Ngưỡng tràn tuyến thang.

Đây là hình thức bố tri được áp dụng rộng rãi nhất trong các hồ vừa và nhỏ đã được

xây dựng Tùy theo quan hệ giữa hướng nước vào ngưỡng và hướng của đường tháo

sau ngưỡng mà phân biệt hai loại: a) Ngưỡng tran dọc.

Loại này có hướng nước vào ngưỡng trùng với hướng của đường tháo sau ngưỡng: chế

độ thủy lực của dòng chảy sau ngưỡng là thuận, tính toán đơn giản Tuy nhiên khi bề rộng tran B, lớn thì cần bố trí đoạn nối tiếp thu hẹp từ ngưỡng tràn vào dốc nước dé giảm khối lượng tràn Trong tính toán thủy lực đoạn thu hẹp cần chú ý tới các điều kiện sóng xiên và nước nhảy trên đoạn thu hẹp dé đảm bảo an toàn Hình thức này là phổ biến nhất, có thể gặp ở hầu hết các hồ chứa nhỏ ở các khu vực khác nhau, đặc biệt

là các hồ do địa phương thiết kế và xây dựng như hồ Đền Sóc, Xuân Khanh (Hà Nội),

Khe Giang, Khe Sâu (Nghệ An), Bình Hà, Bộc Nguyên, Thượng Tuy (Hà Tĩnh) b) Ngưỡng tràn ngang.

Khác với ngưỡng tràn dọc, ở ngưỡng tràn ngang hướng nước vào ngưỡng gần như vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng (tức máng bên) Điều này làm cho chế độ thủy lực trong máng bên khá phức tạp: dòng chảy trong máng bên là dòng biến

lượng chảy xoắn ốc (kết hợp dòng chảy hướng ngang và hướng dọc), trong tính toán

thủy lực cần phải xét đến đặc điểm này dé lựa chọn độ dốc và kích thước mặt cắt máng đủ dé tháo được lưu lượng yêu cầu.

Ngưỡng tràn ngang đặc biệt có lợi khi yêu cầu khẩu diện tràn (B,) lớn Khi đó có thé

bố trí ngưỡng tran theo phương của đường đồng mức bên bờ hé dé giảm khối lượng

đào (so với ngưỡng tran dọc) Nhờ tao được B, lớn nên giảm được cột nước tràn, giảm

diện tích ngập của hồ và tăng độ an toàn về xả lũ của hồ (khi lưu lượng lũ đến tăng thì

cột nước tràn tăng rất it).

Dạng ngưỡng tràn ngang được áp dụng ở nhiều hồ như Ông Lành (Bình Định) hình (2 - 1) Nước Ngọt (Ninh Thuận), Cầu Tư (Đăk Nông)

19

Hình 2 - 1: Tran ngang Hồ chứa nước Ông Lành - Bình Dinh 2.1.3.2Ngưỡng tràn tuyến cong.

Ở hình thức tràn dọc, để tăng khâu độ tràn trong khi điều kiện địa hình không cho phép mở rộng phạm vi bố trí ngưỡng tràn thì có thể chọn ngưỡng tràn tuyến cong, thường là một phan cung tròn trên mặt bang Với cách bồ trí này, đường biên của đoạn chuyển tiếp thu hep sau ngưỡng tràn thường chọn dạng đường cong dé đảm bảo điều kiện nối tiếp thuận nhất.

Dạng ngưỡng tràn tuyến cong đã được áp dụng ở hồ Tuyền Lâm (hình 2 - 2) và một số hồ khác.

20

2.1.3.3 Ngưỡng tràn zik zac (Labyrinth)

Tran labyrinth là tran tự do có mặt băng hình gấp khúc (zík zc) nhằm kéo dài đường tràn nước dài hơn tràn thăng có cùng khẩu độ, đã được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới Ở Việt Nam đập tràn labyrinth bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng ở một số công trình như Tràn xả lũ Sông Móng - Bình Thuận (hình 2 - 3), tràn xả lũ Phước

Hòa - Bình Phước (hình 1 - 10), tràn xả lũ Khe Tân (Quảng Nam)

Nhược điểm của kiểu ngưỡng tran này là muốn tăng lưu lượng tràn thì phải tăng chiều

cao tường ngưỡng tràn và cân diện tích rộng cho bê thu nước sau ngưỡng.

Hình 2 - 3: Tràn xả lũ Sông Móng - Bình Thuận

+ Các dạng mặt bang của tràn Zik zac

Loai hinh thang (hinh 2 - 4a):

Loại hình tam giác (hình 2 - 4b):

Kiểu chữ nhật hay phim dan piano (hình 2 - 4c) Kiểu mỏ vịt (hình 2 - 4đ)

21

Kiểu tràn bên (hình 2 - 4e) + Đặc điểm làm việc:

Dòng chảy qua đập tràn labyrinth có những đặc điểm khác biệt so với dòng chảy qua đập tràn đỉnh thăng Với tràn đỉnh thăng, tất cả các đường dòng vuông góc với đỉnh

tran và dong chảy ở sau ngưỡng là dòng chảy 2 chiều Với tràn labyrinth dong chảy ở bể thu nước sau ngưỡng là dòng 3 chiều, chỉ khi ra khỏi bể thu nước, dòng chảy mới hướng theo trục của đường tháo sau bẻ.

2.1.3.4 Khai niệm đập tràn mỏ vịt (Mat bằng)

Tran mỏ vit là tràn tự do có mặt bang giống hình mỏ vịt, hình vẽ minh họa hình (2 - 5)

(một dạng riêng của tràn labyrinth), mục đích kéo dài đường tràn nước dài hơn tràn

thắng có cùng khâu độ B, nhằm tăng khả năng tháo của đập tràn, lưu lượng xả qua tràn lớn gấp đôi so với ngưỡng tràn thăng thông thường (ngưỡng tràn ngang).

+ Đặc điểm làm việc:

Dòng chảy qua đập tràn mỏ vịt về cơ bản giống như dòng chảy qua đập tràn labyrinth,

hướng dòng chảy qua ngưỡng vuông góc với tuyến ngưỡng tràn, sau đó chuyền hướng

theo đọc trục của máng thu dé đồ vào đường tháo sau máng.

Máng thu của tràn mỏ vịt cũng có những đặc điểm tương tự như máng bên của tràn ngang Tuy nhiên tràn mỏ vịt có ưu điểm hơn ở chỗ ngưỡng tràn bồ trí cả 2 bên nên

tăng được diện tích tràn nước; dòng chảy trong máng thu cũng ít xoáy hơn do sự va

đập của 2 luồng nhập vào máng từ 2 phía làm tăng khả năng tiêu hao năng lượng Bên cạnh những ưu điểm trên thì nhược điểm của kiểu ngưỡng tràn này cũng giống như tràn Labyrinth, muốn tăng lưu lượng tràn thì phải tăng chiều cao tường ngưỡng tràn và tăng bề rộng của máng thu.

Nước vao từ 3 phia

$4 A & A Ab A

Tường ngưỡng tran

Hình 2 - 5: Mặt bang tran mo vit

22

Như vậy, đối với các hồ chứa nước vừa và nhỏ, đặc biệt là các hồ ở vùng sâu vùng xa có điều kiện vận hành va quản lý khó khăn thì bố trí ngưỡng tràn tự động là một giải pháp an toàn và hợp lý Tuy nhiên, để đảm bảo linh hoạt ứng xử trong mọi trường hợp

thì ở từng hồ cũng nên bó trí thêm cửa xả sâu dé có thé tháo cạn một phan dung tích hồ

khi cần thiết, hoặc có thé phối hợp với tràn tự động dé tháo cạn các con lũ vượt thiết kế.

Tràn tự động có nhiều hình thức bố trí khác nhau trên mặt băng Sau đây Luận văn tập

trung nghiên cứu bố trí và tính toán thủy lực dang tran mỏ vịt.

2.2 Bồ trí tràn tự động kiểu mỏ vit 2.2.1 Bố trí mặt bằng.

Tran mỏ vit bao gồm ngưỡng tràn và máng thu nước sau ngưỡng Máng thường bồ trí đối xứng trên mặt bang dé tận dụng sự va đập của các tia dòng đối xứng qua trục nhằm tăng khả năng tiêu năng, giảm dòng chảy cuộn trong máng thu Việc bố trí mặt bằng

máng thu phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa hình, địa chất của từng công trình cụ

thé Sau đây đề xuất một số sơ đồ đại biéu dé nghiên cứu 2.2.1.1Máng thu mở rộng dan.

Sơ đồ máng thu mở rộng dan như trên hình 2 - 6.

Bè rộng Bạ của mặt cắt cuối máng thường lay theo bé rong dốc nước (được xác định

theo lưu lượng don vi khống chế q; tri số của q phụ thuộc vao điều kiện địa chất của

dốc nước và bề tiêu năng sau đốc).

Bè rộng B, cua mặt cắt đầu máng xác định theo điều kiện đủ không gian dé 2 tia dong đối xứng 2 bên va đập và tiêu năng trước khi nhập vào dòng chảy doc máng Trị số của

B, phụ thuộc vào cột nước lớn nhất trên ngưỡng tràn (H) theo quan hệ đồng biến (H

lớn thì Bị lớn).

Về mặt thủy lực đây là cách bố trí thuận nhất, vì mặt cắt ngang của máng tăng dần

theo chiều dòng chảy, phù hợp với quy luật tăng của lưu lượng Ngoài ra lưu tốc nhập dòng cũng đóng góp một phần năng lượng trong việc đây khối nước chảy xuôi dọc

theo trục máng (làm tăng khả năng tháo của máng).

23

Hạn chế của sơ đỗ này là do By nhỏ nên chiều dài máng sẽ lớn (để đảm bảo tổng chiều

cài tran nước B, đã định), do đó có thé phần đầu máng sẽ phải đặt vào chỗ đây hồ sâu,

điều kiện ôn định kém.

: "

2.2.1.2Mding thu thu hep dẫn (hình 2 - 7)

Hình thức này được đỀ xuất để khắc phục hạn chế cia loại tần trén: với mang thư có

bề rộng mặt cắt đầu B, lớn thì tổng chiều dài máng sẽ ngắn hơn (ứng với B, đã định)

do đó trình được vị dink

'Cũng như sơ đồ 1 trị số B, của mặt cắt cuối máng xác định theo trị số lưu lượng don vị khống chế trên dốc nước Còn trị số B, ở mặt cắt đầu máng xác định theo điều kiện rút

ngắn chiều dài máng đến mức có thé, nhằm tránh phạm vi đáy hồ sâu.

XVỀ mặt thủy lực bổ trí máng thu theo cách này là không thuận, do lưu lượng thì tăng

dẫn theo chiều đồng chây mà bề rộng máng thu lại giảm dẫn, do đó độ dốc day ming

hỏi diện tích mặt cắt máng phải lớn dé tải được lưu lượng yêu cầu.

Hình thức máng tha hẹp dẫn thích hợp với điều kiện địa ình lòng hỗ phía trước tuyển

đập có độ đốc lớn, không cho phép kéo đài mỏ vịt sâu vào lòng hồ Mặc dù hình thức.

này còn tổn ti vẫn đề thủy lục dồng chấy phức tạp, song cũng là phương én được cân

nhắc khi bổ tr công trình đầu mỗi tại nhiễu hỗ chứa.

Hình 2 - 7: Máng thu thu hẹp dần (Sơ đỗ 2)

2.2.1.3Hinh thức máng thu kiễu lăng trụ (hình 2-8)

Đây là hình thức trung gian giữa 2 cách bố trí nêu trên Việc bố trí bể rộng máng.

Không đội theo chiều dài máng là thuận lợi cho thiết k và thì công máng

'VỀ mặt thủy lực, cơ bản dong chảy trong máng là thuận Hướng nhập dòng từ 2 phía

của mảng là đối đầu nhau nên khả năng tiều hao năng lượng tốt, khắc phục được đồng

chảy xoắn ốc trong máng Tuy nhiên cách bổ trí này không lợi dụng được hướng của

tăng khả năng thảo (hình chiế phương trục máng thu bằng không)

cho phép kéo dài đầu trần mổ vịt về phía thượng lưu

Hình 2 - 8: Máng thu lãng trụ (Sơ đồ 3)

3.2.2 Mặt edt ngang của ngưông trần.

DE dim bảo khả năng chảy tự do qua ngưỡng trần mỏ vit ni riêng và trần Zik ze nội

chung, ngưỡng trần thường phải cao, dạng mặt cắt thành mỏng hoặc thực dựng Một số

dang mặt cất ngang ngưỡng trần được ciới thiệu như hình 2 9 |9]

25

SPL Lm

Hình 2 - 9: Một số dạng đỉnh trần (9)

Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào hình dạng của phần đầu ngưỡng và mức độ chân không.

tạo ra ở đướ làn nước qua ngưỡng Mức độ chân không lại thay đổi theo cột nước trăn, do đó khi cột nước trần thay đổi thì trị số hệ số lưu lượng m cũng thay đổi theo Quan hệ này được xác định thông qua thí nghiệm mô hình Theo kết quả nghiên cứu của viện khoa học Thủy lợi miền Nam, tri số trung bình của hệ số lưu lượng của các

dạng ngưỡng tràn zik zäc có thể laym = 0,43 Với các công trình từ cắp II trở lên, sau khi tinh toán cần phả tiền hành thí nghiệm mô hình để chính xác hóa khả năng thần

của đập tràn.

3.3 Tính toán thủy lye máng thu nước của trần mo vịt 23.1 Yêu cầu tink toán.

Đồng nước chảy trong máng thu khá phức tạp, nước qua ngưỡng trin sẽ chảy doc theo

tuyến máng thu xuống hạ hưu (kênh dẫn hoặc dốc nước) ĐỂ mặt cắt của máng thu thỏa

mãn yêu cầu tháo lũ, phải vẽ đường mặt nước trong máng, căn cứ vào đó xác định cao.

trình diy máng.

Mục đích vẽ đường mặt nước trong máng thu là dé kiểm tra khả năng chảy ngập qua

ngưỡng ĐỂ trinh chảy ngập và làm cho khả năng thảo không bi giảm độ sâu ngập trên ngường hụ (kể từ ngưỡng trở lên) khống chế hy 0.411,

23.2 Các phương pháp tính toán thủy lực máng thu.

C6 nhiều phương pháp tính toán thủy lực máng thu nước có dòng biến lượng Sau đây trình bày một số phương pháp thông dụng nhất

2.3.2.1 Phương pháp dom giản của giáo su E.A.Zamarin.

Dong chây trong máng thu là dòng biển lượng ba hướng phức tạp, để đơn giản ta coi

dong chảy trong từng đoạn của máng là đồng chảy đều.

XXác định lưu tốc trong máng bên Nếu nỗi tiếp sau máng là đường dẫn kín thường

26

máng là đường dẫn hở thưởng khổng chế V < Vụ, Vụ là lưu tốc dòng chảy phân giới ở

mặt cắt cuối máng

Chia ming bên ra từng đoạn với khoảng cách của các mặt cắt kể từ đầu máng bên là

~ Lara lượng chấy qua mặt cắt x dược xác định như sau.

9, =m2x [De H2 @-1) Q, là lưu lượng qua mặt cắt x (mÖS)

lỗi ới đập trần không chân không kiễu Ophixérop m = 046 =

0,5; với đập tràn thành mong (hình 2 - 9), m= 0443.

XTi khoảng cách giữa các mặt cắt (m)

H là cột nước trên ngưỡng trần (m)

gla gia tốc trọng trường (n/s”)

b là chiều rộng của đây b= 2+ (m)

= Độ đốc trung bình của hai mặt edt; i, =1, +i ) (2-8)

Co’ độ chênh mực nước giữa hai mặt ct bing tổng tổn thắt cột nước giữa hai mat cit

hạ = hie, (2-9)

7

1à khoảng cách giữa 2 mặt cắt (m)

Nhu vậy đường mặt nước trong máng bên được xác định Biết độ sâu tại mỗi mặt cắt,

do đó có thể xác định cao trình đáy toàn bộ máng thu 2.3.2.2 Phương pháp dòng biển lượng [1] [4]

(Ngô Trí Vieng và các tác gid: Thủy công tập II - 2005 Nguyễn Văn Cung và các tác giả: Công trình thảo lũ trong đầu mối hệ thống Thủy lợi - 2005)

Giả thiết dong chảy là ôn định Có thể dùng biểu thức sau đây để vẽ đường mực nước.

trong ming thú

‘v là lưu tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt đã định (m/s) Q Bồ lưu lượng tại mặt cắt (m/s)

Z và P là cao độ và áp lực thủy động tại một điểm của mặt cắt

iy là độ đốc ma sit (xắc định theo dong chảy đều)

0 là hình chiếu của lưu tốc dòng nhập vào phương của dòng cơ bản trong máng thu ay là hệ số sửa chữa lưu tốc.

u thức 2 - 10 có thể viết đưới dang:

Chỉ số “tb” ding để chỉ trị số trung bình cộng của 2 ị số cho cả hai mặt cắt Trong

trường hop dong nhập vào vuông góc với trục của dng cơ bản của máng bên (Sơ đồ

3) thì @ = 0, lúc đó phương trình (2 - 13) có dạng.

Ry là bán kính hủy lực trung bình của hai mặt cắt gn nhau (m)

cay là diện ích mặt cất ướt trung bình 2 mặt cất gần nhau trong mắng (mẺ) v là lưu tốc tại mặt cắt trong máng (m/s)

“Giải hệ phương trình (2 - 14) va (2 - 15) khi biết ys, h; sẽ xác định được y,, h Để tính toán ta lập bảng tính thir dẫn như bảng 2 - 1

29

Bảng 2 - : Tính toán đường mực nước trong mắng bên theo phương pháp thir dẫn

(aw) apnu tt quis 0821

(ca) © 19 HỆ yon UPI (40) 4 099 8ugtt 8uội NaI

() q nes nạt2 SO upon yun

(48) x nep my 91 2ÿ2 80otDy

233 gra chọn phương pháp tinh toán.

Có các phương pháp khác nhau để tính toán thủy lực đồng bién lượng Từ nội dung các mục đã trình bày ở trên ta thấy phương pháp dòng biển lượng đã xét khả đầy đủ

sắc yéu tổ thay động lực cia đồng chiy trong máng, cụ thể trong phương tình (2

- Lye để day phần lưu lượng mới nhập vào máng,

hải của phương trình;

làm cho nó chuyển động theo phương trục máng: số hạng thứ 3 ở về phải của phương trình;

Vi vậy phương pháp dng biến lượng phản ảnh khá đầy đủ bản chit của đồng chảy

trong máng thu Trong Luận văn lựa chọn phương pháp này đẻ tính toán.

- Có thể tỉnh đường mặt nước trong máng bằng máy tính hoặc có thể lập bảng thir

dẫn theo phương pháp ding biến lượng.

Chia máng ra từng đoạn với khoảng cách của các mặt cắt kể từ đầu máng là x1, Xạ + Lưu lượng cháy qua mỗi mặt cắt được xác định:

B, là chiều đãi tran nước tính đến mat cất x (m)

ạ là gia ốc trọng trường, g = 9,81 mis?

++ Xấc định chiều sâu h tai mặt cất cuối cin máng thu bằng chiễu sâu phân giới ứng với lưu lượng tính toán tại mặt cắt đồ (hes = họ; các mat cất còn lại chigu sâu h thử dan,

+ Tính từ hạ lưu về nên các chỉ số dưới của các thông số (y, V, Q, h trong các công

thức 2 - 14, 2 15, 2= 16) sẽ đảo lại như sau

không chân không trong trường hợp chảy tự do đi vào máng thu.

sứu các thông số thủy lực áp dụng với đập trần thực dụng Ophixérép loại

2.4.1.1 Các thông số giữ không đổi

Từ công thức 2-17) Ø, =e, 2B, J2.” Q, là lưu lượng xa (mÏ/s)

6» là hệ số chảy ngập, với đập tran chảy tự do không ngập, 6,

s là hệ số co hẹp bên, với đập tràn tự đo không có pl khoang 6 = 1

mà hệ số lưu lượng, ly theo các sổ tay hoặc tiêu chuẩn tinh toán Đối với đập eran thực dung không chân không kigu Ôphixêrôp m = 0,46 + 049:

'B, là chiều dai tran nước tính đến mặt cắt x (m)

,81 mis afi gia tốc trọng trường, =

-H, là cột nước tran (m).

Như vậy tá có: Q, =m8, J2 H2?

“Các thông số thủy lực giữ không đỗi khi tính toán đó là:

~ Hệ số lưu lượng m của đập tràn

= Tổng chiều rộng trin nước B, (m)

= Độ nhám trong máng thu n.

24.1.2Cée thông số thay đổi.

3