Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu thực nghiệm chế độ nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tràn xả lũ Bình Điền

Nổi tiếp chảy đáy hồi phục: Trong trường hợp này bậc nước không còn tác dụng, Nói chung nối tiếp chảy mặt có khả năng tiêu hao năng lượng rất lớn ‘qua khu nước nhảy cuộn của day và ở mặt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRAN TRUNG DUNG

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ

Ma số: 60.58.40

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Thi Nhật

GS.TS Phạm Ngọc Quý

HÀ NỘI - 2013

Luận văn Thạc sĩ kỹ thu: chuyên nghành Xây dựng công trình thuỷ với

dé tài: “Nghién cứu thực nghiệm chế độ nối tiếp và năng hạ lưu công.

trình tràn xã lũ Bình Điền” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu

quả của Phòng dao tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Công trình, cùng các

thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Tác giá xin tỏ lòng biết ơn chân thành cơ quan đơn vị và các cá

nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tải liệu đã công bé cũng như.tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoan thành luận văn

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết on sâu sắc đến GS.TS Phạm NgọcQuý và TS Lê Thị Nhật đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tinh cho tác giả

trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả có được kết quả như hôm nay là nhờ vào sự chỉ bảo ân cẳn của

các thầy cô giáo, cũng như sự động viên cỗ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè

va đồng nghiệp trong thời gian qua

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏinhững thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến.của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bẻ đồng nghiệp

Luận văn được hoàn thành tại Khoa công trình và Phòng đào tạo Đại học

và sau Đại hoe, Trường Đại học Thuỷ Lợi

Hà Nội, Ngày tháng năm 2013

Hoe viên cao học

Trần Trung Dang

Ho và tên học viên: Trin Trung Dũng

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu thực nghiệm chế độ nối tiếp và tiêunăng hạ lưu công trình tràn xả lũ Bình Điền”

Tôi xin cam đoan dé tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm Những kết

quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bắt cứ nguồn thông tin nao khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toản chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ inh thức ky luật nào của Khoa và Nhà trường

‘Tran Trung Dũng

"Ngày nay, ở Việt Nam việc xây dung các hd chứa nước phục vu cho việccấp nước sinh hoạt, phát điện, nuôi trồng thủy sản, đáp ứng nhu cầu nước tướicho nông nghiệp ngày càng phd biến Trong công trình đầu mối hé chứa.

nước ngoài các hạng mục như đập, cổng lấy nước thi tràn xã lũ là một hang

mục quan trọng trong hệ thống Tran có nhiệm vụ tháo nước thừa về mia lũ,khống chế mực nước thượng lưu không cho vượt quá mức nước cho phéptương ứng với tần suất xả lũ thiết kể Dé đảm bảo cho tràn xả lũ làm việc bình.thường là rắt quan trong, không những đảm bảo an toàn cho bản thân củacông trình đầu mối ma còn cho cả lưu vực hạ lưu

Nước chảy qua công trình tháo thưởng là đồng chảy xiết có lưu tốc lớn, dong chảy đó có năng lượng thừa lớn Khi chảy xuống hạ lưu, dòng chảy có

thé gây ra x6i lỡ lòng dẫn nếu không được gia cỗ đẩy đủ Từ đó có thé làm.mat én định của công trình Bởi vậy phải chuyển dòng chảy xiết thành dongchảy êm nghĩa là tạo ra nước nhảy ở hạ lưu Trang thái thủy lực nối tiếp cónước nhảy diễn ra rit phức tạp, gây nên các sự cổ lớn và phổ biến, ảnh hưởngtram trọng đến độ bền và tuổi thọ của công trình

Khi xây dựng công trình dâng nước mục nước trước công trình tăng lên

dẫn đến thé nang dòng nước tăng lên Khi dong chảy đồ từ thượng lưu về hạ

lưu thé nang đó chuyển hóa thành động năng, một phần động năng phục hồi.thành thé năng (bằng mye nước hạ lưu), phần còn lại (gọi là năng lượng thửa)nếu không có giải pháp thiêu hao hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm trọng gâyảnh hưởng đến an toàn công trình Thêm vào đó việc xây dựng công trình

thủy lợi t sông đã phá hủy trạng thái ig tự nhiên của lòng dẫn và có

iy mắt an toàn cho công trình

y xói lở ở hạ lưu

thường được đặt ra trong thực tiễn, cần sự nghiên cứu dé ứng dụng giải quyết.Với lý do trên, việc lựa chọn dé tai: “Nghién cứu thực nghiệm chế độ.nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tràn xả lũ Bình Điền” nhằm tìm ra.

được hình thức u năng phòng xói hợp lý cho một số công trình cụ thể là

tràn xa lũ Bình Điều — Thửa Thiên Huế Từ kết quả nghiên cứu công trình cụthể nay, có thể rút ra được những kết luận chung cho những công trình cóđiều kiện tương tự

IL MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CUU

1.Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng hợp các kiến thức, kết qua nghiên cứu về nổi tiếp và tiêu năng

- Phân tích đánh giá lựa chọn hình thức nối tiếp va tiêu năng cho trần xả

lũ Bình Điền đảm bảo an toàn

~ Kiến nghị việc sử dụng giải pháp nối tiếp và tiêu năng hữu hiệu nhất cho

khu vực nghiên cứu.

2 Phương pháp nghiên cứu

~ Điều tra, thống kê và tổng hợp thu thập tải liệu nghiên cứu đã có ở trong

và ngoài nước có liên quan đến đề ti.

- Phân tích thực nghiệm

~ Áp dụng mô hình thủy lực

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nối tiếp và tiêu năng.

~ Các yếu tổ ảnh hưởng đến nối tiếp và tiêu năng

- Nghiên cứu mô hình thực nghiệt

í nghiệm

- Phân tích đánh giá kết quả

THỊ NỘI DUNG CUA LUẬN VĂN GOM:

Chương II Cơ sở ly luận về tính toán nồi tiếp và tiêu năng.

Nghiên cứu thực nghiệm nối tiếp và tiêu năng tràn xả lũ Bình

Chương IV Kết luận và ki nghị

“Tài liệu tham khảo.

Phụ lục

còn lại (gọi là năng lượng thừa).

Hình 1.1, Các hình thức nổi tiếp dòng cháy ở hạ lưu

Ví dụ: nếu dòng chảy đó có lưu lượng riêng q, lưu tốc ở chân đập

v = Ø2, lưu tốc ở mặt cắt gặp sông thiên nhign là vo thì phần nănglượng từ chân đập đến khi gặp sông thiên nhiên dưới tính bằng:

vodE=yq (q,H) (trên Im chiề dai) (1.9)

Phin năng lượng đó được tiêu hao một phần do khắc phục những lựccản trong nội bộ ding chảy ( ma sát nội bộ, khuyếch tin dòng chảy, hìnhthành nước quản, xoáy nước, nước va ) một phần do ma sát giữa mặt dong

chảy với khí trời, và một phần khá lớn sẽ tiêu hao trong việc bào mòn đáy,

xông và hai bờ hạ lưu đập, gây nên xói lở cục bộ Nếu không có giải pháp

Hiện tượng xói lở đó không chỉ xây ra trên nên đất mà ngay cả đối vớinên đá, thậm chí nền đá tốt Bởi vì trong nền đá thường có các khe nứt phânnền đá thành những khối nhỏ, dưới tác dụng của dòng chảy, có lưu tốc lớn,

nền đá sẽ bị bảo mòn thành hồ xói Vấn đề x6i lở ở hạ lưu công trình là một

trong những nguyên nhân chủ yếu nhất làm sạt lở công trình Nhưng nếu

những trở lực trong nội bộ dòng chảy tăng lên, phần năng lượng bị tiêu hao

cảng nhiễu, việc xói lở cục bộ ở hạ lưu công trình sẽ bị hạn chế

Tap hợp mọi hiện tượng thủy lực nay sinh trong quá trình nước nhảy từ

thượng lưu về chân hạ lưu công trình thủy lợi gọi là nói tiếp thượng hạ lưu

công trình thủy lợi Dòng chảy từ thượng lưu qua ngường trằn(có hoặc

không có cửa van) nổi tiếp với dòng chảy ở hạ lưu công trình bằng các hình

thức khác nhau: nỗi tiếp chay đáy, nối tiếp chảy mặt, nồi tiếp dòng phun.

Bang 1.1 Các hình thức tiêu năng của một số công trình thuỷ lợi, thủy

điện nước ta

TT 'Tên công trình Hình thức tiêu năng

1 | Hỗ chứa nước Ngàn Trươi - Hà Tinh Tiêu năng đáy

2 | Hỗ chứa nước Khe Dita - Thanh Hoá Tiêu năng đáy

3 | Hỗ chứa nước Khe R6 I và 2 - Quảng Trị “Tiêu năng diy

4 | Hỗ chứa nước Chúc Bai Sơn - Quảng Ninh Tiêu năng đáy.5_ | Hỗ chứa nước Đồng Bò - Quảng Nam Tiêu năng đáy

6 | Hỗ chứa nước ALưới - Thừa Thiên Huế “Tiêu năng diy

7_ | Hỗ chứa nước Khuôn Pin - Lạng Sơn Tiêu năng đáy

8 | Công trình thủy điện Đại Ninh ~ Bình Thuận Tiêu năng phóng xa

9 Công trình thủy điện Valy = Gia Lai năng phóng xa

12 | Hồ chứa nước Dau Ting - Tây Ninh "Tiêu năng phóng xa

“Tiêu năng mặt và tiêu

13 | Công trình thủy điện Sơn La ~ Sơn La

năng day

“Tiêu năng mặt và

14 | Công trình thủy điện Định Bình - Binh Định.

năng day

15 | Hỗ chứa nước Suối Chi - Quảng Ngãi “Tiêu năng mặt

Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình.

* Công trình thuỷ điện Tuyên Quang:

Hình 1.2 Công trình thuỷ điện Tuyên Quang ~ Tiêu năng phóng xa Công trình thủy điện Tuyên Quang

(không tràn) cao 97,3m; trần xã lũ có 2 phần xả mặt 4(15x15,15m) và xả đây8(4,5x6m); nhà máy thủy điện có 3 tổ máy

có 3 hạng mục chính: Đập chính

ở cao trình +499,12 ( thấp hơn MNDBT 15,88 m ) Hình thước ngưỡng tràn

Ofixérop, p sau ngưỡng trin là đốc nước có độ dốc thay đổi và tiêu

năng mũi phun Lưu lượng xả lớn nhất la 17.400 m3/s

* Công trình thuỷ điện Đại Ninh ~ Bình Thuận:

Hình 1.4 Hình thức tiêu năng phông xa

Hình 1.5 Hình thức tiêu năng phỏng xa

Đập tràn: Đập tran trọng lực, tiêu năng bằng mũi phun Cao trình ngưỡng,tran +574m (thấp hon MNDBT 16m), có 5 cửa kích thước, mỗi cửa b x h =

15 x 16 (m) Cửa van hình cung có b x h = 15 x 16,5 (m) Đóng mé bằng

xilanh thủy lực với sức nâng: 2 x 160T mỗi cửa

* Công trình thủy điện Sơn La:

6x(15x13)m (6 cửa xa mặt ở phía trên bên trái anh),

Hình 1.7 Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng day Dung tích hữu ích: 170 x 106 m3 Đập chính L: 380 m Chiều cao đập: 54 m Di ch tưới: 7.800 Hạ,

*Công trình thủy điện Bình Điền - Thừa Thiên Huế

Hình 1.9, Tràn xả lũ ho chứa nước Đá Den

Dap tràn mặt cắt thực dụng Ophixérép, tiều năng day với các thông số:

- Cao độ đỉnh trần :+39.0m

- Chiều rộng tran :nx(BxH) = 2x(7x7)m_

~ Kết cấu tiêu năng : Bé tiêu năng, bậc thụt

1.1.2.Các dang nối iếp dòng chảy từ đập tràn xuống hạ lưu:

Hình 1.10 Các hình thức nỗi

tiếp dòng chảy ở hạ lưu

dong mặt ngập,

d Nối tiếp phóng xa1.1.2.1.Nấi tiếp dòng chảy đáy:

Là dong chảy từ mat tràn xuống (hoặc từ cổng tháo ra) chảy sát vào đáy

sân sau và khuyếch tán dan theo trục đứng lên phải mặt, hình thành xoáy

nước trên mặt Lưu tốc của phan đáy lớn Trường hợp này thường xây ra khichân đập nồi tiếp bằng bán kính cong tiếp tuyến với bé mặt sân sau.

Hình 1.11 Sơ đồ tính toán nổi tiếp chảy đáp

Trường hợp I: Dòng chảy ở hạ lưu là đồng chảy êm

"Trong trường hợp nay đồng chảy qua ngưỡng tràn đỗ xuống hạ lưu xuấthiện mat cat co hẹp C-C, Tại mặt cắt co hẹp, độ sâu dòng chảy (h.) là nhỏ

nhất và lưu tốc đạt giá trị lớn nhất Khi đó có h,< hy do vậy nổi tiếp chảy đáy

trong trường hợp này bắt buộc phải qua nước nhảy Gọi hZ là độ sâu liênhiệp với h, và h là độ sâu liên hiệp với hạ

Nếu hệ = hạ (hay hj, = h„) có nước nhảy tại chỗ, năng lượng thừa sẽ

tiêu hao một phần lớn bởi nước nhảy Dạng nước nhảy này không én định.

! > hạ (hay he < hị) có nước nhảy phóng xa, năng lượng thừa sẽ

tiêu hao bằng tổn thất dọc đường ở đaonj nước dâng và bằng nước nhảy

Nếu hệ < hy (hay he > hj) ta cô nước chảy ngập Mức độ ngập được

đặc trưng bởi hệ số ngập ¢ =

Trong trường hợp này dòng chảy ở hạ lưu không qua nước nhảy So

sánh độ sâu hẹp h với độ sâu bình thường của dòng chảy trong kênh dẫn hạlưu, có các dạng nổi

Nếu h, = ho ngay tại mat cắt co hẹp thi có dòng chảy đều (với hạ là độsâu chảy đều).

Nếu h, > ho sau mặt cắt co hẹp độ sâu dòng chảy sẽ giảm dan và hình

thành đường nước đổ b„

Nếu h, < ho sau mặt cắt co hẹp, độ sâu dòng chảy tăng din và cóđường nước dâng c;

1.1.2.2.N6i tiép dòng chảy mặt

Là dòng chảy từ chân đập nằm cao hơn nén dé xuống, khuyếch tán theotrục đứng xuống phía dưới, hình thành xoáy nước ở day sát chân đập Lưutốc ở phần mặt lớn Trường hợp này thường xây ra nếu mũi phun ở chân đậplàm cao hơn nền, nhưng cao trình tại đó thấp hơn mực nước hạ lưu

Hình 1.12 Nỗi tiếp chảy mặt

Tay theo mức nước ở hạ lưu, lưu lượng, kích thước va hình dạng bậc có

thể xuất hiện nhiều dang nồi tiếp khác nhau:

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

trạng thái chảy day.

Khi độ sâu mye nước ha lưu tăng lên mức độ nào đó thi dòng chảy không đi xuống đáy nữa ma phóng xa theo hướng lên mặt thoáng hình thành.

đồng chảy mặt không ngập Dạng này tồn tại trong phạm vi hy thay đổi khá

lớn.

Khi hạ tiếp tục tăng đến một lúc nào đó thì có dạng nối tiếp mặt đáy

không ngập Ở khu vực đầu là trạng thái chảy mặt, khu vực sau là trạng thái

chảy đáy Dạng này là trung gian, không ổn định, chi tổn tai trong phạm vithay đổi rất nhỏ của độ sâu hạ lưu.

Nối tiếp chảy mặt ngập: Khi trên bậc có khu chảy cuộn và lưu tốc lớnnhất của dòng chảy xuất hiện ở trên mặt Đây là dạng nối tiếp én định và tồn

tại trên phạm vi thay đổi độ sâu hạ lưu khá lớn.

Trong nỗi tiếp chảy mat, khi bậc có bản kính cong ngược khá lớn sẽ

hình thành cuộn nước dang phéu gọi là dòng phéu Nồi tiếp dang này tiêuhao năng lượng khá lớn Nối tiếp dòng phéu có: dòng phéu giới hạn (ngoài

bộ phận xoáy cuộn ở đáy còn có xoáy quản theo chiều ngang); đồng phẫu

chìm (khí hạ tiếp tục tăng cao, vượt quá giới hạn trên của én định dòng phéu,nước trong khối phéu cảng xoáy cuộn) Trạng thai dong phẫu là quá trình

chuyên hóa của dòng chảy mặt khi lưu lượng qua trin thay đổi.

Nổi tiếp chảy đáy hồi phục: Trong trường hợp này bậc nước không còn

tác dụng,

Nói chung nối tiếp chảy mặt có khả năng tiêu hao năng lượng rất lớn

‘qua khu nước nhảy cuộn của day và ở mặt, lưu tốc ở đáy bé không gây xói lởnghiêm trọng Trong các dạng nối tiếp nêu trên thì tốt nhất là nối tiếp chảy.mặt không ngập, còn chế độ chảy mặt ngập cũng tốt cho việc chống xói ở hạ

ưu nhưng có nhược điểm là có khu xoáy cuộc trên mỗi bậc, làm cho các vật

rin lẫn trong dong nước không thoát ngay được xuống hạ lưu mà bị cuốn

trong khu xoáy cuộn và đập vào công trình.

1.1.2.3.Néi tiếp đồng chảy phun xe

Là một trường hợp của dòng chảy rơi tự do, khi mũi phun nằm cao hon

mực nước hạ lưu, phía dưới dòng nước phun là không khí

Chiều dai phóng xa

du dai phóng xa dựa trên cơ sở lý luận dòng phun có dang

L=ƒ(@%,V,y,) (I2)Với a: góc phóng của dòng nước gần đúng lấy bằng góc nghiêng của.mũi phun

'Ø: hệ số lưu tốc

yee: tọa độ xác định vị trí

Các công thức lý luận xác định L sai khác với thực tế vì:

= Các giá trị Ø,đọ, V chỉ là giá trị gin đúng

- Chưa tính đến bán kính cong ngược R của mũi phun

‘hua dé cập đến khoảng cách từ điểm thấp nhất của đoạn cong đến

đình mũi phun, mức độ mở rộng của dòng phun, hiện tượng trộn khí, sức cản của không khí

Để tinh giá t gần đúng của chiều dai đông phun, hiện nay có nhiềucông thức Mỗi công thức đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau do đómức độ chính xác cảu mỗi công thức phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thé Vì

vậy khi tính toán phái phân tích và lựa chọn công thức tính phù hợp.

¥ Xung vỗ hạ lưu

Dòng chảy tir trên cao đỗ xuống tạo xung vỗ vao các tảng đá hạ lưu, vỗmạnh xuống tận nền va bờ, làm cho nén bị rạn, rồi nứt lở và cuối củng dẫn.đến phá hoại từng chỗ Quá trình đó lặp lại và phát triển dẫn đến vết nứt mởrộng và nền bị phá hoại Đó là giai đoạn đầu của sự hình thành xói.

“Xung vỗ mạnh có thể kéo theo những ting đá bị bóc lên, thoát khỏi vị trí

và bị dong chảy mang về bạ lưu, tạo cho hồ xói phát triển

Xung vỗ kéo dai, hỗ xói sâu rộng dan, động nang của nước giảm nhỏđến mức không phá hoại nền được nữa Khi đó hình thành trang thái cânbằng của hồ xói

Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển hồ xói là địahình, địa chat, hình thức công trình nối tiếp, mực nước hạ lưu, quy trình vận

hành Chưa có nghiên cứu nhiều về sự hình thành, phát triển hồ xói trong,nên đá dưới tác dụng của xung vỗ

* Chiều sâu hỗ x6i

Khó có thể có công thức thuần túy lý luận xác định chiều sâu hố xói

Chi có thể có các công thức thực nghiệm được thiết lập trong những điều

kiện nhất định và một phạm vi ứng dụng nhất định

Dang chung thường gặp của công thức thực nghiệm xác định chiều sâu

hồ xi là:

T=KqTMH" qay

'Với: T- chiều sâu hồ xói tinh từ mực nước hạ lưu

sạc lưu lượng đơn vị

He chênh lệch mực nước thượng hạ lưu

mụn ~ các số mũ, có thể xác định được bằng thực nghiệm

K — hệ số địa chất nền Khi đá có kết cấu sa thạch hoàn chỉnh,

khoảng cách các vân lớn, ít rạn nứt, rắn chắc, khả năng

kháng xung tốt thì K nhỏ

v Vị trí của hỗ xói

u nhất của hỗ xói bình thường là tại nơi dòng nước va đập

xuống nên Nhưng có thể diễn ra không ứng với nước rơi xuống mà la nơi có

địa chất yêu,

1.1.3 Các dạng tiêu năng ở hạ lưu đập.

Các nguyên tắc để tiêu năng ở hạ lưu đập:

+ Nang lượng thừa tiêu tán bằng nội ma sát

‘+ Năng lượng thừa được tiêu hao bằng xáo trộn với không khí bằngkhuyéch tán theo phương đứng và phương ngang

Các hình thức tiêu năng thường được ap dụng là tiêu năng đáy, tiêu năng phóng xa, tiêu năng mặt và các hình thức tiêu năng đặc biệt Tiêu năng đáy

có các hình thức đảo bị +, xây tường, bể tường kết hợp

1.1.3.1.Tiéu năng khi có dòng đầy

T năng theo kiểu dòng chảy đáy là loại thường gặp, nhất là trong

trường hợp đập trần cột nước thấp và trung bình trên nền mềm Dòng chảy

day là dòng xiết nói tiếp với dòng cháy êm của khúc sông hạ lưu bằng hìnhthức nước nhảy (tức xoáy nước trục ngang nằm trên mặt) Trong phạm vinước nhảy có thể tiêu hao đến 60-65% năng lượng từ thượng lưu chuyển.xuống

Trong trường hợp dòng chảy đáy, lúc nào cũng phải cố gắng tạo nênnước nhảy ngập để rút ngắt chiều dài sâu sau cần gia cố vì lưu tốc ở phầnđáy rất lớn.

- Điều kiện áp dụng: Dùng với cột nước thấp; nền hạ lưu công trìnhtương đối kém; độ sâu hạ lưu hạ thay đồi trong phạm vi lớn

- Các hình thức tiêu năng dòng day: Hình thức bé tiêu năng (hình 1-15a),

tường tiêu năng (hình 1-15b), bể tường kết hợp (hình 1-15c)

- Ưu điển

~ Nhược điểm: Khi cột nước cao, he" rat lớn, yêu cầu chiều sâu nước ở

: Biện pháp này có hiệu quả tốt và được ứng dụng rộng rai

hạ lưu tương đối lớn, như vậy sân sau cần phải đào sâu và gia cổ nhiều Trong.trường hợp này hình thức tiêu năng đáy không kinh tế

Điều kiện ứng dụng của tiêu năng dong mặt, dòng phéu là chiều sâu

mặc nước hạ lưu én định và lớn hơn độ sâu liên hiệp thứ hai (h.>h, `; dùng

với lưu lượng lớn nhưng chênh lệch đầu nước thượng hạ lưu không lớn, bờ ở

hạ lưu có khả năng én định, chống xói tốt

Bé trí và tính toán tiêu nang dòng mat

- Điều kiện áp dụng:

+ Nén hạ lưu công trình bình thưởng; bậc thụt ở hạ lưu công trình cóđình bậc thấp hơn mực nước hạ lưu (MNHL)

+ Để chế độ nối tiếp chảy mặt được ổn định thi:

4.202 (a: chiều cao bậc, P: chiều cao tein) (1.4) + Lưu lượng qua công trình vừa và lớn nhưng chênh lệch mực nước thượng hạ lưu không lớn;

+ Bờ sông ở hạ lưu công trình tương đối ồn định.

- Các hình thức tiêu nang dong đáy: Hình thức nối tiếp cháy mặt không

ngập, nối tiếp chảy mặt ngập tạo ra khu xoáy cuộn tác động xấu vào mặt

công trình.

~ Ưu điểm: Biện pháp này có hiệu quả tiêu năng không kém hơn nhiều

so với tiêu năng dòng day Chiều dài sân sau thường ngắn hơn (1/5 +1⁄2) lần,

đồng thời lưu tốc ở đáy nhỏ nên chiểu dày gia cố bé, thậm chí trên nền đá cứng không cẳn làm sân sau, Ngoài ra, có thé tháo vật nỗi ma không sợ hỏng

ân sau.

~ Nhược điểm: Làm việc không én định khi MNHL thay đổi nhiều; ở hạ

ưu có sóng nên ảnh hưởng đến sự làm việc của các công trình khác như thủy điện, âu tàu và gây xói lở bờ sông.

1.1.3.3.Tiéu năng khi có đồng phun xa.

- Điều kiện áp dụng

+ Công trình có cột nước trung bình và lớn, địa hình thuận lợi

+ Đỉnh mũi phun phải cao hon MNHL ax

+ Chiều cao cột nước trước đập phải đủ lớn dé tạo ra dòng phun phóng xa

+ MNHL đủ lớn dé chiều sâu hồ xói không lớn quá

- Các loại mũi phun: Mũi phun liên tục (hình 1-17a), mũi phun không liên tục (hình 1-17b)

~ Ưu điểm: Dòng chảy được tiêu hao năng lượng rit lớn trong không khí

nên giảm năng lực xối long sông và giảm ảnh hưởng nguy hại đến an toàn đập

- Nhược điểm: Khi đập thấp chiều dai phóng xa ngắn, dùng hình thức.tiêu năng nay sẽ bị hạn chế

ToL

Ð) Mũi phun không liên tục Hình 1.17 Cúc hình thức mai phun trong tiêu năng phống xa

1.2.Các nghiên cứu trong nước

G nước ta việc khai thác sử dụng cơ năng của dong nước đã có từ lâu,nhưng chi từ đầu thé ky 20 mới phát triển mạnh mẽ Hàng nghìn năm về

trước, tổ tiên ta cũng như một số dân tộc Ai cập, Trung Quốc đã biết lợi

dung cơ năng của đồng nước để xay lúa, giã gạo và làm con nước lên cao phục vụ nông nghiệp

Ở nước ta, từ sau năm 1975, việc xây dựng các hồ và đập chứa phát

triển khá mạnh Tính đến hết năm 2011, cả nước có 6830 hồ chứa nước thủy

lợi các loại và hơn 10.000 đập dâng Các hỗ, đập chứa đa mục tiêu, chủ yếu.

phục vụ phát điện và chống lũ lụt.Trong các hang mục của hồ chứa, tran xả

lũ của công trình thủy điện, thuỷ lợi là hạng mục công trình quan trọng, thường có tỷ lưu lớn, hạ lưu train là sông cong, có đường giao (hông và dân

sinh sống ở bờ sông Để có giải pháp tối ưu cho hệ thống, vấn đề đặt ra lànghiên cứu khoa học phục vụ cho an toàn hồ chứa đạt hiệu quả tối ưu và chỉ

phí bỏ ra thấp nhất

Hiện nay các biện pháp nghiên cứu đều dựa trên phương pháp lý thuyết

và công thức thực nghiệm tính toán chung cho tất cả các công trình Trong

khi, thực tế mỗi công trình có những điều kiện về địa hình, địa chat là rất

khác nhau, nên việc áp dụng hình thức tiêu năng sau dòng phun của từng công trình cũng khác nhau, nên việc nghiên cứu tiêu năng sau đồng phun chỉ

đúng khi ta nghiên cứu với mỗi công trình cụ thể Ở Việt Nam, có thể nói lànghiên cứu còn rit íLỏi và hạn chế ở một vai công trình cụ thé

Trên cơ sở các nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế cũng như tham khảo

các tiêu chuẩn của nước ngoài, căn cứ vào điều kiện thực tế trong nước, hang

loạt các tiêu chuẩn tính toán đã được đưa ra

Tac giả xin đưa ra một kết quả nghiên cứu được trích dẫn từ dé tải cắp

Bộ năm 2011

Tên dé tài: Một số kiến nghị lựa chọn kết cấu tiêu năng diy đổi với tràn

xả lũ các công trình thủy lợi và thủy điện

Nghiên cứu dựa trên số liệu thí nghiệm mô hình 3 công trình thuỷ lợi

gồm: hồ chứa nước Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), hồ chứa Nước Trong(Quảng Ngãi), hồ chứa Ngân Trươi (Hà Tĩnh) và 4 công trình thuỷ điện

Sông Tranh 3 (Quảng Nam), Sông Bung 5 (Quảng Nam), A lưới (Thừa

Thiên Huế), Khe Bồ (Nghệ An)

Thông số thiết kế ban đầu bé tiêu năng các công trình xem bảng Phụ lục

ie mặt

Qua số liệu đo vận tốc và thiết lập phương trình năng lượng cho

cắt trước và sau bé tiêu năng, năng lượng tiêu hao được qua bẻ tiêu năng củacác công trình theo thiết kế ban đầu xem bảng 1.2

Bảng 1.2 Hiệu quả tiêu năng (%) của bể tiêu năng các công trình theo

thiết kế ban đầu

Sông | Sông „ | Nước

QIN ALưới | Khe BS Tả Trach

Tranh 3 | Bung 5 Trong

"Nhận xét kết quả thi nghiệm phương án thiết kế ban đầu các công trình:

1, Số liệu đo thí nghiệm tương đối phủ hợp với số liệu thiết kế bể tiêunăng theo tính toán lý thuyết

2 Với các bể tiêu năng không có thiết bị tiêu năng phụ thi khả năng

tiêu hao năng lượng chỉ khoảng từ 30% đến 40% năng lượng dư thừa.

3 Với các bé tiêu năng có thêm các thiết bị tiêu năng phụ thì năng

lượng tiêu hao có thẻ lên đến 60%

4 Do điều kiện lam việc của các công trình thuỷ lợi, thủy điện phứctạp: phía sau hạ lưu trin xã lũ thường có cầu giao thông, kênh xả nhà máy.nên clin nghiên cứu, thiết kế bé tiêu năng hợp lý hơn nhằm đảm bảo các hang

mye công trình đó làm việc hiệu quả va an toàn.

Két quả thí nghiệm các phương án sửa đổi

Sự khác biệt giữa phương án sửa đổi và phương án thiết kế các bể tiêu nang:

~_ Công trình thủy điện Sông Tranh 3: cao trình day bể nâng lên 4.0m; chiều dai và chiều rộng bé giữ nguyên.

- Công trình thủy điện Sông Bung 5: cao trình đáy bể hạ xuống 3,0m;

trong bể có bé trí thêm thiết bị tiêu năng phụ; chiều dai và chiều rộng bể giữ

nguyên.

~ Công trình thủy điện A lưới: chuyển từ phương án tiêu năng mặt sang phương án tiêu năng day.

-_ Công trình thủy điện Khe Bố: chiều dài bể ngắn lại 6.0m; cao độ day

bể và chiều rộng bé giữ nguyên.

= Công trình hồ chứa Nước Trong: cao độ đáy, chiều dài, chiều rộng bể

giữ nguyên; tường tiêu năng cao hơn PATK 1,Šm và chiều dai sân sau thứ

"hai đài hơn 1.4m.

~ Céng trình hỗ chứa nước Tả Trach: cao độ đáy, chiều dai, chiều rộng

bể giữ nguyên; thay 1 hàng mồ tiêu năng cho tường tiêu năng ở cuối bể

Thông số b tiêu năng các công trình theo phương án sửa đổi xem bảng Phụ lục 1.3

Tir số liệu đo trên mô hình, phân tích, tính toán và đánh giá hiệu quả tiêu

năng giữa phương án thiết kế ban đầu va phương án sửa đổi (xem bảng Phy

lục L4),

hận xét:

“Công trình thuỷ điện Sông Tranh 3: khi nâng cao trình đáy bé tiêu năng

thì hiệu quả tiêu năng giảm.

Cong trình thuỷ điệnSông Bung 5: sau khi đào sâu bé thêm 3,0m và thêm 2 hàng răng tiêu năng thì hiệu quả tiêu năng qua tính toán từ số liệu thí

nghiệm mô hình nhận thay vẫn không thay đổi nhiều.

Cong trình thủy điện A lưới: sau khỉ chuyển từ phương án tiêu năng

nước mặt về phương án tiêu năng đáy thì hiệu quả tiêu năng đã được cải thiện

đáng kế.

Công trình thủy điện Khe Bỏ: chiều đài bé tiêu năng được rút ngắn tir

62,3m về 57,0m tuy nhiên hiệu quả tiêu năng gần như vẫn không thay đổi

Công trình hô chứa Nước Trong và hỗ Tả Trạch: khi thêm các hàng

răng tiêu năng va tường tiêu năng, hiệu quả tiêu năng được cải thiện rõ rột.

Trén cơ sở số liệu của các đơn vị tư van thiết kế, số liệu thí nghiệm mô.hình thủy lực các phương án thiết kế và sửa đổi; nhóm nghiên cứu đã phân

tích, đánh giá hiệu quả tiêu năng của các dạng bé và đưa ra nhận xét như sau: 1 Công trình thủy lợi, thủy điện sử dụng hình thức tiêu năng đáy nối

tiếp sau tràn xả lũ thường có cột nước thấp (AZ < 30m); lưu lượng xả lũtương đối lớn, tỷ lưu lượng có thể lên đến vải trăm mỶ/s/m Hình thức tiêu

năng day thích hợp khi địa hình vùng công trình có lòng sông rộng, hai bờ

thoải, lòng không ngoằn ngoèo, địa chất nền đá yếu,

2 Với các bé tiêu năng mặt cắt ngang không đổi, kích thước bể được.

tính toán theo lý thuyết, trong bể không có các thiết bị tiêu năng phụ thỉ khảnăng tiêu hao năng lượng chỉ được từ 30 | 40% Khi bé có thêm thiết bị tiêu

năng phụ thi năng lượng tiêu hao tăng lên đóng kể từ 40 ~ 60% Đối với các công trình thuỷ lợi, công trình tiêu năng thường thiết kế theo hướng cảng tid

năng được nhiều năng lượng cảng tốt để giảm gánh nặng cho việc gia cổ bởi

sau công trình Tuy nhiên, đối với công trình thuỷ điện nhất là các công trình thuỷ điện vừa và nhỏ, ngay sau hạ lưu thường là kênh xả của nhà máy, việc dang mức nước trong bể có thé ảnh hưởng đến năng lượng của nha máy thuỷ điện, hoặc gây ra sóng lớn hay dòng quan lại trong kênh xả, hoặc kéo theo

tường phân dòng giữa kênh xả nhà máy và bể tiêu năng quá cao nên bể tiêu

năng có thé phải thiết kế theo hướng day bớt năng lượng dong tran ra phía

sau

3 Các bể tiêu năng có thêm thiết bị tiêu năng phụ: số liệu thí nghiệmcho thấy chiều cao sóng hạ lưu giảm tới gần 50% so với bể khi chưa có thiết

bị tiêu năng phụ Khi thiết kế các thiết bị tiêu năng phụ, việc lựa chọn hình

dang, kích thước, vị trí của các chỉ tiết nay theo các hướng dẫn hiện hành chỉ

mang tính định hướng Để có được tính hợp lý cũng cần phải tiến hành thí

nghiệm mô hình để lựa chọn vi bai toán trong trường hợp nảy là bai toán 3

chiều rit phức tap, không thể giải quyết trên cơ sở lý thuyết

4, Do đồng chảy qua bể tiêu năng có 2 tường bên thẳng đứng khôngđược khuếch tán theo phương ngang nên bể có dạng mặt cắt ngang chữ nhật

có hiệu quả tiêu năng kém hon so với bể có hai tường bên vat mái nghiêng.

Việc lựa chọn mặt cắt ngang của bể phụ thuộc vào điều kiện địa hình,

địa chất nên và bố trí tổng thé công trình, Do đó đối với bể có mat cắt ngangchữ nhật, để tăng hiệu quả tiêu năng của bẻ thi cần tăng chiều dày lớp nước

trong bé.

5 Với các công trình có dạng bé trí mặt bằng có kênh xả nhà máy thuỷđiện ngay sát cạnh công trình trần ở hạ lưu, mấy năm gin đây, tiêu năng bể

vẫn được lựa chọn với các công trình xả có cột nước cao, lưu lượng đơn vị

lớn, nền hạ lưu là nền đá cứng chắc thay cho tiêu năng dòng phun như vẫnthường lựa chọn trước đây nhất là ở những công trình có mặt bằng hạ lưu

hẹp (ví dụ như công trình Thuỷ điện Xaiano-Susenk ở Liên Bang Nga ).

Trong trường hợp này, tiêu năng bể có thể có nhiều ưu thé hơn như giảm dao

động sóng, giảm nước dénh ở hạ lưu sau nhà máy thuỷ điện, giảm đáng kể lưu tốc dòng chảy trong khoảng 1000m ở hạ lưu (giảm gia cố bd), không, hình thành bai trim tích sau cửa ra nhà máy, giảm khối lượng cho ác tường,

phân dòng trên trần cũng như ở hạ lưu Tuy nhiên, do cột nước cao dẫn đến

chiều day bản đáy bể lớn có thé đến hơn 10m bê tông cốt thép, bởi vậy trong.trường hợp này yếu tế kinh tế thường quyết định cho việc lựa chọn hợp lý saukhi đã tiến hành thí nghiệm mô hình thuỷ lực để lựa chọn giải pháp hợp lý.

6 Với các bể nối tiếp bởi đốc nước: lưu tốc dòng chảy day trong bể rấtlớn nên kiến nghị cẳn có bigp pháp gia có đáy bé và bắt buộc thiết kế thiết bị

tiêu năng phụ như răng, mé hoặc tường tiêu năng (xem thiết kế của công

trình hồ chứa nước Tả Trạch) Điều này hoàn toàn phủ hợp với quy phạmthiết kế đập bé tông trong lực (DL 5108 -1999) của Trung Quốc

7 Việc đóng mở các cửa van trin cũng là yếu tổ quan trọng giữ cho việctiêu năng trong bể được hiệu quả và an toàn Nhiều công trình tiêu năng bể bị

hư hỏng phá hoại do vận hành không đều các cửa van Ví dụ như ở Trung

Quốc có các công trình Phổ Kỳ, Lãng Than Tân, Đại Hiệp, Mã Tính

Than đều bị hư hỏng cục bộ khi thao tác vận hành không đồng bộ, đồng

đều, không đối xứng gây ra dòng chảy lệch quá lớn trong bề và hạ lưu

Trén đây là một kết quả nghiên cứu trong số hàng ngàn các nghiên cứu vềnối tiếp và tiêu năng ma trong phạm vi của luận văn này không thé nhắc hếtđược Lý thuyết tính toán, thiết kế công trình tiêu năng khá đầy đủ, tuy nhiênchỉ được áp dụng trong điều kiện bai toán phẳng Đặc điểm công trình xa lũ

nối tiếp tiêu năng thường rit phúc tạp và liên quan đến công trình phụ trợ, Do

đó đòi hỏi cdn có thêm thí nghiệm mô hình dé tim ra kết cấu tiêu năng hợp lyđối với các công trình quan trọng hoặc có đặc điểm bố trí phức tạp

1.3.Các nghiên cứu ngoi

1.3.1.Các hình thức nối tiếp:

- Nối tiếp hạ lưu đập với sin sau bằng mặt cong có bán kính R:

R=(0220,5)(P+H) (as)

“Trong đó: P - Chiều cao dap

H- Cột nước trên định trân

- Nồi tiếp mặt hạ lưu đập với sân sau bằng mũi phun có bán kính R:

R=(6+10)h q6 (h - Độ sâu co hẹp trên mũi phun)

~ Nối tiếp mặt ha lưu đập tran bằng đốc nước:

Mặt tran có thể làm theo hình thức không chân không có đỉnh là hình

tròn hoặc clip Hình thức này có lưu lượng tương đối lớn, có thể dat từ

0,55+0,57 Khi cùng tháo một lưu lượng thì cột nước trên dinh tràn của loại

này cũng nhỏ hơn, vì vậy có thể hạ thấp một phần độ cao đập không tràn

Nhưng loại nay khi nước chảy qua dễ sinh áp lực chân không gây chin động

và khi áp lực chân không đạt quá 6m cột nước có thé sinh ra khí thực phá hoại mặt tran nên ít dùng loại này.

1.3.2.Tiêu năng sau đập trần:

Nguyên lý cơ bản của các hình thức tiêu năng là Lim cho năng lượng tiêu

hao bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu dòng chảy bằng xáo trộn với khôngkhí, khuếch tán để giảm lưu lượng đơn vi

+ đồng day:

a Bé tiêu nang:

‘Sau khi xây bé làm tăng mực nước trên sân sau và thỏa mãn yêu cầu:

` ÔChiều dai sân sau có bể hoặc tường tiêu năng được tinh từ mặt cắt co hẹp

sát chân đập trần Trong thực tế trên sân sau khi có bể hoặc tường sẽ hình

thành nước nhảy không tự do nên chiều dài của nó nhỏ hơn chiều dài nước

nhảy tự do (I,) Theo đề nghị của Trextouxob như sau:

Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thing đúng là hình chữ nhật thì hiệu quả tiêu năng tốt Nhưng trong thực tế, dòng chảy có thể bào mòn cạnh.

và góc nhất là dòng chảy có nhiều bùn cát nên thường thiết kế bể có dạng,

khác nhau dé tìm ra chiều cao tường lớn nhất Sau khi xác định được kíchthước của tường cần kiểm tra lại xem sau tường có nước nhảy xa nữa không.

"Nếu có phải tính thêm tưởng thứ hai Hình dạng tường tiêu năng thưởng làmmặt cắt trơn và thuận để tránh phá hoại do bảo mòn

© Bé tường kết hợp:

do đồ khối lượng đập tăng lên; nếu dùng tường tiêu năng thi phải quá cao sau tường có thể sinh nước nhảy xa và phải thêm tường thứ hai, làm tăng khối

lượng bảo vệ Lúc đó cin dùng bể tường kết hợp dé giảm khối lượng đảo,

khối lượng đập và thiết bị bảo vệ

Khi hghI<hh<hgh2 có dong chảy mặt không ngập

Khi h,>h,a; có dong chảy mặt ngập

Trong đó: hạ, và hyo gọi là độ sâu giới hạn thứ nhất và độ sâu giới han

thứ hai

Dang mặt không ngập yêu cầu hạ > h, của nước chảy đáy, đồng thời

h,>a thường dùng chiều cao a = (0,25+0,35)P Góc nghiêng 0 ở chân đập có

liên quan đến trạng thái chảy, 0 lớn quá có thé sinh chảy phóng xa, bé quá cóthé xuất hiện dòng chảy đáy Thường dùng 6 < 10+15” là thích hợp

+ Tiêu năng phóng xa:

Để đạt hiệu quả tiêu năng cao thì chiều dài phóng xa lớn mà yêu cầu xói

16 lai ít, nhưng trong thực tế điều này lại mâu thuẫn Do đó, trong thiết kế

thường dùng tỷ số “2 làm tiêu chuẩn khống chế, trong đó t, - chiều sâu lớn

nhất của hé xói, L - khoảng cách tir đáy hỗ x6i đến chân đập Tốt nhất chọn ty

Hình 1.22, Sơ đồ tỉnh toán thủy lực tiêu năng phóng xa

Độ phóng xa của dòng phun chủ yếu phụ thuộc: Lưu tốc trên mũi phun,

góc phun, cao trình mũi phun, bán kinh cong mặt tran gần mũi phun Chiểu

sâu và phạm vi xói lở phụ thuộc: độ sâu nước hạ lưu, địa chất lòng sông,chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (lưu tốc), lưu lượng đơn vị, tinh hìnhkhuếch tán của đòng chảy

1.4.Các vấn đề đặt ra và chọn hướng nghiên cứu.

1.4.1 Vấn dé xói sau tran xã lũ

Việc xây dựng công trình thủy lợi trên sông đã phá hủy trạng thái cân

bằng của lòng dẫn và có thé din đến xói ở hạ lưu Xói xuất hiện ở ngay chân.công trình, nơi có lưu tốc rit lớn lại phân bố không đều Dat được một phần

cuốn lốc vào trong các xoáy nước, phần khác được mang về hạ lưu rồi lắng

đọng tao thành các bãi bôi.

‘Qua trình xói có thé chia lâm ba giai đoạn:

(1) Giai đoạn đầu: Xói trong khoảng thời gian tương đối ngắn, hỗ xóiđược tạo nên rất nhanh ( các kích thước hình học của hố xói tăng rất nhanh

theo thời gian)

(2) Giai đoạn hai: Tiếp theo giai đoạn đầu, xói trong giai đoạn này diễn

ra từ từ Sự phá hủy lòng dẫn diỄn ra tương đối chậm Thời gian của giai đoạn

này rất lớn

(3) Giai đoạn ba: Sự mở rộng của xói dan đến một chiều dài nhất định ở

hạ lưu dẫn đến giảm cao trình đáy của lòng dẫn Giai đoạn nay kéo dai baolâu tùy vào độ dốc của lòng dẫn

Những nguyên nhân dẫn đến xói cục bộ ngay sau chân công trình:

(1) Do không tiêu hao hết năng lượng thừa của ding nước ở hạ lưu

(2) Việc co hẹp lòng dẫn ( do xây dựng công trình) đã dẫn đến việc tăng

lên một cách đáng kẻ lưu lượng đơn vị và lưu tốc dòng chảy sau công trình.trong sự so sánh với lưu lượng, lưu tốc trong những điều kiện tự nhiên Ở hạ.lưu công trình xuất hiện dòng mạch động rất lớn của lưu tốc và áp lực Chính.mạch động này làm tăng khả năng xói của dòng chảy lên nhiều lan,

(3) Do hình thức, kích thước, và vật liệu không hợp lý ở nhiều bộ phận

cấu công trình tạo những hiện tượng thủy lực có lợi cho sự xuất hiện xói.

(4) Sử dụng công trình không theo quy trình cá biệt lại không có quy trình Không kịp thời bảo dưỡng, tu sửa nhỏ công trình.

gây xói cục bộ sau công trình thủy lợi (1) Các yếu tổ của công trình:

~ Chiều cao ngưỡng tràn

~ Hình dang kích thước và vị trí cửa van

~ Hình thức và kích thước thiết bị tiêu năng,

~ Chiều rộng trin nước và chiễu rộng long dẫn hạ lưu

(2) Các yếu tổ thủy lực, thủy văn:

~ Khối lượng riêng của nước, hệ số nhớt động học

~ Lưu tốc trung bình mặt cắt

~ Sự phân bố của lưu tốc biểu thị qua hệ số Corilis: &

~ Mức độ chảy rồi của dòng chảy.

~ Mực nước hạ lưu.

- Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.

= Lưu lượng đơn vị.

- Hàm lượng bùn cát trong dòng nước.

- Đường cong cấp phối hạt

- Các chỉ tiêu cơ lý của đắt nền

Các yếu tố trên đồng thời ảnh hưởng đến xói sau công trình Nên có thé

nói xói là tác động tương hỗ của công trình, dòng chảy và đất nên

Phân loại x6i cục bộ sau công trình:

~ Xôi ôn định và xói không én định

~ Xói trên nền đất và nén đá,

- X6i có bai bai và xói không có bai bồi

~ Xói không có bai hoàn và xói có bai hoàn trở lại

~ Xôi có dự báo trước và xói không có dự báo trước,

Việc nghiên cứu về xói để có biện pháp không cho xói xuất hiện hoặckhắc phục hồ xói không có dự bóa trước Lựa chòn các kích thước, hình thức

thích hợp khi chủ động cho xói xuất hiện

1.4.2 Vẫn đề về tinh toán thủy lực tiêu năng phòng xói sau tran xả lũ

Dong chảy qua tràn chịu tác động của điều kiện biên thay đổi Nên sự tương tác của đồng chảy đối với trin cũng như đổi với công trình khác sẽ tạo

ra các hiện tượng thủy lực phức tạp Vì vậy tính toán thủy lực trong thiết kế

tran là vấn đề quan trọng, bao gồm các tính toán sau:

~ Tính khả năng tháo để quyết định hình dang và kích thước của tháo

~ Tính toán tiêu năng để quyết định các kết cấu tiêu năng và kết cấu bảo

vệ lòng dẫn

- Phân tích các yếu tổ thủy động lực của dòng chảy để xác định các tảitrọng của dòng chảy tác động lên kết cầu cũng như làm căn cứ dé sửa đôi kếtcấu tác động lại dong chảy nhằm hạn chế những bat lợi do dòng chảy gây ra

~ Phân tích những tác động đặc biệt của dòng chảy lên công trình như

các hiện tượng khí thực, hiện tượng xói lòng dẫn

Vé bản chất thủy lực p thượng và hạ lưu đập tràn có tinh chấ

không gian, nhưng khi thiết kế thì tính theo bài toán phẳng cho nên sẽ cónhiều sai số về tính tính toán thủy lực dẫn đến việc lựa chọn kích thước, kết

cấu tiêu năng đôi khi không phủ hợp.

Trong quá trình thiết kế các công trình thủy lợi, thủy điện, khi tính toán

thủy lực thường ding các công thức kinh nghiệm, do đó có những sai số nhất

định Mặt khác có những yếu tổ thủy lực khi tinh toán lý thuyết không xác

định được, như: dòng chảy xiên trên đốc nước, dong chảy quan va sóng ở ha

lưu công trình Do đó, thường thông qua thí nghiệm mô hình thủy lực dé xác

định các thông số thủy lực phục vụ cho thiết kế các công trình thủy lợi, thủy

điện Qua thí nghiệm mô hình đã giải quyết những vẫn đẻ kỹ thuật khó khăn,

như: Giải pháp bố trí công trình, biện pháp tiêu năng phòng xói, tăng khả.năng tháo, tiệt tiêu dòng xiên ở đốc nước, biện pháp giảm vận tốc dong quản

và chiều cao sóng ở hạ lưu ma chỉ qua thí nghiệm mô hình thủy lực mới đềxuất được Thí nghiệm mô hình thủy lực đã tiết kiệm được nhiều tý đồng

1.43 Chọn hướng nghiên cứu

Trong những năm gin đây, các công trình thủy điện, thủy điện kết hợp.

thủy lợi lớn được phát triển xây dựng nhanh, trong lúc kinh nghiệm thiết kếnghiên cứu của ta còn han chế Nhiễu nghiên cứu của nước ngoài chưa được

cập nhập hướng dẫn sử dụng trong nước Riêng việc tính toán, dự báo khảnăng xói hạ lưu cũng đã có rất nhiều công thức và đưa đến những kết quả

cũng rất khác nhau Do đó việc áp dụng công thức tính toán như thé nào đẻkết quả tính toán là chỉ tiêu kỹ thuật tin cậy, an toàn và kinh tế cho công trình

là một bài toán cho mỗi công trình cụ thé

Đặc iệt trong việc nghiên cứu tính toán chế độ nồi tiếp và tiêu năng hạ

lưu công tỉnh thủy lợi = thủy điện là hết sức cần thế Việc xây dựng công

trình thủy lợi ~ thủy điện trên sông đã phá hủy trạng thái cân

của lòng din và có tt

ự tự nhiên

gây xói lở ở hạ lưu gây mat an toàn cho công trình,

cây nguy hiểm cho vùng hạ du

Việc tính toán lựa chọn hình thức nối tiếp và u năng cho công trình

sao cho hợp lý đảm bảo an toàn và kinh tế Dé gi

hợp phân tích, đ

cứu thực nghiệm mồ hình đang là hướng đi hợp lí và ngày cảng phổ biến.

quyết vin đề này, việc kết

chứng, so sánh giữa lý thuyết tính toán và kết quả nghiên

CO SỞ LÝ LUẬN VE TÍNH TOÁN NÓI TIẾP VÀ TIÊU NĂNG2.1.Các hình thức nối tiếp và tiêu năng

2.1.1.Khái niệm chung

Một trong những hạng mục quan trọng ở đầu mối công trình thuy lợi,

thay điện là công trình tháo lũ Dòng chảy qua công trình tháo lũ thường là

dòng chảy xiết có lưu tốc cao, năng lượng dư thừa lớn Khi chảy xuống hạ.lưu, nó có thé gây ra xói lở lòng dẫn nếu khôngđược gia cố đầy đủ dẫn đếnlàm mắt 6n định công trình Có nhiều giải pháp tiêu năng dé đảm bảo an toan

cho công trình đầu mồi cũng như hạn chế x lở hạ lưu công trình.

~ Nối tiếp và tiêu năng dong đáy: có thé dùng bể, hay bể tường kết hop

Hinh 2.1 Nỗi tiếp và tiêu năng dong day

: dòng chảy của hình thức tiêu năng này li dong mặt.

- Nối tiếp và tiêu năng dòng phun: là lợi dụng mũi phun ở chân đập hoặc.cuối đốc nước để dòng chảy với vận tốc lớn phóng xa xuống lòng sông hạ lưu

dé hình thành hồ xói cách xa châncông trình, không ảnh hưởng tới an toàn

của hỗ chứa

Có 3 hình thức tiêu năng ứng với 3 hình thức nối tiếp ding chảy ở hạ

lưu Khi mực nước hạ lưu thay đổi các hình thức đó có thể chuyển hóa lẫn

nhau.

2.1.2 Nhiệm vụ tính toán tiêu năng sau tràn

Phải tìm được biện pháp tiêu hủy toàn bộ năng lượng thừa, điều chỉnh lại

sự phân bố lưu tốc và làm giảm mach động dé cho dòng chảy trở về trạng thai

tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu,

2.1.3.Phương pháp nghiên cứu tiêu năng

Chọn hình thức tiêu năng phòng xói hạ lưu, xác định các thông số của giải pháp tiêu năng cụ thể chưa có lời giải chính xác hoản toàn Vi ay hiện

nay áp dụng nhiều phương pháp khác nhau Có thể áp dụng độc lập hoặc phối

hợp các phương pháp khác nhau như:

2.1-3.1.Phương pháp luận.

Đông chảy hạ lưu khu vực tiêu năng rất phức tạp nên chưa có phương

pháp lý luận chính xác, hiện nay vẫn dùng các công thức suy diễn từ lý luận

kết hợp với các hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm Cũng có thé dùng công thức.

‘ban thực nghiệm sau đó tiến hành phân tích định tính cuối cùng mới dùng

công thức kinh nghiệm để tính toán.

Với các công trình nhỏ, bổ trí các bộ phận chủ yếu gần với sơ đồ lý

thuyết có thé dùng các công thức thủy lực học để tính Đối với các công trình lớn và vừa, sau khi dùng công thức thủy lực tính toán phải tiễn hảnh nghiệm

chứng bằng mô hình thủy công

2.1.3.2.Phuong pháp thực nghiệm mô hình

Mô hình thí nghiệm mô phỏng được công trình thực kể cả trong điềukiện phức tạp mà kết quả rất gần thực tế Bằng thực nghiệm giải quyết những.vấn đề thực tế của thiết kế, xây dựng và khai thác sử dụng công trình thủy lợi

mà những vấn để đó không được giải quyết thỏa đáng bằng con đường lý

luận Từ thực nghiệm mô hình thuỷ lực xây dựng các công thức thực nghiệm,

kiếm tra, bo sung và chính xác hóa các công thức lý thuyết, kiểm tra các kếtquả của mô hình tinh toán Ngoài ra phương pháp nảy còn ding để kiểmchứng các kết quả có được từ phương pháp lý luận Có thể nói mô hình thínghiệm là mẫu của công trình thực tế, khí mô hình thí nghiệm sắt với thực tế

sẽ có điều kiện tin cậy

Tuy nhiên các công thức này có phạm vi ứng dụng nhất định và có giá trị

gin đúng, bằng thực nghiệm mô hình có hiện tượng chưa thé hiện chính xácđược như hiện tượng sóng vỗ, dong chảy có hiện tượng trộn khí thường thinghiệm không mô ta được Căn cứ vào thực nghiệm mô hình dé quyết định

kích (hước công trình tiêu năng đôi khi hoàn toàn không chính xác, bởi vi

giữa mô hình và dòng chảy thực tế có những khác biệt, trạng thái dòng chảy

và dong phát sinh có trang thai thường không thống nhất Do đó thực nghiệm

mô hình cũng không phải là phương pháp chính xác tuyệt đối.

2.1.3.3.Nghién cửu trên nguyên hình

Nguyên hình chính là mô hình có tỷ lệ 1:1 Moi điều kiện tương tự được.đảm bảo Tuy nhiên dòng chảy trong thực tế lại diễn ra theo một quá trình

ngoài ý chủ quan của con người, trên nguyên hình không phải lúc ndo cũng

thể nghỉ sit và đo đạc các thông số được, đồng thời khi xây dungcứu quan.

xong công trình và nếu có sự cố gây mắt an toàn đổi với công trình thì vi

sửa đối lại các kết cấu công trình va hình thức tiêu năng là van dé khó khăn và

nghiệm về độ an toàn của công trình Từ các số liệu quan sát nguyên hình

ngoài thực tế có được các loại số liệu và có thẻ xây dựng được công thức kinh

nghiệm.

2.1.4 Nhận xét

Hiện nay, các công trình thuỷ lợi và thủy điện đang phát triển mạnh, trong đó nhiều công trình có cột nước không cao nhưng lưu lượng qua công trình tháo lũ lại khá lớn, địa chất nền hạ lưu là nền đá yếu Các công trình này

có hình thức tiêu năng đáy sau tran được sử dụng khá rộng rãi và phổ biển.Theo thống kê: công trình tiêu năng nỗi tiếp bởi đốc nước thường có chiềucao đập từ 30 + 50m, Những công trình có chiều cao đập Hd < 30m thườngkhông có đốc nước

Lý thuyết tính toán, thiết kế công trình tiêu năng khá day đủ, tuy nhiên

kiệ chỉ được áp dụng trong did bài toán phẳng Đặc điểm công trình xả lũ