Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu mặt cắt hợp lý của đập tràn hồ chứa nước Bản Mòng - Sơn La

Hệ số lưu lượng của đập tran; Hệ số lưu lượng được xác định theo đập tiêu chuẩn; HỆ số sửa chữa cột nước; Hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng; HỆ số co hep bên; Hệ số hình dạng mé biên;

LOI CAM ON

Đây là dip cho tôi xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Ngô Tri

Viềng, người hướng dẫn khoa học, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian làm luận văn Thay là tam gương sáng về tinh thần trách nhiệm, lòng tận tụy, tình yêu nghề và ý thức nghiên cứu khoa học nghiêm túc Thay dé lại

trong tôi sự kích phục về tri thức khoa học, lối sông yêu thương, độc lập và thăng thắn.

Cho phép tôi trân trọng gửi lời cám ơn đến các thầy cô giáo trong Bộ

môn Thủy công, Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học,

Trường Đại học Thủy Lợi, Lãnh đạo Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 1 cùng bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2013

Tác giả

Phan Đình Hậu

“Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là

trung thực Tôi không sao chép bắt kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào.trước đó Các thông tin rich dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, fay 18 thắng 11 năm 2013

Phan Dinh Hậu

1.2 Đập trần mặt cắt thực dung không chân không kiểu Creager ~ Ophixerov.

1.3 Đập trần mat cắt thực dụng có chân không kiểu Rodanop [3]4] 9

1.4 Đập tràn mặt cắt thực dụng không chân không dang WES AL

1.5 Các loại đập train khác [13] 12 1.5.1 Đập vom trần nước "2

1.5.2 Đập bản chống 13

1.5.3 Đập cao su 13

1.5.4 Đập trần phim dan 4 1.6 Đập trin được xây dựng trên thé giới va Việt Nam .14 1.7 Kết luận Chương 1 16

CHUONG 2 NGHIÊN CỨU CHE ĐỘ THUY LUC DAP TRAN 18

2.1, Kha năng tháo của đập tran thực dụng 18 2.2 Khả năng tháo của đập tràn dang WES se sone 2.2.1 Theo tải liệu nghiên cứu đập tràn dang WES của các nhà khoa học Mỹ

2 2.2.2 Theo tai liệu nghiên cứu đập tràn dang WES của Trung Quốc 29 2.3 Trang thai dòng chảy 33 2.3.1 Tính toán thủy lực xác định đường mặt nước [4] 33 2.3.2 Phân bổ áp s mặt trần 36

2.4 Phương pháp xác định mặt cắt tran, 37

2.4.1 Phương pháp xác định mat cắt tràn dang Creager - Ophixerov 37

2.4.3.1 Đoạn thân tràn phía hạ lưu 4

2.4.3.2 Đoạn đầu tran so ve 4B

2.5 So sánh đập tran mặt cat dang WES và mat cắt Ophixerov co 44

2.5.1 Diện tích mặt cắt ngang _- _ 2.5.2 Khả năng tháo 45 2.6 Kết luận Chương 2 _ on AG

CHƯƠNG 3 UNG DUNG KET QUA NGHIÊN CỨU son ATVAO CÔNG TRINH HO CHUA NƯỚC BAN MONG: 43.1 Các thông số cơ bản của hỗ Ban Mong 47

3.1.1 Địa điểm xây dựng 47 3.1.2 Nhiệm vụ công trình 4T 3.1.3 Quy mô công trình 48 3.2 Tran xã 10 50 3.2.1 Nhiệm vụ s0 3.2.2 Các phường án tràn xã I 50 3.2.3 Tinh toán toa độ mat trần oo : 50 3.2.4 Vẽ đường cong mat tràn sa 3.3, Tinh toán khả năng tháo, 56 3.3.1 Trường hợp đập trần mặt cắt Ophixerov sone 56 3.3.2 Trường hợp đập tran mặt cắt clip " —

3.3.3 Trường hợp đập tràn mặt cắt WES 5T

3.4 So sánh giữa ba phương án 59

3.4.1 Về mặt cit dap 593.4.2 Về kha năng tháo 62

3.5 Kết luận chương 3 68

KET LUẬN VA KIEN NGHỊ 64

‘TAL LIEU THAM KHẢO 67

DANH MỤC CÁC HÌNH VE, BO THỊ

Hình 1-1 Đập tran thành mỏng 4

Hình 1-2 Sơ đổ tinh toán đập tràn dinh rộng chảy không ngập _Hình 1-3 Mat cắt của đập trăn có chân không 6Hình 1-4 Mat cắt của đập trin không chân không 7Hình 1-5: Đường cong đầu trin mat cắt WES phía thượng lưu có 3 bán kính

12

Hình 2-1: Mặt cắt đập có cửa van : oat)

Hình 2-2: Các dang mép vào của try biên = see A Hình 2-3: Các dang trụ pin 2z

Hình 2-4 Các đường cong để xác định ø, của đập tràn mặt cắt thực dụng 25Hình 2-5: Đồ thị tra trị số C - — cao 28Hình 2-6: Hệ số hình dạng của trụ bên 30

Tình 2-7: Hình dang các trụ pin giữa „.30 Hình 2-8 Sơ đồ tính đường mặt nước trên đập trần 33

Phuong trình Bernouilli với mặt cắt 1-1 và 2-2 37 Hình 2-10 Các dang mặt cắt đập tràn không chân khong 38

Hình 2-1 1 Cách vẽ mặt cắt của đập tràn có chân không 41

Hình 2-12: Sơ đồ mặt cắt WES có độ dốc mặt thượng lưu đập khác nhau 42

4 Tình 2-13a: Đầu tran phía thượng lưu dùng 2 bán kính cong RI và R2 với mái xiên 43

Hình 2-13b: Mặt thượng lưu thẳng đứng đoạn cong đầu tràn phía thượng lưu

dùng bán kính cong RI, R2 và R3 4

Hình 2-14: Đầu tràn có đoạn nhé cong phía thượng lưu dùng đường cong elip

Hình 2-17: Biểu đồ quan hệ Hạ ~ Q của đập trần WES và Ophixerov 45Hình 3-1: Sơ họa cụm công trình đầu mỗi hỗ chứa nước Nước Bản Mòng 47

Hình 3-2: Đường cong mặt tràn Ophixerov - _— Hình 3-3: Đường cong mặt tràn Elip 5S Hình 3-4: Đường cong mặt tràn dạng WES %6

Hình 3-5: Đường cong mặt tràn hỗ chứa nước Bản Mang thiết kế theo mặt cắtWES và mặt cắt Ophixerov 62

Hình 3-6: Hệ số lưu lượng và cột nước của đập tràn Bản Mong 63

DANH MỤC CAC BANG

Bang 1-1: Tọa độ đường cong mặt đập không có chân không theo phương pháp Creager — Ophixerov [3] - " -e-8

Bảng 1-2: Trị số bán kính nối tiếp R ở chân đập [3] 9

Bang 1-3: Tọa độ đường cong mặt tràn có chân không đình elip (1, = L)[4] 10 Bảng 2-1: Hệ số co hẹp đứng ơ khi nước chảy đưới cửa [13] ¬

Bang 2-2: Bảng tra trị số oy phụ thuộc vào góc ap và ay và tỷ số a/C; [3][4]

20 Bảng 2-3 Hệ số hiệu chỉnh cột nước ơi của đập tràn không chân không [3]I4]22 Bảng 2-4: Hệ số lưu lượng m của đập chân không, đỉnh clip (theo Rodanop)

Bảng 2-11: Tham số đường cong mặt tràn [15] 4

Bang 3-1: Quy mô công trình 48 Bảng 3-2: Tọa độ đường cong mặt trin của WES và Ophixerov sỊ Bảng 3-3: Tọa đô đường cong mặt tràn của WES và Elip 53 Bảng 3-4: Tọa độ đường cong mặt trân của WES so sánh với Ophixerov 60

thiết kế theo mặt cắt WES và mặt cắt Ophixerov 6

Bang 3-5: Kết quả tính toán khả năng tháo đập tràn Bản Mong

¬ -Bảng 3-6: Hệ số lưu lượng và cột nước của đập trin Bản Mông @

WES Waterways Expriment Station;

Lưu lượng xả qua đập tràn (khả năng tháo nước), thứ nguyên.

Hệ số lưu lượng của đập tran;

Hệ số lưu lượng được xác định theo đập tiêu chuẩn;

HỆ số sửa chữa cột nước;

Hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng;

HỆ số co hep bên;

Hệ số hình dạng mé biên;

Hệ số hình dạng mồ trụ;

Cột nước trên đỉnh đập tràn có kẻ đến lưu tốc tới gần (m);

‘Cot nước trên đỉnh đập tran không kể cột nước lưu tốc (m);Chiều rộng một khoang tràn (m);

Số khoang trần;

Hệ số ngập;

Chiều cao đập so với đáy thượng lưu (m);

“Chiều cao đập so với đáy lòng dẫn hạ lưu (m);

Hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hưởng độ đốc của mặt thượng lưu;

PHAN MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của dé tài

Dp tràn la một trong những hạng mục quan trọng mang tính chat thenchốt của công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện; có nhiệm vụ xả lũ, điều tiếtdong chảy đảm bao an toản cho toàn bộ công trình và hạ du Đập tràn chiếmmột tỷ trọng vốn đáng kể trong chỉ phí xây dựng hệ thống công trình đầu mối

Vi vậy nghiên cứu chọn được mặt cắt hợp lý đập tràn dé tăng khả năng tháo,

có chế độ thủy lực lợi nhất nhằm giảm chỉ phí xây dung có ý nghĩa lớn vềkinh tế và có tinh khoa học đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu

Ở Việt Nam, hau hết các đập tran xả lũ thuộc hệ thống đầu mồi côngtrình thủy lợi, thủy điện đã được xây dựng có dạng mặt cắt thực dụng Creagerhoặc dang Creager ~ Ophixerov Các đập tràn loại này đều được thiết kế theo

quy phạm biên soạn từ tài liệu của Liên Xô và Trung Quốc, điển hình như đập tràn thủy điện Hòa Bình, Thác Bà, sông Hinh, Yaly, Tân Giang, Định Bình

'Việc ứng dụng mặt cắt đập trân dạng WES hay Ophixerov có ý nghĩahết sức quan trọng trong sự nghiệp phát triển thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam,góp phần không nhỏ vào thành tựu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước

trong những năm qua Vài chục năm trở lại đây, từ khi đập tin có mặt cắt dang WES (Waterways Expriment Station) của Mỹ được nghiên cứu ứng dụng, có wu điểm hơn nên nhiều nước áp dụng Trung Quốc là một quốc gia

có nguồn tải nguyên nước phong phú cũng đã chuyển hướng áp dụng mặt cắt

tế và kỹ thuật, quyết định sự ra đời của dự án nay.

+ Nghiên cứu mặt cắt đập tràn dang Ophixerov, đập tràn dang WES;

+ Ung dụng kết quả nghiên cứu chọn mặt cắt hợp lý cho đập tran Bản

Mong:

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

+ Áp dụng phương pháp lý thuyết và phương pháp tính hiện đại

+ Sử dụng phương pháp tông hợp, thống kê các tai liệu lý thuyết, thực

nghiệm, thực tế để đi sâu nghiên cứu về mặt cắt tràn dang WES và mặt cit

trần dạng Ophixeroy.

+ Áp dụng phương pháp so sánh về mặt kỹ thuật và kinh tế lựa chọnmặt cắt hợp lý cho đập tràn hồ chứa nước Bản Mòng

4, Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

+ Nghiên cứu các dạng mặt cắt của đập tràn nhằm so sánh tính ưu việt

của các dạng đập tràn

+ Ung dụng vào công trình thực tế để làm sáng tỏ tính thực tiễn của các

loại đập.

5 lội dung của dé tài

Để tải “Nghiên cứu mặt cất hợp lý của đập tràn hồ chứa nước Bản

Mong”” đưa một số kết quả nghiên cứu để thông qua việc mô phòng hình

dang mặt cắt, kha năng tháo của đập tràn mặt cắt dang WES và Ophixerov

nhằm phân tích ưu nhược điểm của hai loại đập này Kết quả nghiên cứu được

áp dụng cho đập tran của hỗ chứa nước Ban Mang Đề tải ngoài phần mo đầu

và phân kết luận được trình bảy trong ba chương, nội dung chính của từng

chương như sau

Chương 1 Tổng quan về đập tràn thực dụng

Trinh bày tổng quan về các loại đập tràn; đập trần được áp dung phdbiến trên thé giới và ở Việt Nam Đập tràn Creager - Ophixerov và đập tràn

mặt cắt WES ác loại đập tran khác.

Chương 2 Nghiên cứu chế độ thủy lực đập tran

Trình bày phương pháp xác định khả năng tháo của đập tràn mặt cắtdạng WES và đập tràn mặt cắt dang Ophixerov Nghiên cứu trạng thái dòng.chảy qua đập tràn mặt cắt dạng WES và đập tràn mặt cắt dang Ophixerov.Nghiên cứu mat cắt đập tràn dạng Ophixerov, đập tràn dang WES Trên cơ sở

nghiên cứu đó so sánh ưu điểm của WES so với Ophixerov.

Chương 3 Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào tính toán mặt cắt hợp

lý đập tràn hồ chứa nước Bản Mong

Ứng dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết thông qua tính toán để so sánh

với kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực đập tran hỗ chứa nước Bản Mong.

Kết luận kiến nghị

“Trình bày một số kết quả nghiên cứu đạt được cũng như những tổn tại

và hướng phát triển cằn được đi sâu nghiên cứu Từ đó đưa ra những kiến

nghị về việc áp dung mặt cắt hợp lý của đập tràn

1.1 Các loại đập tràn

Đập tran là một trong những hạng mục chủ yếu của các đầu mối công,trình thủy lợi, thủy điện: đập tran nước tháo lũ của hồ chứa, đập ngăn sông

ding nước v.v Việc nghiên cứu khả năng tháo nước của đập tran, tim các

hình thức đập có chế độ thủy lực lợi nhất và xác định các kích thước cơ bản

của đập có một ý nghĩa thực tiễn quan trọng.

Có nhiều cách phân loại đập trin, chủ yéu là phân loại theo chiều dâyđình đập và hình dang mặt cắt ngang của đập tràn Theo cách phân loại này,

đập tràn có thé chia ra làm ba loại: đập tran thành mỏng, đập tran đỉnh rộng và

đập tràn mặt cắt thực dụng

LLL Đập tràn thành mông

Khi chiều day của định đập 8 < 0,67H, làn nước tràn ngay sau khi đi

qua mép thượng lưu của đỉnh đập thi tách khỏi đình đập, không chạm vào

toàn bộ mat đỉnh đập, do đó hình dang và chiều day của đập không ảnh hưởng

đến lần nước tran và lưu lượng train [3]

mm Me bên

Hình 1-1 Đập tran thành mong 1.1.2 Đập trần đỉnh rộng

Đập tràn đỉnh rộng là loại đập có chiều rộng định ngưỡng C theo chiều nước chảy trong phạm vi [2] [3]

Dong chảy từ kênh dẫn qua ngưỡng trần có thé phát sinh hai xoáy nước.

trục ngang: xoáy nước ở mép trước ngưỡng và phía trên ngường (trường hop

P > 0) Nếu ngưỡng tràn có trụ biên và trụ giữa, tại các mép trụ còn có the

phát sinh xoáy nước trục đứng Những hiện tượng trên làm tăng tổn thất do co hẹp đứng và ngang gây nên và làm giảm khả năng tháo.

Đập tràn đỉnh rộng làm việc có thể theo chế độ chảy không ngập hoặc.

chảy ngập Trong trường hợp chảy ngập, khả năng tháo sẽ giảm rất nhiều Do

đó đối với ngưỡng tràn của đường tràn tháo lũ cần có những biện pháp thiết

kế dé tăng khả năng tháo và thông thường ngưỡng tràn kim việc theo chế độ

công trinh tháo lũ trên sông Để thoả mãn tắt cả hoặc một số trong các yêu cầu

về dn định của thân đập, có năng lực tháo nước lớn, tháo các vật trôi lẫn trongnước được dé đàng, hình dang đơn giản dé thi công, tiện ding vật liệu tại chỗ

nên mặt cắt đập tuỳ điều kiện cụ thể có thể có nhiều kiểu khác nhau theo dạng

hình thang hoặc hình cong,

+ Mat cắt hình thong đình nằm ngang chiều dày đình 6 trong phạm vi [3]:

0.67H <5 <(2+3)H

Mái dốc thượng, hạ lưu có thể có các trị số khác nhau, các đập này cấutạo đơn giản, dễ xây dựng bằng mọi loại vật liệu như bê tông, gạch, đá, gỗ,nhưng có nhược điểm là có hệ số lưu lượng nhỏ so với các mặt cắt hình cong

+ Mat cắt hình cong: có đỉnh và mái hạ lưu hình cong, lượn theo lần

nước tràn, nên dòng chảy tràn được thuận, hệ số lưu lượng lớn, dễ tháo các

vật trôi trong nước, nhưng xây dựng phức tạp hơn Đập mặt cắt hình cong có

+ Nếu làm cho mặt đập sát vào mặt dưới của lần nước tràn, không có

khoảng trồng nữa thì sẽ không có chân không, gọi là đập dạng cong không có

chân không.

Nguyên tắc thiết kế mặt cắt đập không có chân không làm cho mặt đập

ăn khớp với mặt dưới của làn nước chảy qua đập thành mỏng tiêu chuẩn ứng

Hinh 1-4, Mặt cắt của đập tran không chân khong

12 Đập tràn mặt cất thực dụng không chân không kiểu Creager

-Ophixeroy

Creager nghiên cứu đường cong nước rơi tự do từ đập thành mỏng, vẽ

quỹ đạo của hạt nước ở vị trí 2 từ quỹ đạo ấy lấy xuống một đoạn bằng.chiều day lan nước thi được mặt dưới của làn nước tràn tự do và cho mặt đập.hơi ăn lần vào lan nước tràn tự do ấy Mặt đập vẽ như thé gọi là kiểu Creager

Ophixerov về sau nghiên cứu và sửa chữa đôi chút mặt cắt Creager, cảibiến điều kiên thủy lực của đập này, đưa ra mặt cắt gọi là kiểu Creager —

Ophixerov.

Hy Dap loại Ï "Đập loại II

(kiểu Creager ~ Ophixerov) (kiểu Creager)

"Nếu đập cao, bản thân đường cong này không đủ thỏa mãn điều kiện ôn

định của thân đập thi tiếp theo đường cong này là một đoạn thẳng có độ dốctheo yêu cầu én định của thân đập Phan chân đập, chỗ nối tiếp với sân đập có lượn

theo một cung tròn để dòng chay xuống chân đập được thuận (xem Hình 1-4)

Bán kính R của cung tròn nảy lấy theo kinh nghiệm

Khi đập thấp hơn P < 10m thì có thé lấy R = 0,5P

Bảng 1-2: Trị số ban kinh nỗi tiếp R ở chân đập [3]

Him)

12 |3 | 4/5 )6)/74){8] 9 (Pom)

Phía thượng lưu mặt cắt lý thuyết nói trên, có thể làm thêm một đoạn

day (chiều bằng của đoạn BC trên Hình 1-4), phần trên có mat đốc một góc œ

để tháo các vật trôi nỗi trong nước Trị số đoạn day làm thêm đó và góc a tùy.theo yêu cầu kiến trúc của thân đập Góc a thường lấy bằng 45°

1.3 Đập tràn mặt cắt thực dụng có chân không kiểu Rodanop [3]4]

Mặt cắt đập phải thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Có hệ số lưu lượng lớn nhất khi chảy với cột nước thiết kế+ Có chân không ở phần đỉnh của đập, không có phần dưới của

mặt tràn

ha

H,

+ Độ chân không ø,= 7 không quá lớn.

+ Đảm bảo không có không khí lọt vào đưới lần nước.

+ Không có áp lực mạch động quá lớn.

Hiện nay, công trình nghiên cứu về mặt cắt đập không chân không chưa.nhiều; Aboroximop và Rodanop đã nghiên cứu đập đầu tròn và đầu clip

Bảng 1-3: Toa độ đường cong mặt tràn cé chân không dink clip

1.4, Đập tràn mặt cắt thực dụng không chân không dang WES

Đập trần mat cắt WES được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và áp

dụng phổ biến ở các nước Anh - Mỹ

Các cơ sở nghiên cứu Thuỷ lực của Liên Xô tập trung nghiên cứu dang

mặt cắt trần Creger - Ophixerov, còn các cơ sở nghiên cửu thuỷ lực của Myđều chú trọng nghiên cứu dạng mặt cắt tràn dạng WES Các kết quả nghiêncứu đều cho thấy rằng đường cong mặt tràn chia ra làm hai phần:

+ Phần đường cong tử định tran về phía thượng lưu;

+ Phan đường cong tir đỉnh tràn về phía hạ lưu;

Nam 1961 phòng thí nghiệm xây dựng Tapualispan đối với phần đường.cong phía thượng lưu của mặt cắt trần dạng WES đã tién hành thí nghiệm sửađổi đem nguyên gốc hai cung tròn đổi thành ba cung tròn tăng thêm một bánkính ngắn R; = 0,04H, Như vậy cải thiện thêm sự nối tiếp giữa mặt thẳng

đứng thượng lưu đập nối tiếp một cách thuận hơn Trạm thí nghiệm đường thuỷ fa bình đoàn lục quân Mỹ qua thí nghiệm mô hình phát hiện khi cột nước tác dụng vượt quá giá trị Hx còn có thé cải thiện thêm tinh hình phân

bố áp suất trên mặt tràn, đồng thời tăng thêm hệ số lưu lượng Do đó, từ năm

1970 kiến nghị dùng mặt cắt dạng WES mà đường cong phần thượng lưu có 3

cũng tròn như Hình 1-5, còn đường cong mặt đập phía ha lưu không thay đổi,

các tham số của đường cong phần thượng lưu có 3 bán kính như sau:

R,=05Hs =0/0316H,; R;=02HỤ: ,1153H,;

R;=004H — C;=02185H/ ay = 0,126Hy:

Hình 1-5: Đường cong đầu tràn mặt cắt WES phía thượng lưu có 3 bán kínhViệc phân định loại tràn đập thấp và cao, theo nghiên cứu của Trung

tâm thí nghiệm đường thuỷ của Binh đoàn lục quân Mỹ như sau:

+ Khi ty số chiều cao đập so với cột nước thiết kế có giá trị: $ <133

gọi là đập thấp, đập tha chịu ảnh hưởng của lưu tốc

+ Khi tỷ số chiều cao đập so với cột nước thiết kế có giá trị: = 2133

gọi là đập cao, đập cao thì không chịu ảnh hưởng của lưu tốc tiến gin

1.5 Các loại đập tràn khác [13]

15.1 Đập vom trần nước.

Đập vòm đầu tiên trên thé giới được làm bằng đá xây năm 1611, đó là

ap Ponte Anto ở Italia, Sau đó các đập vòm khác ra đời như:

+ Đập Zolia cao 38m xây dựng năm 1843 tại Pháp;

+ Đập Mavuaden cao 237m xây dựng năm 1958 tại Thụy Sỹ;

+ Đập Lazanuan (Liên Xô) cao 67m;

+ Đập Tsircayxcaia (Liên Xô) cao 236m;

+ Đập Vaiont (Italia) cao 266m;

1.5.2 Đập ban chống

Một trong những đập ban chống đầu tiên được xây dựng là đập

liên vom bằng đá Eltra cao 23m ở Tây Ban Nha vào cuối thé ky XVI Sang thé

ky XX thì xây dựng loại đập này rit nhiều

+ Đập Possum Kingdom ở Mỹ cao $7,8m xây năm 1941:

+ Đập Rodrighets ở Mehico xây dựng năm 1935 cao 76m;

+ Đập Daniele Gionxon ở Canada xây dựng năm 1970 cao 215m;

1.5.3 Đập cao sự

Đập cao su, một công trình thủy lợi có khả năng ngăn nước, xả lũ, điều

tiết mực nước và lưu lượng chảy qua Đây là một dạng công trình mới vẻ vậtliệu kiến trúc thủy công, xuất hiện vào cui thập ky 60 của thé ky XX, với sựphát triển của công nghệ vat liệu tổng hợp cao phân tử Đập được cầu tạo bởitúi cao su chứa khí (hoặc nước), móng đập bằng BTCT mỏng, bộ phận neo

giữ và máy nén khí (hoặc máy bơm nước) để nâng hạ túi cao su Từ khi ra đời

đến nay đập cao su đã được ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các nước tiên tiến

trên thể giới

Sản phẩm tii đập cao theo công nghệ và vật liệu sản xuất tại Việt Nam

đã được Viện Khoa học Thủy lợi miễn Nam thực hiện thành công có khả năng,

thay thế sản phẩm nhập ngoại với chất lượng độ bền tương đương và giá thành hạ

Ở Việt Nam, đập cao su đầu tiên đã được xây dựng vào tháng 9/1997 là

đập cao su Ngọc Khô, tinh Quảng Nam với quy mô dai 25m cao 2m Tir đó

đến nay ở nước ta gần hai mươi đập cao su với qui mô và hình thức khác nhau

được xây dựng, đơn cử như:

+ Đập cao su Krông Buk tỉnh Đắc Lắc, dai 50m, cao 2,7m;

+ Đập cao su trên thác Prenn tinh Lâm Đồng, dài 20m, cao 2,5m;

+ Đập cao su Dim Chich tỉnh Kiên Giang, dài 20 m, cao 4 m;

+ Đập cao su Nam Thạch Han tỉnh Quảng Trị, dai 140m, cao 2,1m;

+ Đập cao su Sa Cá tinh Đồng Nai, đài 15m, cao 1.5m;

+ Đập cao su Ong Kinh tỉnh Ninh Thuận dải 20m, cao 1,Šm;

+ Đập cao su Đập Cat tinh Bình Định dai 33,6m, cao 2,0m;

+ Đập cao su Lại Giang dai 40m, cao 3,0m

Đập cao su hoàn toàn phủ hợp với các tỉnh miễn Trung và Tây Nguyên.

(nguén: Mục Khoa học công nghệ trang điện tử Viện Khoa học TL Việt Nam)

1.5.4 Đập tran phim din

Đập tràn phim piano là một dang đập tràn có tác dụng tăng lưu lượng,

tháo dựa trên nguyên tắc tăng chiều dai đường tràn Những đập tràn loại nàymới áp dụng ở Việt Nam nên chưa có tiêu chuẩn tính toán Cho đến nay, các.nghiên cứu về loại đập tràn này chủ yếu đi sâu về mặt thủy lực chứ chưa chú.trọng đến phần tính toán két cấu Trin phím đàn là loại tràn có khả năng tháo

h thiết kế chiều dài

10 gấp (2 + 5) lần tran tự do Ophixerov (tủy thuộc vào

đường tràn), tuy nhiên nó có nhược điểm là thi công phức tạp, khó tháo các.

vật tôi nỗi trên sông Ở Việt Nam hiện nay đã và đang xây dựng đập tràn

phim piano thuộc dự án thủy điện Bak Mi 2 (Quảng Nam); Vĩnh Sơn 3 (Bình

Định); Đắc Rong 3 (Quảng Tri); đập dâng Văn Phong (Binh Định); đập tràn

"Ngân Trươi ~ Cẩm Trang (Hà Tinh);.

1.6 Đập tràn được xây dựng trên thé giới và Việt Nam

- Ngược dòng lịch sử, Bazil là người đầu tiên đã có những nghiên cứu

rất chỉ tiết về đập tràn thành mỏng và đã công bổ những kết quả nghiên cứu

của ông vào các năm 1886 + 1888,

= VỀ sau, người ta đã nghiên cứu cải tiến mato trần ngày cing hoàn thiện hơn và đã lần lượt ra đồi các mat cắt sau:

+ Mặt cắt De Marchi (1928);

+ Mặt cắt Cơrighe (1929) dựa trên số liệu của Bazil;

+ Mặt cất Corighe cải tiến (1945) dựa trên số liệu của Bureau of

Reclamation (từ các thir nghiệm ở Denver);

+ Mat cắt Scimemi (1930);

+ Mặt cắt Escande (1937);

+ Mặt cắt Smetana (1948 + 1949);

+ Mat cất Corighe - Ophixerov (1938);

+ Mat cất Lance - Davis (1952) dựa trên số liệu của Bazilcủa

Scimemi, của US Bureau of Reclamation (từ các thử nghiệm ở Fort ~ collins,

Mỹ)

+ Mặt cắt WES (1952) của Waterwa s Expriment Station, Mỹ;

Mặt cắt tràn dạng Ophixerov trước đây đã được các nhà thủy lực học

của Liên Xô (cd) nghiên cứu, đưa ra nhiều kết quả quan trọng đồng góp cho

việc phát triển thay lợi, thủy điện của dat nước Xô Viết cũng như các nước xãhội chủ nghĩa trong nhiều thập ky qua của thế kỷ trước (từ thập kỷ 30 đến

thập ky 70 của thể kỷ XX),

Đập tràn mặt cắt WES được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và ứng

dụng phổ biển ở các nước Anh - Mỹ Các kết quả nghiên cứu và thực tiễn chothấy mặt cất WES có nhiều ưu điểm hơn nên đã có nhiễu nước trên thé giới

tiếp thu

Trung Quốc là một quốc gia có nguồn tài nguyên nước phong phú đãchuyển hướng áp dụng mặt cắt tràn dạng WES từ năm 1975 Sau khi tiếp thu,

ứng dụng, bằng lý luận và kinh nghiệm của mình thông qua nhiều công trình

thực tế và thí nghiệm mô hình đã làm phong phú thêm loại đập tràn mặt cái

dạng WES

dựng ở Trung Quốc sau đây:

+ Đập tran thủy điện Thạch Tuyển;

+ Đập trin thủy điện Trin Hỗ Nam;

+ Đập train thủy điện Yên Đồng Hiệp;

+ Đập trần thủy điện A Đề Da;

+ Đập tran thủy điện Tay Tân;

+ Đập trân thủy điện Phong Mãn;

+ Đập tràn thủy điện Quách Châu;

+ Đập trần thủy điện Tam Hiệp;

+ Đập tràn thủy điện Câu Pi Than:

Ở nước ta, từ năm 1999 đến nay, do yêu cầu cung cấp điện, nước cho

các khu công nghiệp, đô thi va dân sinh kinh té nhiều công trình thủy lợi,thủy điện có quy mô lớn đã được thiết kế và xây dựng Đồng thời, với sự traođổi chuyển giao khoa học kỹ thuật qua tư vấn của các chuyên gia nước ngoàinên đã thiết kế và xây dựng một số đập tràn với mặt cắt dạng WES Trong số

đó phải ké đến.

+ Đập trằn thủy điện Sơn La;

+ Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt;

+ Đập tràn thủy điện Bình Điễn;

+ Đập tràn thủy điện Ba Hạ;

+ Đập tràn thủy điện Sông Tranh II;

+ Đập trần thủy điện Kanak;

+ Đập tràn thủy điện Sẽ San 3;

+ Đập tran thủy lợi ~ thủy điện Nước Trong;

1,7 Kết luận Chương 1

Đập tràn là một trong những công trình chủ yếu và quan trọng ở đầu

mối thủy lợi, thủy điện, có nhiệm vụ dm bảo cho sự làm việc an toàn và ổn

định lâu dai của hồ chứa nước Do có nhiều ưu điểm vẻ thủy lực nên đập tranmặt cắt thực dung dạng Creger = Ophixerov đã được ứng dụng nhiều ở Việt

Nam như đập trần thủy điện Hòa Binh; đập trin thủy điện Thác Bà; đập tràn

hồ chứa nước Định Binh, Phú Ninh, Phú Xuân, Thuận Ninh,.

Từ khi mặt cất tràn dang WES do Mỹ nghiên cứu, ứng dụng có ưuđiểm hơn nên nhiều nước đã tiếp thu kết quả đó Trung Quốc đã ban hành mộtloạt quy phạm thiết kế và quy trình nghiên cứu thí nghiệm về đập tràn mặt cắtWES được thống nhất áp dụng toàn quốc gia và đã chuyển sang áp dụng mặtcắt tràn dạng WES cho các công trình thiết kế xây dựng mới cũng như sửa

chữa cải tạo các công trình đập trin cũ đã xây dựng trước đây.

Việt Nam cũng đã tiếp thu và đang ứng dụng vào xây dựng một số

công trình thủy lợi, thủy điện như: đập tran thủy điện Sơn La; đập trần hồ

chứa nước Cửa Đạt; đập trần hỗ chứa nước Nước Trong,

CHUONG 2

NGHIÊN CỨU CHE ĐỘ THỦY LỰC DAP TRAN,

2.1 Khả năng tháo của đập tràn thực dụng

* Lưu lượng qua đập tran mặt cất thực dụng tính theo công

thức|4]

Q=ø,emB/2gH} @-)

Trong đó:

B = Db là tong chiều rộng nước tràn;

oy là hệ số ngập (trường hợp không ngập thi ơ, = 1);

cửa van như Hình 2-1, lưu lượng qua đập tràn được tinh theo công thức [13]

Q= emBay/2g(H,- aa) (22)

“Trong dé:

trên đỉnh đập có cửa van, khi không mở hết và nước chảy ở dưới

ơ là hệ số co hẹp đứng do ảnh hướng của độ mở, tra Bang 2-1;

a là độ mở của một cửa van;

Hình 2-1: Mat edt đập có cia van+ Khi cửa van mở hết hoàn toàn, công thức tinh lưu lượng trở về dang (2-1),

© Xúc định hệ số lưu lượng m [3]

Dap được thiết kế và xây dựng với cột nước thiết kế cho trước Hy sẽ làđập không có chân không khi đập làm việc với cột nước bằng hoặc nhỏ hon

Hq Khi H < Hạ, dòng chảy sẽ ma sát nhiều hơn với mặt đập nên hệ số lưu

lượng giảm đi đôi chút Khi đập làm việc với H > Hạ, do làn nước vồng ra xa

hơn, tách khỏi mặt đập và xuất hiện chân không, lúc đó hệ số lưu lượng tăng

lên.

+ Đối với đập tràn không chân không Creager ~ Ophixerov

Do những điều kiện trên, hệ số lưu lượng của một đập, cụ thể với một

cột nước nào đó, được xác định bằng công thức

m=m Guo G4) Trong đó:

ime là hệ số lưu lượng được xác định theo đập tiêu chuẩn;

oy là hệ số sửa chữa cột nước, vì khi thiết kế mặt cắt đập dùng

Hx nhưng khi vận hành thì cột nước (H) trên đỉnh đập thay đổi:

đụ, là hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng, do cấu tạo khác với đập tiêu chuẩn

+ Đối với đập loại I

Theo số liệu của Ophixerov mụ = 0,504;

Theo Pavolépski mụ = 0,490;

+ Đối với đập loại II Me = 0,480;

+ Hệ số sửa chữa hình dang oy, tra ở Bang 2-2:

Bang 2-2: Bằng tra trị số ow phụ thuộc vào góc ap và ay và tỷ

30 7 0953 0953 0950 0956 | 0974

` 45 0970 0970 0966 0973 0,993

60 0974 | 0974 0970 0978 1000 5s 15 09233 0923 0922 0927 0933

307 0,974 | 0.974 0974 - 0974 0974

45 0993 0993 0993 0993 - 0/993

60 1000 7 1,000 1000 - 1000 1000 l5 0933 - - - 0,933

30 097 - - - 0974

45 0993 - - - 0,993

60 1000 - - - 1,000

Chi dẫn Bảng 2-2: Khi ay > 60°, trị số oy được lấy với ơụ = 60”

a là chiều cao thẳng đứng của mặt đập phía thượng lưu như Hình 1-4

+ Hệ số hiệu chỉnh cột nước oy tra Bang 2-3:

Béng 2-3 Hệ số hiệu chỉnh cột nước ow của đập tràn không chân không (31141

(theo tài liệu của N.P Rodanov và A.X Ophixerov)

H 0ø (độ)

Hy 2 [ 30 | 4 | 50 | 6 | 70 | 80 | 9

02 — [0893 | 0.886 | 0.897 | 0.872 | 0.864 | 0857 | 0.850 | 0842 0.3 [0915 | 0909 | 0.903 | 0.897 | 0,892 | 0.886 | 0,880 | 0874

0.4 | 0,932 | 0,928 | 0,923 | 0,919 | 0,914 | 0,909 | 0,905 | 0,900

05 [0947 | 0.943 | 0,940 | 0,936 | 0.933 | 0.929 | 0.925 | 0/922 0.6 | 0,960 | 0.957 | 0.954 | 0,952 | 0.949 | 0,946 | 0.943 | 0.940,

0.7 | 0.971 | 0,969 | 0,967 | 0,965 | 0,963 | 0,961 | 0,959 | 0,957

0.8 | 0.982 | 0.980 | 0.979 | 0.978 | 0.97 | 0.975 | 0.974 | 0.973 0.9 [0991 [0/991 | 0,990 | 0,989 | 0.989 | 0,988 | 0.987 | 0.987

17 [1050 | 1,053 | 1,057 | 1060 | 1065 | 1,067 | 7,070 | 1,074

18 | 1,056 | 1,059 | 1,063 | 1,067 | 1,071 | 1,074 | 1,078 | 1,082

1Ø | 1,061 | 1065 | 1070 | 1074 | 1078 | 1,082 | 1,086 | 1091

240 [1967 | 1071 | 1076 | 1080 | 1,085 | 7,089 | 1,094 | 1,099

+ Đổi với đập tran có không chân không, đính hình clip:

Trong trường hợp này hệ số lưu lượng m được xác định theo bảng sau:

Trong dé

nla số khoang đập;

b là chiều rộng mỗi khoang;

Eq là hệ số hình dạng mồ bên, lấy các giá trị ghi ở Hình 2-2

ty TBS

⁄ VLRt2 yar) '

WL UlHình 2-2: Các dạng mép vào của trụ biên

Eq là hệ số hình dang mé trụ, l

© Xác định hệ Ổ ngập ơ,

+ Hệ số ngập ơ, của đập tràn mặt cắt thực dụng có chân không [5]

Khi hạ lưu có nước nhảy xa thì nước chảy qua đập tràn luôn luôn không ngập, ơ, = 1,0 Nếu hạ lưu có nước nhảy ngập thì nước chảy qua đập tràn có thể không ngập hoặc ngập, lúc đó ơ, phụ thuộc vào tỷ

chiều sâu nước ngập, tức là khoảng cách từ mực nước hạ lưu đến đỉnh đập.tràn, nếu mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh đập thì hạ có trị số âm) Hình 2-4

cho các đường cong xác định ơ, theo thí nghiệm của Rozanov:

015 thì gy= 1,0;

Đường cong I: với đập tràn mặt cắt có chân không; khi &

Hình 2-4 Các đường cong dé xác định ơ, của đập tràn mặt cắt thực dung

+ Hệ số ngập ơ, của đập tràn mặt cắt thực dụng không có chân không |4]

Chi tiêu ngập của đập tràn có mặt cắt thực dụng giống như của đập thành mỏng:

frre

Zz ( 2) PP),

Trị số E Ì được xác định theo Bảng 2-4:

(Ph

Trong đó:

P là chiều cao đập so với đáy của lòng dẫn hạ lưu;

H là cột nước tran, tức chiều cao mực nước thượng lưu so với đỉnh đập;

m, là hệ số lưu lượng bao ham yếu tổ cột nước lưu tốc tiền gần.

đập; vạ được lay ở vị trí cách đập một khoảng bằng 3H;

Bang 2-6 Hệ số ngập o, của đập tràn có mặt cắt thực dung không chân không

2.2 Khả năng tháo của đập tràn dang WES

2.2.1 Theo tài liệu nghiên cứu đập trần dạng WES cña các nhà khoa học Mỹ

+ Công thức tính lưu lượng (khi cửa van mở hoản to’n)[9]{15}

Q=CLHè”” (feetsee) (2-6)

Trong đó:

Q là lưu lượng tháo qua đập trần

C là hệ số lưu lượng, theo Rehbock thi:

C=0327 + 0.408 7)

Trong đó

P là chiều cao đập tràn phía thượng lưu (feet);

L chiều rộng hiệu dung của đập tràn (feet);

L=L'-0,1HN (2-8)

L là chiều rộng trần nước của đập (ets);

N là số co hẹp; N= 1 có 1 co hẹp; N = 2 có 2 co hẹp; N = 0

không có co hẹp ở hai đầu đập tràn;

“Theo Rouse, công thức trên đối với hệ số vốn dùng có thể tới h =5.

H

có thé mở rộng cho đến pre (gần đúng)

Khi 2 >is thi đập trở thành ngường thấp và khi đó lưu lượng sẽ được xác

định qua mặt cắt phân giới ở ngay trước ngưỡng (độ sâu phân giới h = H + p).

C= 5/680 + Hy (229)

Sự chuyển tiếp từ đập sang ngưỡng (từ 3 = 10 +15) không được thé

hiện rõ rằng.

gần: H,=H+h, =H+ 2 (feet)

3g

Khi chiều cao đập P > 1,33H, nghĩa là đập đủ cao thì có thể bỏ qua lưu

in (bỏ qua h,) khi đó H, = Hy thì C= Cy = 4,03,

Đối với đập thấp P < 1,33Hy cần phải xét anh hưởng của hy, hy được

xác định theo dé thị ở Hình 2-5 hay đùng công thức quan hệ:

on Be (2-10)

Tir đó rút ra công thức kinh nghiệm l lưu lượng m là:

Qa

Hình 2-5: Đồ thị tra trị số C

2.2.2, Theo tài liệu nghiên cứu đập tràn dạng WES của Trung Quoc

4 Trường lợp của van mở hoàn toàn [I][15]

Theo quy phạm thiết kế đập trọng lực bê tông DL 5108-1999 ~ Tài liệu

dich Trung Việt, công thức tính năng lực xa của tran kiểu hở:

Q=CmsơB./2gH) @-12)

Trong đó

CC là hệ số hiệu chỉnh xét đến ảnh hướng độ đốc của mặt đập thượng

lưu, được lấy theo Bảng 2-7 Khi mặt thượng lưu thang đứng C = l;

m là hệ số lưu lượng của đập tràn thực dụng WES, tra Bảng 2

B là tong chiều rộng thực tế của ngưỡng tràn, B = Db;

b là chiều rộng một khoang tran;

e là hệ số co hẹp bên, căn cứ vio độ diy và hình dang trụ pin của đập

mà xác định (¢ = 0,90 + 0,95) Cũng có thé xác định e như sau:

B= 1-02 Ex (me), @-13)

Công thức (2-13) phủ hợp khi ies 1,05

khi bộ >1,0 thì vẫn ding giá trị i =10;

gla gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s"

H, là cột nước tic dụng trên đỉnh đập tràn H, = H+ `:

2g

Ex: hệ số hình dang của trụ bên, xác định như Hình 2-6;

š,: hệ số hình dạng của trụ pin giữa, có liên quan đến khoảng cách

nhô về mặt thượng lưu đập của trụ pin Lụ, xác định như Hình 2-7;

Hình 2-6: Hệ số hình dạng của trụ bên

Hinh 2-7: Hình dạng các trụ pin giữa

1 Chữ nhật 2, Nita hinh tròn hoặc vátmép; _ 3 Hình vat dang tron.

Bang 2-7: Bang hệ số hiệu chỉnh C