Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu khả năng khí thực và giái pháp phòng khí thực trên đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn thủy điện XEKAMAN 1

LỜI CẢM ƠNSau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghién cứu kha năng khí thực và giải phá

TRÀN XUÂN HÒA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC VÀ GIẢI PHÁP

PHÒNG KHÍ THỰC TRÊN ĐẬP TRÀN CAO, ÁP DỤNG

CHO DAP TRAN THỦY ĐIỆN XEKAMAN 1

LUAN VAN THAC SI

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG DAI HỌC THUY LỢI

HÀ NỘI, NĂM 2015

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc

sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghién cứu

kha năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên đập tràn cao, áp dụng

cho đập tràn thủy điện Xekaman 1” Tác gia xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến đã dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tác giả

xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa Công

trình cùng các thầy giáo, cô giáo đã tham gia giảng dạy và tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học

của trường Đại học thủy lợi, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty cổ phần Điện Việt

Lào, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong thời

gian học tập và thực hiện luận văn này.

Do còn hạn chế về trình độ chuyên môn, cũng như thời gian có hạn, nên

trong quá trình thực hiện luận văn, tac giả không tránh khỏi những sai sót Tác

giả mong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè đồng nghiệp.

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 24 thang 11 năm 2015

Tác giả luận văn

Trân Xuân Hòa

LỜI CAM ĐOAN

Tác gia xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác

giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bat kỳ một nguồn nào và đưới bat kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham

khảo đúng quy định.

Hà Nội, ngày 24 tháng TÌ năm 2015

Tác giả luận văn

Trân Xuân Hòa

MỤC LỤC

192710077 Ô ÔỎ | CHUONG 1: TONG QUAN VE XÂY DUNG CAC DAP TRAN CAO VA VAN DE

1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực và đập tran cao ở Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện trên thé giới 3 1.1.2 Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có 4 1.2 Điều kiện làm việc của đập tràn Ca0 .-.s css<ccccesseecccessserecosoe 8

1.2.1 Tac dụng của khí thure G11 ng ng ng re, 8

1.2.2 Ảnh hưởng của hàm khí và thoát khí đến sự làm việc của đập tran 13 1.2.3 Anh hưởng của sÓng :- 2S2+E+ESEESEEEE12E21571521211211 211111 xe, 14 1.2.4 Sự mài mòn bé Tmặt - - - tk St+E#E£EEEESEEEEEEEESEEEEEESErErEkrkekrreresree 14

1.2.5 Su phá hoại do tác dung của tai trọng động - -5<s<<s++<+2 15

1.3.1 Tinh hình nghiên cứu khí thực trên mặt tran của thế ĐIỚI - 16

1.3.2 Tinh hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn ở Việt Nam 17

1.3.3 Một số hình ảnh về bố trí thiết bị tiếp khí trên công trình tràn tháo lũ.18

1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận VĂI s-s-s<s<ss ssesSsSsssesessesese5 21

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TONG QUÁT KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TREN BAP 37) 22

2.1 Nhiệm vụ và phạm vỉ nghiên CỨU . -s 5< ss<sesses<sessesessese 22

2.1.1 Nhiệm vụ nghiÊn CỨU .- -. c3 S39 118 krisrrerrrersrrrrre 22

2.2 Phương pháp kiểm tra khí hóa và khí thực trên mặt tràn 22

2.2.1 Kiểm tra khí hóa -. -2c:222t22Extt2EEiEEEEttErrrrtrrrrtrrrrrrrerieg 23

2.2.2 Kiểm tra khí thực [ I] - ¿- k k+E+E£EkEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkEErrkerkerkerksree 32 2.3 Tính toán cụ thé cho các trường hợpD ss-cccsscccccessecccccesse 33 2.3.1 Sơ đồ chung - :-ScStEE2E1211211271211 1111111121121 1EEEcyee 33

2.3.2 Tính toán cho trường hợp I (Him = 80m, hy = 12m, Ry =30MPa) 38 2.3.3 Tính toán cho các trường hợp khác - - - 5+ +s «+ k++vxseseeeseeeeeree 45

2.4 Phân tích kết quả tính toán s -cccccssscveccvvesssseeseervarssse 63

2.4.1 Phân tích khả năng khí hóa - - c5 2S + ‡+Eseeeeeresersrerersre 63 2.4.2 Phân tích khả năng khí thực 5 56 + E+kEseeeeeseeeeersexee 64

2.5 Kết luận Chương 2 ccss<°c2EVvessssseoevvvvesssssteoororassse 66 CHUONG 3: ÁP DUNG CHO DAP TRAN THỦY ĐIỆN XEKAMAN l 67 3.1 Giới thiệu công frình s5 55s << s99 999 06899984966686068956 67

3.1.1 Vi trí công trÌnh - c1 TH TH ng ng kc 67

3.2 Các thông số tính toán khí thực đập tràn [6|] -c ss-ccc-ss 71 3.3 Kiểm tra khí hóa và khí thực mặt tràn -. -.-.ss cccccccss‹seee 73

3.3.1 Kiểm tra khí hóa 5cctccctttttkrrttrrrrtttrrtrtrirrrrrrrrrrrrrrrrieg 73 3.3.2 Kiểm tra khí thực . -ccccccrkttrrrttrrirrtrrrirtrrrrrrrrrrrrrrrreriee 79

3.4 Nghién cứu giải pháp phòng khí thực cho đập tràn thủy điện

Mek aman Ï << có Họ cọ 00008 81

3.4.2 Bố trí các bộ phận tiếp khí trên mặt tran -++<++5<<<+ 82

3.5 _ Kết luận Chương 3 -c-css<°ccvsssssseoeevvvesssssseooorrassse 90

TÀI LIEU THAM KHAO 2222£©22EEV22+EEEEEEEEeEEEEEEEEerrrrrkrrerree 93 PHU LUC 1 - Kết quả tính toán vẽ đường mặt nước trên tràn ứng với các

trường hợp nghiên CỨU - - - 5 + k+x+k+k+k#k#*k #11111 1g ng rep 94

PHỤ LỤC 2 - Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí

PHU LUC 4- Kết quả tính toán kiểm tra khí hóa, khí thực đập tràn thủy điện

`Q‹c 08 hố 135

DANH SÁCH CÁC HÌNH VE Hình 1.1: Công trình đầu mối Hồ chứa nước Định Bình -2- 2 6

Hình 1.2: Đập tràn và Dap dâng hồ chứa nước Cửa Đạt - ¿+ 6

Hình 1.3: Đập tran và Đập dâng Công trình thủy điện Đồng Nai 4 7

Hình 1.4: Công trình thủy điện Sơn La nhìn từ hạ lưu - «5< <s<sxss«2 7 Hình 1.5: Khí thực trên mặt tràn đập Bratxcaia (Nga) [ H] - 9

Hình 1.6: Xâm thực mũi phun cuối bề ở đập tràn Thác Bà - 10

Hình 1.7: Hiện tượng khí thực xâm thực bề mặt đốc nước tràn Kẻ Gỗ [1] 12

Hình 1.8: Bố trí hệ thống ống dẫn khí trên trụ pin đập tràn - 19

Hình 1.9: Bố trí TBTK trên đập tràn -¿-©2¿£+2EE+S£+2EEE+ee+EEEEzerrrrreecre 19 Hình 1.10: Bộ phận tiếp khí trên đập tran -2 22©zz+2E+ez+zcvvseerre 20 Hình 1.11: Quan sát trộn khí trên bề mặt dốc tràn khi có TBTK - - 20

Hình 2.1: Sự hình thành đuốc khí [O] 2-2©£2£E+2£2E+£22E++z+2E++zzrvszee 23 Hình 2.2: Xac dinh hg sovuessesssssusssessssssvssessssssesessesssssssesssssuesessessssusesssssssessessessiseessesessuseess 26 Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ š¡ = f (y/A); 6) = f(8/A); 8/A = f (LIA) [1] - 31 Hình 2.4: Sơ đồ xây dựng mặt cắt đập tràn -¿- 2£ ©++z+22rxze+erxeerrr 34

Hình 2.6: Sơ đồ mặt cắt đập tràn -¿- 2 ©++2+2E++2+EEEE2+EEEEetEEkkrrrrrerrrrke 37 Hinh 27: Biểuú đồ quan hệ K=f(Zm, hạ) ứng với Hm=40m

ÔÒỎ 46

Hình 2.8: Biéu đồ quan hệ K=ÑZ„, hạ) ứng với H„=60m

ÒỎ 47

Hinh 29: Biểuú đồ quan hệ K=f(Zm, hy) ứng với H„=80m

"¬ 48

Hình 2.10: Biểu đồ quan hệ K=fZ„ hạ) ứng với H„=l00m

Hình 2.11: Biểu đồ quan hệ Vor=fhy, Hạ) ứng với Z«=2nm

50Hình 212 hệ Vpi=Nha Hạ) ứng với Z„=ämm

Hìh 213 hệ V=ha Hạ) ứng với Z„=4mm

Hình 244 quan hệ Vp=fh, Hạ) ứng với Z„=5mm

Hìh 215 quan hệ Vpr=Nha Hạ) ứng với Z„=6mm

Hình 2.16; Biểu đổ quan hệ Vụ lu, Hy) ứng với

2.17 Ê Vor = fZ„ hạ Vag) ứng với H„=40m.

Hình 218 Biểu đồ quan hệ Vụ = íZ„ hạ Veg) ứng với

DANH SÁCH CÁC BANG BIEU Bang 1.1: Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [10] 4

Bảng 2.1: Quan hệ giữa cột nước áp lực khí trời và cao độ [1] 6 Bảng 2.2: Trị số của cột nước áp lực phân giới [1] 26

Bảng 23: Các dang miu gồ ghề đặc trưng và tị số Ky tương ứng

28

Bang 2.4: Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt của một số vật liệu chính 29

Bảng 2.5: Các Seti tinh toán series 3 Bảng 2.6: Tọa độ đường cong mặt trin Ophixerop

Bảng 27: Kết quả vẽ đường mặt nước trên trần Hạ = 80m, hạ

42

Bảng 28: Quan hi KCWZ, hà) ứng với Hạ=dÐm

46Bảng 29 Quan hệ KCWZ, hạ) ứng với H„=60m

AT Bảng 210 Quan hệ KERZA, hai ứng với Hạ=80m

AB Bảng 2.11: Quan hệ KEÑZ, hạ) ứng với Hạ=l00m

49 Bảng 212 Quan hệ Vụ=lhuH,„) ứng với Z y= 2mm

50 Bản 213 Quan hệ Vpi=fh¿H„) ứng với

JI Bảng 2l Quan hệ Vụ=fhuH„) ứng với Z4=imm

S52 Bảng 215 Quan hệ Vm=lhuH„) mg với ZS

3Bảng 216 Quan hệ Vụ=lhuH„) ứng với Z„=6mm

54 Bảng 2.17; Quan hệ Vụ=fhuH„) ứng với

55 Bảng 218 Quan hệ Vạr=lZ4.h,Vạ) ứng với Hạ=40m

Bảng 219: Qun hệ Vạr-fZahaV„) ứng với Hạ=60m

Bảng 220 Quan hệ Vọr=fZ,huVạ) ứng với Hạ=§0m

Bảng 221: Quan hệ Vpr=f(Z„.h„,V;;) ung với H,„=100m

¬ 62

Bảng 3.1: Thông số chính công trình thủy điện Xekaman 1 [6] 68

Bang 3.2: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tran thủy điện Xekaman L 76

Bảng 3.3: Kết quả tính toán kiêm tra khí hóa với Zp =6mm - 77

Bảng 3.4: Tổng hop kết quả tinh toán kiểm tra khí hóa với các trị $6 Zm 78

Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí thực mặt tràn Xekaman 1 (Bê tông M30, Vụy= 14,17m/s) ¬ 80

Bang 3.6: Thông số tính toán bộ phận tiếp khí - 2 22+2z22252c+zz 83 Bảng 3.7: Bang kết qua tinh toán bộ phận tiếp khí ¿2 ©z2+se2S8 Phu lục 1.1: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hy=8m, H„„=40m _— 95

Phu lục 1.2: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hy=l0m, H/„=40m ——.- 96 Phụ lục 1.3: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hy=12m, Hm=40m — - 97

Phụ lục 1.4: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hạ„=l4m, Hy.=40m — - 98

Phu lục 1.5: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hy=8m, Hạ„=6Ö0m — - 99

Phu luc 1.6: Két qua vẽ đường mặt nước trên tran hy=l10m, H„=60m _—— 100

Phụ lục 1.7: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hạ„=l2m, H„=60m

— 101

Phụ lục 1.8: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn hy=14m, H,„=60m

Phụ lục 1.9: Kết quả vẽ đường mặt nước trên trin hy=8m, H„=80m

Phu lục 2.2: Tổng hợp kết quả tinh toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A

ứng với H,„„=60m 5s series LIé

Phy lục 2.3: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A

Phụ lục 2.6: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T ứng với Hạu=60m 122

Phụ lục 2.7: Tổng hợp kết quả tính toán kiếm tra khả năng khí hóa, khí thực tai T

ứng với Hạu=8Ôm : : 124

Phy lục 2.8: Tổng hợp + quả tinh toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T mwm 126

Phy lục 4.1: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Z„=2mm 136.

Phy lục 4.2: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Z„=3mm 137 Phy lục 4.3: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Z„=4mm 138 Phụ lục 4.4: Tổng hợp kết quả tinh toán kiểm tra khi hóa khi Z„=5mm 139 Phy lục 4.5: Tổng hợp kết quả tinh toán kiểm tra khí hóa khi Z„=6mm 140

Phy lục 4.6: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Z„=7mm 141

Phy lục 4.7: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Z„=8mm 142

Phy lục 4.8: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Z„=9mm 143 Phụ lục 4.9: Tổng hợp kết quả tinh toán kiểm tra khí hóa khi Z,.=10mm, 4

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thực tế xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện hiện nay có rất nhiều hồ chứa vừa và lớn Các đập tràn tháo nước trong công trình đầu mối của các hồ chứa vừa là lớn là các đập tràn cao được xây dựng bằng bê tông cốt thép.

Đối với bề mặt đập tràn, khí hóa có thể xuất hiện ở dạng tông thé hoặc

cục bộ Theo điều kiện an toàn, đập tran cao thường áp dụng loại mặt tran

không chân không (dạng WES hoặc Criger-Ofixerov) Do đó dạng khí hóa

tong thé trên mặt tràn không xây ra Trong quá trình thi công hoặc khai thác

đập tràn cao có thể hình thành các gồ ghé cục bộ Hình dạng mau gồ ghê cục

bộ rất phong phú và mang nhiều yếu tố ngẫu nhiên Vi vậy với các đập tràn cao hiện tượng khí hóa, khí thực trên mặt tràn xuất hiện chủ yếu do các gồ

ghé cục bộ.

Khi dòng chảy có lưu tốc lớn đi qua các vị trí có gồ ghề cục bộ, các dòng tia sẽ không còn bám sát thành rắn, tạo nên chân không ở phía sau các

mau này Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân giới thì sẽ hình

thành khí hóa và có thé dẫn đến khí thực phá hoại trên bề mặt của đập tràn Vì

vậy, nghiên cứu khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên đập tràn

cao có tính khoa học và thực tiễn, dé giải quyết cấp thiết một van đề xây dựng

đập tràn nói riêng cũng như các công trình tháo nước nói chung.

2 Mục dich của dé tài

- Nghiên cứu khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên đập

tràn cao.

- _ Giải pháp công trình đề phòng khí thực.

- Tinh toán áp dung cho đập tràn công trình thủy điện Xekaman 1.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a Cách tiếp cận

- _ Từ thực tế: Các trường hợp đập tràn khi vận hành đã có xy ra khí thực.

- Tiếp cận từ các điều kiện kỹ thuật: Công trình phải đảm bảo điều kiện

bên, ôn định.

b Phương pháp nghiên cứu

- Ké thừa các nghiên cứu trước đó đã có.

- Thu thập tài liệu từ công trình thực tế.

- Phan tích khả năng xây ra khí hóa và khí thực trên mặt đập tràn.

- Ung dụng cho công trình thực tế.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE XÂY DUNG CÁC DAP TRAN CAO VÀ

VAN DE KHÍ THUC TREN MAT TRAN

1.1 Tinh hình xây dung đập bê tông trọng luc và dap tran cao ở Việt

Nam.

1.1.1 Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện trên thé giới

Từ xa xưa con người đã biết đắp đập trữ nước, chủ yếu dùng cho sinh hoạt và nông nghiệp Dấu tích các đập ít nhất từ 3.000 năm trước công nguyên đã tìm thấy ở Jordan, Ai Cập va vùng Trung Đông Nhưng từ nửa sau

của thế kỷ XX, xây dựng đập mới trở thành một trào lưu mạnh mẽ do nhu cầu

phát triển công nghiệp, thủy điện và phòng chống lũ Theo thống kê năm 1998

của Uỷ ban đập nước thế giới (World Commission on Dams — WCD), nhân

loại đã xây dung được 47.655 đập cỡ lớn ở 140 nước trên thế giới Năm nước

có nhiều đập nhất là Trung Quốc có 22.000 đập, Mỹ 6.575 đập, Án Độ 4.291

đập, Nhật Bản 2.675 đập và Tây Ban Nha là 1.196 đập Theo khu vực đứng

đầu là châu A với 31.340 đập, tiếp theo là Tây Au 4.277 đập, Châu Phi 1.299 đập, Đông Âu 1203 đập, Nam Mỹ 979 đập, Bắc và Trung Mỹ 801 đập.

Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nước có nên kinh tế nông nghiệp, tài nguyên nước có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền vững của đất nước Lịch sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn liền với sự hình thành của hệ thống đê điều chống lũ hàng ngàn năm với hệ thống kênh rạch để mở mang vùng đất mới, phát huy mặt lợi của nước, hạn

chế mặt hại để tồn tại và phát triển Cũng chính nhờ lợi thế đó, một nền văn

minh lúa nước đã hình thành từ nghìn năm ở Dong bằng sông Hong và di cư

vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm trước đây.

Tuy vậy, nhưng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống

đâu môi thủy lợi ở nước ta chậm hơn so với các nước phát triên trên thê giới.

Từ khi nước Việt Nam dân chủ cộng hòa ra đời nhất là sau khi hòa bình lập

lại, thủy lợi nước ta mới thật sự trở thành một ngành thuộc kết cấu hạ tầng

kinh tế - xã hội được ưu tiên đầu tư Đến nay cả nước có khoảng 10.000 hồ

chứa lớn nhỏ trong đó có khoảng 500 hồ chứa có đập lớn đứng hàng thứ 16

trong số các nước có nhiều đập cao trên thế giới Trong số các đập có chiều

cao nhỏ hơn 60m thì đập vật liệu địa phương chiếm tới hơn 80%, còn đối với

đập có chiều cao lớn hơn 60m thì đập bê tông nói chung và đập bê tông trọng

lực nói riêng lại chiếm một tỷ lệ đáng kể Đầu mối các công trình Bản Chat,

Bản Vẽ, Hua Na, Trung Sơn, Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Sơn La, Lai

Châu, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Tân Giang, Lòng Sông, Định Bình, Nước

Trong có các đập bê tông trọng lực lớn và đập tràn cao với khối lượng tới

hàng triệu mỶ, chiều cao đập đến hàng trăm mét.

1.1.2 Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có

Gắn liền với các hệ thống đầu mối thủy lợi nêu trên là các công trình tháo lũ, làm nhiệm vụ tháo phần nước lũ không thể chứa trong hồ, có khi

chúng còn được đặt ở dưới sâu và đảm nhận việc tháo cạn một phần hay toan

bộ hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa.

Công trình tháo lũ trên các hệ thống đầu mối thủy lợi rất đa dạng Dưới

đây là bảng thống kê các công trình có đập trọng lực và đập tràn cao ở Việt

Nam.

Bảng 1.1: Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [10]

Năm | Chiều Qxá | Dung | Dung

An SA ` A Loai ` SA cà tích tích

Tên công trình | xây A cao | Hình thức tràn | max x ĐA wy

dun dap Hmax (m/s) toàn bộ | hữu ich

tiểu (105m) | (105m?)

Xp: ` 2003- Dap tran+ mũi

Hồ Dinh Bình 2006 | P 50 phun

kao 2004- Doc nước +

Ho Cửa Dat 2009 C 118,5 Tiêu năng đáy 11.594| 1.364,8| 1070,8

Hô Nước Trong | 2006- | D 72 Đập tràn + bê

Năm |xu„,| Chiều axa | Dụng | Dune

'Tên công trình | xây 108 cao | Hình thức tran | max | ch teh

Thủy điệnlaly | Ủy; B | 69 |Trine6cia - | 13733 7T9

jm thuận | 1996- Đốc nước + mũi

TÐHàmthuận | Soop |B | 935 | bee

To Quine [Gann | C | T0 | made ti

TD Tuyên 2002- Đập trăn + đốc

Quan, 2007 C | 9%? | nướct mũi phun

TD pd 2005- cố cửa + MỗiTP Bing Nai3 | 2y | P| 108 lạm 10400

Ghichi: -A: Dap đất ~B: Đập đá dé có lõi chống thắm.

~ C: Đập đá đỗ bê tông bản mặt - D: Bê tông dim lăn

~ E: Bê tông thường

Hình 1.2: Đập tràn và Đập dâng hồ chứa nước Cửa Đạt

Hình 1.3: Đập tràn và Đập dang Công trình thủy điện Đồng Nai 4

E01) meg 6i pee Shee a m k

1.2 Dieu kiện làm việc của đập tràn cao.

Đôi với công trình tháo nước nói chung cũng như đôi với đập tràn cao

nói riêng thì dòng chảy qua đập có lưu lượng và lưu tốc lớn, nó tác động đến

quá trình làm việc của công trình tháo nước.

Các dòng chảy cao tốc có những nét đặc thù sau:

- Co mức độ xáo trộn mãnh liệt, mạch động áp lực, lưu tôc có tri sô

lớn, ảnh hưởng trực tiếp tới ôn định và độ bền công trình.

Quán tính của don vị thé tích nước rất lớn, trong khi trở lực của độ nhớt không thé hiện rõ ràng.

Dòng chảy rất nhậy bén với đường biên: Các nhiễu động phát sinh tại một điểm bat kỳ trong dòng chảy có thé được truyền đi và gây

ảnh hưởng trong một phạm vi rất rộng xuôi theo chiều dòng chảy.

Khi xem xét xử lý các hiện tượng thủy lực đặt biệt trên đập tràn có cột nước cao cân phải xét tới tác dụng của dòng cao tôc tác dụng lên tràn

1.2.1.

Đặc trưng mạch động của tải trọng thủy động gây nên ứng suất mỏi

trong kết cấu.

Khí thực và xâm thực khí thực trên bề mặt đập tràn.

Hàm khí và thoát khí làm thay đổi chiều sâu dòng chảy gây chấn

động hoặc nước va trong đường xả kín.

Sự hình thành và truyền sóng nhiễu trong lòng dẫn không áp.

Khả năng mài mòn thành lòng dẫn khi dòng chảy mang theo nhiều

bùn cát thô.

Tác dụng của khí thực

Khi dòng chảy có lưu tốc lớn trên đập tràn đi qua các vị trí có gồ ghé cục bộ, các dòng tia sẽ không còn bám sát thành rắn, tạo nên chân không ở

phía sau các mau này Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân giới thì sẽ xuất hiện hàng loạt bong bóng chứa hơi nước, khi đó hình thành khí hóa Các bong bóng chứa hơi nước sẽ được dòng chảy cuốn theo đến vùng

có áp suất cao hơn, chúng bị ép mạnh từ mọi phía và bị tiêu hủy Nếu sự tiêu hủy này xảy ra dồn đập ở gần bề mặt tràn sẽ tạo ra một xung lực lớn và lập lại

nhiều lần làm cho bê tông mặt tràn bị mỏi, dẫn đến bong rời, khi đó hiện

tượng khí thực hình thành trên bề mặt tràn Khí thực thường phá hoại bề mặt

tràn trong một phạm vi nhất định gọi là hố xâm thực.

Dưới đây là một vài trường hợp về xâm thực khí thực trên các công trình tháo trên thé giới và Việt Nam trong thời gian gần đây:

- Đập tràn Thác Bà:

Đập tràn Thác Bà bắt đầu xây dựng vào năm 1971, mặt tràn dang

Ophixerop, tràn gồm 3 khoang x 10m có cửa van, khoang giữa có mũi phóng,

hai khoang bên theo sơ đồ tiêu năng đáy, sân tiêu năng dài 28,6m, ở cuối có

bồ trí 7 mồ tiêu năng, giữa các mé là mũi phun thấp hình nêm Năm 1990 tràn

xả lưu lượng Q = 1.300m”/⁄s qua 3 khoang khi mực nước hạ lưu ở cao trình 27,65m (sân sau ở cao trình 20m) Nghiên cứu điều kiện làm việc của đập tràn

cho thấy với lưu lượng nay thì chiều dai sân không đủ dé tạo nước chảy ngập

trong bê ứng với mực nước hạ lưu là 27,65m, dòng chảy trên bề mặt vẫn là

dòng chảy xiết, với vận tốc tại đáy bé là 22,8 — 25m/s, do đó tại các mũi phun

sẽ sinh tách dòng tạo chân không dẫn đến khí thực Kết quả là mặt sân tiêu

năng giáp với các mồ 5, 6 bị bong tróc bê tông từ 10+20cm, tro cốt thép dọc, cốt thép ngang bị đứt, các thành đứng của các mũi phun thấp hầu hết dưới

chân bị bóc rỗ sâu 5+ 10cm (hình 1.1) Đây là hậu quả của xâm thực khí thực

do bề mặt có gồ ghé cục bộ và đường viền của các mũi phun thấp có cau tạo

chưa hợp ly [1].

Hình 1.6: Xâm thực mũi phun cuối bề ở đập tràn Thác Bà

- Hệ thong đập Bái Thượng — Sông Chu (Thanh Hóa)

Hệ thống được xây dựng vào năm 1920, hoàn thành năm 1926, trong hệ

thống có đập tràn trọng lực ngăn sông Chu để dâng nước đưa vào hệ thống

công trình dẫn nước Sau 3 năm vận hành (năm 1929), hiện tượng xâm thực

đã xuất hiện ở hạ lưu đập, mỗi năm theo thời gian phát triển thêm và làm xói chân đập tràn sâu đến 2m, đã phải xử lý bằng cách đắp vào 3000mỶ đá Sau đó đập vẫn tiếp tục bị phá hoại ở các năm 1939, 1942, 1952, 1980 Đến năm

1988, mặt đập bị xói mòn, lở nhiều chỗ, lớp bê tông bảo vệ trên mặt đập bị bào mòn 3-5em, các răng trên mặt đập bị rỗ, có chỗ sâu đến 0,7 đến 0,8m, chân đập bị xói mòn, khoét sâu dạng hàm ếch từ 0,4-0,8m va dài 2-3m Sự phá hủy bê tông và công trình đập Bái Thượng thì do nhiều nguyên nhân

nhưng trong đó có sự tham gia của hiện tượng khí thực và sự tác động cùng

lúc của nó với các yếu tố khác làm cho tốc độ và mức độ hư hỏng càng lớn

hơn [2].

- Tran xa lũ Nam Thạch Han — Quang Trị:

Tran bắt đầu khởi công từ năm 1978, kiểu ngưỡng tràn đỉnh rộng, nối

tiếp sau là đốc nước Tháng 10/1983 tran xả với lưu lượng 7.000m”/⁄s Kết qua

ngưỡng tràn và đốc nước bị hư hỏng nặng Trên mặt tràn quan sát thấy nhiều

chỗ lớp vữa xi măng bị bong ra, chỉ còn trơ lại các hòn sỏi, nhiều chỗ trơ cốt thép, có chỗ bê tông bi xói sâu vào thành 0,2+0,3m Đó là do hiện tượng khí thực gây ra (hiện tượng này xảy ra với vận tốc bình quân V= 15m/s) [1].

- Tran xả lũ hô chứa nước Kẻ Go - Hà Tĩnh:

Công trình được thiết kế xây dựng từ những năm 1970 đến năm 1979

và chính thức bàn giao đưa vào khai thác sử dụng từ năm 1987, với tần suất lũ

thiết kế P=0,5%, ứng với lưu lượng thiết kế Q+y = 1.080m*/s Có tràn xả lũ

gôm 2 cửa, chiêu rộng mỗi cửa là B = 10m, hình thức tran xả sâu, kiêu đập

tràn thực dụng, điều tiết bằng cửa van cung Dốc nước và mũi phun bố trí theo

hình thức mở rộng dan, với góc cửa mở a = 12°12’, chiều rộng đầu dốc nước

21m và cuối mũi phun 36m, chiều dài dốc nước 23,5m, chiều dài máng phun 39,5m, độ dốc dốc nước va máng phun thiết kế là i = 0,1, doc thân đốc nước

bố trí một tường phân dòng nối liền từ trụ pin đến cuối mũi phun Ngoài tràn

xả lũ chính còn bồ trí 2 cửa tràn kết hợp với công lấy nước, chiều rộng mỗi cửa Bp = 3m, kiểu đập tràn thực dụng điều tiết bằng cửa van cung, với lưu lượng thiết kế Qprx = 296 m’/s.

Sau hơn 20 năm khai thác sử dụng, công trình đã phát huy tốt các

nhiệm vụ điều tiết lượng nước trong hồ và xả lượng nước thừa về trong mùa

lũ Qua đánh giá thực tế thì ở phần mũi phun đã xuất hiện hiện tượng xâm thực do khí thực, bề mặt mũi phun xuất hiện các lỗ với chiều sâu từ 2 — 3cm,

có chỗ sâu tới 5cm và đã bị lộ cốt thép ra ngoài (hình 1.7) [1].

Hình 1.7: Hiện tượng khí thực xâm thực bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [1]

- Tran xả lũ hô chứa nước Nui Cóc — Thái Nguyên:

Công trình được khởi công xây dựng từ năm 1973, được đưa vào khai

thác sử dụng năm 1982, với lưu lượng thiết kế Q+y = 830 m’/s (P = 0,5%), B,= 3 x 8m, hình thức tran xả mặt, ngưỡng tràn mặt cắt hình thang mái thoải, điều tiết băng cửa van cung Chiều dài đốc nước 20m, chiều dai máng phun,

kế cả mũi phun 40m, độ dốc i = 0,125, kết cau dốc nước và máng phun bằng

bê tông cốt thép M20.

Qua 22 năm khai thác sử dụng đã có xuất hiện hiện tượng xâm thực do khí thực ở phần máng phun và mũi phun [2].

1.2.2 Ảnh hướng của hàm khí và thoát khí đến sự làm việc của đập tràn

Khi thiết kế các đập tràn cao có lưu tốc dòng chảy lớn, phải giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến hiện tượng hàm khí Do hàm khí, thể tích hỗn hợp

nước - không khí tăng lên nên đối với lòng dẫn không áp thì cần tăng chiều

cao thành bên.

Do hàm khí các tia phóng xuống hạ lưu sẽ làm giảm tầm phóng của tia

và tạo các đám mây bụi nước làm phức tạp các điều kiện khai thác các thiết bị

cơ điện (do độ âm tăng lên) và gây bat lợi cho 6n định các mái bờ đốc nối tiếp

với công trình.

Ở đập AtXoan (Ai Cập) các tia có tầm phóng tới 150m, đọc con đường

năm trên bờ đá dốc bị bao phủ bởi một lớp bụi nước làm cản trở giao thông ngay từ khi bắt đầu khai thác công trình Mái dat bị bão hòa nước dẫn đến mat

ồn định làm cho đường giao thông bị phá hoại.

Tuy vậy, khác với khí thực, sự hàm khí dòng chảy trong công trình

không phải bao giờ cũng gây hại Ngược lại, sự hàm khí ở lớp dòng chảy sát

thành có tác dụng hạn chê khả năng xâm thực, giảm mức độ gây xói của dòng chảy Ngoài ra, hàm khí còn làm giâu oxi cho nước, giúp cải thiện môi trường

của dòng nước khi chảy xuống hạ lưu.

Di kém theo hàm khí là sự thoát khí, hiện tượng nay có ảnh hưởng đến

điều kiện làm việc của các công trình xả kiểu kín Sự thoát các bọt khí ra khỏi nước và tu lại trên trần sẽ dan tạo ra các bọt khí trên đó, làm giảm mặt cắt ướt của dòng chảy Việc đây các bọt khí này ra khỏi đường dẫn nước có áp sẽ kéo

theo hiện tượng nước va.

1.2.3 Ảnh hưởng của sóng

Trong dòng chảy xiết thường hình thành sóng do kết quả tác động qua

lại giữa dòng chảy với thành rắn làm đổi hướng dòng chảy Sóng cũng tự hình

thành một ngẫu nhiên từ phía mặt thoáng Sóng trong dốc nước biéu hiện dưới dạng các sóng dừng hay hình thức nước nhây xiên, còn trong trường hợp sau

ở dang các sóng lăn (sóng chạy) Ca hai loại sóng đều ảnh hưởng có hại tới sự làm việc của công trình: làm tăng chiều cao mực nước trong dốc nước, làm

xau đi các điều kiến nối tiếp hạ lưu, có khả năng gây dồn ép không khí trong

các đường tháo nước kín Các sóng lăn còn làm gia tăng tải trọng động lên

công trình.

1.2.4 Sự mài mòn bề mặt

Khi xả nước qua đập tràn hoặc các cửa xả đặt cao thì nước xả thường chứa ít bùn cát Bùn cát chỉ xâm nhập các cửa xả khi chúng đã lâp đây dung

tích hồ chứa, hoặc khi phải tháo cạn hồ bằng các cửa xả đảy.

Sự mài mòn tường va đáy đường xa, các thiết bị tiêu năng hạ lưu diễn

ra ở nhiều công trình, chăng hạn ở đập Anderson — Reng (Hoa Kỳ), bùn cát đã

mài mòn lớp bọc kim loại của đường ham dài tới chiêu sâu 7cm khi tháo lưu

lượng thi công với vận tốc V=9m/s.

1.2.5 Sự pha hoại do tac dụng của tải trọng động

Với các công trình xả có cột nước cao, năng lượng thừa của dòng chảy

xuống hạ lưu là rat lớn Việc sử dụng các mồ tiêu năng và mồ phân dòng dé

giảm chiều sâu đào bề và làm giảm năng lượng dòng chảy ở hạ lưu bị hạn chế

do khả năng phát sinh khí thực Vì vậy trong nhiều trường hợp, việc áp dụng

tiêu năng bằng mũi phun là rất hợp lý Ở đây xin dẫn chứng một số ví du dé

chứng minh tâm quan trong của việc chọn sơ đô nôi tiép hạ lưu.

Ở đập Vacô (Hoa Ky), chiều dai của tam tiêu năng chon dam bảo với chiều dai của nước nhấy (nối tiếp chảy đáy) Kết cấu gia cé hạ lưu như vậy

hoàn toàn đảm bảo chế độ làm việc bình thường của công trình Tuy nhiên,

sau 16 năm khai thác đã xây ra xói lớp gia có hạ lưu Thể tích vật liệu bi bong

ra (gồm bê tông và đá nền) lên tới 380.000m”, chiều sâu tới 6,7m.

Đập tràn của công trình XupKhun (Triều Tiên) có chiều cao H=107m, chiều dai khoảng 370m, cột nước trên đỉnh 6,5m Tam tiêu năng dai 30m có mũi phun ở cuối để tạo cơ chế độ chảy mặt ở sân sau Khi xả nước trong thời gian 11,5 tháng với lưu lượng don vị trên tam tiêu năng là 22,8-31,4m°/s.m và

lưu tốc 35m/s, tam tiêu năng bị bẻ gay, nền đá bị xói, chiều sâu phá hoại đạt tới 4.8m, thể tích bê tông bị cuốn đi chiếm 1/3 tổng thể của tắm tiêu năng Nguyên nhân của sự cô là do không đặt các thiết bị thoát nước thấm từ nền và không neo chặt tam vào nền Một phan của tam tiêu năng được đúc băng cách

đồ bê tông trong nước do thi công không có biện pháp thoát nước thấm làm

khô hố móng Trong biện pháp sửa chữa đã bố trí các lỗ thoát nước và neo

chặt tâm tiêu năng vào nên, do đó công trình lại làm việc an toàn.

Đập tràn cao làm việc với cột nước trên mặt tràn lớn khi xả lũ với lưu

lượng lớn, dòng chảy có vận tốc cao Mạch động lớn của vận tốc và áp suất có

thê tác dụng vào đường biên làm cho kết cấu thanh mảnh bị chấn động, bị phá hoại Cục bộ có vùng phát sinh áp suất thấp, xuất hiện chân không dẫn đến khí thực Dòng chảy có hiện tượng trộn khí, trên đường dẫn xuất hiện các

sóng xung kích.

1.3 Cac nghiên cứu về khí thực trên mặt tràn.

1.3.1 Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn của thế giới

Vẫn đề khí thực ở các nước trên thế giới từ lâu đã được quan tâm Ghi nhận đầu tiên va sự phá hoại bởi khí thực là tại đập Hoover Sau khi nghiên

cứu người ta kết luận răng nguyên nhân chính là do lòng dẫn không được xử

lý tốt và dòng chảy không thuận, người ta cũng thấy rằng công tác bê tông cần phải được xem xét một cách nghiêm túc Tại thời điểm đó khái niệm độ nhám

bề mặt và vai trò của việc xử lý bề mặt chưa được rõ ràng Cuối năm 1981, việc xử lý bề mặt sử dụng cho đường tràn có lưu tốc lớn đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn Trong năm 1981, cuốn “Hướng dẫn công tác bê tông” được phát hành ở Mỹ và được sử dụng rộng rãi cho tất cả các đập tràn có lưu tốc

dòng chảy lớn hơn 23m/5.

Trong năm 1961, lợi ích của việc lắp đặt bộ phận tiếp khí trong việc

ngăn ngừa khí thực đã được chứng minh ở đập Grand Coulee, bộ phận tiếp

khí đầu tiên được lắp đặt trên đường tràn là tại đập Yellowtail vào năm 1967.

Tuy nhiên lúc này người ta vẫn chưa hoàn toàn tin cậy vào bộ phận tiếp khí,

do đó phan hạ lưu tràn góc dốc 1:100 và bề mặt được sơn phủ epoxy Kết qua

vận hành chứng minh hiệu quả khi sử dụng bộ phận tiếp khí, khi góc dốc ở hạ

lưu tuynen 1:20 và không sơn epoxy.

dụng thành công ở đập Bratxcaia (phương án sửa chữa năm 1967), đường tran

thủy điện Nurêch (1978) và nhiều công trình khác.

Đến nay đã có hơn 100 công trình của các nước đã sử dụng phương pháp tiếp khí vào dòng chảy để phòng ngừa khí thực Kết quả vận hành chứng minh hiệu quả khi sử dụng bộ phận tiếp khí là rất tốt Trung Quốc áp dụng phương pháp tiếp khí vào dòng chảy này từ những năm 1970, sau đó phát triển rất nhanh Trên các công trình xả lũ của các công trình Điều Giang Độ,

Phùng Gia Sơn, Đông Giang, Dương Hiệp, Fengman, Thạch Đầu Hà đều

bố trí bộ phận tiếp khí.

1.3.2 Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn ở Việt Nam

Nghiên cứu tính toán về khí thực trên đập tràn nói riêng, công trình

thủy lợi nói chung ở nước ta trong thời gian qua chưa được chú trọng đúng

mức Trong khi đó, những năm gan đây đã ghi nhận càng nhiều các sự cô hư

hỏng công trình do các nguyên nhân có liên quan đến hiện tượng khí thực như

ở các đường tràn công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Kẻ Gỗ, Núi Cốc, Phú Ninh Điều nay đòi hỏi trong tính toán thiết kế cũng như thi công

xây dựng các công trình mới phải đề cập đầy đủ hơn các vấn đề dự báo khí

thực trong công trình thủy lợi, cũng như áp dụng các biện pháp kỹ thuật

chuyên môn đề phòng sự cố Ngoài ra các công trình đã được xây dựng cũng cần phải tiến hành tính toán kiểm tra và áp dụng các biện pháp sử lý khi cần thiết.

Thời gian gần đây ở Việt Nam cũng đã nghiên cứu áp dụng phương pháp tiếp khí vào dòng chảy trên công trình tháo nước như: đường tràn của hồ

chứa nước Cửa Dat — Thanh Hóa, thủy điện Son La, thủy điện Lai Châu.

Năm 2006, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành tiêu chuẩn ngành về tính toán khí thực (14 TCN 198: 2006) Năm 2012, tiêu chuan này được chuyên thành tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 9158: 2012) Một số

nghiên cứu về khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên các bộ phận của công trình tháo nước cũng đã được công bồ trong thời gian gần đây như: Kiểm tra khí thực ở các đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn của thủy điện Lai Châu — Nguyễn Chiến, Nguyễn Thái Bình - Tạp chí KHKT Thủy lợi & Môi trường số 42 — 2013 [2]; Giải pháp phòng khí thực cho các thiết bị tiêu năng

sau đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn Hồ Nước Trong — Nguyễn Chiến,

Phạm Hồng Hưng - Tạp chí KHKT Thủy lợi & Môi trường số 30; Tính toán khí thực các công trình thủy Lợi - Nguyễn Chiến (2003) — Nhà xuất bản Xây

dựng; Nguyễn Chiến Tính toán bộ phận tiếp khí để phòng khí thực trên mặt

tràn và đốc nước của công trình tháo nước Tạp chí KHKT Thủy lợi và Môi trường số 16 Hà Nội 2007; Nguyễn Chiến, Phạm Nguyên Hùng Tính toán

sự phân bố của hàm lượng không khí trong dòng chảy hở trên các công trình tháo nước Tạp chí KHKT Thủy loi và Môi trường số 18 Hà Nội 2007.

Về khí thực trên mặt tràn, mặc dù đã có một số nghiên cứu như đã nêu trên, nhưng chưa có công trình nào thực hiện việc nghiên cứu tổng quát về khả năng khí hóa và khí thực trên mặt tràn phụ thuộc vào các thông số khác nhau như chiều cao mặt tràn, cột nước tràn, độ gồ ghé bề mặt và độ bền của

vật liệu bê mặt tràn.

1.3.3 Một số hình ảnh về bé trí thiết bị tiếp khí trên công trình tràn tháo lũ

Hình 1.8: Bố trí hệ thống ống dẫn khí trên trụ pin đập tràn

a> Hubert (COHANSOTM 2005

20

1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận văn.

Nghiên cứu khả năng xuất hiện khí hóa và khí thực ứng với các trường

hop Hx, Hm, Rp, Zm khác nhau Trên cơ sở phân tích mối quan hệ giữa 4

thông số trên đưa ra lựa chọn vật liệu cho thiết kế đập tràn Tính toán kiểm tra lại nếu trên bề mặt tràn vẫn xuất hiện khí thực thì cần thiết phải tính toán thiết

kế bộ phận tiếp khí để phòng tránh khí thực.

Tính toán cụ thể để kiểm tra khí hóa, khí thực và thiết kế bộ phận tiếp

khí nếu xuất hiện khí thực cho đập tràn công trình thủy điện Xekaman 1.

1.5 Kết luận Chương I

Với những nội dung nghiên cứu ở chương | cho thấy được rang, van dé khí thực là một vấn đề quan trọng trong thiết kế, thi công các công trình thủy lợi nói chung và công trình tháo nước nói riêng Khí thực có tác động rất lớn

vào quá trình làm việc cũng như tuổi thọ của các công trình tháo nước; trong khi đó đối với hệ thống đầu mối của các công trình thủy lợi, thủy điện thì công trình tháo nước đóng một vai trò hết sức quan trọng Vì vậy, khí thực

không những chỉ ảnh hưởng đến cả hệ thống đầu mối, có thể phá hoại hoặc ảnh hưởng đến quá trình làm việc của cả hệ thống Nhận thấy vai trò và tầm quan trọng nảy, các nước trên thế giới có nền thủy lợi phát triển đã dần dần chú trọng và xem xét những vấn đề này trong khi tính toán, thiết kế xây dựng

các công trình tháo nước Ở Việt Nam, trong những năm gần đây cũng đã bắt đầu nghiên cứu vấn đề này khi tính toán thiết kế các công trình có quy mô

lớn Luận văn đặt nhiệm vụ nghiên cứu tổng quất về khả năng khí hóa và khí

thực trên mặt tràn và áp dụng cụ thể cho trường hợp của đập tràn thủy điện

Xekaman 1.

CHUONG 2: NGHIÊN CỨU TONG QUÁT KHẢ NĂNG KHÍ THUC

TREN DAP TRAN

2.1 Nhiệm vu và phạm vi nghiên cứu.

2.1.1 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Nghiên cứu khả năng xuất hiện khí hóa ứng với các chiều cao mặt tràn, cột nước thiết kế và chiều cao mau gỗ ghé khác nhau.

Kiểm tra khả năng xấy ra khí thực sau khi xuất hiện khí hóa ứng với các

mác bê tông mặt tràn khác nhau.

Phân tích quan hệ Hm, Zm., Vọr, Ry trên các biểu đồ dé xác định kha năng khí thực, lựa chọn vật liệu phù hợp với các thông số thiết kế cụ thể của

đập tran dé phòng khí thực.

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu.

Khả năng xuất hiện khí thực trên mặt tràn phụ thuộc vào các yếu to:

chiêu cao dap, mac vật liệu, độ gô ghê cục bộ trên mặt tran

Xét các trường hợp đập tràn phi chân không (Ophixerop) có các thông

số thay đổi như các đập tràn cao đã xây dựng ở Việt Nam:

- Chiều cao mặt tràn: Hy, = 40m, 60m, 80m, 100m (tinh từ điểm thấp

nhất của mũi phun đến ngưỡng tràn).

2.2.1 Kiểm tra khí hóa.

2.2.1.1 Khái niệm về khí hóa [1]

Khí hóa là hiện tượng xuất hiện hàng loạt bong bóng chứa khí và hơi trong lòng chất lỏng ở điều kiện nhiệt độ bình thường nhưng áp suất bị giảm xuống dưới một trị số giới hạn gọi là áp suất phân giới, ký hiệu là Pio:

Đối với các công trình tháo nước (CTTN), chất lỏng được xét là nước,

hơi xuất hiện dưới dạng các bong bóng là hơi nước; áp suất phân giới chính là

áp suất hóa hơi của nước ở nhiệt độ tương ứng.

Như vậy điều kiện xuất hiện khí hóa tại một khu vực nào đó trong dòng

chảy là khi ở đó có:

P<Pp;, hoặc H<H;;,

trong đó:

P — áp suất tuyệt đối tại điểm đang xét;

H — cột nước áp lực tương ứng với P;

Pye — áp suất phân giới của nước;

H;; — cột nước tương ứng với Pp».

Các bong bóng khí được hình thành tập trung trong một khu vực nhất định của dòng chảy gọi là đuốc khí (hình 2.1) Phạm vi của đuốc khí có thể

dài, ngắn khác nhau tùy theo mức độ mạnh yếu của khí hóa.

2.2.1.2 Các thông số đặc trưng của khí hóa [1]

a Hệ số khí hóa (K)

Hệ số khí hóa là một đại lượng không thứ nguyên dùng để biểu thị mức

độ mạnh yếu của khí hóa trong dòng chảy, ký hiệu là K Giá trị của K tại một

bộ phận cụ thể được xác định như sau:

H;;- Cột nước áp lực phân giới (m).

b Hệ số khí hóa phân giới (Kye)

Hệ số khí hóa phân giới là giá trị của hệ số khí hóa K tương ứng với

trạng thái chớm khí hóa, nghĩa là khi các bong bóng khi mới bắt đầu hình thành Trạng thái này xác định bằng thực nghiệm với sự quan sát các bong bóng khí bằng mắt thường hay các máy đo chuyên dụng.

Sử dụng các giá trị K va Kye, điều kiện khí hóa của dòng chảy tại một

khu vực nào đó sẽ là:

KS Ky, (2.2)

Kye — hệ số khí hóa phân giới.

Trường hợp khống chế theo điều kiện (2.3) dẫn đến kích thước công trình quá lớn, không thỏa mãn điều kiện kinh tế thì có thể chấp nhận có khí hóa ở giai

đoạn đầu (khả năng xâm thực là rất nhỏ) Khi đó điều kiện khống chế:

K>0,85K„; (2.4

Trong công thức (2.3) và (2.4) trị số K được xác định theo công thức (2.1) với

các đại lượng xác định như sau: