Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt

Tuy nhiên khi điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi để bố trítràn hở chẳng hạn khi địa hình chật hep, bờ dốc, núi đá thì cần nghiên cứu bố trí các hình thức công trình tháo là khác

LỜI CẢM ƠN

Dé hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn nảy, tôi đã nhận

được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại

học Thủy Lợi Hà Nội.

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến qúy thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian

học tập tại trường.

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Chiến đã dành rất

nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi cùng quý thầy cô trong Khoa Công trình, Ban lãnh đạo Công ty

TNHH Đầu Tư và Xây dựng Cát Tường đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn tấm lòng của những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ khích lệ tôi trong suốt quá trình

học tập và hoàn thành luận văn này.

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn băng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp qúy báu của qúy thầy cô và các bạn.

Xin chân thành cảm ơn./.

Hà Nội, tháng 8 năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Bá Dũng

LỜI CAM ĐOAN

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

hoàn toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đã ghỉ trong lời cảm on,

Cc thông tin, tải liệu trình bày trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.

“Tác giả luận văn

Nguyễn Bá Dũng

MO DAU : : 1CHUONG I: TONG QUAN VE CONG TRÌNH THÁO LŨ KIÊU GIÉNG.

VA CÁC VAN DE THỦY LỰC TRONG GIENG THÁO LŨ v8

1.1, TONG QUAN VE XÂY DỰNG HO CHUA NƯỚC Ở VIỆT NAM 3 1.2 BAC DIEM HO CHUA VA DIEU KIEN UNG DUNG CONG TRÌNH THAO LŨ KIỀU GIÉNG cccvcvccscvsvvv sa1.2.1 Bổ trí công trình tháo lũ ở hỗ chứa 41.2.2 Đặc điểm bổ trí và làm việc của công trình tháo lũ kiểu giếng 131.2.3 Tinh hình áp dung công trình tháo lũ kiểu giếng 1

13 CÁC VAN DE THỦY LỰC ĐẶT RA KHI SỬ DỰNG CÔNG TRÌNH

"THÁO LŨ KIEU GIENG: oe 19 1.4 GIỚI HAN PHAM VI NGHIÊN CUU: F F F 20 CHUONG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THUY LỰC CÔNG TRÌNH THAO LŨ KIÊU GIENG : 21 2.1 CAC CHE ĐỘ DONG CHAY TRONG CÔNG TRÌNH THÁO LU KIEU

GIENG 2

2.1.1 Trường hợp miệng loa trin chay không ngập 21

2.1.2 Trường hợp chảy ngập ở miệng vào và giếng đứng „212.1.3 Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thống 2d2.2 TINH TOÁN KHẢ NANG THÁO NƯỚC CUA CONG TRINH UNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ CHẢY 212.2.1 Trường hợp chảy không ngập với ngưỡng vào là hình tròn ai

2.2.2 Trường hợp chảy ngập cửa vào và giếng đứng 2 3.2.3 Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thé 2

2.3.TINH TOÁN DOAN CHUYỂN TIẾP TỪ MIỆNG VÀO TỚI GIỆNG 272.3.1 Thiết kế miệng loa tràn 7

2.3.2 Kết cấu hướng đồng của loa trần ii ccecccccoce.32

2.3.3 Đoạn tiệm biến : „332.4 TÍNH TOÁN ĐOẠN BUONG HAM THÁO NƯỚC 34

2.5 KIEM TRA KHÍ THỰC CONG TRINH THÁO LU KIÊU GIÊNG 36

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 is: csecccessceeeecae.38

HUONG II: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO Mor PHUONG AN THIET

KẾ HÔ CUA ĐẠT 40

3.1 GIGI THIỆU CHUNG VE HO CUA ĐẠT 40

3.1.1 Giới thiệu công trình thủy lợi Cửa Đạt + 403.1.2 Các thông số kỹ thuật và kết cấu công trình: ort 3.2 CAC PHƯƠNG AN TRAN XA LU CUA HO CUA ĐẠT 43 3.3 TÍNH TOÁN KHẢ NANG THÁO NƯỚC QUA TRAN MAT 43.3.3.1 Khả năng tháo nước qua tràn mặt [8] 433.3.2 Tinh toán khả năng tháo nước qua tran mặt - phương án TÌ 453.3.3 Tính toán khả năng tháo nước qua tran mặt — phương án T2 483.4, TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LY CUA GIENG DUNG THEO PHƯƠNG AN 2 cccc “Ả 3.4.1 Đặt vấn đề, 493.4.2 Tinh toán xác định quan hệ Q, ~ Z (phương án GÌ) sl3.4.3 Kết quả tính toán cho phương án G2 (đường kính giếng D, 663.4.4 Kết quả tỉnh toán cho phương án G3 (đường kính giếng D, 70

3.5 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CUA MIỆNG VÀO

THEO PHƯƠNG ÁN 3 i22: s22 cece TS 3.5.1, Dat van đề so =mðAA , 3.5.2 Xác định khả năng tháo lớn nhất của giếng khi chảy ngập 75

3.6 TÍNH TOÁN DIEU TIẾT LU THEO CAC PHƯƠNG ÁN TRÀN 79

3.6.1 Mục đích tính toán

3.6.2 Tai liệu ding cho tính toán

3.6.3 Thông số và phương pháp tính toán chung s2 193.6.4 Tinh điều tiết lũ cho phương án I (tràn mặt 5 khoang) 81 3.6.5 Tính điều tiết l cho phương án 2 (4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy có.

áp), 84

3.6.6 Tinh điều tiết lũ cho phương án 3 (4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy

không áp) — 88

923.6.7 Nhận xét kết quả tinh toán điều tiết

3.7 Kết luận chương 3 ¬ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, a a a a —_-TÀI LIỆU THAO KHẢO, 99

PHU LUC 1 100 PHY LUC 2 : 107

PHU LUC 3 HS

Hình 1-6 Miệng vào giếng tháo lũ theo kiểu hoa hồng nhiễu cánh 10 Hình 1-7 Giếng tháo la Pontezi (Ý) [3] 10 Hình 1-8 Giéng tháo lũ trong công trình Melrin ở Iran [3] „se HD

Hình 1-9 Giếng tháo lũ trong thân đập dat [3] ilHình 1-10 Đường tran kiểu gáo [7] 12Hình 1-11 Các thành phần của giếng tháo lũ [7J soe l4Hình 1-12 Các vật nỗi bị hút vào giếng của dự án thủy lợi Phước Hòa 16Hình 1-13 Quan hệ Q ~ H của công trình tháo nước kiều giếng [1] 20

Hình 2-1, Sơ dé tính toán thủy lực của giếng tháo lũ [8] —.

Hình 2-2 Tính toán loa tran của giếng thảo lũ

Hình 2-3 Bố trí miệng vào giếng tháo lũ hỗ Phước Hòa

Hình 2-4 Sơ đồ kết cấu hướng dòng của loa tràn [$]

Hình 2-5 Khí thực trên đường him tháo nước [1] sn 36Hình 2-6 Vùng chân không trong giếng tháo lũ cột nước cao [3] 37

Hình 3-1 các dang mép vào của trụ pin [8] 4 Hình 3-2 các dạng trụ pin [8] : : 4

Hình 3-3 Dạng mặt cắt của đập tràn [8] 45 Hình 3-4 Biểu đồ quan hệ Qt ~ Zid, phương án TL 4 Hình 3-5 Biểu đồ quan hệ Q, ~ Zy, phường án T2 49

Hình 3-8.Mat cắt ngang him :

Hình 3-9 Biểu đồ quan hệ Q; ~ Zy, phương án GI

Hình 3-10 Biểu dé xác định các him fx, fe fw [2]

Hình 3-11 Biểu đỗ quan hệ Q, ~ Zụ, phương án G2

Hình 3-12 Biểu dé quan hệ Q, ~ Za, phương án G3

Hình 3-13 Biểu dé quan hệ Q ~ Z, D, = 9.5m, D, = 10,5m:

Hình 3-14 Mô hình lũ P= 0,1%, kiểm tra P= 0,01% hồ Cửa Đạt

Hình 3-15 Quan hệ giữa mực nước và dung tích [5].

DANH SÁCH CÁC BANG BI

Bảng 1-1 Các giếng thio li đã xây dựng trên thé giới [3] sow

Bang 2-1 Hệ sé kháng tại cửa vào của giếng tháo lũ [3]

Bang 3-2 Bang kết quả tính toán khả năng tháo cho trin ~ phương an T2 48

Bảng 3-3 Bang lưu lượng miệng loa trần không ngập sone 54

Bang 3-4 Bảng xác hệ số tồn that cửa vào 55 Bang 3-5 Bảng xác định hệ số tốn thất dọc đường 56 Bang 3-6 Trị số của hệ số tốn thất ở đoạn co hẹp : ese ST Bang 3-7 Bang tri số của hệ số A : ST

Bang 3-8 Tri sé của hệ số B 38

Bang 3-9 Bảng xác định hệ số ạt, (phương án G1) 58 Bảng 3-10 Bang xác định lưu lượng khi công trình có phéu chuyển tiếp tirchảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=m) 59Bảng 3-11 Bảng xác định hệ số tổn thất doc đường của him 61Bảng 3-12 Bảng xác định hệ số ¡ (Dg=8m) 2Bảng 3-13 Bảng xúc định lưu lượng chấy ngập trên toàn hệ thắng (Dg-8n)63Bảng 3-14, Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phéu chuyể:

chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dạ~9m), oo 67

Bang 3-15 Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toan hệ thông (Dg=9m)68 Bang 3-16 Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phéu chuyển tiếp từchảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=9,5m) 7I

Bang 3-20, Khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tran mặt và 1 giếng chảy có

áp (phương án 2) oo : : 84

Bảng 3-21 Khả nang tháo của hệ thống 4 khoang tran mặt + 1 giéng chảykhông áp (phương án 3) 88Bang 3-22 Bang tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ .92 Bảng 3-23, Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 2 92 Bang 3-24 Bang so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 3 93.

01% 101

Bang PL1-1 Bang tinh toán điều tết phương án 1 ~

Bang PLI-2.Bing tính toán dig tết phương dn 1 = P=0,1% so 104

Bảng PL2-1.Bảng tinh toán điều tiết phương án 2 - P = 0.01% 108Bảng PL2-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 2 - P =0,1% 112Bang PL3-1.Bảng tinh toán điều tiết phương án 3 - P = 0,01% soe 116Bang PL3-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 3 - P = 0,1% woo T21

MỞ ĐÀU

1 TÍNH CAP THIET CUA DE TÀI

(Céng trình tháo lũ đồng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chobản thân công trình đầu n cũng như cho khu vực hạ du Việc lựa chọn hình

thức công trình tháo lũ cần phải thda man các điều kiện an toàn và kinh tế, Ở

Việt Nam, các công trình tháo lũ kiều hở như đập tran, trần dọc được áp dungphổ biến Tuy nhiên khi điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi để bố trítràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hep, bờ dốc, núi đá) thì cần nghiên cứu

bố trí các hình thức công trình tháo là khác, Tháo lũ kiểu giếng là một hình

thức công trình hợp lý, loại công trình này cho khả năng tháo nước lớn trong

khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng tổng thể công trình.

Tuy nhiên, chế độ thủy lực trong giếng khá phức tạp, đồi hỏi cần cónghiên cứu để vừa đảm bảo khả năng tháo nước, vừa đảm bảo an toàn trongquá trình vận hành

Do vậy việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong. ông trình tháo lũ kiểugiếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Dong thời đề tai cũng giúp cho các cơ quan chức năng trên địa bàn tỉnh có cơ sở khoa học trong thiết kế mới hoặc sữa chữa, nâng cấp các hồ chứa nước sau nay.

11 Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng

cho một phương án thiết kế hồ Cửa Dat.

II Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

- Điều tra, thu thập, tổng hợp và phân tích các tai liệu về chế thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng.

- Tinh toán cho một công trình thực tế.

IV Kết quả đạt được

~ Tổng quan được các điều kiện sử dụng giếng tháo lũ và đặc điểm thủylực của dòng chảy trong gi 1g tháo lũ, giới hạn được phạm vi nghiên cứu

2 - Tông hợp được các công thức tính toán thủy lực xác định khả năng,tháo của giếng tương ứng với từng trang thái chảy, lưu ý các vấn đề chân

không, khí thực có thể xảy ra trong hệ thống giếng tháo lũ.

3 - Ap dung cho việc nghiên cứu phương án tận dụng him dẫn dong thi

công của hỗ Cita Dat làm một phần của công trình tháo lũ, đã đi đến kết luận.

là nếu khống chế chảy ngập trong hệ thống giếng - đường ham thì việc tận dụng hệ thống này trong các công trình xã lũ của hỗ Cửa Đạt là hợp lý (thay thế được cho 1 khoang tràn).

CHƯƠNG I: TONG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU

GIENG VÀ CÁC VAN ĐÈ THỦY LỰC TRONG GIENG THÁO LŨ

1.1 TONG QUAN VE XÂY DỰNG HO CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM

Hỗ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu dé chồng lũ chocác vùng ha du, cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, pháttriển du lich, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sin, phát triển giao thông, théthao, văn hóa

‘Da phản là hồ chứa vừa và nhỏ (cắp IV chiếm 62%; hồ có lưu vực F < 10 km? chiếm 65,6 %4, hồ chứa nước tưới không quá 500 ha chiếm 82%, hồ có

dung tích không vượt qua 10 triệu (m) chiếm 26,07%, số hỗ có dung tích lớn hơn chiếm tỷ lệ nhỏ Hỗ có dung tích từ 20 triệu (m”) trở lên có 51 hồ (trong.

đó có 10 hồ do nghành thủy điện quản lý) Những hỗ nhỏ nằm nằm rải rác khắp nơi tạo nên những thế mạnh nhất định (vốn ít, sớm đưa vào phục vụ, phù hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm ty trọng lớn, đi đến từng thôn ban

phục vụ đắc lực cho phát triển nông nghiệp va nông thôn).

Hồ lớn tuy ít về số lượng, nhưng có vai trò quyết định tạo đà phát triển

trong công nghiệp hóa, hiện đại hóa; phòng chống lũ, phát điện, khả năng 'ượt tải cao nên chống hạn tốt.

Hé chứa nước chỉ có thể xây dựng ở những vùng có địa hình, địa chất phd hợp Xây dựng hồ chứa cần chú ý tới các vùng miền Ở những ving có ít hồ (ví dụ như ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên), đặc biệt ở vùng thiếu quá nhiều.

hồ lớn (như ở Tây Nguyên) thì việc chống la, chống hạn, cải tạo môi trường

sinh thái, cung cấp nước sạch còn gặp rất nhiều khó khăn.

Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hỗ chứa diễn ra chậm, có it

hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn nảy Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nước nhà thống nhất thi việc xây dựng hỗ chứa phát triển mạnh Từ năm 1976.

bất đầu xây dựng hé lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp Hình thức kết và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hé chứa

nước còn đơn điệu, có đổi mới, đa dạng hóa Việc áp dụng vật liệu mới,công nghệ mới hiện dang được quan tâm [6

12 DAC DIEM HO CHUA VA DIEU KIỆN UNG DỤNG CONG

TRINH THAO LU KIEU GIENG

1.2.1 Bố tri công trình tháo lũ ở hồ chứa.

1.2.1.1 Nhiệm vụ công trình tháo lũ

Trong đầu mồi công trình thay lợi hồ chứa nước, ngoài một số công trìnhnhư đập dâng, công trình lay nước, công trình chuyên môn, còn phải làm cáccông trình để tháo nước lũ thừa không thể chứa được trong hỗ, có lúc đặt ở độsâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phn hay toàn bộ hồ chứa khi cin thiết phải kiểm tra sữa chữa hoặc tháo bùn cát trong hd Có công trình tháo lũ.thì hồ mới kim việc được bình thường va an toàn [3]

so sách các phương án B,) Đ tăng khả năng tháo nước, trên đập trần cũng có

thể bố trí kết hợp lỗ xả sâu (như ở đập Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu), hoặc đặt

16 xa sâu ở phần đập không tràn (vi dụ đập Tân Giang, Lông, Dinh Binh) [1]

Hình 1-1 Đập tràn Định Bình [1]

b) Xi phông thaiio

Xi phông tháo lũ thường sử dung với đập bị tông, nhưng cũng có thểdùng với đập dat, đập đá Xi phông là loại công trình tháo nước kiểu kín, làmviệc tự động tháo lũ nhanh do sử dụng chân không để hút nước làm đầy ống.Khi công trình sử dung một bộ phận gồm nhiều ống xi phông (như ở hỗ Xuân Hương — Đà Lạt) cần bé trí ống thông khí của các xi phông có cao độ lệch nhau để tránh việc tắt cả các xi phông cùng mở máy đồng thời gây rungđộng, mắt ôn định cho đập,

là

Xi phông sử dụng thích hợp với hồ trung nhanh, hay khi địa hìnhphúc tạp, bổ trí đường tràn hở sẽ không kinh tế [1]

4, Cửa vào; 5 Lưỡi gà hắt nước; 6 Ong dẫn; 7 Bé tiêu năng.

2 Công trình tháo lũ ngoài thân đập

a) Đường trần dọc

Đường tran đọc là loại đường trần hở có hướng nước vào ngưỡng trùngvới hướng của đường tháo sau ngường Thành phần của một đường trần doe bao gồm có: kênh dẫn vào, ngưỡng tràn, đường tháo và bộ phận nối tiếp ha lưu Ngưỡng tran là loại đập tràn đỉnh rộng hay thực dụng, tủy theo chiều caotương đối của ngưỡng so với day kênh dẫn vào Đường tháo hở có thé chọn

dạng dốc nước hay bậc nước.

Bộ phận nối tiếp hạ lưu bao gồm thiết bị tiêu năng và kênh dẫn ra sông hạlưu

a) Mặt bằng tổng thé; b) mặt cắt đọc; c) mặt cắt ngang.

‘Thiét bị tiêu năng cuối đốc có thé bố trí hình thức đáy (bẻ tiêu năng hoặc bể-tường kết hợp), hay hình thức phóng xa (mũi phun thẳng, mũi phun lệch ) Cửa của kênh hạ lưu dẫn nước xả ra sông cần bé trí xa chân đập va

xa các công trình khác trong đầu mối (âu thuyền, nha máy thủy điện ) détránh ảnh hưởng đến chúng,

Đường trần dọc là loại công trình tháo nước được ứng dụng rộng rãi nhất

ở nước ta hiện nay, Loại này sử dụng hợp lý khi địa hình khu đầu mồi tương đối thoải Có thể bé trí đường tràn dọc theo núi, ở một đầu đập, hoặc thậm chi

cả hai đầu đập (1

b) Đường tràn ngang

Đường tràn ngang cũng là một loại đường trần hở, có hướng nước vàongường gần vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng Đây là đặcđiểm để phân biệt đường trin dọc và đường tran ngang,

nối tiếp sau máng bên (hình 1-4).

Do đổi hưởng dòng chảy từ ngường sang máng bên, ding chảy trongmáng có chế độ chảy phức tạp (dòng biển lượng chảy xoắn ốc) Trong tính toán thủy lực đường tràn ngang, cần xác định đường mực nước trong máng để kiểm tra trạng thái chảy qua ngưỡng Dé đảm bảo an toàn, thường khống chếtrạng thải chảy qua ngưỡng là tự do

Hình 1-4 Đường tràn ngang [1]

1 máng bên; 2 kênh tháo; 3 công trình nối ti

7 ngưỡng tràn

kênh dẫn; 5 đập; 6 cầu;

©) Giéng tháo lũ.

Giếng tháo lũ là công trình tháo nước kiểu kín Thành phần công trình

ng đứng, đường him tháo nước và bộ phận nổi tiếp hạ

gồm: miệng vào, giế

lưu

Hình 1-5 Giếng tháo lũ [1]

a)Mặt bằng; b) cắt ngang tuyến đập; c) mặt cắt dọc giếng.

"Trên mặt bằng, miệng vào có thé là một vòng tròn hay chỉ một cung tròn (phần còn lại tựa vào bờ) Để tăng diện tích tràn nước vào có thé bố trí theo.kiểu hoa hồng nhiễu cánh

Bộ phận giếng thường có trục thẳng đứng, mặt cắt không đổi hoặc thu hep din theo chiều dòng chảy dé tránh chân không.

Đường thảo nước nằm ngang thường được kết hợp tháo lũ thi công Chế

độ thủy lực trong him tháo nước có thể không áp hoặc có áp.

Giéng tháo lũ được sử dụng khi tại khu đầu mỗi không có vị trí thích hợp

để bố trí đường tran hở [1]

Hình 1-7 Giếng tháo lũ Pontezi (Ý) [3]

202i! =—

bộ phận của công trình này gồm: Ngưỡng tran, các ống tháo và thiết bị tiêu

năng hạ lưu (hình 1-10),

Ngưỡng tràn ba phía có dang mặt cắt thực dụng hoặc mặt inh thang đình mỏng Qua ngưỡng tran, nước chảy vào gáo rồi được tháo theo các ống xuống hạ lưu Cao trình đỉnh ngưỡng tràn bằng mực nước dâng bình thường Cột nước trên đỉnh tran thường tir 1 + 1,5m nên chiều dài ngưỡng tràn tương.

đối dai

a)

Hình 1-10 Đường tran kiểu gáo [7]

1 đập đất, 2 ống tháo; 3 gáo; 4 tường hướng dòng; 5 ngưỡng trin;

6, lớp bảo vệ; 7 đoạn quá độ

'Ngưỡng tràn ở mặt chính diện phải đủ đài để có thể bố tri miệng vào của các ống tháo nước Miệng vào của các ống tháo nước được mở rộng din dé dòng chảy vào thuận Mặt cắt các ông tháo có dạng tròn hoặc vuông Các ống, này thường làm bằng bê tông cốt thép Tại cửa ra của ống, bố trí các thiết bịtiêu năng [7]

Việc lựa chọn hình thức công trình tháo lũ can phải thõa mãn các điều kiện an toàn và kính tế ở Việt Nam, các công trình tháo lũ kiểu hở như đập tràn, tràn dọc được áp dụng phổ biến Tuy nhiên khi điều kiện địa hình địa

chất không thuận lợi để bé trí tràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hẹp, bo đốc, núi đá) thì cần nghiên cứu bổ trí các hình thức công trình tháo lũ khác.

“Tháo lũ kiểu giểng là một hình thức công trình hợp lý, loại công trình này chokhả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng tổng thé công trình.

Tuy nhiên, chế độ thủy lực trong giếng khá phức tạp, đỏi hỏi cần cónghiên cứu để vừa đảm bảo khả năng tháo nước, vừa đảm bảo an toàn trongquá trình vận hành

Do vậy việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu

giếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý'nghĩa khoa học và thực tiễn Đồng thời đề tài cũng giúp cho các cơ quan chứcnăng trên địa ban tỉnh có cơ sở khoa học trong thiết kế mới hoặc sữa chữa, nâng cấp các hồ chứa nước sau này.

.2.2 Đặc điểm bố trí làm việc của công trình tháo lũ kiểu giếng

1.2.2.1 Bồ trí các bộ phận của giếng tháo lũ.

Giếng tháo lũ bao gồm các thành phần sau đây (hình 1-11),

- Miệng tràn: Trên mặt bang, miệng tran có dạng hình tròn đồng tâm với giếng đứng Trong một số trường hợp, do địa hình hạn chế, phải bố trí lệch tâm Lúc bờ rất dốc, miệng tràn có thể hình dạng bầu dục hoặc là một phần

= Giếng đứng: Là phần p loa tràn có trục thẳng đứng kiểu giếng

tròn, chỉ khi do điều kiện bé trí đường tràn, hoặc sự nỗi tiếp giữa giếng với đường ham dẫn nước khó khăn mới bắt buộc đặt giếng hơi nghiêng.

Bung lắm

Bogn cong =

Hình 1-11 Các thành phần của giếng tháo lũ [7]

~ Đường hằm: Thường bố trí nằm ngang và nối tiếp với giếng đứng bằng

đoạn cong có bán kính r > (2,5 + 4)d (d - đường kính của đoạn nối tiếp).

Đường kính của đường him được thiết kế theo yêu cầu dan dong thi công vàđược kiểm tra lại với lưu lượng tháo lũ

~ Đoạn cong: Phần đường him cong nối tiếp giữa giếng đứng và đường him ngang.

~ Đoạn tiệm biến: Đoạn nối từ loa tràn xuống giếng đứng có dạng hình.

nón cụt

“Cũng giống như các công trình tháo lũ khác, giếng tháo lũ còn có kết cấu

hướng đồng ở thượng lưu và tiêu năng sau đường hầm.

Trên định tran có thé không có cửa van hoặc có cửa van, cửa van thườngdùng là van phẳng, van cung, van trụ vòng Đa số trường hợp dùng không có cửa van vì tuyến tràn tròn, chiều dai tràn nước lớn, có khả năng tháo lưu lượng lớn với cột nước thấp [7].

1.2.2.2 Đặc điểm làm việc của giếng tháo lũ

inh, đặc tính cấu

Trong khi vận hành, do ánh hưởng của điều kiện địa

tạo của công trình, về mặt thuỷ lực can phải chú ý những van đề sau đây.

a) Khi miệng loa tràn, mà thực chat là đập tràn tuyến tròn, làm việc theo chế độ chảy không ngập, sẽ phát sinh hiện tượng dong chảy xoáy vào miệng giếng Hiện tượng này làm cho phân bé lưu tốc và lưu lượng đơn vị trên miệng tràn không đồng đều, làm giảm khả năng tháo của giếng.

Nguyên nhân của hiện tượng nảy là do vị trí của miệng giếng tháo lũ đặt

‘ven hồ chứa, nước chảy vào chịu ảnh hưởng của bờ nên không phân bồ vuông, góc với ngưỡng tràn Vì vậy các giếng tháo lũ đặt ven bờ hồ chứa đều phải có.

bộ phận hướng dòng

b) Khi miệng loa tràn chảy ngập trên miệng giếng đến một độ cao nhất định, có thé hình thành phéu nước, không khí bị hút vào giếng, và theo đó cácvật nỗi cũng đễ dàng bị hút vào

Khi mục nước trong hỗ cao, tức là cột nước trin vượt quá một trị số giớihạn nào đó, hiện tượng này sẽ không xảy ra Tại giếng tháo lũ Kabiot, khimực nước trong hỗ cao hơn trụ pin Im, các vật nỗi không bị hút vào nữa.

phần giếng đứng có thể hình thành chân không Nước tràn qua miệng loa sẽ kéo theo không khí, do lưu lượng nhỏ nên giữa lớp nước và thành giếng có

không khí, khi không khí theo dong chảy xuống hạ lưu sẽ dan din hình thành

chân không trong các ô trống này Nếu chân không đạt đến một trị số nhất định, không khí sẽ tran vảo rất mạnh gây nên tiếng nỗ va nước từ giếng bịphun lên cao

Tai giếng tháo lũ Waky (Mỹ), lúc cột nước tràn bằng 0,3 - 0,6m, ứng với lưu lượng 20 - 25mỶ/s (trong khi lưu lượng thiết kế bằng 850m”/s), các bọtnước từ giếng bắn cao lên tới 15 - 18m,

Ngoài ra, khi đường ham ngang làm việc chuyển từ chế độ không áp sang

có áp, trong đường hằm dòng chảy ra có mang theo bọt khí và cũng gây những tiếng nỗ tại cửa ra.

Các quan sát và nghiên cứu thực địa của nhiều giếng tháo lũ cho ta biết rằng các hiện tượng chân không đều gây nên hư hại lớp áo bê tông của giếng.

và đường ham, tuy nhiên không lớn lắm (bê tông tại giếng tháo lũ Kabiot ro sâu 1,9 - 2em; của giếng Henrikh sâu 5cm trong phạm vi Sm’).

‘Theo nghiên cứu của P.P Moyx, chân không hình thành trong giếng khi lưu lượng tháo < 75 - 80% lưu lượng thiết kể, và chân không nguy hiểm gây nên xâm thực thường xảy ra tai vùng nối cong giữa giếng đứng và đường him ngang, nhất là khi đường hầm ngang chảy không áp.

4) Khi lưu lượng vượt quá lưu lượng thiết kế, miệng loa tran từ chế đội

chảy không ngập chuyển sang chảy ngập và do đó mức nước trong hồ có thể

dâng lên nhanh

Nhu vậy, so với loại đường tràn tháo lũ, hoặc máng tràn ngang, chế độ thuỷ lực của giếng tháo lũ phức tạp hơn, nên phải có biện pháp tính toán hoặc cấu tạo hợp lí để tránh những hiện tượng bắt lợi đã nêu ở trên.

1.2.3 Tình hình áp dụng công trình tháo lũ kiểu giếng

a) Tình hình phát triển giếng tháo lũ trên thế giới

Gigng tháo lũ đầu tiên được xây đựng tại Anh năm 1896 (đập Blishton).

gin đây được xây dựng tại nhiều nước trên thé giới như: Italia, Malaysia, Iran,

Mỹ, Tiệp Khắc, Colombia với cột nước cao, tông số đã có hơn 60 công trình, nhiều nhất tại Mỹ và ở các nước đang khai thác thuỷ năng vùng thượng lưu các con sông có bở đốc, núi cao Một số công trình trên thế giới có sử dụng giếng tháo nước được trình bay trong bảng 1.1 [3].

Bảng 1.1 Các giếng tháo lũ đã xây dựng trên thé giới [3]

“Tên công te ap | Lưu lượng Cột nước | Đặc điểmTên công tinh] Loại đập | áo m/s) (mà tae

QM | @ @) 4 @)

Henrihot (Mỹ), Đập đất 1460 144,75 |d 41m.

Waki(Mỹ) — - S50 - 9425 |d=689m

Pontézi đulia),— - - -— | d=56m

Biczenton -Tag (Liênvòm| - - -— | d=4sm

Mehin (ran) |Liênvòm| M00 7 772 | 2 8E

Acitéme | pap dit | or

b) Tình hình xây dựng và phát triển giếng tháo lũ ỡ Việt Nam

Ngày nay khoa học kỹ thuật đã có những bước đột phá trong lĩnh vựcthủy lợi, do vậy phương án tràn xả lũ kiểu giếng đã được đưa vào trong tính toán thiết kế Ở nước ta do đặc điểm địa hình, địa chat, thủy văn những ho chứa nước trên thượng lưu các sông phân lớn xây dựng tại các tuyến hep, hai

bờ là đá đốc rất khó trong việc bố trí các công trình xả lũ thông thường như.tràn mặt, mặt khác trong giai đoạn thi công gặp khó khăn trong việc xả lũ thicông lớn, nên việc tháo lũ thi công phải xét tới phương án đường him hoặc

ống ngầm, vì vậy tháo lũ kiểu giếng đứng dụng một phần tuynen

dòng hoặc công ngâm đã có sẵn là một hình thức công trình hợp lý, loại công.

trình này cho khả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏtrong mặt bằng tổng thể công trình.

1.3 CAC VAN ĐÈ THỦY LỰC DAT RA KHI SỬ DỰNG CÔNG: TRINH THÁO LŨ KIEU GIENG:

Tay theo trị số cột nước H trên ngưỡng tràn mà chế độ chảy trong giếng.

sẽ thay đổi (chảy không ngập, chảy ngập phan giếng đứng và chảy ngập trên toàn hệ thống) (hình 1-13) [1].

Vay ứng với mỗi công trình cụ thể, cần tính toán thủy lực để xác định

.được phạm vi biến đổi của mực nước thượng lưu (hay H) tương ứng với từng

chế độ trong giếng.

Ứng với mỗi công trình cụ thể thi trong thiết kế nên khống chế ở chế độ.

“chảy nào để tháo lũ an toàn, nhưng vẫn đảm bảo điều kiện kinh tế.

Khi điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi dé bố trí tràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hep, bờ dốc, núi đá) thì clin nghiên cứu bé trí công trìnhtháo lũ kiểu giếng Công trình tháo lũ kiểu giếng là một hình thức công trình

hợp lý, loại công trình này cho khả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một phạm vĩ nhỏ trong mặt bằng tổng thể công trình Công trình tháo lũ kiểu

giếng nên bổ tri làm việ kết hợp với các hình thức xã lũ Khe

Hình 1-13 Quan hệ Q ~ H của công trình tháo nước kiểu giếng [1]

a) Chế độ đập tràn; b) Chế độ chảy qua ống ngắn; c) Chay có áp đến cửa ra 1.4 GIỚI HAN PHAM VI NGHIÊN CỨU:

‘Vain đề nghiên cứu cl 16 thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng làkhá phức tạp và mới mẻ ở Việt Nam Như trên đã cho thấy, mức độ an toànlàm việc của giếng tháo lũ là phụ thuộc nhiều vào chế độ chảy ở trong đó.

Mat khác chế độ chảy trong giếng tháo lũ lại phụ thuộc vào điều kiện biên,

cột nước, lưu lượng tháo đồi hỏi phải nghiên cứu riêng cho từng trường

hợp cụ thé, Vì vậy trong luận văn này đặt nhiệm vụ nghiên cứu chế độ thủy

lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng cho một phương án thiết kế của hỗ Cửa Dat.

2.1.1 Trường hợp miệng loa tràn chảy không ngập

"Trong trường này với lưu lượng chảy vào miệng giếng không ngập, nghĩa

là không đủ để lắp đầy giếng đứng và đoạn hằm ngang Lúc này chế độ thủy.

lực là chảy không áp cho toàn hệ thống.

2.1.2 Trường hợp chảy ngập ở miệng vào và giếng đứng

Trong trường hợp này với lưu lượng lắp diy miệng vào và cả phan giếng đứng nhưng vẫn chưa đủ dé lắp đầy mặt cắt đường him Lúc này chế độ thủy lực trong giếng tháo lũ là chảy có áp ở phần miệng vào và phan giếng đứng, chảy không áp ở đoạn hằm ngang,

2.1.3 Trường hợp chảy ngập trên (oàn hệ thống

Trong trưởng hợp này lưu lượng lắp đầy miệng vào và cả phần giếng img và lớn hơn khả năng tháo của him ngang Lúc này chế độ thủy lực trong

giếng tháo lũ là chảy có áp trên toàn hệ thống.

2.2 TÍNH TOÁN KHẢ NANG THÁO NƯỚC CUA CÔNG TRÌNH UNG VỚI CÁC CHE ĐỘ CHAY

Lưu lượng chảy qua giếng đứng phụ thuộc vào chế độ chảy vào miệngtràn ngập hay không ngập (còn gọi là trạng thái có áp hay không áp)

2.2.1 Trường hợp chảy không ngập với ngưỡng vào là hình tròn

Q=em2nR./2gH}” 44.)

Trong đó: Q - Lưu lượng;

Ho - Cột nước trên ngưỡng tran có kể tới lưu tốc tới gi

'H- Cột nước trên ngưỡng trần

của giếng;

tổn

DE: hes

(0x - diện tích mặt cắt cuối của giếng (đoạn cong):

Z.- cao trình mực nước thượng lưu;

Zn - cao trình mặt cắt cuối của giếng (cuỗi đoạn cong):

2.2.3 Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thống

Q= no, /28(Z-Z,,)

Trong d6: jt - Hệ số lưu lượng;

a - Diện tích mặt cắt của đường him (tại cửa ra);

Z- cao trình mực nước thượng lưu;

Z4; - cao trình mặt cắt cửa ra của him;

(2-3)

Hình 2-| So dé tính toán thay lực của giếng tháo lũ [8]

Hệ số lưu lượng được tính:

Hệ số kháng dọc đường bao gồm đoạn giếng đứng, đoạn him ngang và các đoạn chuyển tiếp (nếu có).

* Trị số B phụ thuộc vào tỷ số ——, được xác định theo bảng 2.3

“Trong đó: Rạ - Bán kính của đoạn trục cong

inh thủ ©

Dri - Đường kính thủy lực: Dn =4Rm =4” (2.7)

*%

Đối với mặt cắt hình trồn: Dạy = D - Đường kính mặt cắt

Đối với mặt cắt hình vuông: Dạy, = a - chiều dài cạnh hình vuông.

Bảng 2.3 Trị số của hệ số B [3]

RD] 1 2 4 6 8 10 | 15 | 20

B | 021 | 015 | 011 | 009 | 007 | 007 | 006 [0,05

4) Hệ số kháng do thay doi tiết điện (đoạn thu hẹp) š,

Hệ số kháng do thay đổi tiết diện (š ) phụ thuộc vào trị số B lấy theobảng 245

Với tgp

RI: Bán kính miệng giếng

R2: Bán kính của giếng đứng;

L: Chiều dai đoạn co hẹp

Bang 2.5 Trị số của hệ số tồn that ở các đoạn thu hẹp [3]

- Phần thứ nhất: đoạn ob tương ứng với chế độ dòng chảy không nị

của miệng loa tràn hoặc giếng tháo l nói chung

~ Phan thứ hai: đoạn be tương ứng với chế độ dòng chảy ngập của miệngloa tràn hoặc của giếng tháo lũ nói chung.

Trong phan thứ hai, độ dốc đường cong khá lớn, tức là cột nước tingnhanh khi lưu lượng tháo tăng Trong trường hợp này khả năng dự trừ tháo lũ

của công trình nhỏ hơn của các công trình tràn hở không áp Đó cũng là

nhược điểm chung của các công trình tháo lũ có áp.

Kha năng tháo nước trước hết phụ thuộc vio chế

Nhận xét: Các giới han này chi là tương đối và nói chung là không chính.

xác, vi còn phụ thuộc vào chiều cao của giếng và chiều dài him ngang nữa,

do đó cần tính toán cụ thể cho từng công trình

Khi đập tràn chảy không ngập, khả năng tháo nước được tính theo công

1n,3,¢ - SỐ trụ pin, chiều rộng trụ pin, hệ số co hẹp lấy gần bằng 0,90

(khi không có trụ pin =D).

Hệ số lưu lượng lấy theo công thức của N.LRomanKé (khi có kết cấu

hướng dòng và a 0202038, 2 = 0+ 0) [8]

R

Trong đó: P - Chiều cao ngưỡng so với đáy kênh dẫn vào.

Khi không có kết cấu hướng dòng, hệ số lưu lượng vẫn có thé tính theo

Jang thức trên, nhưng giảm di 6% Khi phễu bị ngập (Bots), kha năng

tháo nước được tính theo công thức thức ( 2.2) [8]

2.3:TiNH TOÁN DOAN CHUYỂN TIẾP TỪ MỊ

2.3.1 Thiết kế miệng loa trần

'G VÀO TỚI GIENG

Loa tràn là một loại đập trần tuyến trồn, hệ số lưu lượng của nó, như ở

trên đã nói, phụ thuộc vào loại ngưỡng trăn: kiểu đập tràn thực dung, đập đỉnhrộng hoặc các loại khác

Việc thiết kế miệng loa tràn, không những chỉ xác định dang ngưỡng ma phải tinh ca đoạn loa nồi tiếp từ ngưỡng đến giếng.

Giếng tháo lũ có 2 loại loa tràn (hình 2-2): có mặt phẳng nghiêng và không.

có mặt phẳng nghiêng

a) Loa trần có mặt phẳng nghiêng (hình 2-2a): Nếu gọi R là bán kính ngoài

của ngưỡng tran, loại loa tràn này được dùng khi R > (6+8)H và khi có địahình thuận lợi, loa tran nay có đoạn phẳng nghiêng và đoạn loa nối tiếp.

Doan phẳng nghiêng có tác dụng làm việc như đập tran đình rộng, đặt

6° +§° dé dua nước vào miệng giếng được tốt Hệ số lưunghiêng một góc /

lượng giống đập tràn đỉnh rộng m = 0,36.

Chiều dai của đoạn phẳng nghiêng L = (3 +4) H = (0.4 + 0,5) R

Khả năng tháo lũ tính theo biểu thức (2.1)

Nếu có trụ van thi tính theo biểu thức (2.4),

Chiều sâu dòng chảy cuối đoạn phẳng nghiêng lay bằng 0,65H, và lưu.tại đó tính theo biểu thức;

"Đường viễn của loa đưa nước xuống giếng, phải thỏa mãn yêu cầu không

có hiện tượng tách dong khỏi đáy Đã có nhiều thí nghiệm chon đường viễn

của loa tran dang clip, nhưng dạng thích hợp nhất là dạng parabôn theo phương trình đường tia nước với lưu tốc ban đầu là vụ và có xét tới hướng của vecto lưu tốc (nghiêng một góc B so với mặt phẳng ngang).

+xtagp (210B

Khi x =p ta có ¥ = Yux và do đó xác định được điểm gặp nhau của quỹđạo tia dòng từ hai bên, đó cũng là chỗ kết thúc khu vực miệng loa tràn Lưu

thức

.97./2gy,„„ tvệ (2.12)

Do đó đường kính cần thiết ở cuối loa tinh theo biểu thức:

tốc tại mặt cắt này được tính theo bik

đụ { 4 2.13)

Khi đã biết phương trình quỹ đạo tia giữa lớp nước, và nếu biết chiều diy

hy, của lớp nước tại các điểm, có thé vẽ được đường mặt nước và day, tức là đường viền loa tràn (hình 2-2a) v

Q

=—— 2.14)

Raa oe

Trong đó: 97 Dey (2.15)

Từ quỹ dao tia dòng vẽ đường vuông góc lên trên một đoạn bằng 0,5h, sẽ

có đường mặt nước, và lấy xuống phía dưới 0,5h, sẽ là đi trên đường viềnloa tràn

Loa tran không có mặt phẳng nghiêng (hình 2-2b): Trường hợp nàythường gặp khi ngưỡng trần cao, có dang đập trần thực dung, ding trongtrường hợp R <5H

Hệ số lưu lượng trong tính toán sơ bộ lấy m = 0.46 Chiều sâu trênngưỡng trần hy = 0,75H (2.16)Lưu tốc tại đó:

—9

Trong đó: rp = R và véc tơ gia tốc có hướng ngang.

"Đường viễn của loa tràn cũng được tính toán như trường hợp trên, nhưng,

im phương trình về quỹ đạo của tỉa dòng giữa lớp nước có gốctọa độ tại đỉnh ngưỡng trần và lưu tốc tại đó bằng vo (B

(2.19)

2m(R-x)V,

Khi da biết v,,h, sẽ về được đường mặt nước và đường viễn loa trần

ng như trên, loa tràn kết thúc tại vị trí khi:

y

So sánh khi trị số lưu động tháo bằng nhau, loa trần không có mặt phẳng

fous Ứng VOIX = Tụ =R

nghiêng có đường kính ngưỡng tràn nhỏ, do đó đễ bố tri Khi cột nước của hai

loại ngưỡng tràn bằng nhau, đường mặt nước của loại loa này gặp nhau dưới

sâu, do đó có thể có hiện tượng không gặp nhau trong phần giếng đứng Do

446 cần phải thiết kế một cách hợp lý Loa tran có mặt phẳng nghiêng có th

bồ trí cửa van,

"Trong trường hợp có cửa van, cột nước trin lớn nhất đạt tới 4,5 + Sm; cònkhi tự tràn cột nước tràn thường lấy 1,0 +1,Sm.

Để tăng kha năng tháo nước của giếng tháo lũ, ngoài việc tim cách tăng hệ

số lưu lượng, một phường hướng quan trọng là tăng chiều dài trần nước, Một

số tác giả đã đưa ra loại miệng tràn hình hoa hồng trên mặt bằng.

Các giếng tháo lũ loại này đã được xây dựng tại hồ chứa nước Sacno.

(Angiéri) và trên sông Vorotok (Nga)

Đặc điểm của nó là các «cánh hoa» lâm cho chigu dai trần nước tăng lên

nh do đó có thé tháo được lưu lượng lớn với cột nước khá nhỏ, rất thích hợp với loại tự tran, Tại hd chứa nước Sacno với cột nước 1,2m đã tháo được 360m5,

cảnh +

Hồ Phước Hòa (Bình Dương): Miệng loa tràn kiểu hoa nhỉ

giếng +