Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu chế độ thủy lực của tràn xả lũ nhằm xác định cao trình cầu giao thông ở hạ lưu công trình hồ Sông Cái - tỉnh Ninh Thuận

Trong thiết kế đập tran xả lũ thì việc lựa chọn hình thức tiêu năng nao dé phủ hop với các yêu cầu: - Bồ trí chung cụm công trình đầu mối; - Phủ hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thủ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM PHÙNG THƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHE ĐỘTHỦY LUC CUA TRAN XA LŨ

NHAM XAC DINH CAO TRINH CAU GIAO THONG O HA

LƯU CONG TRINH HO SONG CAI- TINH NINH THUẬN

LUẬN VĂN THAC SĨ KY THUAT

Hà Nội - 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM PHÙNG THƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHE DOTHUY LUC CUA TRAN XA LŨ

NHAM XAC DINH CAO TRINH CAU GIAO THONG O HA LUU CONG TRINH HO SONG CAI - TINH NINH THUAN

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Mã số: 60 — 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ VĂN NGHỊ

Hà Nội - 2010

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CÁM ƠN Gan ba năm học tập lớp cao học khóa 16 tại trường, học viên đã được các

thây cô ở các bộ môn khoa học của trường tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ, được khoa

dao tạo sau đại học quan tâm Đồng thời trong thời gian học tập cao học, học

viên đã được sự giúp đõ của các anh chị em học viên cùng khóa giúp đỡ, trao

đổi các bài giảng tại trường, giúp cho bản thân học viên hiểu sâu hơn về nội

dung các bài giảng.

Đến nay chuyển sang phân viết luận văn, học viên lại được sự hướng dẫn tận tình của thay PGS — TS Lê Văn Nghị công tác tại Phòng thí nghiệm trọng

điểm quốc gia về động lực học sông biển — Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam

hướng dẫn khoa học thực hiện luận văn này Song dé có được tài liệu viết luận

văn học viên đã được sự giúp đỡ của Trung tâm nghiên cứu thủy lực, của cơ

quan tư vấn thiết kế~ Công ty tư van xây dựng thủy lợi HECI.

Vì vậy nhân dip này học viên xin chân thành gửi tới nhà trường, các thay

cô, bạn bè khóa học, anh chị em ở đơn vị công tác và gia đình học viên lời biết

ơn và cắm ơn sâu sắc nhất.

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do trình độ và điều kiện thời gian có hạn

nên luận văn không thể tránh khỏi những ton tai, han ché, hoc vién rat mong

nhận được ý kiến đóng góp quý báu cua các thay cô, các anh chị và ban bè dong

nghiệp

Học viên

Phạm Phùng Thường

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC

MO 000 5

II Mục đích và nhiệm vụ của ¡in 6

1.1 Tổng quan về công trình tiêu năng sau tràn xả lũ .: -s- 9

1.1.1 Tình hình xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện trên thê giới: 9

1.1.2 Tổng quan tình hình xây dựng công trình tràn xả lũ tiêu năng dạng

1.1.3 Tổng quan về hình thức tiêu năng phòng xỏi -5-555- 14

1.1.4 Dạng mũi Phun $0 Í€ «the 18 1.1.5 Tổng quan xác định chiều sâu hồ xói và chiéu dài phun xa 21 1.2 Téng quan vê chế độ thủy lực hạ lưu tiêu năng theo dang dòng phun ảnh

hung thi CaU ai1e0ii10: T101 22

1.3 Nhan xét churong 0100 24

CHUONG 2: NGHIEN CUU LY THUYET CHE DO THUY LUC DONG

CHAY SAU CONG TRÌNH TIÊU NĂNG HA LƯU -. 26

2.1 Đặc điểm của công trình tiêu năng sau tràn xả lũ -. -5- 26

2.1.1 Ti€U NGG CONG AAV n Ô 27 2.1.2 TIEU NANG THẶT SG HH HH HH 30 2.1.3 Ti€U NANG PRONG 2.17 na 31 2.2 Chiều dai phóng xa của các công trình tiêu năng bang mũi phun 33

2.3 Quá trình xói lở nền đá và xác định chiều sâu hồ Xói 2-5-5: 40

2.3.1 Tác động của dòng phun gây xói NEN đá 5-©5-©555zccsc5ee: 40 2.3.2 Quá trình vật ly của hiện tượng xói do dòng phuH - 41 2.4 Các nhân tố ảnh hưởng tới chiều sâu hố xói - -¿¿s2=5+¿ 43

2.4.1 Anh hưởng của lưu lượng AON VÌ 5-©5cc5ccccccccecxccrerxerrcereee 44

2.4.2 Anh hưởng của tinh chất cơ lý của nên đá ở hạ lưu . 44 2.4.3 Ảnh hưởng chiều sâu nước đệm hạ lưu đến chiều sâu hồ xói 45 2.4.4 Ảnh hưởng của thời gian xả lũ tới chiều sâu hồ xỏi -. - 47

2.4.5 Ảnh hưởng của góc hat và góc tới của dòng phun đến chiều sâu hồ xói 48

2.4.6 Ảnh hưởng của mạch động áp lực đến chiêu sâu xói -. 50

2.4.7 Anh hưởng xói của quy trình vận hành cửa van để xả lũ 50

2.5 Cơ chế xói nền đá trong hồ xói và dự báo chiều sâu xói - 51

Pham Phing Thuong

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

2.5.2 Công thức ước tính độ sâu xói CUA NO Xói cc©cc©c+ccceereres 52

2.6 Nối tiếp dòng chảy và năng lượng du tác động đến mực nước của cầu giao

2.7 Nhận xét chương 2: + kg HH nh TH Hưng giờ 61

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC TIÊU

NANG CUA CONG TRÌNH DAU MOI HO SÔNG CÁI 64

SLD Vi ốc nh n 64

3.1.2 Nhiệm Vụ CÔNG ÍTÌHH: HH kg kg 64

3.1.3 Quy mô công tTÌNH cà nằhehhehriieiiiiiirerirrrirersrser 65

3.1.4 Các yêu CAU thí nghiỆNM: - c«ccecertettettettetiitirtirriiirrie 65

3.1.5 Yêu cau về loại mô hình và tỷ lệ mô hình: -+-+©ce©ce+cc>cecss 66

3.1.6 Trinh tự nghiên cứu thí nghiỆM: scsi 66

3.2 Các yêu cầu nghiên cứu thí nghiệm chi tiết trên mô hình 66

3.2.3 Hang mục công trình thi nghiệm và yêu cầu thí nghiệm - 69

+ Hình thức tiêu năng: Tiêu năng phóng xa.

3.2.4.Thiết kế chế tạo, lắp ráp mô hình và các thiết bị ổo -. - 70 3.3 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm phương án thiết kế - 78

3.3.1 Về tình hình dòng chảy -c-ccccertettetirtirrirriririrrie 78

3.3.2 Về nối tiếp 278/1 180nẺẼẺ8e 80

3.3.3 Về chiêu dài dòng DHWH ceHHH HH 80

3.3.5 Đánh giá kha năng xói lở do dòng chảy khi xả lũ gây ra 90

3.3.6 VỀ AWONG MEt HHỚC esccsesseessessessessssssesssssssssssssssessusssecsssssssecssssecseesses 93 3.3.7 Về mạch động áp SUAL ceeseeccecsesssessesssessesssessesssssecsusssessesssessessusssecsesees 95

3.4 Kết quả thí nghiệm phương án sửa đỔI Và : 55cccccccccxecreereee 97

3.4.2 Về tình hình dòng chảy dưới hạ lưu: -«- 98

3.5 Nhận xét chương Ổ: - s11 1S SH HH kg ng kg 105

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHUONG 4: SO SANH KET QUA TÍNH TOÁN LÝ THUYET VÀ THÍ

TRAN XA LU SONG CAL ooecesscsssesssssssesssesssesssesssssssesssscsssssscssscssecasesssecssecasecsses 106

4.2 So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thí nghiệm mô hình thủy lực 111

2 Kiến nghị: ¿- 2-5251 SE 1E 1E 1511011011111111 1111111111111 re 118

TAI LIEU THAM KHAO eeccccseccsseeeseseeseseeeees Error! Bookmark not defined

Pham Phing Thuong

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài.

Hồ chứa nước là công trình thủy lợi với mục đích sử dụng tông hợp nguôn nước phục vụ các mục tiêu phát triên bên vững vê kinh tê xã hội, cải thiện giao thông thủy và môi trường.

Việc thiệt kê, xây dựng các hô chứa thì đường tran xả lũ là một hạng mục quan trọng trong cum đâu môi công trình thủy lợi và thủy điện Hồ chứa có nhiệm vụ tích nước, điêu tiệt lũ, còn đập tràn có nhiệm vụ xả lưu lượng nước dư

đê đảm bảo an toàn cho toàn bộ cụm công trình.

Trong thiết kế đập tran xả lũ thì việc lựa chọn hình thức tiêu năng nao dé

phủ hop với các yêu cầu:

- Bồ trí chung cụm công trình đầu mối;

- Phủ hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn và các thông số thủy

lực của dòng chảy;

- Tiêu hao được tốt nhất năng lượng của dong chảy, dé phần năng lượng

dư đồ xuống hạ lưu ít ảnh hưởng đến sự an toàn của công trình lân cận, đến sự xói lở hai bờ, đến các công trình quân sự, công nghiệp, giao thông, dân sinh ở hạ

lưu đập tràn.

Về hình thức tiêu năng thường áp dụng hiện nay gồm hai dạng:

+ Dạng tiêu năng đáy (dùng bể tiêu năng và các biện pháp tiêu năng phụ như ngưỡng tiêu năng, mồ tiêu năng, rãnh tiêu năng) Bề tiêu năng được bồ trí

ngay sau chân đập như đập tràn công trình thủy điện An Khê, hay đập tràn Nước

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Trong Song cũng có công trình do điêu kiện địa hình nên sau chân đập còn có dôc nước va đoạn cong chuyên tiép nôi với bê tiêu năng như công trình thủy lợi

Đá Hàn (Hà Tĩnh) hay công trình đập tràn EA Rớt (Đắc Lắc)

- Dạng tiêu năng dòng phun: với điều kiện địa chất tại nền và hạ lưu công trình tốt (là loại đá gốc: granite, hoa cương, thạch anh có cường độ kháng nén

o>600 kg/cm2 trở lên thì nên dùng dạng tiêu năng này.

Trong luận văn này học viên đi sâu nghiên cứu tác dụng của hồ tiêu năng sau dòng phun của công trình đập tràn Hồ Sông Cái ảnh hưởng đến tình hình

thủy lực hạ lưu đặc biệt là cao trình cầu giao thông ở hạ lưu.

Giai đoạn vừa qua có nhiều công trình tràn xả lũ vận hành đã có tác động xấu đến cầu giao thông ở hạ lưu Như mùa lũ năm 2006, xả lũ đập tràn sông Hinh đã làm trôi cầu giao thông trên đường vào khu vực công trình mà kết quả

nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực đã cảnh báo Lại như năm 2008 xa lũ thi

công của công trình Cửa Đạt — Thanh Hóa đã làm vỡ mồ cầu bờ trái, mà điều này cũng đã được cảnh bảo trong kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy

lực tại viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

Vi tình hình thủy lực diễn ra phức tạp khi xả lũ, mà trong đồ án thiết kế không tính toán lường trước hết được Bởi vậy, tác giả luận văn cho rằng đi sâu

nghiên cứu vấn đề xác định cao trình cầu giao thông khi xả lũ xuống hạ lưu của

Hồ Sông Cái sẽ là một đóng góp cần thiết cho công việc thiết kế cầu giao thông

ở hạ lưu tràn xả lũ trong giai đoạn sắp tới.

II Mục đích và nhiệm vụ của đề tài:

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Là để học viên làm quen và tiếp cận với phương pháp nghiên cứu khoa

học có tính độc lập, tập phân tích các vấn đề, hiện tượng thủy lực của dòng chảy

lũ, nhận biệt các ảnh hưởng xâu đên các công trình ở hạ lưu đập tràn;

- Nghiên cứu phương thức tính toán, đánh giá sự khác biệt của dòng chảy

tự nhiên khi chưa có và đã xây dựng công trình xả lũ, đưa ra quy luật ảnh hưởng của dòng chảy sau khi công trình xả lũ;

- Thu thập các tải liệu tham khảo có liên quan dé làm tư liệu tham khảo cho công tác cần thiết sau này, dựa trên cơ sở đó dé đánh giá tác động của dong

chảy đến các công trình tương tự.

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

- Cách tiếp cận:

+ Dựa vào các tải liệu tham khảo: giáo trình thủy công, giáo trình thủy lực,

động lực học dong sông, các tài liệu chuyên khảo về đập tràn — nối tiếp tiêu năng

sau đập tràn xả lũ, các báo cáo kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực

của hai Viện: Viện năng lượng và Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, các tài liệu

dịch từ nước ngoài dé cập nhật các thông tin cần thiết có liên quan đến đề tài của

luận văn.

+ Sử dụng thuyết minh tính toán thủy lực của thiết kế và báo cáo kết quả

nghiên cứu thí nghiệm thủy lực đầu mối Hồ chứa Sông Cái của “ Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển”.

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Nghiên cứu lý thuyết về cách tính toán trong các tài liệu tham khảo.

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

+ Kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thủy lực của công trình

đầu mối hồ chứa nước Sông Cái (tinh Ninh Thuận) dé so sánh với tính toán theo

thiết kế, từ đó đưa ra các kiến nghị thực hiện theo giải pháp hợp lý.

IV Kết quả dự kiến đạt được.

- Với phương pháp nghiên cứu khoa học, phân tích hiện tượng thủy lực của dòng chảy khi chưa có công trình và sau khi đã xây dựng công trình tràn xả lũ,

dùng các số liệu khi đã xây dựng công trình tràn xả lũ, dùng các số liệu thu được

từ kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực dé đề xuất việc xác định cao trình cầu

giao thông.

- Nghiên cứu cách tính toán, đưa ra các yêu tô ảnh hưởng của dòng chảy sau công trình tràn xả lũ đên việc an toàn ôn định của câu giao thông ở hạ lưu gân

đập tràn (như cầu giao thông bắc qua sông Cái).

- Đưa ra các phương án về bô trí kích thước hô xói sau tràn xả lũ đê cải thiện tinh hình thủy lực đôi với hai bờ và hạ lưu nhăm giảm bớt dang kê mực

nước, dao động sóng, vận toc dòng chảy tai vi trí câu giao thông, trên co sở đó

kiến nghị phương pháp chọn kích thước hồ xói cần thiết.

- Là tài liệu tham khảo đối với các công trình tương tự.

- Dé xuât một sô ý kiên đóng góp vào việc chon tân suat lũ thiệt kê câu giao thông trong điêu kiện thủy văn chịu ảnh hưởng của biên đôi khí hậu và môi trường rừng đâu nguôn bị xâm hại như hiện nay.

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƯƠNG I: TÔNG QUAN

1.1 Tổng quan về công trình tiêu năng sau tràn xả lũ.

1.1.1 Tình hình xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện trên thê giới:

Thủy điện là nguồn năng lượng sạch chiếm gần 1/5 sản lượng điện trên toàn thế giới Trong thực tế nó đóng vai trò chủ yếu về việc cung cấp điện ở 55 quốc gia Công suất lắp đặt thủy điện hiện nay khoảng 737,4 GW với tông điện lượng hang năm ước tính khoảng 2.767 TWh và có khoảng 118 GW công suất mới đang được xây dựng Đến nay gần 2/3 tiềm năng về thủy điện kha thi của

thế giới chưa được khai thác.

Song phạm vi khai thác ở các vùng lại khác nhau một cách đáng kể Ở Châu Âu và Bắc Mỹ hầu hết tiềm năng thủy điện đã được khai thác hết, còn Châu Á, Châu Phi và Nam Mỹ nơi mà nhu cầu về nước và năng lượng là cấp thiết lai vẫn còn tiềm năng đáng kê chưa được sử dụng.

Đề có được nguồn than đá trắng phục vụ cho tuốc bin phát điện, và điều tiết nước hợp lý cho hạ du vào mùa kiệt là cần thiết nên phải xây dựng các hồ chứa dé tích nước, đồng thời điều tiết lũ, giảm bớt ngập lụt đối với hạ lưu Ngoài dung tích nước cần thiết được giữ lại trong hồ, lượng nước dư phải xả xuống hạ

lưu qua tràn xả lũ.

Một dòng sông tự nhiên khi chưa được khai thác thì dòng chảy trong sông

chuyển động theo quy luật thông thường, tốc độ của dòng chảy lũ thường là

2,50m/s ~ 3,0m/s, mực nước trên từng đoạn sông tương ứng với lưu lượng lũ

đến, năng lượng của dòng chảy được tiêu hao theo tôn that doc đường do sức can

của lòng dẫn và hai bờ; không có hiện tượng dòng chảy tập trung mạnh gây ra

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

sóng lớn dao động ở hai bờ va tác động đên độ dâng mực nước đôi với công trình giao thông ở đoạn hạ lưu sau đó.

Song khi xây dựng hồ chứa va cụm công trình đầu mối đập dâng, đập tràn xả

lũ, nhà máy thủy điện, âu thuyền, âu tàu vv thì dòng chảy lũ được điều tiết trữ lại trong lòng hồ, tạo ra mực nước thượng hạ lưu trên đoạn sông có chênh lệch lớn mà ta gọi là Az (Z¡à- Z nạ), khi gặp các lũ lớn vượt quá lưu lượng điều tiết

của hồ chứa, cần mở cửa đập tràn (cửa xả đáy hoặc cửa xả mặt) để tháo lưu

lượng dư xuống lòng sông hạ lưu Phần lưu lượng này tập trung đồ xuống sau đập tràn bằng một trong hai hình thức đó là:

- Nỗi tiếp theo dạng tiêu năng day;

- Hoặc nối tiếp theo dạng tiêu năng dòng phun Mà đối với hồ Sông Cái

dùng hình thức này.

Ở nước ngoài đập tràn xả lũ nối tiếp theo dang dòng phun có thé ké đến như

đập Brack (Liên Xô cũ); được xây dựng từ năm 1960 với lưu lượng đơn vị thiết

kế q= 30,5m°/s-m Đập tràn có 10 khoang, mỗi khoang có chiều rộng b=18m,

Q.¿ =5490m’/s, lưu tốc trên mũi phóng đạt Vinp= 35mỶ/s, bán kính cong cuối đập

R =l5m, góc mũi hắt œ= 35°, thể hiện như hình 1-1.

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1-1 Mặt cắt ngang đập tràn Brack.

Hay như đập tràn công trình thủy điện Guri (Venezuela) công trình được

xây dựng năm 1982 với lưu lượng đơn vị thiết kế q= 150m”⁄s-m Chiều rộng

tràn B=40m, lưu lượng xả Q=600mỶ /s.

Lưu tốc chảy trên mũi phóng Vinp= 4lm/s, đập có chênh lệch cột nước thượng hạ

lưu Az = 130m; Mặt cắt ngang đập tràn Guri xem hình 1-2.

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Vĩ ng b? t«ng bPph, hoti

} >»

Hinh 1-2 Mat cat ngang dap tran Guri.

Hay như mặt cắt đập tràn công trình thủy điện Tam Hiệp ở Trung quốc ( xem hình 1-3) Công trinh này mực nước hồ Z¡¿ max= 175m, cao trình mũi hat

Zmp = 85m, góc mũi hắt a= 27°50’; lưu lượng don vi thiét ké qE 174m?/s.m; mực nước tương ứng ở hạ lưu là Z¡¡= 77.05m Đập được xây dựng trên nền đá gốc

granite, có ứng suất nén o= 1200kg/cm”; lưu tốc dòng chảy tại mũi hắt hmp=

5.10m; bán kính cong ngược ở cuối tràn chọn R= 24.0m.

Phạm Phùng Thường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Như vậy qua 3 công trình đập tràn nói tiếp tiêu năng dạng dòng phun nêu trên có hình dạng tương tự đập tràn xả lũ Hồ Sông Cái mà ở nước ngoài đã áp

dụng.

1.1.2 Tong quan tình hình xây dựng công trình tràn xả lũ tiêu năng dạng mũi

phun ở Việt Nam ta.

Từ thập niên 80 của thế kỷ 20, ở nước ta bắt đầu xây dựng các công trình

hồ chứa thủy lợi- thủy điện lớn như:

- Dap tràn thủy điện Hòa Binh;

- Dap tràn thủy điện Sông Hinh;

- Dap tràn thủy điện Yaly;

- Dap tràn thủy điện Tuyên Quang;

- Dap tràn hé chtra Ta Trach;

- Dap tran thủy điện Sơn La;

- Dap tràn thủy điện Bản Vẽ;

- Dap tràn thủy điện Ban Chat;

- Dap tran hồ chứa thủy lợi — thủy điện Cửa Đạt, v.v

- _ Hồ Tả Trạch thừa Thiên Huế;

Sắp tới xây dựng các công trình:

- Đập tràn thủy điện Lai Châu;

- Dap tràn hồ chứa Krong Pach Thượng Đắc Lắc;

- Đập tràn Sông Cái tỉnh Ninh Thuận;

- Dap tràn hồ chứa Ban Mong tỉnh Sơn La, wv

Phạm Phùng Thường

14 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Trong việc bố trí đầu mối thủy lợi- thủy điện thì tràn xả lũ và van đề biện

pháp tiêu năng sau tràn nhằm nối tiếp dòng chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu có

một vi trí quan trong; bởi lẽ hình thức tiêu năng được chọn thích hợp không chỉ

giữ ôn định cho vùng chân đập tràn xả lũ mà còn không gây tác động xấu đến các công trình lân cận, ít gây xói lở đối với hai bờ hạ lưu sau công trình, cũng như tác động xấu đến cầu giao thông và các công trình dân sinh khác ở hạ lưu

sau đập tràn.

1.13 Tổng quan về hình thức tiêu năng phòng xói.

Cách lựa chọn là dựa trên các điều kiện:

- _ Điều kiện địa hình, địa chất, địa thé sau tran;

- Điều kiện các yếu tố thủy lực xả lũ qua tràn, như lưu lượng đơn vị thiết kế

xả qua tràn, lưu tốc dòng chảy ở cuối tràn hoặc mũi phun, mực nước hạ

lưu tương ứng với lưu lượng xả;

- Phuong thức vận hành tràn xả lũ.

Ở Việt Nam đập tran xả lũ tiêu năng dang mũi phun đã được áp dụng rat phd

biến Từ năm 1990 đến nay đã có 48 công trình tràn được xây dựng, trong đó có

tới 25 công trình áp dụng dạng tiêu năng mũi phun chiếm tới 52%.

Đặc biệt các công trình thủy lợi thủy điện lớn ngày nay xu hướng sử dụng

tran xả lũ tiêu năng dạng mũi phun ngày một gia tăng chiếm tới 65% trong tổng

số các công trình đã xây dựng và sẽ xây dựng.

Với dạng tiêu năng mũi phun khi mà luồng chảy phóng xuống dòng sông hạ

lưu, năng lượng mà dòng chảy nó mang theo cần được tiêu hao một cách tốt nhất khi dòng phun rơi vào hồ xói được đào trước (đào một phần hoặc đào cả) là để

Phạm Phùng Thường

15 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

tạo được lớp nước đệm đủ cho luồng chảy phóng xuống nối tiếp với mặt nước ở

hạ lưu Năng lượng được tiêu hao tốt nhất, phần năng lượng dư ít gây xói lở, bào

xói lòng dan hạ lưu, ít gây ra sóng dénh lan truyền vào hai bờ và đến các công

trình lân cận, đến cầu giao thông bắc qua sông Về phương thức dao hồ xói có

hai cách thực hiện là:

- Đào sâu một phan, tiếp đó khoan tơi dé khi vận hành xả lũ, dòng nước sẽ

xói trôi lớp đá khoan tơi, dùng năng lượng dòng nước dịch chuyên chúng rải ra trên bãi và lòng sông hạ lưu Cách này đã được thực hiện ở hồ tiêu năng sau tran

xả lũ thủy điện Hòa Binh;

- Căn cứ vào lý thuyết tính toán khả năng dòng phun sẽ xói sâu dé dao sẵn

hồ xói đến cao trình dự kiến, nhằm tạo đủ lớp nước đệm ứng với lưu lượng thiết

kế tiêu năng và được kiểm tra ứng với lưu lượng xả lũ thiết kế.

Hai cách thực hiện trên, moi cach có uu điêm, nhược điêm riêng, tác giả sé phân tích trong chương 4 của luận văn này đông thời đưa ra ý kiên của mình khi vận dụng một trong hai cách trên.

Vì vậy khi thiết kế tràn xả lũ tiêu năng theo dạng dòng phun (dòng phun từ

mũi hắt cuối đập tràn với đập bồ trí ở giữa dòng sông, hay dòng phun từ cuối dốc nước khi đập tràn bố trí ở bên bờ) cần phải chú đến việc tính toán là:

- Chon hình dạng mũi phun: dùng mũi phun liên tục hay mũi phun dang so le;

- _ Với mũi phun liên tục thì nên chọn góc hắt a thích hợp dé có được dòng

phun xa nhất, nghĩa là với dang mũi phun đó ta có chiều dài dòng phun Linax và

góc tới (góc đồ vào mặt nước hạ lưu B) thích hợp (Hình 1-3 và 1-4)

Phạm Phùng Thường

~_ Với mũi phun so le (mũi phun hai tang) thi cin chọn góc hắt của rãnh va

sóc hắt của răng phun thích hợp (Xem hình 1-5);

-_ Dựa vào lý thuyết dé tính chiều dai phun xa Lmax và Lmin dé xác địnhtim va kích thước hồ xói khi đã định chọn góc hắt œ ứng với các tham số tính

toán thủy lực Vgps dps Qus AZ của công trình trần xã lũ mà ta đang nghiên cứu (Trong luận văn này là tràn xả lũ Hỗ Sông Cái)

~ - Dựa vào tai liệu địa chất ở chân công trình và lòng sông sau công trình đểtính toán ước tinh chiều sâu hồ x6i;

~_ Dựa vio tink hình địa hình đoạn sông sau đập tn, wu giao thông, các

công trinh kiến trúc dn sinh khác hai bên bờ hạ lưu sau đập trần xa lũ để xác

định phương thức dao sâu hỗ x« tránh các ảnh hưởng xấu đến các công trình kể trên nhằm tránh mọi tổn hại đến các công trình đó Đây mới là quan điểm xem

xét toàn cục, tránh phiến diện dé gây ra hiệu quả xấu sau này

Về giá trị góc hắt a của mũi phun liên tục thường được chọn từ 25° đến 35°, quatài liệu nghiên cứu thấy rằng góc hắt a = 25° là tốt hơn so với a = 35°.

Một số công trình tràn xa lũ ở nước ta đã được xây dựng thì góc hắt œ

thường được chọn là:

+ Góc hắt cuối đốc nước tram thủy điện Tuyên Quang a= 25°;

+ Góc hắt cuối đốc nước sau tràn trạm thủy điện Hòa Bình a = 27o;+ Góc hắt cuối dốc nước sau tràn Cửa Dat a = 270;

+ Góc hắt cuối đập tràn tram thủy điện Dim Bri a = 250;

Góc hit cuối tran Bản Mang œ 250;

1.1.4 Dang mũi phun so le.

Về kích thước của rãnh và mồ của mũi phun so le thì một số công trình

thực tế nước ta đã áp dụng như:

+ Mai phun so le cuối dốc nước sau tran thủy điện Hòa Bình (được

nghiên cứu sửa đổi sau lũ 1991);

+ Mũi phun so le cuối đập tràn thủy điện Dam Bri:

+ Mũi phun so le cuối dốc nước sau tràn Tả Trạch (phương án tiêu

năng dòng phun);

+ Mũi phun so le cuối đốc nước sau tràn Krong Pách Thượng(Đắc.Lắc):

Về kích thước giữa rãnh và mồ của mũi phun so le đã được nghiên cứu

nhiều, từ kết quả nghiên cứu ở nước ngoài cũng như đề tài nghiên cứu khoa học

ở nước ta do PGS.TS Trin Quốc Thưởng chủ trì đã công bố kết quả có thé tóm

tit trong Bảng 1.1

Bang 1.1 Các thông số mũi hắt hai ting của các tràn xả lũ

m “ : „ „| đối của | ngang ¡ mỗ

phun hình thang xuối là loại mé phun hợp lý nhất bởi lẽ ch

cứu của các tác giả trong và ngoài nước thấy rằng dạng mồ

nhất, đồng thời trên vùng mũi hắt và mé không xuất hiện áp suắt âm

Khi áp dụng néu chọn ø;=10° (góc hắt của rãnh) thì nên chọn góc hắt của

mé œ;=25°, nếu chọn góc hắt của rãnh œ,=15°, thì nên chọn góc hắt của mé

)', cả mé và rãnh đều có cùng bán kính cong ngược R ở cuối mặt tràn hoặc

cuối đốc nước, và giá trị của bán kính cong ngược nién lấy:

Roguge=(6+7) hạn

nh 1.7 So sánh độ sâu xói của các dang mồ phun

Ghỉ chú: qry= 54,3 Vs;

Thời gian xói T= 1 giờ:

Vat liệu xói cát thô: d = 27 cm;

Độ sâu hạ lưu: 27cm;

Đường viễn xói 1 của mé hình thang;

Đường viễn xói 2 của mỗ hình chữ nhật;

Đường viễn xói 3 của mũi phun liên tục;

1.1.5 Tong quan xác định chiều sâu hồ xái và chiều đài phun xa

Trường hợp áp dụng hình thúc tiêu năng theo dạng dòng phun cần tinh

toán được chiều dai dòng phun L„u„,„„ và chiều sâu T, của hồ xi

Tính chiều dài phun xa có nhiều công thức, nhưng thường dùng công thức

theo quy phạm (Liên Xô cũ) là:

V — Lun tốc tại mũi phun (m/s);

HH Độ sâu trên mũi phun (mm);

P ~ Chênh cao từ mũi phun đến mặt nước ở hạ lưu(m)

Ngoài ra còn nhiều công thức lý thuyết và kinh nghiệm khác để tính chiều

đài phun xa.

Đối với chiều sâu hỗ xói cũng có không ít công thức tính độ sâu hồ xói

của nhiều tác giả như công thức của M.C Vưzgo; công thức của M.A Mikhalop; công thức của Từ Thượng Thiên, công thức của Trương Phúc Nghĩa vv Nhưng tính chiều sâu xói đối với nền đá được áp dụng nhiều là công thức của

‘Trin Xuân Dinh (TQ):

Tạ" 42)

Trong đó: T- Chiều sâu tính từ mặt nước hạ lưu đến đáy hồ xói (m):

q- lưu lượng đơn vị (m'/sm) ở chỗ lưỡi nước của đòng phun đi vào mặt

lớp nước đệm;

h- Chênh lệch cột nước thượng va hạ lưu của công trình tran (m);

k- Hệ số tổng quát tắt cả các yếu tổ ảnh hưởng đến độ sâu xói, xét tới tínhchất của đá lòng sông

1.2 Tổng quan về chế độ thủy lực hạ lưu

ảnh hưởng tới cầu giao thông

liêu năng theo dạng dòng phun

Hơn mười lăm năm qua từ kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực

về đập tràn xả lũ nối tiếp với mực nước hạ lưu theo dang tiêu năng dòng phun,

mà chế độ thủy lực ở hạ lưu đã ảnh hưởng xấu tới cầu giao thông ở hạ lưu công.trình có thể kể đến là:

Tran xả l sông Hình năm 2006 thực hiện xa lũ xuống hạ lưu đã xói trôi cầu

giao thông bắc qua sông Hinh cách vị trí trần xa lũ khoảng 800m bị rồi: do caotrình mặt cầu thất hơn mực nước xa lũ sau tran;

Thí nghiệm mô hình đập tràn xả lũ Tuyên Quang năm 2003 đã cảnh báo cầu giao thông bắc qua sông Gam ở hạ lưu công trình, khi thực hiện tràn vận hành xa

lũ với lưu lượng xã lớn hơn tan suất lũ Pig) thì chân trụ cầu có khả năng bị xói

sâu tới từ #+10m và uy hiếp mé cầu bo trái nối với đường dẫn di vào thị trắn Hang, bị ngập gây trở ngại cho việc di lại ở hai bờ; cầu giao thông này cách côngtrình tràn xả lũ gan 1500m về hạ lưu;

Na-Nam 1998 cũng dựa trên kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực đã thấy rõ

tình hình thủy lực ở hạ lưu tràn xa là Hòa Bình diễn ra rất phức tạp nếu lưu

lượng xả lũ Q> 25000m`⁄s xuống hồ tiêu nang thì dòng phun phóng xuống hỗ xóitiêu năng và chảy ra khỏi hỗ xói gây ra sóng lớn lan truyền xuống hạ lưu, sóng.cao sẽ va đập vào dầm cầu giao thông ở hạ lưu bắc qua sông Đà, với ngọng sóng.cao tới 1,5m có khả năng tràn nước lên mặt cầu gây nguy hiểm cho người và

phương tiện qua cầu Mat khác lại tạo thành khu nước quản chảy ngược từ mỏ han về tường lái dong bên bờ phải rồi chảy thúc vào chân mái đá hạ lưu của đập,

Hòa Binh gây x6i sat mái hạ lưu, đồng thời tạo ra đồng quan ở chân đập, có sóngđao động cao từ 2,5-3,0m làm kéo trôi các tắm bê tông bảo vệ mặt mái nặng tới

24 tắn; ngoài ra côn tạo ra độ dốc ngang của mặt nước giữa hai bờ, mà độ chênh

lệch mặt nước tới 7-8m, gây sat lở cho hai bờ;

Năm 2006 cũng như kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực của trần xả lũ Cửa Đạt, theo kết quả nghiên cứu đã cho thấy sau khi xả lũ lưu lượng

xả Q > 3400m'/s sẽ gây sóng lớn đối với hai bờ, đồng thời chủ lưu dng chảy đi

lệch sang bar trái đâm vào mồ cầu bờ trái cô thé phá hoại mé cầu bờ trái và xóisâu vùng mồ cầu bé trái tới gần 10m; đồng thời sóng tràn lên đường dẫn bên trái

mồ cầu ba trái Điều này đã được nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực cảnh

báo Song chưa chú ý gia cố, nên mùa lũ năm 2008 thực hiện xả lũ thi công vớilưu lượng gan 7000m'/s đã gây ra sự cố;

Như vậy qua việc nghiên cứu mô hình thủy lực về tình hình thủy lực ờ hạ

lưu diễn ra phức tap làm dâng mực nước đoạn lòng sông có cầu giao thôngkhông giống như mực nước sông tự nhiên khi chưa xây dựng công trình trần xả

lũ

in được để

Do vậy, vẫn để này ip để nghiên cứu.

1.3 Nhận xét chương 1:

Trong chương 1 đã tổng quan về chương trình thủy lực thủy điện và trần

xả lũ ở các nước, các biện pháp tiêu năng áp dụng sau đập tràn Tiếp theo đã

trình bảy tổng quan tỉnh hình xây dựng các công trình thủy lợi - thủy điện ở nước

ta, đặc biệt đề cập đến công trình tiêu năng theo dạng mũi phun; trong đó có hai

dang mũi phun:

+ Mũi phun liên tục và mũi phun so le;

+ ĐỀ cập đến tham số thiết kế mũi phun;

Dé cập đến các yếu tổ tính toán chiều dải dòng phun và tính toán chiều sâu

hồ xôi;

Điều kiện chọn tiêu năng theo dang dong phun.

Cuối cùng đã khai quát một số kết quả nghiên cứu tiêu năng dang dong

phun gây ra tác dụng đối với các công trình ở hạ lưu đập tran, nêu ra tác động.xâu đồ với các cầu giao thông ở cách xa đập tran từ 800m-+1500m trong các công

trình thực tế Với những nét chính này gợi lên sự đi sâu phân tích khi nghiên cứu

xác định cao trình cầu giao thông sau đập tran Hỗ Sông Cái

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CUU LÝ THUYET CHE ĐỘ THỦY LỰC DONG

CHAY SAU CONG TRÌNH TIÊU NANG HẠ LƯU

2.1 Đặc điểm của công trình tiêu năng sau tràn xả lũ.

Dòng chảy từ đập tràn xả xuống hạ lưu có năng lượng rất lớn, năng lượng.này được chuyển hóa từ thé năng thành động năng, nếu độ sâu nước ở sau công.trình nhỏ thì lưu tốc lớn Vì vậy sẽ làm thay đổi đặc tính ding chảy tự nhiên của

đoạn sông hạ lưu nỗi tiếp với công trình xã Mặt khác do việc bổ trí chiều rộng

của công trình xa đều hẹp hơn so với chiều rộng của long sông, khiến cho lưulượng đơn vị của dong chảy rat lớn, mà làm cho động năng được tập trung cao

độ, đây chính là đặc điểm cơ bản của déng chảy sau các công trình (háo Khi mà

lòng sông hạ lưu được tháo qua cùng một lưu lượng thì lưu lượng đơn vị tương.

đối nhỏ, nên lưu tốc đòng chảy nhỏ, độ sâu nước tương đối lớn, lòng sông

chinh nó đã hình nguyên dang vốn đã trải qua một thời kỳ dải tự bản thân

thành dạng xói bồi cân bằng Do đó khi đồng xả lũ qua công trình có động năng

rit lớn, làm thé nào để nối tiếp với đồng chảy ở hạ lưu trong trạng thái bình

thường với thé năng là chính, đó chính là vấn để cần phải giải quyết, néu vấn đề này không giải quyết thỏa đáng thì đối với lòng sông ở hạ lưu có khả năng bị phá hoại nghiêm trọng Năng lượng của dòng chảy xả lũ qua tran có thể dùng,

biểu thức (2.1) để tính:

NewHL — (1)

“Trong đó

~ N - là tổng năng lượng của đồng chảy xả qua tràn;

= y - tỷ trọng của nước (Tím), y=pg;

~_ H~ chiều cao cột nước (m) tính từ mực nước hồ đến mực nước hạ lưu hồ.

= q~ lưu lượng đơn vị (m'/s.m);

~_ L~ chiều rộng dong phun rơi xuống hồ tiêu năng (m)

Chính vi sau các công trình tràn xã lũ là ta edn phải thiết kế xây dựng

công trình tiêu năng, nhằm tiêu bao phần năng lượng đó, giảm thiểu triệt để

năng lượng dư gây tác động xấu đến các công trình ở hạ lưu và hai bờ

Biện pháp công trình tiêu năng thì có nhiều, song các công trình tràn xã lũ thường dùng một trong hai dạng, đó là:

= Tiêu năng dong đá

~ _ Tiêu năng đông phun

Dưới đây xin lần lượt trình bảy hai dang tiêu năng nói trên.

2,1.1.Tiêu năng dong đáy:

Kết cấu tiêu năng dòng đáy gồm có hình thức sau: Bể tiêu năng (gọi la bể

chìm), Tường tiêu năng (gọi là bễ ndi), BE tường kết hợp (gọi là bể nửa chìm nửa.

nỗi)

Đây là hình thức được áp dụng phô biển ở các công trình tiêu năng dòng.

day (xem hình 2.1), đặc biệt là ở những công trình có địa chất nén yếu, có ting

đá gốc sâu Hình thức này thường tạo ra chế độ chảy ngập khi qua ngưỡng bế.nên chỉ cần tiêu năng một lần

* Tường tiêu năng:

Do điều kiện kết cau và thi công, khi làm bề tiêu năng không thích hợp thì

nên ding tường tiêu năng xem hình 2.2 Tường tiêu năng làm việc như một đập trần và trạng thái chảy qua tường là

avy)? 4

- chảy ngập nếu h, > 0;

~ chảy không ngập nếu h, <0;

“Trường hợp nay ta phải kiếm tra chế độ chảy sau tường Nếu dòng chảy

sau tường là dòng chảy xiết th ta phải tiêu năng tiếp sau tường

* Bé tường kết hợp:

Trong thực tế, có nhiều trường hợp nếu làm bể tiêu năng chỉ bằng cách

hạ thấp đáy kênh hạ lưu hoặc chỉ bằng cách xây tường thì không hợp lý Trong

trường hợp thứ nhất, bể sẽ phải rất sâu, đáy kênh hạ lưu phải hạ thấp quá nhiều

“Trong trường hợp thứ hai, tường sẽ phải quá cao, sau tường rất có khả năng xây

ra nước nhảy xa và ta phải làm tiếp tường thứ hai Trong điều kiện như thế,tốt hơn hết là kết hợp cả hai biện pháp trên, vừa hạ thấp day kênh, vừa làmtường gọi là bể tiêu năng kết hợp Thực tế chứng tỏ dùng biện pháp này trong.nhiều trường hợp rit có lợi về mặt kinh tế và ky thuật (Xem hình 2.3)

Hình 2.3 Hình thức tiêu năng bé tường kết hop

2.1.2.Tiêu năng mặt.

Đồng chảy của hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt Kinh

cho biết hiệu quả của tiêu năng này so với tiêu năng đáy không kém hơn.nhiề | nhưng chiều dai sân sau ngắn hơn 1/5 ~ 1/2 lần, đồng thời lưu tốc ở đáy

nhỏ nên chiều day sân sau nhỏ, thậm chí néu trên nền đá cứng thi không ean kimsân sau Ngoài ra có thé tháo vật nỗi qua ma không sợ hỏng sân sau

ủy theo mực nước hạ lưu , trạng thái đồng chảy sẽ phân thành dòng chây mặt không ngập và đồng chảy mặt ngập:

- Khi hạ¡< hy < hạ; có dong chảy mặt không ngập;

- Khi hu> hyo sẽ sinh ra đồng mặt ngập.

Ở đây hau, hyo gọi là độ sâu giới hạn thứ nhất và độ sâu giới hạn thứ hai

Việc xác định : hy, hyo — bằng lý thuyết đưa đến biểu thức phức tạp Ũ

T.N.Axtafitseva đề nghị công thức thực nghiệm sau:

hạ, =0824+(3/44~22-)Öyg:

lạ, = 122+ 250-2552 ge (23)

“Trong đó: hạ; ~ Chiều sâu phân giới.

“Trường hợp khi cửa van trên đỉnh đập mở hoàn toàn, cột nước trên đính H <

2/3 Cụ và cũng có thé tinh gần đúng cho trường hợp mở cửa van với độ mở nào

đó Công thức (2.2) và (3.3) chỉ đúng với điều kiện aC, > 0.2 ;

TNAxtaitseva để nghị: s„, JÐa+44-72)Đg (24)

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

(0,25 — 0,35) chiều cao đập Góc ngh

đập có ảnh hưởng đến tra ng thai chảy phóng xa , bé quá có thể xuất hiện ding

chiy day Thường dong © < 10°~ 15°18 thích hợp.

a, thường ding chiều cao a=

Hình thức tiêu năng mặt có một số nhược điểm là làm việc không ổn định

khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều, ở hạ lưu có sóng ảnh hưởng đến sự làm.việc của các công trình khác như thủy điện, âu tau va sói lở bở sông

2.1.3 Tiêu năng phóng xa:

Hình thức tiêu năng phóng xa (còn gọi là tiêu năng đồng phun) là lợi dụng mũi phun ở chân đập hạ lưu để dòng chảy có lưu tốc lớn phỏng ra xa khỏi chân đập Dòng chảy được khuếch tán trong không khí , sau khi đỗ xuống lòng sông,

Do ding chảy tiêu hao năng lượng rit lớn trong không khí nên giảm năng lực

xói lòng sông và giảm ảnh hưởng nguy hại đến an toàn của đập Ở hình thức này

năng lượng đồng chảy được tiêu hao trong không khí và một phần ở lòng sông

Dong chảy phóng xuống hạ lưu và gây ra hồ xói tới một độ sâu nhất định nào 46

thi năng lượng thừa của dòng chảy được hoàn toàn tiêu hao bằng ma sát nội bộ

cho nên nếu chiều sâu nước hạ lưu cảng lớn thì cảng giảm được xói lỡ lòng

sông

"Độ dai phóng xa cảng lớn cảng có lợi Đập tràn cảng cao, độ dai phóng xa

lay càng lớn Trái lai, đập thấp thì chiều dai phóng xa cảng ngắn, nếu dùng hìnhthức tiêu năng này sẽ bị hạn chế

Để đạt được hiệu quả tiêu năng cao chúng ta muốn chiều dài phóng xalớn, mà yêu cầu xói lại ít, nhưng thực tế chiều dài phóng xa cảng lớn thi khả.năng xói cảng lớn, do đó thiết kế thường dùng tỷ số + /L làm tiêu chuẩn khôngchế, trong đó t, là chiều sâu lớn nhất của hồ xói, L là khoảng cách từ hố xói đếnchân đập tốt nhất chọn tỷ số t „/L là nhỏ nhất Độ phóng xa của dòng phun chủ

yếu phụ thuộc: Lưu tốc trên mũi phun, góc phun, cao trình mũi phun, bán kính.

‘cong mặt tràn gần mũi phun v_.v Chiéu sâu và phạm vi xói lở phụ thuộc : Độ sâu nước hạ lưu , địa chất lòng sông , chênh lệch mực nước thượng hạ lưu_ (lưu.

tốc), lưu lượng đơn vị, tinh hình khuếch tán của dong chảy

Các hình thức kết edu mũi phun: (đã nêu ở phần trên)

~ _ Mãi phun liên tục;

~ Mũi phun không iên tục.

Đây chính là một trong những hình thức kết cấu công trình tiêu năng

phóng xa, lợi dụng ma sát với không khí dé tiêu hao một phần năng lượngphần côn lại sẽ được tiêu tin bởi lớp đệm nước hạ lưu Điều kiện thực hiện được

tiêu năng phồng xa thi: Đỉnh mũi phun phải cao hơn mực nước hạ lưu, chigu cao

cột nước trước đập di lớn dé tạo ra dòng phun phóng xa để không ảnh hưởng

đến công trình , cột nước hạ lưu (hy, ) cũng đủ lớn để chiều sâu hồ xói (t, )

không lớn quá [8]

Hình thúc nay thường dùng với công trình có cột nước trung bình va lớn

6 Trung Quốc, người ta áp dụng cả với cột nước vừa và nhỏ, công trình đặt trên

ất định:

nền mềm Tuy vậy hình thức này cũng có những hạn chế

- Hồ xói do ding phun tạo ra có thể hạ thấp mực nước hạ lưu làm ảnh

hưởng đến các yêu cầu dùng nước phía hạ lưu công trình:

- Xung kích của đông phun tạo thành ding cuộn n_ gược hoặc sóng vỗ má

đập;

- Ở mũi phun có thé tạo ra khí thực;

~ Dòng phun tạo ra sương mủ ảnh hưởng đến giao thông và môi trường sống

nói chung,

2.2 CI u đài phóng xa của các công trình tiêu năng bằng mũi phun

2.21 Tính toán chiều đài phóng xa: Chiều đài phông xa là khoảng cách theo phương ngang từ mũi phun dén trung tâm ding nước tại đáy kênh hạ lưu (Ly) hoặc đến mực nước hạ lưu (Ls).

Cong thức lý luận chung chiều dai phóng xa chỉ có thé xác định bằng nhữ ng

công thức kinh nghiệm (1).

Cosa, +250—3) | (2.5)

oO pa 3ø 8S coser| Sina, + |

Trong đó: ø- Hệ số ké đến tổn thất cột nước:

S¡- Chênh lệch cao độ giữa mực nước thượng lưu va mũi phun (hình 2-20);

S - Chênh lệch cao độ giữa mực nước thượng lưu và đáy kênh hạ lưu;

h- Chiều sâu đồng nước trên mũi phun;

— Góc nghiêng của mũi phun.

V,- lưu tốc đồng chảy mũi phun;

3 - Góc nghiêng của đòng phun tại vị trí rơi xuống mặ nước hạ lưu

§;- Khoảng cách từ mũi phun đến đáy kênh hạ lưu;

E,- Năng lượng toàn phần của dong chiãmäi phun so với đáy kênh hạ lưu

Hình 2.4, Tiêu năng phóng xa và các thông số cơ bản Nhân đây học viên xin giới thiệu công thức xác định chiều dài phóng xa của Viện nghiên cứu khoa học thủy lợi Trường Giang đã chọn để tính chiều dải

phóng xa cho công trình thủy lợi Tam Hiệp (TQ) Néu ta gọi Ly là chiều đãi

phóng xa từ mũi hat đến mực nước hạ lưu, thi Ly được tinh là:

“Trong đó: vị - lưu tốc dong chảy tại mũi phun (m/s);

8 — Góc ra của ding phun (;

Pi — Độ cao từ đỉnh mũi phun đến mặt nước hạ lưu (m):

hị—Đị lu dòng chảy tại mũi phun (m);

vị cay Ø (2.10)

Các ký hiệu trong công thức (2.9), (2.10) theo hình vẽ: 2.5

2.2.2, Xác định tâm và chiều rộng của hồ

Wi

Việc xác định phạm vi hồ x6i quan đến kế gia chiều dai phun xa,

chiểu đài phun xa áp dụng công thức tính hợp thì sẽ gần sát với thực tế;

như vậy phạm vi kích thước hồ xói ít bị sai lệch.

Song để tinh được chiều dài phun xa L„„„ (m) cần xác định được các thông

số thủy lực ở mặt cắt của mũi phun là: Vip (M/S); h„„ (m); Góc hắt (°), hệ số lưu

tốc ở mặt cắt mũi phun @„ø; đồng thời phun xa nhất rơi vào mặt nước hạ lưu hỗ

xói; lưu ý điều này để xác định vị trí hồ xói được gần đúng không sai lệch lắm vềkích thước, bé rộng của hồ cần chú ý tới giá trị chieuf dài phun Ly của các công

thức. ì có công thức tinh giá trị L, là khoảng cách từ mũi phun đến tim dòngphun rơi vào mặt nước hồ xói, có công thức tính giá trị L, là từ mũi phun đến.biên dòng xói (tinh theo chiều dòng chảy) là Lyy (m) là tính từ luồng phun ngắnđến biên của luồng phun xa nhất, theo sé liệu quan sát đo trên mô hình bước đầu.

xác định là:

Lys= 1/3Ly

Con chiều ngang của hồ xói Bhé (m) thường chon bằng chiều ngang của

mặt cắt thoát nước ở cuỗi mũi phun; tức là: By = Buy

"Nhưng để tinh được Lp thích hợp theo nghiên cứu của TQ thi các tham s

thủy lực của dòng phun phải dựa vào cấp công trình để xác định lưu lượng xả lũ;

mà người ta gọi là lưu lượng tiêu năng (Qus -.;)

Trong quy phạm thiết kế đập tràn của Trung Quốc nêu rõ:

+ Với công trình cắp I thì Qua,ss„; chọn tần suất là P= 1%

+ Với công trình cắp II thì Qua,,s¿; chọn tần suất là P= 2%

+ Với công trình cấp TIT thì Qua sing chọn tin suất là P= 3%

Dùng giá trị Q tiêu năng để tinh các yếu tổ thủy lực cho dòng phun

Song để bảo đảm công an toàn cho công trình vận hành sau này, quy phạm đã nêu rõ các kết cấu tiêu năng ( bé tiêu năng hay hồ tiêu năng) phải được kiểm tra

lại với tần suất của lũ thiết kế, để điều chỉnh kích thước cho hợp lý, còn độ s

hồ xói dự ki dựa vào công thức tính xói nêu trên để quyết định Mái của hồ xói dựa vào tính chất cơ lý của nền đá để chọn cho thích hợp.

3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều dài phun xa:

“Từ công thức tính chiều đài dòng phun cho ta thấy được các yếu tố ảnhhưởng gồm:

+ Góc hắt mũi phóng 0: góc hắt của mũi phóng thực chất khác với góc ra của.luồng phun, do luồng phun sau khi ra khỏi mũi hắt chịu tác dụng của trọng lựcnên thường nhỏ hơn @ một ít, trong một số thí nghiệm đo đạc cho thấy:

Nếu góc hắt =25° thì góc ra 8= 23°45";

Nếu góc hắt 0 =27° thì góc ra 0'= 25°40";

Nếu góc hắt 6 =30°thì góc ra 0= 28°30",

Như vậy có thé nói góc ra của luồng phun nhỏ hơn góc hắt từ 1°= 1° 30', Về ảnh

hưởng của 0 đối với LI thì theo phương trình đường pa-ra-bol tìm được là

m

mane

Quy

Trong đó: A chiều cao từ mũi phun đến mặt nước hạ lưu hồ xóï (m);

h — là chiều sâu lớp nước trên mũi phun (m),