Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của công trình xả lũ Thủy điện Bắc Hà

Các lọ ip tràn và khả năng tháo của từng loại “Thiết kế công trình tháo lũ trước hết phải xác định lưu lượng thiết kế tháo qua công trình, Dựa vào quy phạm, xác định tin suất thiết kế qu

HOÀNG THỊ HƯỜNG CẢM

NGHIÊN CUU CÁC YEU TO ANH HUONG DEN KHA NANG THAO CUA CONG TRINH XA LU

THUY ĐIỆN BAC HA

LUAN VAN THAC Si

NGHIÊN CỨU CÁC YEU TO ANH HƯỚNG DEN KHẢ NĂNG THÁO CUA CÔNG TRÌNH XA LŨ

THUY ĐIỆN BÁC HÀ.

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ

Mã số: 60-58-40

LUẬN VĂN THAC SI

Người hướng dẫn khoa học:GS.TS Phạm Ngọc Quý

‘TS Lê Thị Nhật

Ha Nội - 2013

LỜI CẮM ON

Dưới sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy tro trường Đại học Thuỷ

Lợi, bạn bẻ, đồng nghiệp, người thân và cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả.mong muốn đồng gp và đem lại những giá tri vé khoa học - thực tiễn cho để tải

luận văn thạc sĩ kỹ thuật: *Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo.

của công trình xã lũ Thuỷ điện Bắc Hà”

Dé đạt được như vậy, tác giả xin bảy tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắcdối với thiy GS-TS Phạm Ngọc Quý và TS Lê Thị Nhậ

những ý tưởng quý gi, những định hưởng ban đầu và nhiệ:tỉnh hướng dẫn, giúp đỡ

người thầy đã cho tối

tôi hoàn thành công việc nghiên cứu khoa học của mình.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng

Đảo tạo đi học & sau đại học, Khoa Công nh, Bộ môn Thuỷ Công và các thấytham gia giảng đạy khoá Cao học 18 trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiệncho tôi hoàn thành tốt khoá học

Xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Công ty Cổ Phin Tw vấn Xây dựng Điện 1 nơi

tôi dang công tác, Ban chủ nhiệm thiết kế công trình thủy điện Bắc Hà đã giúp do tôi hoàn thảnh luận văn này.

“Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến người thân, bạn bE và

đồng nghiệp đã khích lệ động viên tôi thực hiện đề tai luận văn này.

TÁC GIÁ

Hoang Thị Hường Cẩm

Tôi xin cam đoan diy là công tỉnh nghiên cứu của tiêng ti.

Kết quả nêu rong luận văn là trung thực, không sao chếp từ

bit ki công trình nghiên cứu nảo khác

Nếu sai ôi xin hoàn toàn chịu tách nhiệm,

TÁC GIÁ

Hoàng Thị Hường Cam

Học viên: Hoàng Thị Hường Cam Lop: 18C21

1.2.1, Các nghiên cửu trong nước Trang 10

1.2.2 Các nghiên cửu ngoài nước Trang 19

1.3 Các kết quả nghiên cứu Trang 27

14 Kết luận Trang 31

'CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÁC YÊU TO ANH HƯỚNG DEN KHẢ NANG

THÁO CUA DAP TRẤN THỰC DUNG THUY ĐIỆN BÁC HÀ Trang 32

2.1 Phân tích các yếu tổ ảnh hưởng đến khả năng théo của đập trần xã lũ nói

2.2.3 Xét đến điểm rơi (điểm đặt rãnh van cung trên mặt đập trn) Tang 47

2.2.4, VỀ bề rộng mỗi khoang trần và cột nước trần Trang 472.2.5 Về kích thức bề dày và hình dạng đầu trụ pin Trang 48

2.2.6, Về loại và hình dang Cửa Van Trang 51 2.2.7 Ảnh hưởng của mực nước hạ lưu ‘Trang 51

'CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MO HÌNH THUY LUC

Trang 54

3.1 Giới thiệu công trình Bắc Hà Trang 54

BALL Vite dia Trang 54

3.1.2, Điều kiện dia hình, dia chit công trinh Trang 55

3.1.3 Điều kiện địa lý (Khi tượng thủy văn) Trang 55

3.1.3 Các thông số kỹ thuật chính của công tinh Bắc Hà Trang 60

3.2 Lý luận thực nghiệm mô hình thuỷ lực Trang 63

3.21, Phương pháp giải quyết các vẫn đề thay động lực học Trang 63

3.22, Các loại hình thực nghiệm Trang 63

3.2.3 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm mô hình thủy lực ‘Trang 64

3.2.4 Lý thuyết tương tự dé thiết ip mô hình thủy lực “Trang 66

3.3 Lập phương trình xác định khả năng tháo của tràn Bắc Hà theo định lý hàm TT (phương pháp Buckingham) Trang 70

Học viên: Hoàng Thị Hường Côm Tip: ISC2T

3.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp BueKingham (Định lý hàm II)

Trang 71

3.3.2, Thiết lap phương trình chung Trang Tả

3.4 Thiết kế mô hình và tiền hành thí nghiệm Trang 81

3.4.1, Tỷ lệ mô hình Trang 81

3.4.2 Vật liệu làm mô hình ‘Trang 84

3.4.3, Pham vi mô hình Trang 85

3.4.5, Thiết bị đo " — 3.44, Các trường hợp thí nghiệm, Trang 88

3.5 Kết qua thi nghiệm về kha năng tháo của tran Trang 90

3.5.1 Khả năng xã của đập trần khi toàn bộ 4 cửa van mở hoàn toàn Trang 90

3⁄52 Khả năng xã của đập khi chỉ mở hoàn toàn một số cửa (Za;=l80m)

“Trang 96

43 Đánh gid ảnh hưởng của các thông số qua số liệu thí nghiệm Trang 97

4.3.2, Trường hợp mỡ hoàn toàn một số cửa Trang 99

4.3.3, Trường hợp các của van chi mỡ với độ mở a Trang 100

4.4, Đánh giá định lượng kết quả thi nụ Trang 101

4.4.1, Đặt vấn đề “Trang 101

4.4.2 Phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất với mô hình xp xỉ tuyển tỉnh, ứngdụng tìm các hệ số chưa biết của một đa thức bằng số liệu thực nghiệm

Trang 102

45 So sinh đánh giả Trang 113

4.5.1, Trường hợp mỡ hoàn toàn 4 khoang trần Trang 113

4.5.2, Trường hợp mở cửa van với độ mỡ a Trang 115

4.6 Kế luận Trang 116

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ Trang 117

1 Những kết quả đạt được ‘Trang 117

2 Những đồng góp và kiến nghị Trang 119

3 Những tổn tai Trang 120

4, Hướng nghiên cứu tiếp theo Trang 120

Học viên: Hoàng Thị Hường Cam Lop: 18C21

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

Khi xây dựng đầu mối công trình hỗ chứa nước, công trình thủy lợi, thủyđiện, đập trần là một hạng mục công trình lớn, có tim quan trọng đặc biệt ảnh

hưởng đến việc kiểm tra, vữa chữa, đảm bảo đến sự làm việc bình thường vả sự an toàn cho toàn bộ công trình.

“Trong các công trình đầu mối, có th làm công trình ngăn nước và thảo nước.kết hợp Đồi với đập bê tông trọng lực và bê tông cốt thép, thường bổ trí công trình

tháo nước ngay trên thân đập.

Công trình thuỷ điện Bắc Hà có đập ding là đập bê tông trong lực, chiều cao

đập lớn nhất là 77,60m Công trình xa lũ gồm 4 khoang xả mặt kích thước 10,00m x

12.00m

Việc tính toán nghiên cứu thực nghiệm khả năng tháo của tran xả lũ là ratcần thiết để dm bảo được yêu cầu thio lĩ ma vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao Khả

năng tháo của trăn hiện tại tính toán chỉ đựa trên các cơ sở lý luận và các công thức

đã được đưa ra ấp dung chung cho các loại đặp trần có mặt cắt thực dụng ma chưa

cu thể cho công trình này Nên việc nghĩ

Hà là để c

cứu thực nghiệm khả năng tháo của công trình xa lũ công trình Thủy điện xác hóa khả năng tháo, và lựa chọn phương án

I, Mục đích của Đề tài:

~ Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cửu thực nghiệm khả năng.thảo của công tình xã lũ Thuỷ điện Bắc Hà Đánh giá, so sánh với các kết quả tínhtoán theo công thức lý thuyết Tìm ra yếu tổ quyết định ảnh hưởng đến sự thay đổi

khả năng tháo khi giữ nguyên chiều rộng By.

- Đối tượng nghiên cứu: Trin xa lũ công trình Thuỷ điện Bắc Hà,

- Phạm vi nghiên cứu: Các yếu tổ ảnh hưởng đến khả năng xả của công trình

xã lũ khi giữ nguyên By,

- Phương phập nghiên cứa: Dùng phương pháp thực nghiệm mô hình, lập

phương trình chung nhất thể hiện quan hệ giữa các yếu tổ ảnh hưởng đến khả năng

xã của trăn, Tiến hinh thí nghiệm, do đạc các giá tị trên mô hình, tinh toán chuyển đổi thành giá trị thực tế.

IV Kết quả dự kiến đạt được:

Đánh gid kết quả thi nghiệm, so sinh với kết quả tinh toán của Tư vin thết

kế và các kết quả đã nghiên cứu trước đó về khả năng xa của tràn ĐỀ xuất và lựa

chọn hình thức tràn tối ưu

lội dung luận văn:

Luận văn gồm 133 trang, 37 hình vẽ và 32 bảng biểu.

Mé đầu

Chương 1: Tông quan vé khả năng tháo của đập tràn

“Chương 2: Nghiên cứu các yếu tổ ảnh hướng dén khả năng tháo của đập,

tràn thực dụng thuỷ điện Bác Hà.

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình thuỷ lực.

Chương 4: Đánh giá kết quả thí nghiệm

'KẾt luận và kiến nghị.

Phụ lục

Hoc viên: Hoàng Thị Hường Cam Lap: 18C21

CHUONG I: TONG QUAN VỀ KHẢ NẴNG THÁO CUA DAP TRAN

1-1 Các lọ ip tràn và khả năng tháo của từng loại

“Thiết kế công trình tháo lũ trước hết phải xác định lưu lượng thiết kế tháo

qua công trình, Dựa vào quy phạm, xác định tin suất thiết kế qua tinh toán điều tiết

hồ, xác định được lưu lượng thiết kế phải thảo qua công trình tháo lũ

Công trình tháo lũ có thể chia làm 2 loại: Công trình tháo lũ dưới sâu và công trình tháo lũ trên mặt, Đập tràn là công fb tháo là trên mặt, giữ một vị trí

vai rổ quan trọng tong bệ thống công inh đầu mốt, Việc tính toán, thết kế,chon phương án tối ưu để đập tràn làm việc an toàn về kỹ thuật nhưng dap ứng

được về mặt kinh tế là điều hết sức cần thiết

Khả năng tháo của đập tràn là một thông số quan trọng, có liên quan đến an

toàn của ban thân công trình đầu mối cũng như khu vực ha du Đại lượng đặc trưng

cho khả năng tháo của đập tràn chính là lưu lượng tháo Q (m/s),

Theo chức năng của đập tràn trong đầu mỗi hd chứa có thể phân loại như.sau đập tần chính, dp trăn phụ, đập trần sự cổ,

+ Trần chính: Là công trình tháo nước chính để đảm bảo an toàn cho cá hạng mục công trình đầu mỗi và hạ du, được thiết kế kiên cố theo cắp của công,

đầu mối

+ Trin phụ: Được xây dựng để cùng với trin chính thảo duge con lũ kiểm

tra, dim bảo an toàn cho công trình đầu mối và hạ du.

+ Trin sự cố: Được xây dựng dé tham gia tháo nước khi tràn chính bị sự cổ

lâm giảm năng lực tháo (do kẹt cửa van, vật cán 6 cửa trần ) hay khi con lũ vượt quả tin suất quy định,

Theo chiều dày đỉnh đập có các dạng đập tràn sau:

Khi chiều diy của định đập ö < 0,67H, lan nước trần ngay saw khi qua mép

thượng lưu của đình dp thì tách ri khỏi định đập: không chạm vào toàn bộ mặt

dinh đập, do đó hình dạng và chiều diy của đập không ảnh hưởng đến làn nước trản

và lưu lượng tran,

" Gi)

1.1.2, Đập tran đỉnh rộng.

Khi định đập nằm ngang và có một chiều diy tương đối lớn, trên dinh đậphình thành một đoạn dòng chảy có tinh chit thay đỏi dẫn Nếu chiều dày đình đậpquá lớn ð > (8-=10)H thì không thé coi là đập trin nữa mà như một đoạn kênh.

din (2 3)H <8 < (8-‹-10)H

Học viên: Hoàng Thị Hường Cm Tập: TC2T

777 7

Hình 1.2: Đập tràn đỉnh rộng.

Kha năng xả được tí theo công thức 0=ea,2e(H, =H)

“Trong đó: «: là diện tích mặt cắt ướt

.ø: phụ thuộc vào sức cán khi đi từ kênh thượng lưu vào đập, tức là phụ thuộc vào mức độ thu hẹp và hình thức thu hẹp theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang Có nghĩa phụ thuộc vào chiều cao ngưỡng P so với cột nước H, hình

dang phần đầu ngưỡng (lượn tròn, bạt góc hay vuông góc) chiễu rộng dip so với be

rong kênh thượng lưu.

1.13 Đập trần có mặt cắt thực dung

Đập trin có mặt cắt thục dụng là loi đập tràn thường đồng trong các công

trình tháo lũ trên sông, có năng lực tháo nước lớn, tháo các vật nỗi ri lẫn trong

nước một cách dễ dàng, hình dạng cũng dễ thi công, dùng vật liệu tại chỗ nên mặtcắt đập có thể là dang bình thang hoặc hình cong

OH

Dip trần mặt cắt thực dụng

Chiều đây định trong phạm vi: 0,67H < ö < (2 3)H

Mái dốc thượng và hạ lưu có các trị số khác nhau được xây dựng bằng bê

tông, đá xây, hay gỗ nhưng nhược điểm của loại đập này là

142,

số lưu lượng nhỏ

so với dạng mặt cắt hình cong, hệ số m thường là 0441

=-Học viên: Hoàng Thị Hường Cm Tập: TC2T

“Hình 1.4: Đập tran dạng hình thang

b, Đập trăn dang mặt cắt cong:

Có profil và mái ha lưu hình cong, lượn theo lần nước trên mặt tràn, nên dong chảy trên mặt tràn thuận, hệ số lưu lượng lớn, nhưng thi công phức tạp hon đập hình thang.

Hệ số lưu lượng thường làm = 0,48 049)

Bazin là người dầu tiên đã có những nghiên cứu rt chỉ tết về đập tran thànhmỏng và đã công bố những kết quả nghiên cứu của ông vào các năm 1886 ~:- 1888,

rồi năm 1889 Pascan cũng dựa vào các nguyên tắc trên tiến hành nghiên cứu thực nghiệm.

Phương trình mặt dưới của l

hình L5)

1g nước trần tự do có dang tổng quất (như.

Hình 1.5: Sơ đồ mô tả mặt dưới luồng nước trần tự do

“Trong đó;

Hi: Là cột nước thiết kế mặt cắt có tinh đến cả cột nước lưu tốc tiễn gần:ve

3

‘Theo số liệu của US Bureau of Reclamation (Mỹ) và của Hinds, Corigio,

Justin, Ippen, Blaisdell đã đưa ra phương trình sau cho các hệ số A, B, C, D:

"Như vậy khi hy = 0 thi A = -0,425; B 999,

Các phương trình trên không có giá trị với #.a và khi T.rủ2 thì

cần có số liệu kiểm định riêng.

Cin chủ ý là phương tình trên được thit lập trong điều kiện dòng tới đập

chay êm (F, <

Hoc viên: Hoàng Thị Hường Cam Lap: 18C21

-9-VỀ lý thuyết thì như vậy, song trong thực tế chịu ảnh hưởng của nhiều nhân

tổ nên tinh hình lại khác V sau người ta đã nghiên cứu hoàn thiện hơn và đãlần lượt ra đồi các dạng mặt cất sa

- Dang mặt cắt DeMarchi (1928)

~ Dạng mặt cắt Corigio (1929) dựa trên số liệu của BaZin

- Dang mat cất Corigio cải tiến (1945) dựa trên số liệu của Bureau of Reclamation (từ các thử nghiệm ở DenVer)

- Mặt cắt WES (1952) của Waterways Experiment Station dưới đây xin giới

thiệu 4 loại mặt cắt đập tin thực dung trong số các phương trình trên được áp dụng

và nhắc tới nhiều nhất:

(1) Mặt cắt Seimemi:

=0s * (16)

Ha là cột nước thiết kệ

cắt rong (1-6) thi giá tị của X.Y > 0

tức là cột nước ma với nó người ta tinh ra tọa độ mặt

1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước.

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước.

Tính toán khả năng tháo đã được nghiên cứu và tim ra công thức chung nhất,

nó được áp dụng để tính toán thiết kế công trình thảo lũ Với các công trình quan trọng đều được đối chiếu lại với số liệu của thí nghiệm mô hình Khi đập tràn có

hình dang và kích thước khác với đập tiêu chuẩn thì kết quả thí nghiệm mô hình sẽ

ua ra được những hiệu chỉnh cin thiết, đó cũng chính là những nghiên cứu về các

yếu tổ ảnh hưởng đến khả năng thảo của công trình tháo lũ, như công trình Thủy

điện Sơn La, Bản Chát, Huội Quảng, Lai Châu.

Học viên: Hoàng Thị Hường Cm Tập: TC2T

-11-nước ta từ năm 1960 đến năm 1998 các công trình dip tin thực dụng đềuđược thi nhưtheo dang mặt cắt Ophixé

Đập trăn hỗ chúa nước Thác Nhồng (Quảng Ninh), Đập trăn Thông Gót (Cao

Bing), đập trấn Ngôi Nhỉ (Yên Bai) đều là loại đập dâng chủ yếu là để lấy nước

tưới và một phn tạo đầu nước phát điện

(Qua kết quả thí nghiệm hệ số lưu lượng m chỉ là 042 +0.44: cột nước lũ trên

định tràn không lớn chỉ 4+6m; đây là các công trình được xây dựng dưới thời bao.

cấp, nén kinh tế của nước ta còn chưa chuyển mình Để thoát khỏi lạc hậu Đăng và

"Nhà nước ta đã thực hiện đường lỗi mở cửa nhằm đưa nước ta từ một nước nông

nghiệp dẫn din trở thành một nước công nghiệp Vì lẽ đồ nước t đã đi vào nghiên

cứu xây dựng các công trình thủy lợi thiy điện lớn, đập tran 6 cật nước cao như thủy điện Sông Hinh, đập trản thủy điện Yaly, đập tran hỗ chứa nước Tân Giang,

sao đập chính từ 60+ 120m; dung tích đập tràn thủy điện Hỏa Binh; mà chi

chứa từ 500 triệu đến hàng tỷ mÌ nước vừa kết hợp chẳng lũ, phát điện và muitrồng thủy sản phát tiễn giao thông thủy phủ hợp với phương chim tổng hợp lợi

dụng nguồn nước,

(Qua kết quả thí nghiệm mô hình hệ số lưu lượng m là từ 0,43» 047 với lưu

lượng xả lũ từ 5.000m”/s đến 37.000m'/s Dé vận hanh linh hoạt trên mặt đập tràn

<u phân thành nhiều khoang, cổ lắp đặt cửa van hình cưng để không chế mực nước

và lưu lượng xả lũ Ở giữa các khoang có trụ pin đầy từ 2,5m đến 3,0m; một vàicông trình có số khoang trin nhiều để iện phần chia khe chống lồn còn được thiết

kế tr pin giữa theo dang trụ pin kếp dày từ Š đến 6m; chính sự tổn tai các trụ pingiữa đã tạo ra co hẹp bên ở cửa vào tràn dẫn tới ảnh hưởng giảm bớt một phần khả

năng tháo của trần.

Nhu đập tran thuỷ điện Hoa Bình khoang tràn mặt số 6 (bên vai phải) chịu ảnh hưởng co hẹp bên lớn nên làm cho khả năng xả qua khoang số 6 bị giảm Điều

này cho thấy khi nghiên cứu các đập trin có cửa điều tiết edn phải lưu ý đến đường

viễn của dầu trụ pin giữa và hình dạng chuyển tiếp của ha trụ pin bên nhằm giảmbớt ảnh hưởng co hep bên để tăng khả năng xã của trần.

Từ những năm 2000 trở lại đây do việc hợp tác khoa học kỹ thuật với nhiều.

nước nên ta đã áp dung mặt cắt đập trân WES vio một số công trình như

Đập tràn hỗ chứa Nước Trong;

Dip trăn thủy điện Kanak

Dip tran thủy diện Bình Điền;

Dip trăn hồ chứa nước Cửa Đạt:

Giá tị hệ số lưu lượng cña các công tình trên qua kết quả thí nghiệm mô

hình thì hệ số m đạt được theo kết quả thí nghiệm mô hình như Bảng 1.1

Kết quả i nghiệm hồ cha Nước Trong ở Bảng 1.1

Bảng 1.1: Xác định khả năng xã của trần xã lũ hồ cha Nước Trong

“Từ kết quả thí nghiệm thu được trong bảng 1.1 so sánh với mực nước hỗ tính

toán theo thiết kế thi mực nước hỗ ứng với lưu lượng xả lũ có tn suất P = 1% đến

Hồ kiểm tra P = 0,1% giá tr tính toán cao hơn mực nước trong thí nghiệm mô hình

từ 5+ 30cm, Với sự chênh lệch mực nước hồ như trên có thể nói rằng với kích thước

‘va cao trình ngưỡng trin đã chọn của thiết ké là tương đối phủ hợp, đủ đảm bảo khảnăng xả lũ qua tràn an toàn

Mặt khác với cột nước tác dung trên đỉnh tràn Ø1, =4,30+15,6m ta thấy hệ

số lưu lượng m tăng dần từ 0,405.:0,4526: nghĩa là khả năng tháo tăng lên khi cột

ước trên định trin tăng lên; nói cách khác là m tỷ lệ thuận với Hy.

Kết quả thí nghiệm của tran Kanak ở Bảng 1.2

Đối với trần công trình Kanak, từ đồ án thiết kế thì có 3 khoang tran:3x13 = 36m cao trình ngưỡng tràn đặt tại +502,0m; theo thiết kế tinh toán cột nước.kiểm tra mặt trước trần là 14,8m so với kết quả thí nghiệm là 14,26m nên giá trịthiết kế tính toán cao hơn trị số thí nghiệm gần 0.54m; nguyên nhân là do thiết kếchọn hệ số m thiên thấp

Bang 1.2: Xác định khả năng xã của tràn Kanak (mặt cắt dạng WES)

Kết quả thí nghiệm của tràn Bình Điễn ở Bảng 1.3

Bảng L3: Xác định khả năng xã của trần Bình Điền (MMC)

TT | Qua (mss) | Zona (m) | Hạ, (m) | Vo (m) | Hạ (m) | hệ số m | Ghỉ chú1| 4M60 | 85,14 | 1214 | 124 | 1222 | 0470

-15-‘Trin Binh Bi tinh toán thủy lực tương đối hợp lý nên hệ số lưu lượng vàmye nước theo tính toán của thiết kế không sai khác máy với kết quả thí nghiệm

trên mô hình,

Kết quả thi nghiệm của trân Cửa Đại ở Bing 1.4

Bang 1.4: Xác định kha năng xã của tràn Cửa Dat

TT | Qua (m3) | Zap (m) | Hạy (m) | Vo (m/s) | Hạ (m) | hệ số m | Ghỉ chú

‘Trin Cửa Đạt lưu lượng thí nghiệm nói chung thấp hơn so với kết qua thiết

kế từ 2%, „ hệ số lưu lượng thí nghiệm thấp hơn tính toán thiết kế 0,01 Như

vậy thì kết qua tinh toán thiết kế so với kết qua thí nghiệm trên mô hình sai khác

không đáng kể.

“Trên đã phân tích kết quả của 3 công tình tran có mặt cắt dạng WES Dưới

đây xin phân tích vé trin dang mặt cắt Ôphixêrốp theo kết quả thí nghiệm mô hình

Kết quả thi nghiệm của trân Tuyên Quang bảng 1.5

Bảng 1.5: Xác định khả năng xả tràn mặt của thủy điện Tuyên Quang (dạng

Hình 1.7: Hình ảnh thi công hạng mục đập tràn thủy điện Tuyên Quang

-17-Đập trăn xã mặt công tinh thủy din Tuyên Quang có 4 khoang n =4) chiều

5.0m: do đó 8,

rộng mỗi khoang b x15 60m: tr pin diy d= 3,5m; đầu trụ

pin lượn tròn 75m; cao độ ngưỡng trần là +104,85m, So sánh kết quả thí

nghiệm với số liệu thiết kế tính toán về mực nước hồ khi xã lũ kiểm tra thấy rằng:

+ Mực nước lũ kiểm tra theo thí nghiệ là +12325m so với mục nước thiết

kế tính toán là +123,89 thấp hơn 0,64m Như vậy dựa theo số liệu thí nghiệm nêu

trên học viên nhận thấy:

= VỀ wu điểm: Kích thước khẩu độ khoang tràn tương đối khả dĩ với ty số

48 0,9 Chiều day tru pin li 3,5m tương đổi hợp lý vì ở = 0,205H,, đầu trụ

lượn tron tương đối thuận dong chảy.

- Nhược điểm: Khi tính lưu lượng tháo, người thi

thiên nhỏ nên mực nước tính toán so với thí nghiệm cao hơn.

Bảng 1.6: Khả năng xả của đập Ngdi Nhì (dạng mặt cắt Ophixérép)

TT | Quis Him | Zim | em m

Bang 1.7: Khả năng xa của đập Bản Chat (dạng mặt cắt Ôphixêrốp)

Qua kết quả thí nghiệm khả năng tháo của các công mình bước đầu cho ta

nhận xét [a cùng có cột nước tác dụng trên đỉnh tràn xdp xi như nhau thì hệ số mcủa tràn dang WES lớn hơn dang Ophixérép, cụ thé công trình (hủy điện Tuyên

Quang thiết kế theo dạng Ophixérép với cột nước tràn H,, = 15,34m có hệ số lưu.

5,0m có hệ lượng m =0,445 (bảng 1.5) Còn đập trần Cửa Đạt với cột nước H,.

J461

số lu lượng

Hoe viên: Hoàng Thị Hường Cam Lúp: 18C21

-19-Nhu vậy là ở nước ta hiện nay đang áp dụng nhiều loại mặt cất đập tinthực dụng như là Ôphixêrốp, WES Dưới day học viên xin trình bảy các nghiên cứu

của 2 loại mặt cắt thực dung này,

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước:

Các nha thủy lực Liên Xô đã nghiên cứu hai dang

Dang dip tin thực dụng mắt cắt có chân không (như hình 1.7)

<

TY

i bò

Hình 1.8: Mặt cắt đập tràn chân không

và dạng đập tràn thực dụng mặt cắt không chân không (như hình 1.8)

Hình 1.9: Mặt cắt đập tràn không chân không

Đối với loại mật cắt đập tin thực dung phi chân không dòng chảy trên mật

đập có áp suất dọc theo mặt đập thường là dương Còn mặt cắt đập tain thực dụng

có chân không thi trên định mặt đập thường có áp suất chân không, khi chân không lớn có thé sinh ra biện tượng khí thực nên bê tông mặt đập bị xâm thực.

Hệ số lưu lượng của dang mặt cất đập tràn có chân không lớn hơn mặt cắt

đập tràn không chân không khoảng 7 - 10% Để đảm bảo an toàn cho công trình,

tránh hiện tượng khí thực người ta không cho phép tị số áp suit chân không trên

mặt trần quá lớn, thường nhỏ hơn áp suất âm cho phép Theo quy phạm Thiết kế đập tràn của nước ngoài thì phạm vi cột nước chân không la: (-6,0+-3,0 m cột

nước)

1.2.2.1 Đập trin mặt cắt dang Corigia- Ophixérép

a, VỀ phương pháp thiết kế mặt cắt tràn dang Ophixérép đã được chi dẫn rõtrong cuốn "Công trình tháo lũ tong đầu mỗi hệ thống thủy lợi” [1]

Khi vẽ được đường cong mặt hạ lưu dip trin Ophixérép, để nỗi ti với bé

tiêu năng hoặc mũi hắt cuối tràn; bán kính cong nối tiếp R khi cột nước trên đỉnh

tràn lớn thi: R= (0,50* 1,0)(HatZon)

Khi cột nước trên đình trin nhỏ (nhỏ hơn Sm) thì

R=(0, 0,50(Hụ + Z4) (1.10)

Trong đó:

Zeus - Độ chênh cột nước lớn nhất giữa thượng và hạ lưu của đập tin (m)

Hà - Cột nước thiết kế định hình trên định đập trần (m)

Còn về mặt tràn phía thượng lưu có thé thang đứng, là mái xiên hoặc có đầu.nhô Thông thường mái đập hạ lưu của dạng mặt cất Ophixérép đều chọn m =

0,750.80.

b Về xác định lưu tốc dòng chảy trên mặt tràn:

Lưu tốc trên mặt đập tràn được xác định theo biểu thức: V,= øJ2øZ, (1.11)

Học viên: Hoàng Thị Hường Cm Tips TRC2T

-21-“rong đó: ọ : Hệ số lưu ốc

'⁄¿ Độ chênh cột nước tính từ mực nước TL đến mặt cắt tinh toán.

Hình 1.10: Sơ đồ tính thì lực mặt trần

cc VỀ khả năng xa của loại đập tràn Corigiơ - Ophixérép:

Đã được các nhà thủy lực Liên Xô cũ nghiên cứu cho kết quả như sau đối vớihai dang mặt cắt A và B (hình 1.11)

Mặt cất A

049

y

Hình 1.11: Hai dang mat cắt - Ophixérép

"Với hai dang mat cắt đập trân nêu trên A và B các tác giả Liên xô cũ đã đưa

ra công thức tinh khả năng xả đập trần thực dung mặt cong như sau:

“Trong thực tổ các loại đập hình cong thường được chia thành nhiều khoangbởi các mồ trụ, dòng chảy tràn bị co hẹp bên; nên công thức tính lưu lượng là

0ø, m3>b(5EH}? (112)

Hình 1.12: Đập tran chây tự do, co hẹp bên.

Khi đập làm việc trong chế độ chảy không ngập thi công thức tính lưu lượng

s.h Ø~am3sjBe

Theo quy định nu thỏa mãn điều kiện sau đầy thi lưu

có thể bỏ qua cột nước lưu tốc ae mà lấy H, =H: 9, > 4361

7

“Trường hợp trần xa nước dưới cửa van (chảy qua lỗ) thi lưu lượng sẽ tinh

Q=emD a2, aay (14)

Hoe viên: Hoàng Thị Hường Cam úp: 18C21

“Trong đó;

4: Hệ số ngập (chảy tự do =)

ø: Hệ số co hẹp bên

im: Hệ số lưu lượng.

bs: Chiều rộng của một khoang đập,

.,: Diện tích mặt cắt dong chảy thượng lưu đập,

‘2b: Chiều rộng tràn nước toàn đập (m)

ev?

Hy: Cột nước trên định đập tran xét i 2 (my

2

a: Hệ số co hep đứng

a Độ mở của cửa van (m)

Bảng 1.9: Tham số đường cong mặt tràn

1.2.2.2 Đập tràn mặt cắt dạng WES.

a Xác định dạng mặt cắt WES,

“Theo WES thi đường cong trên mặt đập tran chia thình 2 phần:

'Đường cong phía thượng lưu đỉnh tràn, chính dang đường cong đầu tràn phía.thượng lưu là phần ảnh hưởng tới khả năng thio của đập trin (thé hiện qua bệ số

Hạ: Cột nước thiết kế định hình đường cong mặt đập trần phía hạ lưu.

Khi chiều cao dip phía thượng lưu P > 1.33HỤ th là loại đập cao Quy đình

0,75+0,95)H max

Khi chiều cao đập phía thượng lưu P < 1.33H, thi li loại dip thấp, nên lấy

085/11

H Cột nước trên trân ứng với lưu lượng của tin suất lồ kiểm ta

nên lấy giả trị: Hạ =

giá trị: Hạ =(0,

x, y: Toa độ các điểm cong trên mặt tràn phía hạ lưu.

i: Chỉ số cóliên quan đến độ ốc của mái thượng lưu xem bảng 1.1

K: Khi a > 1,0 lay trị số K theo bang 1.1

Khi < 1,0 liy tr số K= 2,0

1,

b Khả năng tháo của đập trin dạng WES.

(Hiện nay thường tính theo hai công thức)

‘Céng thức của Mỹ:

Hoc viên: Hoàng Thị Hường Cam Lap: 18C21

HH, : Cột nước ác dụng trên định đập rin (est

P : Chidu cao đập phía thượng lưu (feet)

Theo Roms, cng hú tê đỗ với Cấn ding âu 5, 6 nữ ng

én =10 (gần đúng)3/2

Khí 315 dip ở hành ging hp vài đồ lu ượng sẽ được sắc

inh qua mặt cắt phân giới ở ngay trước ngưỡng (độ sâu phân giới h, ~ H +P)

Khi dùng công thức của Trung Quốc thi hệ thống đơn vị tính theo hệ đơn vi

quốc tế (không dùng hệ đơn vị Anh - Mỹ).

Trong đó:

Quy: Lưu lượng qua tran (mÌ/sec),

B Chiều rộng trần (m)

H,: Cột nước tác dụng (m)

Đối với đập cao dang WES thi đặc tính thuỷ lực của nó là hệ số lưu lượng m

chi có quan bệ với 77 mà không còn chịu ảnh hướng của „ nữa

Qua kết quả nghiên cứu thí nghiệm một số công trình thực tẾ về đập tràn

thực dụng dang WES ở Trung Quốc và ở Việt Nam ta đã xây dưng nên đồ thi thểhiện quan hệ giữa m = (2) khi P > 133, thể hiện trên hình 1.134 hết quá

nghiên cứu thí nghiệm của Viện khoa học thuỷ lợi Việt Nam) và hình 1.13b (kết

quả nghiên cứu thí nghiệm của Trường đại học thuỷ lợi Vũ hán Trung Quốc)

H (0) (b)

Hình 114 Đường cong quan gan và TC

Học viên: Hoàng Thị Hường Côm Tập: TC2T

(Qua phần trình bay ở trên, để nâng cao khả năng xã của đập tran thực dung.

có mặt cắt cong dù là ứng dụng dang mat cất đập tràn Corigio — Ophixérép hay

WES; thiết

kế đoạn cong phía thượng lư định tần phải phủ hợp với loại dp trăn, tức là

in chỉ ra rằng khi thiết kế đường cong mặt tràn cin đặc biệt chú ý

+ Loại đập thấp mái thượng lưu edn thiết kế mặt xiên, để nâng cao hệ số C

+ Loại đập cao mật hứng nước phía thượng lưu thẳng đứng, đoạn cong phía

thượng lưu định đập tràn cin dùng 2 hoặc 3 bán kính cong để nối tip, không nên

thiết kế thành một đường vit iẾp giáp với đình trần ạo ra một góc a: t

Vậy sẽ tạo ra áp suất âm phía đầu tràn khi Hy > Hyx, đồng thé mm giảm

lượng m,

1.3 Các kết quả nghiên cứu.

Véi ha loại mặt cắt trần thực dụng Ophixérdp và WES là hai dang mặt cắtđược nghiên cứu nhiều nhất và cũng là hai dạng mặt cắt được ứng dụng nhiều nhất

nước trên thể giới

không chỉ ở nước ta ma trong nhiễ

VỀ dang mặt cắt tran Ophixérdp điểm sốc tọa độ điểm chọn ti điểm: (x = 0,y= 0,126) không phải điểm đình tràn còn dạng mặt cắt tràn dang WES điểm gốc tọa

độ điểm đặt tạ đình trần; và đường cong mặt trần được chia làm hai phần

+ Phin đường cong mặt tn phía hạ lưu vẽ phương tỉnh +" = KH? "y

+ Phan cong mặt tràn phía thượng lưu có thé dùng 3 loại đường cong là:

~ Dùng hai cung rin nối tiếp nhau khi mà mái đập nghiêng,

- Dùng 3 cung tròn nỗi tiếp nhau khi mặt hứng nước thượng lưu thẳng đứng.

- Dùng đường cong elip khi ma đầu tran có trụ nhô.

Vi vậy như các nhà Thủy lực đã phân ích ảnh hướng hệ số lưu lượng chảy

qua mặt tràn là đoạn đường cong phía thượng lưu tràn Do đó thiết kế mặt cắt tràn

dang WES tuân thủ quy định nêu trên sẽ tạo điều kiện thuận dòng vào đính tràn theo đường dòng nên góp phần ting thêm khả năng tháo của tràn.

Khi thiết kế đập trần để vận hành linh hoạt thường bổ tí cửa van khống chếlưu lượng chảy qua trần khi cin xả lưu lượng lũ khác nhau; vị tr rảnh van cung thường đặt ở phía sau đỉnh tàn và thấp hơn khoảng 02m = 0,4m; do đó không ảnh

hưởng đến khả năng tháo của đập tràn khi xả lũ thiết kế hay lũ kiểm tran; làm cho

khả năng xã qua tràn không bị ảnh hưởng.

Ngoài ra phía trước cửa van cung (cửa van công tác) thường có khe van (hoặc khe phai) để khi gặp sự cổ vận hành van cung thi sẽ đồng lại; rãnh khe phai

ding rãnh và khe van (khe phai) phần.nào đã ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng tháo qua trăn

(khe van) này thường hình thành xoáy nước.

Với trin có nhiều khoang, giữa các khoang có trụ pin giữa, ai cia bên có tru

pin bên; do đó chọn dạng dầu trụ pin hợp lý (dang đường clip hay dạng đầu tròn)

bản kính cong cảng lớn thi đồng chảy di vào cửa trăn thuận dòng, í tạo ra cơ hep bên do tụ pin gây ra cũng sẽ tăng thêm khả năng xa qua trần nhưng có nhược điểm

là khó thi công Chiều rộng trụ d cảng lớn thi tổng bé rộng tràn sẽ lớn nhưng thuận

Học viên: Hoàng Thị Hường Cm Tập: TC2T

-29-tiện cho việc lắp đặt khe van, khe phải, d nhỏ thi tổng bé rộng trân thu nhỏ lại,nhưng khó cho công tác lắp đặt bố trí cửa van Chiều dài mồ trụ pin càng lớn thìcảng ốt cho ding chảy phân luỗng đều, không gây hiện tượng tập trung đồng chảy,

nhưng lại tốn kém về kinh tế Do vậy để tim được bổ tí kết cấu kích thước các

khoang trần một cách hợp lý thi kết quả nghiên cứu đã chỉ ra nên chon:

+ Chiu dây tr pin = 0.21 "

+ Chiều rộng một khoang tràn b, =1078H1,

+ Bán kính đầu trụ pin &#=0102/,, hoặc elip thi hệ số hình dang

,25-+0,40 nhỏ hơn dang đầu vuông.

+ Đối với hai tru pin bên cũng vay, cần phải chọn hình dang đầu trụ pin thuận với dòng chảy để đạt được hệ số ảnh hưởng nhỏ $, = 040.

Va chính trong công trình Bắc Hà đã thay đổi hình dạng đầu trụ pin từ bán

kính r=1,0m thành bán kính cong r=3.75m và đã cải thiện tinh hình co hẹp bên của đồng trần.

Riêng đối với hình dạng khe van (hay khe phai) thường thiết kế theo dạng rãnh chữ nhật mép vuông Để im bớt ảnh hưởng co hep tạo ra xoáy nước ở khe van, qua tai liệu nghiên cứu của nước ngoài nên sửa lượn vát mép khe van phía sau của rãnh van

Một điểm ảnh hưởng lớn đến khả năng tháo của trần là đường viền cửa vào.

Dang đường viễn cia vio cin chon theo dang đường viễn cong lỗi (huận theo dang

đường đồng) sit tao ra co hẹp bên, im tăng thêm chiều đài hữu dung của đập tràn

(tăng thêm chiều rộng thoát nước).

Anh hưởng đến khả năng tháo của đập tràn đó là cột nước tác dụng trên đỉnh

đập tran, ta có thé từ công thức tinh lưu lượng chảy qua đập tran để nhìn ra

Q7ø,cm}b.V5g HuY (mộ)

'Từ cô ig thúc trên ta thấy khi HỊ, tăng lên thi lưu lượng tháo qua trin cũng tăng lên.

Đối với bai dạng mật cắt tràn nêu trên có một điều đáng lưu ý là khi thiết kế

cửa van (nhất là cửa van phẳng) thì đối với đập trân Ophixéxép cần phải kếo di

dinh tran thêm một đoạn thẳng khoảng 1.5m (kéo v8 phía bạ hu), do đó ảnh hưởng

‘dn khả năng tháo của đập tràn, ảnh hưởng nảy có thé giảm ti 5% lưu lượng xả

Cn đổi với dạng mặt cắt trần WES đình trì hạ thấp dẫn dẫn, mặt đường cong tin

phía hạ lưu cách xa đình tran về phía hạ lưu 1,Sm thi cao trình chỉ hạ thấp gần 0,1m;

cho nên đặt cửa van không cần kéo đãi đình đập trăn Vĩ lẽ kéo dai đính trăn về phía hạ lưu khoảng 1,Šm do yêu cầu đặt cửa van, nên mặt mát đập tran phía bạ lưu

của mặt cắt đập tràn Ophixérép phải tịch tiến xuống hạ lưu I.5m Do đó làm cho.mặt trin dang Ophixérép béo ra, không chỉ giảm khả năng tháo mà còn làm ting

khối lượng bé tông xây dựng đập.

Ngoài ra đập tran mặt cắt Ophixérép đoạn mặt in đình tràn phía thượng lưu thường vẽ theo gốc vat z(z ~30") về phía thượng lưu nên không được thuận với

d 1g chảy ảnh hưởng tới hệ số lưu lượng tháo qua tin, đồng thời do dòng chảy không bám sắt vào mặt phía thượng lưu erin nên đễ gây ra áp suất âm ở vị trí gần đầu tràn

“Trên đây là một số đánh giá các yếu tổ ảnh hưởng tới khả năng tháo qua trần

rOng tháo nước qua tràn; lại vừa tiết kiệm kinh phí đầu tư Song ở nước ta việc chọn khẩu độ kích thước,

của khoang tràn chưa có quy định, tùy người thiết kế tự chọn, qua đây học viên dénghị nên bổ sung vào quy phạm cho thiết kế đập trn ở nước ta

Học viên: Hoàng Thị Hường Cm Tập: TC2T

1.4, Kết luận.

Trong chương I đã nêu lên tổng quan về nghiên cứu khả năng xả của đập

tràn nói chung như: đập trin thành mỏng, đập trần đỉnh rộng, đập tràn thực dụng; sự.

phát triển nghiên cứu của các tác giả nước ngoài Nguồn gốc phát triển của mặt cất

trân thực dung là từ kết quả nghiên cứu mép dưới lu nước chảy qua trên thành

mỏng để dẫn dẫn đưa ra phương trình cho mat cong phía bạ lưu của đập tràn thực

dụng,

hệ Các nghiên cứu trên cũng chỉ ra rằng ảnh hưởng t lưu lượng chảy qua

tran thực dụng là phần đường cong phía thượng lưu đỉnh trin (điểm có toa độ y=0):

còn đường cong mặt trấn phía hạ lưu không ảnh hưởng tới hệ số lưu lượng Vì vậy

khuyến cáo các nhà tư vấn thiết kế khi thiết kế mặt cắt tràn thực dụng cho các công

trình cần lưu ý điểm này.

Qua nghiên cứu trên cũng chỉ ra rằng với dạng mặt cit tràn Ôphixêrếp điểm

gốc toa độ không đặt ở đính cao nhất của mặt tràn mà nằm ở trên đường thẳng (trục

y) của mặt hững nước phía trước tràn Song với dạng mặt cất trin WES thi gốc tọa

độ lại đặt ở đình tràn (y=0, x=) chia mặt tran làm hai phần rõ rệt là đường cong

phía thượng lưu trần và đường cong phia hạ lư trần.

Đồng thời đã trình bay sự nghiên cứu ứng dụng đập tràn thực dung ở trong nước khoảng 60 năm qua: gua nghiên cứu thí nghiệm các mô hình đập trin đã phát

hiện các tồn tại của đồ án thiết kế đề xuất các giải pháp sửa đổi

Nhu vậy với mỗi công trình sau khi ứng dụng các nghiên cứu dé tính toán.thiết kế, việc lựa chọn các thông số nhiễu khi còn phụ thuộc tính chủ quan của

người tính toán, nên việc thí nghiệm mô hình để kiểm tra lại tính hợp lý của thiết kế

để lựa chọn ra phương án tối su nhất là điều rt cn thiết Với hướng đồ học viên đã

mạnh dạn nghiên cứu để tai“ Nghiên cứu các yêu tổ ảnh hưởng đến khả năng tháo.

của công trinh Thủy Diện Bắc Ha" là cin thiết cho việc ứng dụng tính toán để thiết

kế công trình.