www.vncold.vn Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước Việt Nam ppt

www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 1 Gs. Ts. Ngô Trí Viềng (Chủ biên), pgs. Ts. Phạm ngọc quý, Gs. Ts. Nguyễn Văn Mạo, pgs. Ts. Nguyễn chiến, Pgs. Ts. Nguyễn phơng mậu, ts. Phạm văn quốc Thuỷ công Tập II Nh xuất bản xây dựng H Nội - 2004 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 2 Lời nói đầu Bộ giáo trình Thuỷ công gồm 2 tập do Bộ môn Thuỷ công - Trờng Đại học Thuỷ lợi biên soạn v đợc xuất bản năm 1988 - 1989 đã góp phần to lớn vo việc giảng dạy môn Thuỷ công cho các đối tợng sinh viên các ngnh học khác nhau của Trờng Đại học Thuỷ lợi. Mời lăm năm qua, nền khoa học kỹ thuật thuỷ lợi nớc nh tiếp tục có những bớc phát triển mạnh mẽ v những đóng góp to lớn cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc, đặc biệt l trong lĩnh vực nông nghiệp v phát triển nông thôn. Nhiều công trình thuỷ lợi lớn đã v đang đợc xây dựng nh thuỷ điện Yaly, Hm Thuận - Đa Mi, hệ thống tiêu úng, thoát lũ đồng bằng sông Cửu Long, các hồ chứa Ya Yun hạ, Đá Bn, Sông Quao v.v Nhiều vấn đề khoa học kỹ thuật thuỷ lợi đang đợc tổng kết, hệ thống hoá; nhiều hình loại công trình, chủng loại vật liệu mới đã đợc áp dụng ở Việt Nam trong những năm qua; một số quy trình quy phạm mới đã đợc phổ biến v áp dụng. Để không ngừng nâng cao chất lợng đo tạo chuyên môn, đáp ứng sự phát triển đa dạng v phong phú của kỹ thuật thuỷ lợi v ti nguyên nớc trong giai đoạn mới, Bộ môn Thuỷ công Trờng Đại học Thuỷ lợi tổ chức biên soạn lại giáo trình ny. Khi biên soạn, các tác giả đã theo đúng phơng châm cơ bản, hiện đại, Việt Nam, dựa trên cơ sở của giáo trình cũ, cố gắng cập nhật các kiến thức, thông tin về các khái niệm v phơng pháp tính toán mới, các loại vật liệu v hình thức kết cấu công trình mới. Ton bộ giáo trình thuỷ công gồm 5 phần v chia thnh 2 tập. Tập I gồm: - Phần I: Công trình thuỷ lợi - kiến thức chung và các cơ sở tính toán; - Phần II: Các loại đập. Tập II gồm: - Phần III: Các công trình tháo nớc, lấy nớc và dẫn nớc. - Phần IV: Các công trình chuyên môn - Phần V: Khảo sát, thiết kế, quản lý và nghiên cứu công trình thuỷ lợi. Tham gia biên soạn tập II gồm: GS. TS. Ngô Trí Viềng chủ biên v viết các chơng 12, 22; PGS. TS. Phạm Ngọc Quý viết chơng 13, 14; GS. TS. Nguyễn Văn Mạo viết chơng 15, 16; PGS. TS. Nguyễn Chiến viết chơng 17; PGS. TS. Nguyễn Phơng Mậu viết chơng 18, 19; v TS. Phạm Văn Quốc viết chơng 20, 21. Giáo trình ny dùng lm ti liệu học tập cho sinh viên ngnh Thuỷ lợi v ti liệu tham khảo cho cán bộ khoa học kỹ thuật khi thiết kế v nghiên cứu các công trình thuỷ lợi. Các tác giả xin chân thnh cảm ơn lãnh đạo Vụ Khoa học công nghệ v chất lợng sản phẩm - Bộ Nông nghiệp v phát triển nông thôn, lãnh đạo Trờng Đại học Thuỷ lợi v Nh xuất bản Xây dựng đã khuyến khích v tạo mọi điều kiện để sách đợc xuất bản. Chúng tôi mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của quý bạn đọc. Các ý kiến xin gửi về Bộ môn Thuỷ công - Trờng Đại học thuỷ lợi. Xin chân thnh cảm ơn. Các tác giả www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 3 Phần III Các công trình tháo nớc, lấy nớc v dẫn nớc Chơng 12 - Công trình tháo lũ Đ12.1. Mục đích yêu cầu Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nớc, ngoi đập, công trình lấy nớc v một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn, cần phải xây dựng công trình để tháo một phần nớc thừa hoặc tháo cạn một phần hay ton bộ hồ chứa để kiểm tra sửa chữa, đảm bảo hồ chứa lm việc bình thờng v an ton. Thiết kế công trình tháo lũ trớc hết phải xác định lu lợng thiết kế tháo qua công trình. Dựa vo quy phạm, xác định tần suất lũ thiết kế v qua tính toán điều tiết hồ, xác định đợc lu lợng thiết kế phải tháo qua công trình tháo lũ. Lúc tính lu lợng qua công trình tháo lũ, cần xét đến lu lợng tháo qua các công trình khác nh qua nh máy thuỷ điện, âu thuyền v.v Trong các công trình đầu mối, có thể lm công trình ngăn nớc v tháo nớc kết hợp, cũng có thể lm riêng công trình tháo ở bên bờ. Đối với đập bêtông trọng lực v bêtông cốt thép, thờng bố trí công trình tháo nớc ngay trên thân đập. Đối với các đập dùng vật liệu tại chỗ, đập vòm, bản chống, liên vòm thì công trình tháo lũ đợc tách riêng gọi l đờng trn lũ bên bờ; trờng hợp cá biệt có thể kết hợp ngăn nớc v tháo nớc nhng phải thận trọng. Đờng trn lũ có thể có cửa van khống chế, cũng có thể không có. Khi không có cửa van, cao trình ngỡng trn vừa bằng cao trình mực nớc dâng bình thờng. Lúc mực nớc trong hồ bắt đầu dâng lên v cao hơn ngỡng trn thì nớc trong hồ tự động chảy xuống hạ lu. Khi đờng trn có cửa van khống chế, cao trình ngỡng trn thấp hơn mực nớc dâng bình thờng. Lúc đó cần có dự báo lũ, quan sát mực nớc trong hồ chứa để xác định thời điểm mở cửa trn v điều chỉnh lu lợng tháo. Về giá thnh của đờng trn lũ thì loại không có cửa van rẻ hơn loại có cửa van, việc quản lý khai thác cũng đơn giản. Nhng tháo nớc cùng một lu lợng thì loại không có cửa van cần một mực nớc trong hồ cao hơn. Muốn giảm thấp mực nớc trong hồ cần phải tăng chiều rộng đờng trn, nh vậy tăng khối lợng đo, giá thnh của ton bộ công trình đầu mối có thể tăng lên. Khi công tác dự báo lũ lm tốt, thiết kế đờng trn có cửa van khống chế có thể kết hợp dung tích phòng lũ với dung tích hữu ích, lúc đó hiệu quả công trình sẽ tăng lên. Cho nên, với hệ thống công trình tơng đối lớn, dung tích phòng lũ lớn, khu vực ngập ở thợng l u rộng thì thờng dùng loại đờng trn có cửa van khống chế. Đối với hệ thống công trình nhỏ, tổn thất ngập lụt không lớn, thờng dùng đờng trn không có cửa van. Khi thiết kế đầu mối thuỷ lợi, cần nghiên cứu nhiều phơng án để chọn cách bố trí, hình thức, kích thớc công trình tháo lũ cho hợp lý nhất về mặt kỹ thuật (tháo lũ tốt, an ton, chủ động) v kinh tế (vốn đầu t ton bộ hệ thống ít nhất). www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 4 Đ12.2. Phân loại Có nhiều loại công trình tháo lũ. Căn cứ vo cao trình cửa vo công trình tháo lũ, có thể phân lm hai loại: Công trình tháo lũ dới sâu v công trình tháo lũ trên mặt. I. Công trình tháo lũ dới sâu Công trình loại ny đợc đặt ở đáy đập (cống ngầm), trong thân đập bêtông (đờng ống), có thể đặt ở bờ (đờng hầm) khi điều kiện địa hình, địa chất cho phép. Với loại ny có thể tháo đợc nớc trong hồ chứa với bất kỳ mực nớc no, thậm chí có thể tháo cạn hồ. Loại ny không những dùng để tháo lũ, m còn tuỳ cao trình, vị trí v mục đích sử dụng có thể dùng để dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo bùn cát trong hồ, hoặc lấy nớc tới, phát điện. Do đó tuỳ điều kiện cụ thể m có thể kết hợp nhiều mục đích khác nhau trong một công trình tháo nớc dới sâu. II. Công trình tháo lũ trên mặt Loại ny thờng đặt ở cao trình tơng đối cao. Do cao trình ngỡng trn cao, nên chỉ có thể dùng để tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa. Dựa vo hình thức, cấu tạo công trình tháo lũ trên mặt có thể phân thnh đập trn trọng lực, đờng trn dọc, đờng trn ngang (máng trn bên), xi phông tháo lũ, giếng tháo lũ, đờng trn kiểu gáo v.v Đối với từng đầu mối công trình chúng ta cần phân tích kỹ đặc điểm lm việc, điều kiện địa hình, địa chất v thủy văn, các yêu cầu về thi công, quản lý, khai thác để chọn công trình tháo lũ thích hợp. Trong chơng n y, chủ yếu trình by các công trình tháo lũ trên mặt, còn công trình tháo lũ dới sâu trình by ở chơng 15. Đ12.3. Đập trn trọng lực Đập trn trọng lực l công trình vừa ngăn nớc, vừa tháo nớc, vì thế không cần xây dựng thêm các công trình tháo nớc khác ngoi thân đập, đó l u điểm lớn của đập trn trọng lực. Đập trn trọng lực có khả năng tháo nớc lớn, việc bố trí v đóng mở cửa van thuận tiện. Ngy nay, do sự phát triển về khoa học kỹ thuật thuỷ lợi hiện đại đã cho phép xây dựng các loại đập trn cao đến 200m. Xây dựng đợc loại đập trn cao do điều kiện địa chất v kết cấu quyết định, ngoi ra cần phải giải quyết các vấn đề dòng chảy có lu tốc lớn nh dòng chảy hm khí, mạch động, khí thực, tiêu năng hạ lu v.v I. Bố trí đập tràn Việc bố trí đập trn tháo lũ trong đầu mối công trình có quan hệ đến điều kiện địa chất, địa hình, lu lợng tháo, lu tốc cho phép ở hạ lu Khi lu lợng tháo lớn, cột nớc nhỏ, lòng sông không ổn định v nền không phải l đá có cấu tạo địa chất phức tạp thì hình thức v bố trí đập trn có ý nghĩa quyết định. Khi cột nớc lớn, phải tiêu hao năng lợng lớn, việc chọn vị trí đập tr n có ý nghĩa quan trọng. Khi thiết kế đập trn, cần cố gắng thoả mãn các điều kiện sau đây: 1. Khi có nền đá, phải tìm mọi cách bố trí đập trn trên nền đá. Nếu không có nền đá hoặc nền đá xấu thì cũng có xem xét bố trí trên nền không phải l đá. www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 5 2. Cần tạo cho điều kiện thiên nhiên của lòng sông không bị phá hoại, do đó trớc tiên cần nghiên cứu bố trí đập trn tại lòng sông hoặc gần bãi sông. Nếu rút ngắn chiều rộng đập trn thì điều kiện thuỷ lực ban đầu có thể bị phá hoại, do đó phải có biện pháp tiêu năng phức tạp. Tuy nhiên, nhiều trờng hợp, phơng án rút ngắn chiều rộng đập trn vẫn l kinh tế hơn. Nếu lu lợng tháo nhỏ hoặc dòng chảy đã điều tiết tốt thì không nhất thiết phải bố trí đập trn giữa lòng sông. 3. Bố trí đập trn phải phù hợp với điều kiện tháo lu lợng thi công v phơng pháp thi công. 87,20 1 8 44,76 2 2 R = 1 5 , 0 m = 0, 90 8,0 13,0 10,0 6,5 7,0 7,50 Hình 12-1. Đập tràn kết hợp xả sâu 4. Khi phạm vi nền đá không rộng, đập không trn không phải l đập bêtông, có thể dùng biện pháp tăng lu lợng đơn vị để rút ngắn chiều rộng đập trn, đồng thời có thể kết hợp hình thức xả mặt v xả đáy để tháo lũ (hình 12-1) v tận dụng khả năng tháo lũ qua nh máy thuỷ điện, âu thuyền v.v Ngoi ra cũng có thể xây dựng những đập m nh máy thuỷ điện nằm ngay trong đập v loại đập cho nớc trn qua đỉnh nh máy thuỷ điện. 5. Khi có công trình vận tải thuỷ, việc bố trí đập trn cần chú ý đảm bảo cho dòng chảy v lu tốc ở hạ lu không ảnh hởng đến việc đi lại của tu bè. 6. Bố trí đập trn cần đảm bảo cho lòng sông v hai bờ hạ lu không sinh ra xói lở, đảm bảo an ton của công trình. 7. Đối với sông nhiều bùn cát, bố trí đập trn cần tránh sinh ra bồi lắng nghiêm trọng. www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 6 132,0 114,0 Hình 12-2. Bố trí lỗ tràn Cần chú ý rằng, một vấn đề quan trọng có liên quan đến vận hnh của hệ thống l chọn vị trí v kích thớc của lỗ trn. Bố trí mặt bằng của đập trn phải xét đến sự bố trí chung của các công trình khác trong đầu mối, tình hình địa chất, địa hình, vấn đề thi công, tiêu năng v.v II. Kích thớc đập tràn 1. Cao trình ngỡng tràn Đối với đập trn không có cửa van thì cao trình ngỡng bằng mực nớc dâng bình thờng. Khi có cửa van, cao trình ngỡng trn bằng hiệu số giữa mực nớc lũ thiết kế v cột nớc trên đỉnh trn ứng với tần suất lũ thiết kế. Vấn đề có cửa van hay không phải dựa vo tính toán v so sánh kinh tế kỹ thuật các phơng án để quyết định (xem Đ12.1). 2. Lu lợng đơn vị qua đập tràn Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế đập trn l xác định lu lợng đơn vị cho phép. Nếu phần ngăn nớc gồm đập đất v đập trn bêtông thì thờng cố gắng tăng lu lợng đơn vị để giảm chiều di đập trn. Lu lợng đơn vị tăng thì việc tiêu năng ở hạ lu khó khăn phức tạp v ngợc lại. Khi chọn l u lợng đơn vị, cần xem xét kỹ cấu tạo địa chất của lòng sông, chiều sâu nớc ở hạ lu, lu tốc cho phép, hình thức v cấu tạo bộ phận bảo vệ sau đập v trình tự đóng mở cửa van. Xác định lu lợng đơn vị v lu tốc cho phép ở cuối sân sau, phải so sánh với lu lợng đơn vị v lu tốc lớn nhất lúc cha xây dựng đập, đồng thời phải xét đến độ sâu xói cục bộ có khả năng sinh ra m không ảnh hởng đến an ton của công trình. Lu lợng đơn vị nhất định phải thích ứng với hình thức của bộ phận bảo vệ sau đập v khả năng bảo đảm cho công trình không bị xói lở. Do đó xác định chiều rộng đập trn v các thiết bị nối tiếp phải xuất phát từ lu lợng đơn vị q p ở bộ phận bảo vệ sau sân tiêu năng. Nếu biết bề rộng B p của lòng sông sau sân tiêu năng, lu tốc cho phép [v] ứng với chiều sâu nớc h ở hạ lu v lu lợng sau đập trn Q p thì lu lợng đơn vị để thiết kế sẽ đợc xác định nh sau: www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 7 [] p p p B Q h.vq == (12-1) Nhiều lúc phải dựa vo kinh nghiệm để xác định q p , ví dụ: đập có cột nớc vừa (10 ữ 25m) với nền cát có thể lấy q p = 25 ữ 40m 3 /s, nền sét q p 50m 3 /s.m, nền đá q p = 50 ữ 60m 3 /s.m v.v Ngy nay đã thu đợc nhiều thnh tựu về nghiên cứu tiêu năng nên lu lợng đơn vị đã đợc nâng lên. 3. Bề rộng lỗ tràn Bề rộng lỗ trn phải đảm bảo đợc lu lợng lớn nhất trong trờng hợp hồ lm việc bình thờng, ngoi ra cần xét đến yêu cầu tháo các vật nổi (cây, củi ) về hạ lu. Có thể sơ bộ xác định bề rộng lỗ trn nh sau: , q B B tr = (12-2) trong đó: q - lu lợng đơn vị tháo qua đập trn; Q tr = Q th - Q 0 (12-3) Q th - lu lợng cần tháo (đợc xác định dựa vo tính toán điều tiết lũ); Q 0 - lu lợng tháo qua các công trình khác nh trạm thuỷ điện, cống lấy nớc, âu thuyền, lỗ xả đáy v.v ; - hệ số lợi dụng, có thể lấy = 0,75 ữ 0,9 (vì xét đến trờng hợp không phải tất cả tuốc bin đều lm việc, các lỗ tháo có thể bị sự cố cửa van v.v ). Khi bề rộng lỗ trn B lớn, ngời ta thờng lm các trụ pin chia phần trn thnh nhiều khoang (xem hình 12-2). Trụ pin có tác dụng giữ cửa van hoặc cầu giao thông, cầu công tác. Kích thớc của khoang cần xét đến điều kiện tiêu năng, quản lý, hình thức cửa van, máy đóng mở v dầm cầu v.v Khi phần trn không di, số khoang ít thì tốt nhất lấy lẻ số khoang để tiện điều hnh cho dòng chảy qua trn đợc đối xứng. 4. Hình dạng mặt cắt đập tràn Hình dạng mặt cắt của đập trn có ảnh hởng rất lớn đến hệ số lu lợng. Đập thờng dùng l loại không chân không kiểu Ôphixêrốp có hệ số lu lợng từ 0,46 ữ 0,50 (hình 12-3a). Dựa vo mặt cắt cơ bản v mặt cắt kinh tế của đập không trn (chơng 9) đã đợc xác định, ta tiến hnh xác định mặt trn CD theo toạ độ Ôphixêrôp. Mặt trn CD tiếp tuyến với mặt đập không trn DE tại điểm D. Toạ độ các điểm của mặt trn rất có thể vợt ra ngoi tam giác cơ bản AOE (hình 12-3b), bởi vì với đập tr n trên nền đá theo yêu cầu về ổn định v cờng độ, chiều rộng đáy đập khá hẹp. Trờng hợp đó cần dịch tam giác cơ bản về phía hạ lu một đoạn sao cho mặt đập DE của tam giác cơ bản AOE tiếp tuyến với mặt trn tại D. Nh vậy mặt trn CDEF thoả mãn điều kiện thuỷ lực. Đối với điều kiện ổn định v cờng độ, tam giác AOE l đảm bảo, do đó có thể giảm bớt khối lợng ABBA (hình 12-3b), nhng cần đảm bảo h 1 0,4H tk (H tk - cột nớc thiết kế trên đỉnh trn) để khỏi ảnh hởng đến khả năng tháo nớc. Trờng hợp đập trn cần bố trí cửa van sửa chữa, trên đỉnh đập cần có một đoạn nằm ngang CC (hình 12-3c) để dễ bố trí cửa van. Lúc đó toạ độ www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 8 các điểm của mặt trn từ điểm C trở đi phải dời một đoạn đến cuối đoạn nằm ngang. Chú ý rằng, trên đỉnh trn có đoạn nằm ngang nh vậy thì hệ số lu lợng sẽ giảm. Nối tiếp mặt hạ lu đập với sân sau bằng mặt cong có bán kính R: R = (0,2 ữ 0,5) (P + H), (12-4) trong đó: P - chiều cao đập; H - cột nớc trên đỉnh trn. BC D A r A D BC y D A B C O x E y C B D x O B O' R E' F A'A E y C B'B R E' D x O'O y' C' 1 tk a) b) R E 1 c) d) e) H h 1 tk H h R R Hình 12-3. Hình dạng mặt cắt đập tràn Nếu nối tiếp với mũi phun, bán kính R có thể xác định: R = (6 ữ 10)h c , (12-5) trong đó: h c - độ sâu co hẹp trên mũi phun. Mặt trn có thể lm theo dạng mặt cắt chân không (hình 12-3d, e), đỉnh l hình tròn hoặc elíp. Hình thức ny có hệ số lu lợng tơng đối lớn, có thể đạt từ 0,55 ữ 0,57. Khi cùng tháo một lu lợng thì cột nớc trên đỉnh trn của loại ny sẽ nhỏ hơn, vì vậy có thể hạ thấp một phần độ cao đập không trn. Nhng loại ny khi nớc chảy qua dễ sinh áp lực chân không, gây chấn động v khi áp lực chân không đạt quá 6m cột nớc có thể sinh ra khí thực, phá hoại mặt trn. Vì vậy đối với đập cao, ít dùng loại ny. III. Khả năng tháo nớc của đập tràn Trờng hợp đỉnh đập không có cửa van khống chế, lu lợng chảy qua đập trn có mặt cắt thực dụng tính theo công thức: 2/3 0ntr H.g2mBQ = , (12-6) trong đó: B - tổng chiều rộng trn nớc; B = b; b - chiều rộng mỗi khoang trn; n - hệ số ngập (trờng hợp không ngập n = 1). - hệ số co hẹp bên; m - hệ số lu lợng; www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 9 H 0 - cột nớc trên đỉnh trn có kể đến cột nớc lu tốc tiến gần. Các hệ số n , , m đợc xác định trong các sách chuyên đề thuỷ lực. Nếu trên đỉnh đập có cửa van, khi mở cửa với một độ mở a no đó (hình 12-4), lu lợng tháo qua đập đợc tính theo công thức: () ;aHg2BaQ 0tr = trong đó: a - độ mở cửa van; - hệ số co hẹp đứng do ảnh hởng độ mở; () += cos H a 357,025,0 H a 186,065,0 H = 90 a Hình 12-4. Sơ đồ nớc chảy qua đập tràn có cửa van Các ký hiệu khác xem hình (12-4). Khi cửa van mở hon ton, công thức tính lu lợng trở về dạng (12-6). IV. Tiêu năng sau đập tràn Dòng chảy sau khi chảy qua đập trn xuống hạ lu có năng lợng rất lớn. Năng lợng đó đợc tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phần năng lợng ny phá hoại lòng sông v hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập, một phần tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nớc v không khí . Sức cản nội bộ dòng chảy cng lớn thì tiêu hao năng lợng do xói lở cng nhỏ v ngợc lại. Vì vậy thờng dùng biện pháp tiêu hao năng lợng bằng ma sát nội bộ dòng chảy v dùng hình thức phóng xa lm cho nớc hỗn hợp với không khí gây ma sát có tác dụng tiêu hao năng lợng v giảm xói lở. Để đạt đợc những mục đích trên thờng dùng các hình thức tiêu năng sau đây: tiêu năng dòng đáy (hình 12-5a), tiêu năng dòng mặt (hình 12-5b), tiêu năng dòng mặt ngập (hình 12-5c), tiêu năng phóng xa (hình 12-5d). Nguyên lý cơ bản của các hình thức tiêu năng l lm cho năng lợng tiêu hao bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu dòng chảy bằng xáo trộn với không khí, khuyếch tán để giảm lu lợng đơn vị. Các hình thức tiêu năng có liên quan lẫn nhau. h h a a) b) c) d) Hình 12-5. Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lu Khi mực nớc hạ lu thay đổi, các hình thức đó có thể chuyển hoá lẫn nhau. 1. Tiêu năng dòng đáy www.vncold.vn www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 10 Đặc điểm tiêu năng dòng đáy l lợi dụng sức cản nội bộ của nớc nhảy để tiêu năng. Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng ny l chiều sâu nớc cuối bể phải lớn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai của nớc nhảy (h b > h c ) để đảm bảo sinh nớc nhảy ngập v tiêu năng tập trung. Trong tiêu năng đáy, lu tốc ở đáy rất lớn, mạch động mãnh liệt, có khả năng gây xói lở, vì thế trong khu vực nớc nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây sân sau). Khi nền đá xấu, đoạn nối tiếp qua sân sau (sân sau thứ hai) cần đợc bảo vệ thích đáng. Muốn tăng hiệu quả tiêu năng, thờng trên sân sau có xây thêm các thiết bị tiêu năng phụ nh mố, ngỡng để cho sự xáo trộn nội bộ dòng chảy cng mãnh liệt v ma sát giữa dòng chảy với các thiết bị đó cũng có thể tiêu hao một phần năng lợng. Biện pháp ny có hiệu quả tốt v đợc ứng dụng rộng rãi. Tiêu năng dòng đáy thờng dùng với cột nớc thấp, địa chất nền tơng đối kém. a. Bể tiêu năng (hình 12-6) Sau khi xây bể lm tăng mực nớc trên sân sau v thoả mãn yêu cầu: h b = d + h h + Z > h c , (12-9) Chiều di sân sau L s lúc có bể hoặc tờng tiêu năng đợc tính từ mặt cắt co hẹp ngay sát chân đập trn. Trong thực tế, trên sân sau khi có bể hoặc tờng sẽ hình thnh nớc nhảy không tự do nên chiều di của nó nhỏ hơn chiều di nớc nhảy tự do (l n ). Theo đề nghị của M.Đ.Tsêtouxôp nh sau: L s = l n ; (12-10) trong đó: - hệ số thực nghiệm, lấy bằng 0,7 ữ 0,8; l n - đợc tính theo thực nghiệm: l n = 5(h c - h c ); (12-11) hoặc l n = 4,5h c (12-12) Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng l hình chữ nhật (hình 12- 6a) thì hiệu quả tiêu năng tốt. Nhng do dòng chảy có thể bo mòn cạnh v góc, nhất l khi nớc có nhiều bùn cát, nên thờng thiết kế bể có dạng hình thang (hình 12-6b). h h d h h d Hình 12-6. Hình thức bể tiêu năng Khi cột nớc cao, h c rất lớn, nh vậy phải hạ thấp đáy v bảo vệ kiên cố sân sau. Lúc đó, hình thức tiêu năng đáy không kinh tế. Ngời ta thờng dùng các biện pháp nh đo bể, xây tờng hoặc bể, tờng kết hợp v các thiết bị tiêu năng khác để tạo ra nớc nhảy ngập sau đập trn. Dới đây sẽ giới thiệu các biện pháp đó. [...]... sâu nớc hạ lu cng lớn cng giảm đợc xói lở lòng sông nc Độ di phóng xa cng lớn cng có lợi Đập trn cng cao, độ di lấy cng lớn Trái lại, đập thấp thì chiều di phóng xa cng ngắn, nếu dùng hình thức tiêu năng ny sẽ bị hạn chế w v Để đạt đợc hiệu quả tiêu năng cao, chúng ta muốn chiều di phóng xa lớn, m yêu cầu xói lở lại ít, nhng thực tế chiều di phóng xa cng lớn thì khả năng xói lở cng lớn, do t0 lm tiêu... trong đập bêtông; b xi phông trong đập đất 1 đỉnh ngỡng tràn; 2 lỗ thông khí; 3 tấm che; 4 cửa vào; 5 lỡi gà hắt nớc; 6 ống dẫn; 7 bể tiêu năng II Đặc điểm cấu tạo và làm việc Xi phông l một loại công trình tháo lũ kiểu kín Do tự động lm việc v lu lợng đơn vị lớn so với công trình tháo lũ kiểu hở nên đợc ứng dụng rộng rãi Trên thế giới, xi phông tháo lũ có nhiều hình dạng kết cấu khác nhau Sự phát triển. .. chế vo khoảng 0,5 < d < 1,0 l thích hợp, khi lu tốc lớn hơn 20m/s Nhợc điểm của mũi phun kiểu h 16 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam răng chữ nhật l dòng chảy ở giữa các khe rất tập trung, khó khuếch tán, nên ngời ta thờng dùng mũi phun lệch hình thang (hình 12-15b) để khắc phục V Cấu tạo đập tràn 1 Khe lún và khe nhiệt độ: Trong đập trn cần bố trí khe lún v khe nhiệt độ (hình 12-16)... w xói lở đập v công trình khác, bảo đảm lm việc bình thờng cho ton bộ hệ thống Đờng trn nên tách khỏi đập dâng để sự nối tiếp giữa công trình bêtông (của đờng trn) với đập dâng bằng vật liệu địa phơng đỡ phức tạp v giảm đợc khối lợng tờng chắn đất Đặc biệt phần cửa vo v cửa ra phải cách xa đập (riêng phần cửa ra phải cách chân đập hạ lu ít nhất 60m) Tuy nhiên đờng trn cũng không nên cách đập quá xa... các đập bêtông, trong những đập đất không lớn lắm Xi phông có những u điểm sau đây: - Tự động tháo nớc: khi lũ về, mực nớc trong hồ vợt quá mức nớc dâng bình thờng một trị số no đó, xi phông có thể bắt đầu lm việc có áp hon ton - Rẻ tiền: lu lợng tháo của xi phông lớn nên chiều rộng xi phông nhỏ hơn so với các công trình tháo lũ kiểu hở Sự chênh lệch đó cng lớn khi công trình có lu lợng lũ thiết kế lớn. .. c Bể và tờng tiêu năng kết hợp (hình 12-8) Khi dùng bể tiêu năng có khối lợng đo lớn v cao trình đáy đập phải thấp, do đó khối lợng đập tăng; nếu dùng tờng tiêu năng thì phải quá cao, sau tờng có thể sinh nớc nhảy xa v cần thêm tờng tiêu năng hh thứ 2, lm tăng khối lợng bảo vệ C d Lúc đó cần dùng bể v tờng kết hợp (hình 12-8) để giảm khối lợng đo, khối lợng đập v thiết bị bảo vệ Hình 12-8 Bể và tờng... thang (nền đá) Mặt cắt kênh tơng đối lớn v thu hẹp dần về phía ngỡng trn đảm bảo tháo đợc lu lợng với lu tốc không lớn lắm để không sinh ra xói lở, đồng thời giảm đợc tổn thất cột nớc ở phần vo Đoạn gần ngỡng trn, lu tốc tăng, cần bảo vệ đáy v 20 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam bờ bằng lát đá, đá xây hoặc bêtông v.v Đờng viền hai bờ kênh ảnh hởng lớn đến chế độ lm việc của kênh dẫn,... thiết bị tiêu năng hoặc nối tiếp ngay với kênh tháo Đập trn đỉnh rộng có chiều rộng đỉnh ngỡng C theo chiều nớc chảy trong phạm vi: (3 ữ 10)H > C > (2 ữ 3)H (12-22) Nếu C >> H thì dòng chảy qua đập giống nh qua kênh hở đáy nằm ngang Nếu C < 2H, hệ số lu lợng không ổn định v lớn hơn của đập trn đỉnh rộng (biến thnh đỉnh nhọn), trong đó H - cột nớc trn Đập trn đỉnh rộng lm việc theo chế độ chảy không ngập... tháo thờng là dốc nớc hoặc bậc nớc Nó đợc bố trí dựa vào địa hình thiên nhiên để giảm khối lợng đào đắp a Dốc nớc: Dốc nớc l loại kênh hở có độ dốc lớn, đợc xây dựng trên nền đất hoặc đá Khi thiết kế, cần so sánh độ dốc id ứng với lu tốc cho phép lớn nhất với độ dốc của địa hình tự nhiên i0 (hình 12-22) 21 www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam [v ] = 2 id C2R , (12-25) trong đó: [v] - lu... nớc do dòng chảy có độ xiết lớn có thể xảy ra hiện tợng sóng truyền từ trên xuống dới theo chu kỳ (hình 12-26) Chiều cao sóng khá lớn, vợt quá độ cao an ton bờ dốc, gây áp lực động lên bản đáy, ảnh hởng đến sự lm việc của bể tiêu năng v kênh tháo sau bể tiêu năng Nguyên nhân chủ yếu phát sinh sóng l tỷ lệ giữa chiều rộng dốc nớc v chiều sâu nớc lớn, do độ dốc của dốc nớc lớn, do ảnh hởng của độ nhám . đợc lu lợng đơn vị, do đó giảm đợc h c . www. vncold. vn www. vncold. vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 13 Góc khuếch tán không nên lớn quá, nếu lớn quá dòng chảy bị tách khỏi tờng bên. sâu nớc h ở hạ lu v lu lợng sau đập trn Q p thì lu lợng đơn vị để thiết kế sẽ đợc xác định nh sau: www. vncold. vn www. vncold. vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam 7 [] p p p B Q h.vq == . tháo nớc. Trờng hợp đập trn cần bố trí cửa van sửa chữa, trên đỉnh đập cần có một đoạn nằm ngang CC (hình 12-3c) để dễ bố trí cửa van. Lúc đó toạ độ www. vncold. vn www. vncold. vn Hi p ln v Phỏt