www.phanmemxaydung.com 222 $ 7'"($89:_C$ Sơ đồ tính toán bể tiêu năng. 5. Sau khi có bể, dòng chảy cuối bể giống nhF đập tràn đỉnh rộng chảy ngập có độ hạ thấp cột nFớc Z ' của dòng chảy. Sau khi xác định đFợc (h c " ) và cho rằng h c " =h h ' , ta có thể tìm đFợc Z ' : Z ' = (h c " ) - d 0 - h h , (6-28) 6. Xác định lFu tốc tiến gần v 0 ' cuối bể tiêu năng: '" c t ' 0 )h( q v = , (6-29) trong đó: B Q q t = ; (6-30) q t - lFu lFợng đơn vị qua đập tràn ; Q - lFu lFợng qua đập tràn ; B - chiều rộng đập tràn. 7. Tính độ hạ thấp cột nFớc sau ngFỡng tràn (cuối bể) Z 0 ' có kể đến lFu tốc tới gần : g2 v ZZ 2' 0 '' 0 a += . (6-31) 8.Theo biểu thức tính lFu lFợng qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, xác định lFu lFợng đơn vị cuối bể tiêu năng theo biểu thức : ' 0h gZ2hq j= . (6-32) trong đó: j - hệ số lFu tốc ( j ằ 0,95). 9. Tiếp tục giả thiết các trị số d 0 khác và tính toán theo các bFớc nhF trên, tìm đFợc các trị số của q tFơng ứng theo biểu thức : q = f(d 0 ). (6-33) ĐFờng quan hệ q = f (d 0 ) vẽ đFợc nhF ở hình 6-11a. Rõ ràng, trên đồ thị ứng với lFu lFợng đơn vị q t qua đập tràn, ta xác định đFợc độ sâu (d 0 ) t cần tìm của bể tiêu năng. Để đơn giản tính toán, có thể bỏ qua độ hạ thấp cột nFớc Z ' và cho rằng, mực nFớc trong bể bằng mực nFớc ở hạ lFu, tức là : ' h h = h h + d 0 . (6-34) O' E E' 1 1 C C h O h" Z' Z' h d h o v q q t C o v o o o t c c o O' O www.phanmemxaydung.com 223 TrFớc hết theo biểu thức (6-34), giả thiết các trị số d 0 và tìm đFợc các trị số h h ' tFơng ứng. Vẽ đFờng quan hệ h h ' = f 1 (d o ) (hình 6-11b). NhF vậy, mỗi trị số của d 0 và theo phFơng pháp tính đã nêu ở trên, ta hoàn toàn xác định đFợc quan hệ (h c " ) = f 2 (d 0 ). Hai đFờng cong đó (hình 6-11) cắt nhau tại một điểm. Điểm đó cho ta độ sâu (d 0 ) t cần tìm của bể. Cần chú ý rằng, chiều sâu lớn nhất của bể tiêu năng không phải nhận đFợc tFơng ứng với lFu lFợng lớn nhất chảy qua đập tràn, mà tFơng ứng với lFu lFợng tính Q tt nào đó. Do đó, khi thiết kế ta phải tính với nhiều trị số lFu lFợng khác nhau và tìm đFợc quan hệ d 0 = f(Q). Trên đồ thị (hình 6-11c), dễ dàng tìm thấy chiều sâu cần tìm (d 0 ) t của bể (chiều sâu lớn nhất) và Q tt . ;<$$$$$$$$$$$><$$$$$$$=<$$ 7'"($89::. Các đFờng quan hệ để xác định độ sâu của bể tiêu năng. Chiều sâu của bể đFợc tính toán nhF trên gọi là chiều sâu theo lý thuyết của bể tiêu năng. Chiều sâu đó ứng với mức độ ngập A = 1 (hình 6-10). Trong thiết kế, chúng ta phải tìm chiều sâu cần thiết d của bể để có nFớc nhảy ngập với mức độ ngập A = 1,05 á 1,10 : d= (1,05 á 1,10)d 0 + (0,05 á 0,10)h h ;$ (6-35) >C `.a"#$%043$"^"#C Do điều kiện kết cấu và thi công, khi làm bể tiêu năng không thích hợp thì nên dùng tFờng tiêu năng. Sơ đồ tính toán nhF ở (hình 6-12), trong đó C 0 là chiều cao lý thuyết của tFờng tiêu năng. TFờng tiêu năng làm việc nhF một đập tràn và trạng thái chảy qua tFờng là : - chảy ngập nếu ' n h > 0 ; - chảy không ngập nếu ' n h < 0 ; Điều kiện ngập đFợc xác định giống nhF đập tràn thành mỏng. Nói chung, sau tFờng tiêu năng không cho phép có nFớc nhảy xa. LFu lFợng đơn vị qua tFờng tiêu năng đFợc xác định theo biểu thức : 2/3' 0 '' n Hg2mq s= , (6-36) trong đó: g2 v HH 2' 0 '' 0 a += ; (6-37) ữ ữ ứ ử ỗ ỗ ố ổ =s ' o ' n ' n H h f ; (6-38) q d q=f(d ) q (d ) t t o o o Q tt d =f(Q) Q (d ) t o d o o (h" )' c h h ' ( h " ) ' = f ( d ) c d o (d ) t o 2 o ( h ' ) = f ( d ) h 1 o www.phanmemxaydung.com 224 7'"($89:@. Sơ đồ tính toán tFờng tiêu năng. Tính toán tFờng tiêu năng đơn giản hơn tính toán bể tiêu năng vì khi tính toán bể với sự thay đổi d 0 thì các trị số h c và h c " không thay đổi, còn ở tFờng tiêu năng khi C 0 thay đổi thì các trị số h c và h c " thay đổi (E 0 = const). Khi xác định chiều cao lý thuyết C 0 của tFờng tiêu năng, cần phân biệt hai trFờng hợp dòng chảy qua tFờng là chảy ngập và không ngập. Khi dòng chảy qua tFờng tiêu năng không ngập thì có thể tính C 0 một cách trực tiếp nhF sau: 1. Biết E 0 và lFu lFợng đơn vị qua đập B Q q t = , xác định h c ; 2. Dùng phFơng trình nFớc nhảy, xác định h c " ; 3. Tính lFu tốc tới gần " c " c h q v = , do đó tìm đFợc cột nFớc lFu tốc g2 v 2' 0 a ; 4. Giả thiết q trong biểu thức (6-36) bằng q t , cho s n ' = 1 và căn cứ vào biểu thức đó để tìm H 0 ' : 3/2 ' t ' o g2m q H ữ ữ ứ ử ỗ ỗ ố ổ = ; (6-39) trong đó: m ' - hệ số lFu lFợng ; m ' ằ 0,40 á 0,44 ( thFờng lấy m ' ằ 0,42 ). 5. Biết H 0 ' ta tính đFợc H ' trên đỉnh tFờng : g2 v HH 2' o 0 ' a -= ; (6-40) 6. Cuối cùng xác định đFợc C 0 : C 0 = " c h - H ' , (6-41) Khi dòng chảy qua tFờng tiêu năng là chảy ngập thì tính C 0 phải thử dần và bằng đồ thị. TrFớc hết, tFơng tự ở trên, ta xác định trực tiếp các trị số q t , h c , h c " , v 0 ' , g2 v 2' 0 a ; sau đó tiếp tục các bFớc sau đây : 1. Giả thiết C 0 ; E E O t q Z' h" h' n C h C C O H' h h o c v o v' o 2g (v' ) 2 o q c o www.phanmemxaydung.com 225 2. Tính H ' = h c " - C 0 và H 0 ' = H ' + g2 v 2' 0 a ; 3. Tính ' n h = h n - C 0 ; 4. Xác định trị số ngập s ' n theo đFờng cong H ở hình 6-5, phụ thuộc vào tỉ số h ' n /H ' 0 (để đảm bảo an toàn nên thFờng lấy s ' n lớn hơn trị số xác định đFợc theo đFờng cong II ) ; 5. Xác định lFu lFợng đơn vị q theo biểu thức (6-36). Tiếp tục thiết các trị số C 0 khác và thực hiện các bFớc nhF trên, cuối cùng ta tìm đFợc quan hệ q = f(C 0 ), biểu thị nhF ở hình 6-13. LFu lFợng đơn vị q qua tFờng phải bằng lFu lFợng đơn vị q t qua đập tràn : q = q t (2-42) Do đó chúng ta xác định đFợc chiều cao cần tìm (C 0 ) t ứng với q t (hình 6-13) C$ $ 7'"($89:O. ĐFờng quan hệ q = f(C 0 ) để xác định chiều cao tFờng tiêu năng. Cần chú ý rằng, trFớc khi tính toán chúng ta chFa biết đFợc dòng chảy qua tFờng tiêu năng là ngập hay không ngập. Do đó, trFớc tiên giả thiết là dòng chảy không ngập. Sau đó căn cứ vào các yếu tố tìm đFợc mà kiểm ta lại thực tế có phải là chảy không ngập không. Nếu là dòng chảy ngập thì chúng ta cần lặp lại từ đầu tính toán tFờng theo dòng chảy ngập. Chiều cao tFờng C o cũng giống nhF chiều sâu bể d o cần đFợc tính với nhiều cấp lFu lFợng khác nhau để cuối cùng tìm đFợc C 0 lớn nhất. Sau khi xác định kích thFớc của tFờng, cần phải thử lại sau tFờng có nFớc nhảy xa nữa không, nếu có thì cần phải thiết kế thêm tFờng tiêu năng thứ hai, v.v Chiều cao C 0 đFợc tính toán trên đây là chiều cao lý thuyết của tFờng. Chiều cao thực tế C của tFờng tiêu năng đFợc xác định theo biểu thức : C = C 0 + (0,05 á 0,10 ) " c h $$$$$$(6-43) c. b)=$Jc"($=(0d3$-Q0$12"$1;3$=(*$%&.a"#$(eL$=U$>]$%043$"^"#$fQ$%.a"#$%043$"^"#C$ Hình 6-14 là sơ đồ dòng chảy ở sân sau trong các trFờng hợp khác nhau. `&.a"#$(eL$::$có bể hoặc tFờng sau đập tràn mặt cắt thực dụng (hình 6-14 a,b), chiều dài của sân sau L s đFợc tính từ mặt cắt co hẹp C - C ở ngay sát chân đập tràn. `&.a"#$(eL$$@ : có bể hoặc tFờng sau đập tràn thành mỏng (hình 6-14 c, d) Chiều dài sân sau L s không phải bắt đầu từ mặt cắt C - C mà nó bao gồm một đoạn l 0 trFớc mặt cắt C - C (l 0 chiều dài nFớc rơi). TrFờng hợp này, khi tính toán cần phải kể đến chiều dài nFớc rơi. $ t (C ) q C q t o q=f(C )o o www.phanmemxaydung.com 226 $ ;<$$$$$$$$$$$$$><$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$$$$$$$$$$$ $ $ $ =<$$$$$$$$$$$$$-<$ 7'"($89:R. Sơ đồ dòng chảy khi có bể hoặc tFờng tiêu năng. ở đây chúng ta chỉ xem xét cho trFờng hợp 1. Chiều dài sân sau trong trFờng hợp này có thể viết nhF sau: ' ns llL += , (6-44) trong đó : l n - Chiều dài nFớc chảy tự do không ngập; l ' - Chiều dài nFớc xoắn hạ lFu. Thí nghiệm cho thấy rằng biểu thức (6-44) hoàn toàn nhận đFợc từ lý thuyết trong thực tế trên sân sau khi có bể hoặc tFờng tiêu năng sẽ hình thành nFớc nhảy không tự do, nên chiều dài của nó nhỏ hơn chiều dài nFớc nhảy tự do. Nhiều tác giả đã đề nghị tính L s và các kết quả tính đFợc nhỏ hơn tính theo biểu thức (6-44). Đặc biệt M. Đ. Tsêtouxov đề nghị xác định L s theo công thức kinh nghiệm. L s = b .l n $$$$$$$$$(6-45) trong đó: l n - chiều dài nFớc nhảy tự do không ngập, đFợc tính theo biểu thức(6-25) hoặc biểu thức (6-26) ; b - hệ số thực nghiệm, lấy bằng 0,7 á 0,8. Cũng cần phải chú ý thêm rằng, chiều dài sân sau phải đủ dài, nếu ngắn quá sẽ không hình thành nFớc chảy và đFa đến xói lở hạ lFu. Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng là hình chữ nhật (hình 6-15a) thì hiệu quả tiêu năng tốt. NhFng dòng chảy có thể bào mòn các cạnh góc, nhất là khi trong nFớc có nhiều bùn cát, nên thFờng thiết kế bể có dạng hình thang (hình 6-15b). Khuyết điểm của bể tiêu năng là khối lFợng đào lớn , cao trình đáy đập thấp nên khối lFợng đập tăng; vì thế ngFời ta dùng bể và tFờng kết hợp (hình 6-15c) để giảm khối lFợng đào và khối lFợng đập. $ h h C C d H' L l l' Z' H h n s c l L h C H C C H' l' hh s c n L h C H C d H' h Z' l h c s o L l H' C h C H C h h s o c www.phanmemxaydung.com 227 $ ;<$$$$$$$$$$$$$$$$$><$$$$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$ $$$ $ $ $ =<$ $$$$$$$$$$$$ $ 7'"($89:Y. Các dạng bể và tFờng tiêu năng Hình dạng tFờng tiêu năng làm thành mặt cắt trơn và thuận để tránh phá hoại do bào mòn, hay khí thực (hình 6-16). 7'"($89:8. TFờng tiêu năng -C$ )=$%(0P%$>c$%043$"^"#$%&4"$12"$1;3C$Trên sân sau thFờng bố trí các thiết bị để tiêu hao năng lFợng dòng chảy nhF mố, ngFỡng v.v (hình 6-17) làm cho dòng gây nên lực phản kích và giảm đFợc h c " , rút ngắn đFợc chiều dài sân sau. Thí nghiệm chứng minh rằng nếu bố trí thích hợp các thiết bị đó thì có thể giảm đFợc h c " từ 20-25%, có khi đến 30%. ;<$$$$$$$$><$ =<$$$$$$$$-<$ 7'"($89:Z. Hình thức các thiết bị tiêu năng (kích thFớc trong hình ghi theo 5 ). d h h l l no d h h h d h C o P L C 1 0 5 5 3 7 3 P C C/2 1 2 2 2 2 P 7 , 5 2 , 5 15 35 B C 1 : 0 , 7 5 111,0 103,0 125,0 134,0 C P X L . sân sau phải đủ dài, nếu ngắn quá sẽ không hình thành nFớc chảy và đFa đến xói lở hạ lFu. Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng là hình chữ nhật (hình 6-15a) thì hiệu quả tiêu. là khi trong nFớc có nhiều bùn cát, nên thFờng thiết kế bể có dạng hình thang (hình 6-15b). Khuyết điểm của bể tiêu năng là khối lFợng đào lớn , cao trình đáy đập thấp nên khối lFợng đập tăng;. sau L s đFợc tính từ mặt cắt co hẹp C - C ở ngay sát chân đập tràn. `&.a"#$(eL$$@ : có bể hoặc tFờng sau đập tràn thành mỏng (hình 6-14 c, d) Chiều dài sân sau L s không phải bắt đầu