Nghiên cứu một số vấn đề thủy lực trong thi công công trình chỉnh trị sông dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ

Nghiên cứu một số vấn đề thủy lực trong thi công công trình chỉnh trị sông dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổNghiên cứu một số vấn đề thủy lực trong thi công công trình chỉnh trị sông dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổNghiên cứu một số vấn đề thủy lực trong thi công công trình chỉnh trị sông dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổNghiên cứu một số vấn đề thủy lực trong thi công công trình chỉnh trị sông dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ

1 Mục lục Mở đầu Chương Tổng quan đập khóa 1.1 Các vấn đề nghiên cứu đập khóa 1.1.1 Các vấn đề nghiên cứu lý thuyết 1.1.2 Các vấn đề nghiên cứu ứng dụng 1.2 Các phương pháp nghiên cứu đập khóa 1.2.1 Phương pháp nghiên cứu mô hình vật lý 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu mô hình toán 1.3 Các thành tựu nghiên cứu chuyên sâu đập khóa 1.3.1 Kết cấu dòng chảy khu vực đập khóa .6 1.3.2 Diễn biến lòng sông khu vực đập khóa 1.3.3 Khoảng cách hữu hiệu đập khóa 1.3.4 Cao trình đỉnh đập khóa 1.3.5 Tính toán dự báo hệ kỹ thuật công trình 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài Chương Các vấn đề thủy lực thi công đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ 2.1 Dự tính lượng dòng chảy bị chặn 2.2 Tính toán công suất đơn vị dùng phương pháp lấp phương pháp lấp đứng để chặn dòng 13 2.2.1 Tính toán thả vật liệu không theo phương pháp lấp 13 2.2.2 Công suất đơn vị dùng phương pháp lấp đứng để chặn dòng 16 2.3 Nguyên lý tính toán khả thoát nước lòng sông bị thu hẹp 18 2.3.1 Khái niệm ký hiệu 18 2.3.2 Tính toán thu hẹp mặt bên dòng chảy 23 2.3.3 Đặc trưng hình học chủ yếu công trình chặn dòng thu hẹp dòng chảy 24 2.4 Tính toán độ chênh mực nước nước dâng thu hẹp lòng sông 26 2.4.1 Xác định độ chênh lệch mực nước .26 2.4.2 Tính toán nước dâng z’ 31 2.5 Tính toán hình dạng bên thuộc loại loại đập khóa 32 2.6 Tính toán hình dạng bên thuộc loại đập khóa 37 2.7 Tính toán hình dạng bên loại đập khóa 41 Chương 45 Ví dụ tính toán minh họa 45 3.1 Tính toán thủy lực lòng sông bị thu hẹp 45 3.2 Tính toán khối lượng đá đổ theo phương pháp thi công 50 Kết luận kiến nghị 54 Tài liệu tham khảo 55 Phụ lục 56 Mở đầu 1) Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, Việt Nam, công trình đập khóa chưa phổ biến chưa có phần mềm chuyên dụng để tính toán thủy lực đập khóa Tuy nhiên tương lai gần, ảnh hưởng biến đổi khí hậu, đoạn sông phân nhánh lưu lượng không đảm bảo chạy tàu tất nhánh, đặc biệt vào mùa kiệt Điều ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành giao thông vận tải thủy nội địa kinh tế quốc dân Do vậy, đoạn sông phân nhánh cần phải xây dựng công trình chỉnh trị dạng đập khóa kè điều chỉnh lưu lượng để tăng lưu lượng mực nước bên nhánh chạy tàu Mặt khác, tính toán thủy lực công trình nói chung chỉnh trị sông nói riêng phải quan tâm đến ảnh hưởng tượng nước dâng thượng lưu co hẹp lòng dẫn, tượng vật liệu bị xói trôi tác dụng dòng chảy, tính thấm Chính vậy, việc phân tích, tính toán vấn đề thủy lực độ dâng mực nước, so sánh khối lượng đá đổ theo phương án thi công cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao lĩnh vực chỉnh trị sông phục vụ giao thông vận tải thủy 2) Mục đính nghiên cứu Nghiên cứu số vấn đề thủy lực thi công công trình chỉnh trị sông phân lạch dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ Minh họa ví dụ tính toán cụ thể 3) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ 4) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu, khảo sát thực địa, phương pháp chuyên gia sử dụng để tích lũy kiến thức, biết tổng quan tìm vấn đề nghiên cứu, bổ sung, kiểm tra số liệu kết tính toán Phương pháp phân tích, xử lý tổng hợp số liệu thực đo thủy văn - thủy lực, địa hình, đồ lịch sử, phân tích diễn biến, hình thái đoạn sông Phương pháp mô hình toán sử dụng để xác định điều kiện biển đổi thủy văn cho đoạn sông nghiên cứu tiến hành tính toán cho ví dụ 5) Đóng góp đề tài Dựa phân tích hệ thống lý thuyết trường thủy động lực học lòng sông khu vực thi công công trình đập khóa, tác giả đề xuất lập chương trình tính toán Mathcad nhằm đơn giản hóa việc tính toán số vấn đề thủy lực thi công đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ Qua phục vụ cho việc lựa chọn tham số thiết kế, thi công công trình đập khóa phục vụ cho việc chỉnh trị đoạn sông phân lạch giao thông vận tải thủy Chương Tổng quan đập khóa 1.1 Các vấn đề nghiên cứu đập khóa 1.1.1 Các vấn đề nghiên cứu lý thuyết - Nguyên lý làm việc loại công trình đập khóa - Mô chế độ thủy động lực học khu vực đập khóa - Tính toán xói cục hạ lưu đập khóa bồi lắng lòng dẫn khu vực hạ lưu bên nhánh không chạy tàu 1.1.2 Các vấn đề nghiên cứu ứng dụng - Xác định phương án bố trí không gian cho hệ thống đập khóa, tính toán kết cấu ổn định công trình - Đánh giá ảnh hưởng hệ thống đập khóa đến dòng chảy diễn biến lòng sông so với yêu cầu chỉnh trị đặt 1.2 Các phương pháp nghiên cứu đập khóa Các nghiên cứu đập khóa thường tiến hành nhiều thí nghiệm mô hình vật lý (MHVL), năm gần bắt đầu có nghiên cứu mô hình toán (MHT) 1.2.1 Phương pháp nghiên cứu mô hình vật lý Với vấn đề lý thuyết bản, thí nghiệm thường tiến hành máng nước phòng thí nghiệm thủy lực Đối với nghiên cứu ứng dụng, thường tiến hành mô hình đoạn sông thực tế, với điều kiện có tính địa phương đoạn sông cần chỉnh trị Các thí nghiệm hệ thống đập khóa thường quy đinh hệ số biến hình để không ảnh hưởng đến tính tương tự khu nước hố xói cục Những kỹ thuật nghiên cứu kết cấu dòng chảy 3D, lưu hướng mặt, lưu hướng đáy, chuyển động bùn cát… ngày hoàn thiện thiết bị đại Gần đây, Viện Thủy lực Đại học Karlsruhe (CHLB Đức) sử dụng kỹ thuật việc đo kết cấu dòng chảy phương pháp Particle Tracking Velocimetry (PTV) nhằm tính toán trường vận tốc nhanh xác, có tranh sống động kết cấu dòng chảy quanh khu vực xây dựng đập khóa Tuy vậy, bất cập việc sử dụng mô hình vật lý nhiều chuyên gia đề cập đến nghiên cứu mình, tính tương tự mô hình lòng động 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu mô hình toán Mô hình toán thay mô hình vật lý toán dự biến hình lòng dẫn 1D cho sông có chiều dài lớn với ưu cho lời giải nhanh rẻ Với vấn đề diễn biến lòng sông 2D cho đoạn sông ngắn, mô hình toán phát triển phức tạp mà quy luật chuyển động bùn cát 3D, điều kiện biên phức tạp, mà quy luật chuyển động bùn cát 3D chưa nghiên cứu đầy đủ, phải tốn nhiều công sức để làm cho mô hình toán 3D ứng dụng vào thực tế Điểm tồn nghiên cứu mô hình toán chủ yếu đề cập đến vấn đề mở rộng phạm vi sử dụng mô hình toán, nâng cao độ xác tính toán, bảo đảm tính ổn định hội tụ nghiệm, giảm thiểu dung lượng nhớ tăng tốc độ tính toán 1.3 Các thành tựu nghiên cứu chuyên sâu đập khóa 1.3.1 Kết cấu dòng chảy khu vực đập khóa Vấn đề nghiên cứu sớm nhiều nhà khoa học giới Bức tranh kết cấu dòng chảy mô tả hoàn chỉnh công trình nghiên cứu Hoa Kỳ Hiện chưa có phát chất tượng, có nghiên cứu phương pháp mô tả 1.3.2 Diễn biến lòng sông khu vực đập khóa Các hố xói cục đập khóa, kè mỏ hàn hay trụ cầu sông nghiên cứu nhiều công trình C.L.N Sastry, G.Tixon (1962), M.A Gill (1968), mô hình vật lý V.L Da Cunha (1971), Haancu (1976), S.C Jain (1981) cà dừng lại công thức kinh nghiệm 1.3.3 Khoảng cách hữu hiệu đập khóa Trong thực tế, tùy theo độ chênh mực nước thượng hạ lưu lớn hay nhỏ hệ thống đập khóa bố trí đa hay đơn Ở Việt Nam có 1, công trình đập khóa xây dựng đập khóa đơn (đập khóa rạch Nhà Thương, chặn nguồn dòng chảy sông Tiền thúc vào rạch Sa Đéc) 1.3.4 Cao trình đỉnh đập khóa Trên giới, thông thường tính toán cho đập khóa không ngập cho rằng, biến hình lòng dẫn bất lợi xẩy trường hợp dòng chảy có mực nước ngang đỉnh đập khóa Dao động mực nước đỉnh đập khóa thường không lớn 1.3.5 Tính toán dự báo hệ kỹ thuật công trình Trên giới, công trình chỉnh trị lớn nghiên cứu mô hình toán mô hình vật lý Ở nước ta, mô hình vật lý dễ dàng thực Những mô hình toán lớn lại khó ứng dụng cho loại công trình đập khóa kích thước công trình nhỏ so với lưới tính toán Những công trình, chưa nghiên cứu dự báo tốt hiệu kỹ thuật nó, nên không phát huy tác dụng dẫn đến hậu xấu 1.4 Đặt vấn đề nghiên cứu đề tài Trong chuẩn tắc luồng tàu nói chung, quan trọng yếu tố độ sâu dòng chảy, độ sâu dòng chảy liên quan đến mực nước cao trình đáy sông Trong chỉnh trị đoạn sông phân lạch nói riêng biến động lòng dẫn, quan trọng độ dâng mực nước lưu lượng bên nhánh chạy tàu tác dụng chặn dòng chảy đập khóa gây Với nhận thức phạm vi đề tài, tác giả sâu nghiên cứu vấn đề sau đây: Trong thực tế công trình đập khóa Việt Nam chưa phổ biến, gặp Việc tính toán thủy lực đập khóa tính toán thủ công, chưa có phần mềm tính toán chuyên dụng, dự án lớn có điều kiện thí nghiệm mô hình vật lý Vì vậy, để giảm thời gian khối lượng tính toán nâng cao độ xác tính toán thủy lực đập khóa, đề tài sâu nghiên cứu thiết lập chương trình tính toán phần mềm Mathcad Chương trình sử dụng tính toán thiết kế công trình chỉnh trị đoạn sông phân lạch dạng đập khóa Chương Các vấn đề thủy lực thi công đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ 2.1 Dự tính lượng dòng chảy bị chặn Đồng thời, xây đập chặn dòng từ đáy lên (h.7) dùng phương pháp lấp đứng, lấp từ hai bờ lại (h.8), để tiến hành nghiên cứu lượng, mà hai trường hợp không tính độ chênh khôi phục, tức giả định mặt nằm ngang mực nước hạ lưu kéo dài đến mặt cắt ngang chặn dòng Từ sơ đồ ta viết phương trình Bernoulli cho đơn vị trọng lượng chất lỏng mặt cắt I-I II-II sau: 1 12 h1 + g  ah  2g  1  2g , (3) 12 - hệ số sức cản cảu đoạn I-II Đối với sơ đồ thu hẹo lòng sông hình 8, có độ cao chặn dòng đáy sông h = Nếu xét mặt hình học độ chênh lệch nước thượng hạ lưu, tức cột nước là: z = h1 - a - h kí hiệu thường dùng là: 1 + 12 = 2 Trong φ - hệ số lưu tốc Do phương trình (3) viết dạng z=  v 1v12   2g 2g Như tính toán ra, phương án chặn dòng thực tế, cột nước lưu tốc số hạng thứ hai phương trình này(tương ứng với lưu tốc tiến gần v 1), điều kiện chênh lệch không đáng kể, so với số hạng thứ bé, bỏ qua không tính, số hạng thứ phụ thuộc tương đối lớn vào lưu tốc v sức cản Cho nên thực tế lấy:  v2  2g z= Để dự tính lượng dòng chảy 1m chiều rộng cửa hàn đơn vị thời gian, đem hai vế phương trình nhân với  q0 , được:  v2  q0 z =  q0 g Vế trái phương trình công suất trung bình dòng chảy qua 1m chiều rộng mặt nước dòng chảy bị chặn, tức công suất đơn vị N0 dòng chảy bị chặn: N0 =  q0 z  Sau xét đến g =  (  - mật độ chất lỏng) mà  q0 = m khối lượng  chất lỏng chảy qua 1m chiều rộng cửa hàn đơn vị thời gian,  trị số lớn Chúng ta viết biểu thức (4) thành dạng chung: N0  s mv 2 (5) Như công suất đơn vị dòng chảy độ chênh lệch tập trung thay đổi lưu lượng đơn vị sinh ra, tương ứng với động khối lượng dòng chảy qua 1m chiều rộng cửa hàn Chúng ta biết rằng, phần lượng tổng toàn công phần dòng chảy gây Đối với kích thước phương án bố trí công trình thủy công đó, vào tài liệu tính toán thủy lực (hoặc thí nghiệm) vẽ đường quan hệ yếu tố thủy lực chủ yếu dòng chẩy bị chặn với chiều cao thay đổi h đáy đập chặn dòng, với chiều rộng cửa hàn B đứng Theo chiều cao đập chặn dòng tăng lên với mức độ thu hẹp lòng sông theo phương pháp lấp đứng, độ chênh mực nước z tăng lên, lưu lượng cửa hàn giảm đường dẫn dòng bắt đầu công tác Cho nên trị số công suất đơn vị thường dùng trị số công suất tới hạn lớn Ntb để biểu thị Trong hình biểu thị đường quan hệ chiều cao đập chặn dòng h thay đổi thi thả vật liệu chặn dòng xuống lòng sông với độ chênh mực nước z, lưu 10 lượng đơn vị tràn ngập qua đập chặn dòng q, lưu tốc trung bình đỉnh đập chặn dòng v công suất đơn vị N Qua đường biểu diễn hình ta thấy, trị số lớn N tương ứng với chiều cao h đập chặn dòng, nhiều trường hợp, lúc xuất lưu tốc trung bình lớn v dòng chảy tràn qua Như vậy, trị số lớn tích số khối lượng lưu lượng đơn vị tràn qua đập chặn dòng độ chênh mực nước đập chặn dòng (tức Nth) biểu thị tích cực lớn dòng Dùng phương pháp lấy để chặn dòng vẽ đường biểu diễn theo công thức N  f z zmax  (6) Trong đó: z - biến số; zmax - độ chênh mực nước lớn đập chặn dòng Đường cong dạng tương tự vẽ cho trường hợp chặn dòng theo phương pháp lấy phương pháp lấp đứng * giúp so sánh cách khách quan tình hình thủy lực lúc chặn dòng sông, đồng thời giúp xét đến tác dụng khả tháo nước thân đập chặn dòng Tài liệu hình 10 rõ, độ chênh lệch cuối zmax dòng sông lưu lượng đơn vị rộng qmax thời kỳ đầu để dự tính điều kiện thủy lực chặn dòng sông thực tế, hoàn toàn Phân tích hình thành đập chặn dòng dòng chảy, thấy rằng, nhân tố tác dụng chủ yếu phần dòng chảy thấm qua đập chặn dòng Do có phần dòng chảy thấm qua đập chặn dòng, nên công suất phần lưu lượng thấm giảm cách tương ứng Do đó, điều kiện giống nhau, mà dùng vật liệu chặn dòng có độ rỗng tương đối lớn có lợi cho việc chặn dòng Đối với vật liệu chặn dòng đá hộc khối bê tông, thả xuống vật liệu không đồng mà độ rỗng lại bé, tác dụng phần lưu lượng thấm nhỏ, không xét đến Nếu vật liệu lớn, đúc sẵn cấu kiện có hình dạng đặc biệt làm thành đập chặn dòng có độ rỗng lớn cần phải xét đến thấm Trong trường hợp này, lưu lượng thấm lưu lượng tràn bề mặt không giống 42 Trước hết cần nói rõ vấn đề: điều kiện vật chặn dòng từ hình dạng bên thuộc loại thứ ba chuyển sang hình dạng bên thuộc loại thứ tư (h.31) Rất rõ ràng, giả sử trị số q thực tế không đổi (ví dụ trường hợp đường tiêu nước), vật chặn dòng ta thả đá xuống chảy có độ dài luôn thay đổi, giữ hình dạng bên thuộc loại thứ ba mà không chuyển sang hình dạng bên thuộc loại thứ tư Cũng cần rõ thêm, số hạng biểu thị phát triển chiều dài vật chặn dòng – trị số li (xem hình 44), tỷ lệ thuận với độ chênh mực nước zđn tổn thất chiều dài vật chặn dòng Trên thực tế li = z dn ho2 y 3 q y 1  2 z dn  2 y 3 z dn i n q n vmax li = Ezdn q = const, với viên đá cho biết trước (từ viên đá xác định độ nhám n, tính lưu tốc vmax) E= q y 1 = const y 3 n v max Công thức tìm được, dùng để tính toán sơ mức độ phát triển vật chặn dòng, điều kiện nói vật chặn dòng luôn trạng thái hình dạng bên thuộc loại thứ ba Chỉ trị số q giảm cách rõ ràng, hình dạng bên thuộc loại thứ tư bắt đầu Ngoài tăng nhanh chiều cao đỉnh vật chặn dọng so với trước, chuyển tiếp mái dốc trước, mặt sau (hạ lưu) vật chặn dòng thực tế chấm dứt kéo dài; đặc trưng quan trọng biểu thị bắt đầu hình dạng bên thuộc loại thứ tư Như nói, trị số li trị số chủ yếu để xác định mức độ phát triển phần hạ lưu vật chặn dòng Sau ta nghiên cứu, với điều kiện z dn q làm cho li bắt đầu giảm nhỏ Khi li đạt tới trị số lớn nhất, tất chữ, phía bên phải ghi thêm dấu “ ,” Điều kiện viết dạng li < l’i 43 z dn z ' dn  i i' Trị số z dn z dn q / z dn q /  10 /  i A n vmax đây, viên đá biết A = n2v 10max/ = const Tương tự, ta có z 'dn z 'dn q /  i' A Như vậy, bất đẳng thức viết thành zdn q / z 'dn q /  A A Nói cách khác, tích zdnq4/3 bắt đầu nhỏ trị số trước đó, nghĩa zdnq4/3 < z’dnq’4/3 dạng thông thường, zdnq2y+1 < z’dnq’2y+1 li bắt đầu nhỏ trị số lớn li mà hình dạng bên thuộc loại thứ ba đạt tới, thân vật chặn dòng chuyển sang dạng bên thuộc loại thứ tư Khi y = 0, trị số bất đẳng thức tỷ lệ thuận với công suất đơn vị mái dốc (bài 3) Cách xác định đơn giản độ chênh mực nước thượng hạ lưu tương ứng với trị số lớn li dựa vào biểu thức sau để vẽ thành đường cong: zdnq4/3 = f(mntl - mnhl) Hình 46 sơ đồ tính toán hình dạng bên thuộc loại thứ tư vật chặn dòng Quá trình tính toán sau: trước hết vào mực nước thượng lưu cho, xác định q Tính toán Ho (đối với đoạn chảy tràn không ngập) q Ho =   M  2/3 Đồng thời, để kết tính toán độ chênh mực nước mà vật chặn dòng tạo nên không lớn (điều kiện đặc biệt quan trọng hình dạng bên thuộc loại thứ tư), M chọn trị số lớn đập tràn đỉnh rộng, tức M= 1,72 Đối với viên đá biết trước, trị số vmax tính thử trước, ta được: 44 ho = q vmax zđt = Ho – ho - vo2 ; 2g Cuối cùng, giả sử đoạn tràn chảy không ngập, chiều cao vật chặn dòng vo2 h = mntl - đs – Ho ; 2g zdn = mntl - mnhl – zđt Căn công thức sau để tính độ dốc phận mái dốc hạ lưu: i= n2q ho10 / đồng thời tìm chiều dài đoạn đập tràn: lđt  3 q g Phương pháp đơn giản để xác định phần tương đối dốc mái hạ lưu giao điểm trước tìm dùng phương pháp đồ giải Trị số giới hạn độ dốc mái dốc tìm tính toán, cần tham khảo góc ổn định đống đá xếp để chọn dùng Trước nghiên cứu giai đoạn sau công trình, cần nói rõ thêm là: mặt cắt tính toán trường hợp hình dạng bên thuộc loại thứ ba loại thứ tư, số liệu thủy lực cần phải điều chỉnh cho thống Chẳng hạn, dùng phương pháp sau để đạt mục đích Giả thiết tìm trị số mực nước thượng lưu Căn trị số dựa vào sơ đồ hình dạng bên thuộc loại thứ ba để tính trị số lớn li Tiếp đến, vào trị số mực nước thượng lưu ấy, dựa vào sơ đồ hình dạng bên thuộc loại thứ tư để tính toán Lần tính toán cho kích thước vật chặn dòng lớn so với lần tính toán trước Mặt cắt tính toán này, dùng làm mặt cắt ban đầu để tính toán hình dạng bên tiếp sau hình dạng bên thuộc loại thứ tư 45 Chương Ví dụ tính toán minh họa 3.1 Tính toán thủy lực lòng sông bị thu hẹp Thời kỳ thứ thu hẹp lòng sông Qs  5600 Bs  980 htn  8.4 Qs zmax  2000 y  1.3  ns ns  0.025 zmax  2.8 Diện tích lòng sông thiên nhiên: B  393 Lkt  s  Bs htn  Bs  htn Chu vi ướt lòng sông thiên nhiên: s Bán kính thuỷ lực: s Rs  s Hệ số Chezy: Cs  Tính toán hệ số thu hẹp μ: s  8.232  10 s  996.8 Rs  8.258 y Rs ns Cs  61.734 q   o  1.06  0.31 q Trị số hiệu chỉnh σL: L  0.77  0.2  Trị số hiệu chỉnh σkt:  kt Trị số hiệu chỉnh σFr: vdc Fr  ghtn Lkt B o  0.874 L  0.772  1.18  Fr  0.92  0.3Fr Trị số hiệu chỉnh σe (thu hẹp bên): Hệ số lưu lượng μ: Fr  0.035 e  Fr  0.931  0.955    o  L kt  Fr e      0.707 46 Độ thu hẹp: '    (1   ) '  0.717 bth   B Chiều rộng thoát nước mặt cắt thu hẹp: bth  277.887  th  Diện tích thoát nước mặt cắt thu hẹp:  th Chu vi ướt lòng sông: bth htn  2.334  10  dc  bth  htn  dc  294.687  th Rdc   dc Bán kính thuỷ lực lòng sông: Rdc  7.921 Hệ số Chezy: y Rdc ns Cdc  Cdc  61.207 Qs vtn  s Độ dốc ma sát lòng sông thiên nhiên: itn  vtn Cs Rs Qs vth   th Tốc độ thoát nước trung bình mặt cắt thu hẹp: Hệ số a, Λ: a  0.055 Độ dốc ma sát lòng sông:  idc  vth  2.44 Cdc Rdc Góc khuếch tán hợp đường cong nước vật với trục dòng chảy ψ: 47  Chiều dài đoạn mở rộng:     log       '     atan  a  ' Bs ' Lhl  tan (  ) Lhl  3.697  10 Trị số trung bình hình học độ dốc ma sát itb: itb  Các hệ số thường dùng: 5 itn idc itb  5.34  10 ktl  Độ chênh MN thượng - hạ lưu: Chiều cao nước dâng thượng lưu: v th z  itb  B  Lhl  idc Lkt  '  2g        v th z'  itb  itn B  Lhl  idc  itn Lkt  '  2g Thời kỳ thứ hai thu hẹp lòng sông chặn dòng phương pháp lấp đứng Chiều rộng trung bình cửa hàn bắt đầu hàn đập lấp đứng Btb: Btb  m htn Độ thu hẹp lòng sông tương đương với chiều rộng là: Bs  Btb ''  Bs Tính toán tình hình thu hẹp lòng sông giai đoạn thứ lấp đứng đập đến độ thu hẹp θ``=0,991 Giả sử độ chênh cột nước z = 1m, tính toán lưu lượng Qt đường dẫn dòng thi công (lưu lượng qua nhánh chạy tàu đề tài) 48 Qt  2000z Lưu lượng chảy qua cửa hàn khẩu: Q  Qs  Qt Hệ số lưu lượng đơn giản hoá:  g  Q  s 2gz Căn vào đường cong hình 20a, đồng thời vào hệ số μg tính được, đặc tính lòng sông Λ = 2,44 (tính toán thời kỳ thứ nhất), tính độ thu hẹp lòng sông dẫn dòng θ` = 0,885 (carefully check) Giả sử dòng nước chảy vòng qua đầu mố đập lấp đứng không thuận, đồng thời vào số liệu $5, dùng hệ số thu hẹp trung bình ε = 0,65 độ thu hẹp lòng sông tính theo công thức (27) là:     '  Chiều rộng trung bình cửa hàn tương ứng với độ thu hẹp là: B' tb  (1   ) Bs Lưu lượng đơn vị giả thiết phân bố chiều rộng cửa hàn khẩu: q  Q B' tb Chiều rộng trung bình dòng chảy nơi mặt cắt thu hẹp: b'th  B' tb Lưu lượng đơn vị phân bố theo chiều rộng mặt cắt thu hẹp: Q qtb  b'th Công suất đơn vị trung bình dòng chảy nơi mặt cắt thu hẹp: Ntb   n qtbz 49 Lưu lượng đơn vị lớn cửa hàn q`, xét đến tập trung lưu tốc đầu mố đập lấp đứng, thường dùng hệ số k = 1,1 - 1,3; lấy trung bình 1,2 để tính: q'  k q Công suất lớn dòng chảy cửa hàn khẩu: N   n q' z Khi độ thu hẹp thay đổi phạm vi θ = 0,991; tiến hành tính toán loạt trị số độ chênh z trị số θ = 0,991 tương ứng với lúc bắt đầu hàn đập theo phương pháp lấp đứng (độ dốc nối liền đáy sông) Căn vào kết tính được, vẽ đường cong quan hệ độ chênh mực nước z, lưu lượng đơn vị q, lưu tốc trung bình vtb, công suất đơn vị lớn dòng nước trình chặn dòng với chiều rộng trung bình Btb cửa hàn (hình 21b) Trước tiến hành nghiên cứu thí nghiệm cách có hệ thống để kiểm tra kỹ khả thoát nước cửa hàn hình tam giác, tính toán cho giai đoạn hàn đập theo phương pháp lấp đứng nên tiến hành tính toán tương tự giai đoạn đập lấp đứng giai đoạn thứ Giả sử độ chênh mực nước z tương ứng với độ thu hẹp θ > 0,991, ví dụ z = 2,7m Khi đó, lưu lượng Qt chảy qua đường dẫn là: Qt  2000z Lưu lượng chảy qua cửa hàn khẩu: Q  Qs  Qt Hệ số thu hẹp ε = 1:   Độ thu hẹp lòng sông:    Q 4 s  z Diện tích cửa hàn xác định theo quan điểm hình học, vào công thức:  Bs(1   ) htn H Mặt khác diện tích biểu thị quan hệ: 50  Btb m Từ công thức dẫn đến: Btb  m  s (   ) Chiều rộng phía cửa hàn (theo mặt nước): Bhk  2Btb Lưu lượng đơn vi phân bố chiều rộng cửa hàn khẩu: q  Công suất dòng chảy xét đến lưu tốc tập trung: Q Btb N  1.2 n q z Khi độ thu hẹp θ > 0,991 số trị số độ chênh z tiến hành tính toán Căn vào kết tính toán, vẽ đồ thị quan hệ z, q, N, vtb với chiều rộng trung bình cửa hàn Btb giai đoạn chặn dòng (hình 21b) Khi độ thu hẹp  > 0,991 trị số độ chênh z tiến hành tính toán, vẽ đồ thị quan hệ độ chênh lệch z, q, z N với chiều rộng trung bình cửa hàn giai đoạn chặn dòng (xem hình 21b) Trên đồ thị vẽ quan hệ lưu tốc trung bình v cửa hàn với chiều rộng B cửa hàn Qua ví dụ tính toán đây, qua tài liệu nghiên cứu phòng thi nghiệm tài liệu chặn dòng phương pháp lấp đứng nhiều dòng song cho ta thấy rằng, giai đoạn chặn dòng cửa hàn căng thẳng, lúc hàn có công suất lớn, lưu tốc dòng nước lớn 3.2 Tính toán khối lượng đá đổ theo phương pháp thi công 51 Phương pháp lấp Qs  5600 B  200  d  2.6 zmax  2.8 Qs qmax  B   1.0 vmax  1.2 2g qth   d   qmax vmax  4.46 d zth  e  htn  h0 e  5.261  Bhtn  3.333 zth       1.25  htn  zmax 3 2e  n vmax Vlb  SccB Qs zmax h0  3.139 e Nth h0 n  0.1 Nth  19.6 qth h0  vmax Scc  htn  8.4 d  0.44 Nth  0.25 qmaxzmax g  9.81 Scc  349.649 Vlb  6.993  10 (m3) 52 Phương pháp lấp đứng vmin  0.75vmax vmin  3.345 h  htn  zmax h  11.2 a  m  1.25 B1  200 B2  112 Dùng phương pháp lấp đứng mặt cắt dày đặc để chặn dòng, chiều rộng cửa hàn từ B1 = 200m đến B2 = 112m   V1  (a  m h )h  B1  B2 V1  1.676  10 Dùng lấp đứng để xây đập chặn dòng, vật liệu có khả bị xói rời, chiều rộng cửa hàn từ B2 = 112m đến B3 = 10m Giả sử B = 100m (tra hình 21b, 81a)q  26.7 z  1.45 Nmax   q z Nmax  38.715 q h0  vmax h0  5.987 e  htn  h0 e  2.413 S2  e Nmaxh0   z 1    1.25  htn  zmax 3 2e  n vmax S2  405.499 Vẽ đồ thị quan hệ B ~ S Sau tính tổng khối lượng đá đổ diện tích S = f(B) V2  46200 53 Trong giai đoạn hàn phương pháp lấp đứng, chiều rộng trung bình ban đầu cửa hàn B3 = 10m, đường kính đá đổ d = 1,15m Nthld  100 N  Nthld z  2.64 B3  10 dmax  1.15 q  37.8 vmax  1.2 2g  d   dmax vmax  7.21 q h0  vmax h0  5.243 e  htn  h0 e  3.157 S3  e N h0    z   1.25 h  z     tn max 3 2e  n vmax S3  364.316 V3  S3 B3 V3  3.643  10 Vld  V1  V2  V3 Vld  6.66  10 (m3) 54 Kết luận kiến nghị Đề tài xuất phát từ việc nghiên cứu, phân tích chất số vấn đề thủy lực thi công công trình chỉnh trị sông phân lạch dạng đập khóa sử dụng vật liệu đá đổ Các tác giả xây dựng chương trình tính toán phần mềm Mathcad để tính toán số vấn đề thủy lực thi công đập khóa Chương trình tính thống thuận tiện cho việc tính toán thủy lực đập khóa áp dụng cho công trình đập khóa xây dựng tương lai Việt Nam Kết đề tài sử dụng làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư, học viên, sinh viên chuyên ngành công trình thủy, thủy lợi Hướng phát triển đề tài tính toán kiểm chứng cho công trình đập khóa thực tế 55 Tài liệu tham khảo Lương Phương Hậu, Nguyễn Thanh Hoàn, Nguyễn Thị Hải Lý (2011), Chỉ dẫn kỹ thuật công trình chỉnh trị sông, NXB Xây dựng, Hà Nội Phạm Thành Nam, Nguyễn Đình Lương, Lương Phương Hậu (2010), Thủy lực học công trình chỉnh trị sông, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Tài, Lê Bá Sơn, Thủy lực, tập & 2, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2008 Nguyễn Viết Trung, Vũ Văn Toản, Trần Thu Hằng (2004), Tính toán kỹ thuật xây dựng Mathcad, NXB Xây dựng, Hà Nội Đào Văn Tuấn (2002), Công trình đường thủy, NXB Xây dựng, Hà Nội Bộ môn Xây dựng đường thủy (2010), Bài giảng Động lực học sông biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng Viện Khoa học Thủy lợi (2008), Sổ tay kỹ thuật thủy lợi, phần tập 5, NXB Nông nghiệp, Hà Nội B Przedwojski, R Blazejewski, K.W Pilarczyk (1994), River training techniques, Delft/Poznan U.S Army Corps of Engineers, Engineering and Design (1994), River Hydraulics, Washington D.C 56 Phụ lục [...]... Trong đó a – Hệ số 1 1 0 a V 1 lg 1 0 (43) 29 λ – Hệ số sức cản thủy lực của dòng sông thi n nhiên; β – Chiều rộng tương đối của dòng sông thi n nhiên, tức là tỷ số giữa chiều rộng lòng sông Bs và bán kính thủy lực Rs θ – Độ thu hẹp diện tích dòng sông Trị số λβ có thể biểu thị với mức độ nhất định hình dạng hình học biên giới lòng sông, cho nên ta gọi tích số λβ là trị số đặc trưng lòng sông, tích... đặc trưng lòng sông  trong hình 19 mà tính ra Đường quan hệ này căn cứ vào tài liệu của mô hình thủy lực và mô hình khi động lực của phòng thí nghiệm thủy lực học viện động lực Moxkva vẽ ra, đồng thời có so sánh với các kết quả nghiên cứu khác Khi  ≥ 4 tức là trong tình hình lòng sông rộng, căn cứ vào số liệu trong hình 19, hệ số  Trên thực tế không phải căn cứ vào đặc trưng lòng sông  mà là căn... hình dạng bên ngoài thuộc loại 1 và loại 2 của đập khóa Các vấn đề cơ bản của tính toán thủy lực trong lấp bằng bằng cách thả đá trong nước chảy, xét trong không gian hai chiều (vấn đề mặt phẳng - ND), có thể quy nạp như sau: Cho biết: lưu lượng đơn vị qua lỗ vỡ là q(m3/s); chiều sâu tường ngày htn tương ứng với lưu lượng Qs ở sông, đường kính của đá (đã được biến đổi thành hình cầu tương đương) thả trong. .. rất đều đặn Chỉ có như vậy, lưu lượng đơn vị rộng mới có khả năng phân bố đều đặn trên toàn bộ cửa hàn khẩu Trong thực tế thi công, bảo đảm thả đều đặn như vậy không phải là có thể thực hiện được thường xuyên (h.14) Ở một số nơi, thể tích vật chặn dòng tăng lên nhanh hơn so với một số nơi khác; cao trình đỉnh đập chặn dòng không đồng đều, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố lưu lượng diện thả vật liệu. .. tính toán thủy lực khu thu hẹp lòng sông là xác định mối liên quan giữa các tham số dòng chảy thu hẹp (lưu lượng, độ chênh mực nước, lưu tốc), với mức độ thu hẹp lòng sông bằng loại công trình nào đó Việc xây dựng công trình thu hẹp dòng sông (đê quai hoặc đập) sẽ phá hoại 19 trạng thái của dòng sông Sự phá hoại này, so với dòng chảy thi n nhiên, biểu hiện trước tiên là sự thay đổi hình dạng mặt thoáng... sông ở phía trước công trình thu hẹp dòng chảy và hình dạng mặt cắt ngang Qkt Yếu tố này cũng như độ thu hẹp θ có thể thông qua tỷ số θ q= Qs Để xét (Qkt - lưu lượng chảy qua phần mặt cắt lòng sông thi n nhiên do công trình thu hẹp dòng chảy chiếm; Qs - tổng lưu lượng của dòng sông) Tỷ số θq là độ thu hẹp lòng sông Ưu điểm của cách biểu thị độ thu hẹp lòng sông như vậy, đối với lòng sông có hình dạng. .. dùng nhiều số liệu thí nghiệm trong phòng thí nghiệm Những số liệu thí nghiệm này, sau khi được tác giả chỉnh lý, có thể dùng để biểu thị hệ số lưu lượng  , như sau:    ' L kt Ft e , ( 28) trong đó:  ' - hệ số lưu lượng trong trường hợp dùng công trình thu hẹp lòng sông cả hai bên, thẳng góc với thượng lưu, chiều dài tương đối theo hướng dòng chảy Lkt  1, 05 B và số Froude của dòng sông là 0,25... hưởng của chiều dài tương đối B trong phạm vi thì dùng trị số hiệu chỉnh  L để xét Trong phạm vi nói trên  L  0, 77  0, 20 Lkt B (30) Tích số  '0  L có thể dùng trị số  0 để biểu thị Trước đây  0 gọi là hệ số lưu lượng tiêu chuẩn [40] Do đó 0   '0  L Lkt  1, 05, Khi B mà θq thay đổi 0,2 đến trị số phân giới (θq)pg có thể dùng các công thức Lkt (29) và (30), trị số phân giới (θq)pg có thể căn... dùng trị số hiệu chỉnh  L để xét Theo hình 18 và căn cứ vào bán kính cong tương đối r và độ thu hẹp θ q B để tính  kt Về động năng của dòng chảy , thì dùng trị số hiệu chỉnh  Fr để xét Khi phạm vi thay đổi của số Froude trên dòng sông là 0,01-0,7, trị số hiệu chỉnh  Fr có thể căn cứ vào công thức sau đây để tính:  Fr =0,92 +0,32Fr Khi bộ thu hẹp long sông hai bên không đối xứng, biểu thị bằng tỷ số. .. phải biết dạng hàm số Q = f (z) Ví dụ, ta có thể dùng một dạng của hàm số Q = Qs - A Z , (13) trong đó A - tham số cố định, biểu thị khả năng tháo của đường tháo, xác định bằng tính toán thủy lực (hàm số này biểu thị quan hệ giữa Q và z) Từ công thức (10), (11) và (13) ta được 2z  ( Qs  A z 2 3  ) + BM (14) 15 Giải phương trình (14) bằng phương pháp tinh thử Trong ví dụ đã được nghiên cứu, chúng