Mặt cắt tràn xả lũ dạng WES được ứng dụng nhiều trên thế giới, ở Việt Nam gần đây mới thiết kế cho một số công trình thủy lợi, thủy điện như: Cửa Đạt, Sông Tranh 2, Bình Điền, Kanak. Bài viết Một vài ý kiến về mặt cắt đập tràn dạng Wes thiệu tóm tắt về phương pháp xác định mặt cắt tràn dạng WES đồng thời nêu ưu điểm của dạng mặt cắt này. Tham khảo nội dung bài viết để nắm bắt chi tiết.
MỘT VÀI Ý KIẾN VỀ MẶT CẮT ĐẬP TRÀN DẠNG WES Vũ Thanh Te Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Mặt cắt tràn xả lũ dạng WES ứng dụng nhiều giới Việt Nam gần thiết kế cho số cơng trình thủy lợi, thủy điện như: Cửa Đạt, Sơng Tranh 2, Bình Điền, Kanak… Bài viết giới thiệu tóm tắt phương pháp xác định mặt cắt tràn dạng WES; đồng thời nêu ưu điểm dạng mặt cắt I MỞ ĐẦU: Ở Việt Nam từ năm 1960 đến năm 1998 đập tràn thiết kế theo dạng mặt cắt tràn Ơphixêrốp, như: Thác Nhồng, Thơng Gót, Mỹ Bình, Ngòi Nhì, Sông Hinh, YALy, Thác Bà, Tân Giang, thủy điện Hòa Bình… Từ năm 1999 đến u cầu cung cấp điện, nước cho khu công nghiệp, đô thị dân sinh kinh tế…, nhiều cơng trình thủy lợi, thủy điện lớn thiết kế xây dựng Đồng thời với trao đổi khoa học kỹ thuật tư vấn chuyên gia nước nên nước ta thiết kế xây dựng đập tràn theo dạng mặt cắt WES, như: Tuyên Quang, Cửa Đạt, Bình Điền, sơng Tranh 2, Kanak… Trong q trình thiết kế chưa có quy phạm nên người thiết kế chưa có sở để vận dụng, thiết kế đập tràn số cơng trình vừa qua chưa thuận lợi thống Vì vậy, chúng tơi xin trình bày số vấn đề phương pháp xác định mặt cắt tràn dạng WES để bạn đọc tham khảo II NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bài báo nêu cách xác định mặt cắt đập tràn dạng Ơphixêrốp WES Trình bày phương pháp xác định thông số thủy lực mặt cắt tràn dạng WES, như: áp suất, lưu tốc, đường mặt nước… có ví dụ minh hoạ để bạn đọc tham khảo Phương pháp nghiên cứu tổng quan kết nghiên cứu tác giả nước ngồi, kết hợp với thực nghiệm mơ hình để xác định 30 mặt cắt tràn dạng Ơphixêrốp WES III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chọn mặt cong tràn dạng WES a Đoạn thân tràn phía hạ lưu Đối với đập tràn xả lũ có yếu tố người thiết kế cần quan tâm là: + Khả tháo qua đập tràn + Phân bố áp suất mặt tràn + Khối lượng xây dựng nhỏ (mặt cắt đập tương đối gầy) Khi thiết kế đường cong mặt tràn kiểu trọng lực thường sử dụng cơng thức: Xn = K Hdn-1 Y (1) Trong đó: Hd - Cột nước thiết kế định hình đường cong mặt đập tràn (phía hạ lưu) Khi chiều cao đập phía thượng lưu p1.33Hd loại đập cao Thường lấy giá trị Hd=(0.750.95)Hmax Khi chiều cao đập phía thượng lưu p1.0, lấy trị số K theo bảng Khi K1.0 lấy K = 2.02.20 Bảng Tham số đường cong mặt tràn Độ dốc mặt thượn g lưu (y/x ) 3:0 K n R1 a R2 Trong hình: R1, R2, K, n, a, b tham số lấy giá trị bảng + Đường cong cung tròn mặt thượng lưu thẳng đứng hình + Đường cong Ê- líp có phương trình đường cong là: b 2.00 1.85 0.5Hd 0 0.175 0.20Hd 0.282 Hd Hd 3:1 1.93 1.83 6 0.68 Hd 0.139 0.21 Hd 0.237 Hd Hd 3:2 1.93 1.81 0.48 0.115 0.22 Hd 0.214 Hd Hd bH d y 1.0 X2 (aH d )2 bH d 2 (2) Trong đó: aHd, bHd - Bán trục dài bán trục ngắn ê líp Khi p/Hd2 a = 0.280.30, a/b = 0.87+3a Khi p/Hd0.60, H/D = 23 = 0.700.80 Khi p/Hd >0.60, H/D = 1.5 2.0 = 0.600.70 Hd - cột nước thiết kế định hình tràn H - Cột nước tác dụng tràn c Trường hợp đỉnh tràn lắp cửa van phẳng, có tường ngực Q A g ( H D ) (7) Trong đó: Các ký hiệu cơng thức (7) trên; giá trị H0 cột nước tính từ đáy cửa van đến mực nước thượng lưu, có tính đến lưu tốc tiến gần - Hệ số lưu lượng biến đổi từ = 0.700.90 d Trường hợp sau đỉnh tràn lắp cửa van cung Q A 2gZ (8) Trong đó: Các ký hiệu khác giống trên, có Z0 cột nước tính từ tâm độ mở a đến mực nước thượng lưu Z0=(H-1/2a) Trường hợp hệ số biến đổi từ 0.670.88 Xác định phân bố áp suất mặt tràn dạng WES Khi thiết kế tràn xả lũ, để chọn mặt cắt tràn hợp lý, cần phải xác định mặt cắt tràn không sinh áp suất âm, đo việc xác định áp suất âm mặt tràn cần thiết phải quan tâm Theo tài liệu Mỹ nghiên cứu thí nghiệm, phân bố áp suất mặt đập tràn dạng WES trường hợp: + Trên mặt tràn khơng có trụ pin (hình 5a) + Ở khoang tràn hai bên có trụ pin (hình 6a) + Ở mép khoang tràn dọc theo trụ pin (hình 7a) Tài liệu Mỹ nghiên cứu phân bố áp suất mặt đập tràn cho tỷ số H/Hd = 0.5, + Trên mặt tràn khoang hai bên có trụ pin (hình 6b) + Ở mép khoang tràn dọc theo trụ pin (hình 7b) Nhưng cho tỷ số: H/Hd = 0.50; 1.0; 1.17; 1.33; 1.50 Kết làm phong phú thêm kết nghiên cứu mặt cắt dạng WES Trên đồ thị dùng tỷ lệ H/Hd quan hệ với X/Hd giá trị khơng có thứ ngun Từ đồ thị sơ xác định áp suất mặt tràn WES 1.0, 1.33 Qua trình nghiên cứu đập tràn cho số cơng trình thủy điện, như: Thạch Tuyến, Trấn Hồ Nam, Yến Đồng Hiệp, A Đê Đa, Tây Tân, Phong Mãn, Quách Châu, Thiên Sinh Kiều, Tân Hoa, Tiểu Lang Đế, Tam Hiệp, Câu Pi Than, Đan Giang Khẩu Các nhà khoa học Trung Quốc nghiên cứu phân bố áp suất mặt tràn WES cho trường hợp: + Trên mặt tràn trụ pin (hình 5b) 0.5 0.6 0.4 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 H/Hd = 0.50 H p/H d 0.1 H/Hd = 0.50 0.2 H/Hd = 1.00 0.1 H/Hd = 1.00 0.0 H/Hd = 1.17 -0.1 H p /H d -0.1 -0.2 H/H d = 1.33 H/Hd = 1.33 -0.2 -0.3 -0.4 -0.3 H/Hd = 1.50 -0.5 -0.4 -0.6 -0.7 -0.5 -0.2 0.0 0.2 0.4 X 0.6 X/Hd 0.8 1.0 1.2 1.4 -0.8 -0.9 -1.0 -0.3 R=0.2Hd -0.2 -0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X/Hd 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 X Y R=0.01Hd R=0.5Hd Y R=0.2Hd X1.85=2.0.Hd 0.85.Y R=0.5Hd 0.85.Y C restax is X1.85=2.0.Hd a Tài liệu Mỹ b Tài liệu Trung Quốc Hình Phân bố áp suất mặt tràn khơng trụ pin 0.6 0.6 0.5 Hp/Hd 0.4 0.4 0.3 H/Hd = 0.50 H/Hd = 0.50 0.2 0.2 H/Hd = 1.00 0.0 0.2 0.4 0.6 X/Hd 0.8 1.0 1.2 1.4 Hp/Hd H/Hd = 1.33 -0.2 -0.2 H/Hd = 1.00 0.1 0.0 H/Hd = 1.17 -0.1 H/Hd = 1.33 -0.2 -0.3 X H/Hd = 1.50 -0.4 -0.5 R=0.2Hd Y -0.6 -0.7 R=0.5Hd -0.8 X1.85=2.0.Hd 0.85.Y -0.9 -1.0 -0.3 a Tài liệu Mỹ -0.2 -0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X/Hd 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 b Tài liệu Trung Quốc Hình Phân bố áp suất khoang tràn hai bên có trụ pin 33 0.8 0.6 0.6 0.5 0.4 0.4 H/Hd = 0.50 H p/H d 0.3 H/Hd = 0.50 0.2 0.2 H/Hd = 1.00 0.0 H/Hd = 1.00 0.1 H/Hd = 1.33 Hp/Hd -0.2 -0.4 H/Hd = 1.17 -0.1 H/Hd = 1.33 -0.2 -0.3 -0.6 H/Hd = 1.50 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 X/Hd 0.8 1.0 1.2 1.4 -0.5 X -0.6 -0.7 R=0.2Hd Y R=0.5Hd -0.8 X1.85=2.0.Hd -0.9 0.85.Y -1.0 -0.3 -0.2 -0.1 0.1 a Tài liệu Mỹ 0.2 0.3 0.4 0.5 X/Hd 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 b Tài liệu Trung Quốc Hình Phân bố áp suất dọc theo trụ pin Tim ®Ëp Tim ®Ëp Y/Hd -1,5 Y/Hd -1,5 -1,0 -1,0 -0,5 -0,5 0,0 0,0 0,5 0,5 1,0 1,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 X/Hd 2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 X/Hd 2,0 Khoang Khoang Tim ®Ëp Trơ pin tr¸i Y/Hd -1,5 -1,0 R = 0,102Hd 0,205Hd Dòng chảy 1,078Hd -0,5 0,0 Tim đập 0,5 1,0 -1,5 -1,0 -0,5 Đường mặt nước thí nghiệm mơ hình Bên trái 0,0 0,5 1,0 1,5 X/Hd 2,0 Giữa khoang Bên phải Khoang Khoang Hình 5b Đường mặt nước đập tràn (H/Hd=1.0) chịu ảnh hưởng kênh dẫn thượng lưu trụ pin bên Tim ®Ëp Tim ®Ëp -1,5 Y/Hd Y/Hd -1,5 -1,0 -1,0 -0,5 -0,5 0,0 0,0 0,5 0,5 1,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 Khoang 34 1,0 1,5 X/Hd 2,0 1,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 Khoang 1,0 1,5 X/Hd 2,0 Tim ®Ëp Trơ pin trái Y/Hd -1,5 -1,0 R = 0,102Hd 0,205Hd Dòng chảy 1,078Hd -0,5 0,0 Tim đập ng mt nc thớ nghiệm mơ hình Bên trái 1,0 0,0 1,0 1,5 X/Hd 2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,5 Giữa khoang Bên phải Khoang Khoang Hình 6b Đường mặt nước đập tràn (H/Hd=1.35) chịu ảnh hưởng kênh dẫn thượng lưu trụ pin bên L HTK = 175.76m-164.0m=14.76m L H L + Xác định tỷ số P1/HTK = 77.0/14.76 5.21 X Như sơ cho thấy: P1/HTK>1.33 thuộc dạng đập cao (5.21>1.33) L (X,Y) Cho nên cột nước định hình thiết kế mặt tràn Hd: P h Hd=(0.750.95)Hmax (9) (X ,Y ) Y Trong biểu thức (9) thì: Hd- Gọi cột nước định hình Hmax - Cột nước ứng với lưu lượng kiểm tra Hình 7b Sơ hoạ đường mặt nước tràn Giả sử chọn Hd = 0.85Hmax Hd = 0.90Hmax thì: khơng có trộn khí Hd = 0.85Hmax = 0.85*17.51 = 14.88m Ví dụ: Hd = 0.90Hmax = 0.90*17.51 = 15.75m Chúng nêu ví dụ tính tốn, so sánh để chọn Như để xác định đường cong mặt tràn mặt cắt đập tràn theo dạng Ơphixêrốp WES dạng WES phía hạ lưu nên chọn Hd = 15.0m a Các thông số kỹ thuật cơng trình Đường cong mặt tràn phía hạ lưu thiết + Mực nước lũ kiểm tra: 178.51m kế theo phương trình: + Mực nước lũ thiết kế: 175.76m Xn =KHdn-1 y (10) + Mực nước dâng bình thường: 175.00m Trong biểu thức (10) x y hoành độ + Cao trình đỉnh tràn: 161.00m tung độ mặt tràn phía hạ lưu điểm gốc tọa + Cao trình đáy thượng lưu: 84.00m độ điểm ngưỡng tràn; n số với mái + Cao trình đỉnh mũi phun: 133.30m đập thượng lưu thẳng đứng lấy theo quy phạm Trung Quốc n=1.85; K hệ số, giá trị + Bán kính cong ngược R=18.0m; = 76 P1/Hd> 1.0 chọn K=2.0 để tính b Xác định mặt cắt đập theo dạng wes Trước hết tính cột nước Hmax: Như biểu thức (10) viết : 0.85 Hmax = 178.51m - 161.00m = 17.51m X1.85 =2.0* 15.0 y (11) + Tính chiều cao ngưỡng tràn: Từ biểu thức (11) tính giá trị x y để vẽ P = 161.0 m - 84.0m = 77.0m đường cong bảng + Tính cột nước HTK: 0,5 C2 C1 C ct 1 Bảng Tọa độ mặt cong tràn dạng WES Điểm thứ x (m) x 1.85 Y (m) Điểm thứ x (m) x 1.85 Y (m) 1.0 1.5 2.0 1.00 2.117 3.605 0.050 0.106 0.180 18 19 20 16.5 17.5 19.0 178.791 199.352 232.110 8.946 9.975 11.614 35 10 11 12 13 14 15 16 17 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 5.447 10.151 16.160 23.425 31.907 41.578 52.411 64.386 77.482 91.683 106.975 123.344 140.776 159.263 0.237 0.508 0.809 1.172 1.597 2.081 2.623 3.222 3.877 4.588 5.353 6.172 7.044 7.969 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Áp dụng công thức nêu mục II tính tốn mặt cắt tràn dạng WES ta xác định đoạn đầu tràn hạ lưu tràn Mặt cắt ngang tràn dạng WES thể hình 5 1 2 3 4 5 x B1 A2 C 76 ° D F H E A1 A y Hình Mặt cắt ngang tràn dạng WES c Xác định mặt cắt đập tràn theo dạng Ơphixêrốp Cột nước định hình mặt cắt đập tràn HTK=15.0m (tương đồng với thiết kế mặt cắt tràn dạng WES) Theo bảng 24 (trang 78) quy phạm QP.TL.C-8-76, dùng HĐH = 15.0m tính bảng tọa độ sau: Bảng Tọa độ mặt cắt tràn theo dạng Ôphixêrốp Điểm thứ 36 x (m) 0.000 y (m) 1.890 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 255.215 279.322 304.43 330.519 357.594 385.656 414.668 444.65 475.60 507.500 540.349 474.142 608.874 644.541 12.770 13.977 15.23 16.538 17.893 19.297 20.749 22.249 23.798 25.394 27.038 28.730 30.466 32.251 Điểm thứ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 x (m) 1.500 3.000 4.500 6.000 7.50 9.00 10.50 12.000 13.500 15.000 16.500 18.000 19.500 21.000 24.000 27.000 31.5 34.5 37.50 40.50 43.50 46.50 y (m) 0.540 0.105 0.000 0.009 0.405 900 1.500 2.19 2.97 3.84 4.815 5.910 7.125 8.46 11.460 14.805 20.535 24.795 29.40 34.335 39.600 45.195 24 49.50 51.075 25 52.500 57.27 Áp dụng quy phạm QP.TL.C-8-76, tính tốn tiếp ta xác định đoạn đầu hạ lưu tràn Mặt cắt ngang tràn dạng Ôphixêrốp thể hình 0 B1 H 3 4 5 x B A 76 ° D F H E A A y Hình Mặt cắt ngang tràn dạng Ơphixêrơp Qua ví dụ thấy mặt cắt trạng dạng WES có khối lượng xây dựng nhỏ hơn, mặt đập xuất áp suất âm Cùng với phát triển, tiến khoa học công nghệ xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện; việc nghiên cứu cải tiến cơng trình tháo lũ mà tràn xả lũ điển hình cần thiết Trên giới áp dụng mặt cắt tràn dạng WES thay cho mặt cắt tràn dạng Ơphixêrốp, Trung Quốc có quy phạm thiết kế loại đập tràn Do cần phải có quy định thống tiến tới ban hành quy phạm thiết kế đập tràn dạng mặt cắt WES Những vấn đề áp suất, xâm thực nêu số IV KẾT LUẬN: Tài liệu tham khảo Quy phạm tính tốn thủy lực đập tràn QP.TL.C- 8-76 Bộ Thủy lợi, năm 1977 Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xn Đặng, Ngơ Trí Viềng; Cơng trình tháo lũ đầu mối hệ thống thủy lợi NXB Khoa học Kỹ thuật Năm 1977 Viện khoa học Thủy lợi; báo cáo kết quả: “Nghiên cứu mơ hình tràn xả lũ Cửa Đạt - Thanh Hoá”, Hà Nội năm 2005 Viện khoa học Thủy lợi; báo cáo chun đề: “Nghiên cứu mơ hình tràn xả lũ”, Hà Nội năm 2006 Viện khoa học Thủy lợi; báo cáo kết quả: “Nghiên cứu mơ hình thủy điện sơng Tranh Quảng Nam”, Hà Nội năm 2006 Summary RECOMMENDATIONS ON WES - BASED PROFILE OF FLOOD DISCHARGE WEIR Profile of wes - based flood discharge weir has been being applied widely in the world However, in recent time design work of this type weir just has been developed for some water resources and/or hydropower projects such as Cua - Dat, Song Tranh 2, Binh Dien, Kanak etc in Vietnam Therefore, this article is to introduce briefly on method of determination of Wes - based profile of weir as well as present the advantage of this type of profile Người phản biện: GS Vũ Trọng Hồng 37 ... toán mặt cắt tràn dạng WES ta xác định đoạn đầu tràn hạ lưu tràn Mặt cắt ngang tràn dạng WES thể hình 5 1 2 3 4 5 x B1 A2 C 76 ° D F H E A1 A y Hình Mặt cắt ngang tràn dạng WES c Xác định mặt cắt. .. -0 .1 H p /H d -0 .1 -0 .2 H/H d = 1.33 H/Hd = 1.33 -0 .2 -0 .3 -0 .4 -0 .3 H/Hd = 1.50 -0 .5 -0 .4 -0 .6 -0 .7 -0 .5 -0 .2 0.0 0.2 0.4 X 0.6 X/Hd 0.8 1.0 1.2 1.4 -0 .8 -0 .9 -1 .0 -0 .3 R=0.2Hd -0 .2 -0 .1 0.1 0.2... Y/Hd -1 ,5 Y/Hd -1 ,5 -1 ,0 -1 ,0 -0 ,5 -0 ,5 0,0 0,0 0,5 0,5 1,0 1,0 -1 ,5 -1 ,0 -0 ,5 0,0 0,5 1,0 1,5 X/Hd 2,0 -1 ,5 -1 ,0 -0 ,5 0,0 0,5 1,0 1,5 X/Hd 2,0 Khoang Khoang Tim ®Ëp Trơ pin trái Y/Hd -1 ,5 -1 ,0