Sự khác biệt về cơ chế xói vỡ ban đầu giữa thiết kế và thực nghiệm của tràn sự cố kiểu đập tự vỡ ở hồ thuỷ điện sông Hinh, tỉnh Phú Yên

Một số nét tổng quan về hồ chứa thủy điện sông Hinh và tràn sự cố hồ sông Hinh, đánh giá cơ chế xói vỡ ban đầu là những nội dung trong bài viết Sự khác biệt về cơ chế xói vỡ ban đầu giữa thiết kế và thực nghiệm của tràn sự cố kiểu đập tự vỡ ở hồ thuỷ điện sông Hinh, tỉnh Phú Yên. Mời các bạn cùng tham khảo.

Sự khác biệt chế xói vỡ ban đầu thiết kế thực nghiệm tràn cố kiểu đập tự vỡ hồ thuỷ điện sông hinh tỉnh phú yên ThS Nguyễn Bá Cường- Viện Năng lượng PGS.TS Phạm Ngọc Quý- Trường ĐH Thuỷ lợi Tóm tắt: Hồ thuỷ điện sông Hinh- Phú Yên xây dựng để phát điện sử dụng nguồn nước Trong cụm công trình đầu mối có tràn cố kiểu ®Ëp tù Trong thiÕt kÕ cã c¬ quan t­ vấn giả thiết chế vỡ theo lớp đất nằm ngang Nhưng kết nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý cho thấy chế vỡ đập khác với giả thuyết quan tư vấn Bài viết đề cập đến khác biệt chế xói vỡ ban đầu I Một số nét tổng quan hồ thuỷ điện sông hinh tràn cố hồ sông hinh Công trình thuỷ điện Sông Hinh xây dựng với công suất Nlm = 70 MW Gồm đập đất ngăn sông dài Lđ = 880 m, chiỊu cao lín nhÊt H® = 43 m Đập tràn xả lũ bê tông cốt thép đặt bờ trái, tiêu theo dạng máng phun, có mố phân dòng, lưu lượng xả Qxả = 6952 m3/s Tràn cố với kết cấu thân tràn đắp đất khai thác gần công trình cát khai thác mỏ cát Đức Bình Đông Mái thượng lưu gia cố đá lát Mái hạ lưu đoạn trồng cỏ, đoạn bề mặt khối lăng trụ cát đá lát Kênh dẫn vào tràn có độ dốc i = 0, Bđáy = 45.5 m, mái đào bờ kênh m = 2.5 Kênh xả sau tràn có độ dốc đáy đoạn đầu i = 0.0058, đoạn cuối i = 0.001, Bđáy = 35.5 m mái đào m = 2.5 Tràn cố kiểu đập tự vỡ hồ thuỷ điện Sông Hinh có mặt cắt ngang hình 1, có thông số: Vị trí Bờ phải sông Hinh Tần suất lũ thiết kế P = 0.1% Qlò thiÕt kÕ 11640 m3/s Kªnh dÉn vào ngưỡng tràn có: Bđáy = 45.5 m, i = 0.0, m = 2.5 Cao trình ngưỡng tràn 198 m Chiều rộng đáy tràn 35.5 m Cao ®é ®Ønh ®Ëp ®Êt tù 211.85 m Kªnh xả sau ngưỡng tràn: Bề rộng đáy ( Bđ) 35.5 m Độ dốc đoạn đầu 0.0058 Độ dốc đoạn cuối 0.001 Hệ số mái (m) 2.5 Ngưỡng tràn cao trình + 198,0 225 220 Đất đắp đập mỏ số K >= 0.95 215 Lăng trụ cát 212.35 MNL P = 0.1 % 210 1:2 Đá lát dày 2.5 cm 205 :3 200 198 195 75 211.85 :2 1:25 :1 198.00 198.00 1:2 Ia1 206.00 Ib :2 :3 75 i=0.0058 Ia2 II 196.00 25.0 28.0 Khoảng cách tự nhiên (m) 216.000 216.000 Cao độ tự nhiên (m) 215.000 212.500 190 76.0 Hình 1: Mặt cắt ngang tràn cố sông Hinh- Phú Yên Nguyên lý hoạt động tràn cố kiểu đập tự vỡ hồ thuỷ điện Sông Hinh: mực nước hồ vượt đỉnh đập (+211,85) nước tràn qua đỉnh, làm xói chân mái hạ lưu Xói làm tăng cột nước tràn lưu lượng tràn đơn vị?lưu tốc dòng chảy Từ làm tăng xói trình diễn đến ngưỡng tràn (+198,0) II Thực nghiệm xác định chế xói đập tràn cố sông hinh Khi thiết kế quan tư vấn giả định chế xói theo lớp đất nằm ngang, từ đỉnh xuống đáy tràn cố mực nước hồ vượt qua đỉnh đập 212.35 MNL P = 0.1% 211.85 1:2 1:2.7 206.00 1: 3.75 1:3 Hình -2: Cơ chế xói vỡ ban đầu tràn cố sông Hinh theo thực nghiệm Thực nghiệm xác định chế xói vỡ tràn sù cè kiĨu tù nh»m kiĨm chøng l¹i thiÕt kế mô hình thiết kế theo tiêu chuẩn Froude tỷ lệ mô hình l =15 Hiện theo qui trình nghiên cứu thí nghiệm mô hình vỡ đập: Qui trình SL164 95 thống cho Viện nghiên cứu toàn Trung quốc chọn loại mô hình tổng thể thái vật liệu đắp đập tính theo lưu tốc khởi động Vật liệu mô hình, áp dụng phương pháp tương tự lưu tốc khởi động, chọn công thức tính cho vận tốc đáy Mirkhulava [2]: 8.8 H  gm    o d  1.25CdT K VKX  lg   d  2.6 o n   (1 ) Trong ®ã: H: ChiỊu sâu dòng chảy (m); d: Đường kính hạt (m); g: Gia tốc Trọng trường (m/s2); m: hệ số đặc trưng cho điều kiện dòng chảy; n:Hệ số tải; o: Trọng lượng riêng đất nước (t/m3); CTd : Độ bền mỏi tiêu chuẩn Đối với đất đắp phía thượng lưu đập tràn cố sông Hinh với thông số: H= 0.0333m; d50=0.0011m; g= 9.81 m/s2; w = 1.08; c = 1.52;  = 20o; cmax =1.68;  = 2.65; C = 0.30kg/cm2; Wo = 17%; K = x 10- 5cm/s; tính vận tốc không xói cho phép nguyên hìnhlà 1,498m/s vận tốc không xói trung bình mô hình 0,387 m/s Đối với cát đắp hạ lưu với thông số: H= 0.0333m; d50=0.0005m; g= 9.81 m/s2;m=1.2; o=1.0T/m3; K= 0.5 tính vận tốc không xói cho phép nguyên hình 1.06m/s vận tốc không xói trung bình mô hình 0,27m/s Chọn vận tốc không xói trung bình mô hình với nguyên hình, áp dụng công thức (1) lần nữa, tính với loại vật liêụ có sẵn, mua thị trường để làm vật liệu thí nghiêm, chọn được: + Với đất đắp thân đập mô hình mặt cắt, dùng cát vàng suối Kim Bôi Hoà Bình gia công qua loại sµng: d = 3mm chiÕm 3%; d =  2mm chiÕm 8%; d =  1mm chiÕm 30%; d =  0.5mm chiÕm 41%; d = 0.5  0.005mm chiÕm 10%; d  0.005 mm chiÕm 8% + Với cát đắp thân đập mô hình mặt cắt, dựa vào lưu tốc khởi động chọn loại cát nhá cã cÊp phèi h¹t d50 = 0.17 mm cã giá trị lưu tốc khởi động thí nghiệm Vkđ = 0.15 m/s áp dụng phương pháp phân tích thứ nguyên Phương pháp Buckingham 3, lập phương trình xác định Sery thí nghiệm Thí nghiệm thực máng kính phòng thí nghiệm Viện Năng Lượng Tại thời điểm trình xói đường viền xói xác định Sau thực cứng hoá để xác định đặc trưng thuỷ lực Tập hợp số liệu đo đạc, xác định chế xói thực nghiệm 2được biểu thị hình III đánh giá chế xói vỡ ban đầu Từ kết thí nghiệm, vẽ đường viền xói thời điểm hình có chế xói vỡ ban đầu Hình dạng đường viền xói luôn có dạng mặt tràn ( đường dòng), khác với dạng đường viền xói đường thẳng nằm ngang quan tư vấn thiết kế giả thiết để tính toán Đây dạng đường cho hệ số lưu lượng lớn Nếu dừng hoá trình vỡ đập phần lại ổn định, dạng đường viền có quan hệ với phân bố ứng suất thân đập Quá trình vỡ đập xói theo lớp, dạng đường cong có điểm uốn nằm Tốc độ hạ thấp đỉnh đập, dựa vào tỉ lệ mô hình tìm thời gian vỡ đập thực tế Két cho thấy thời gian vỡ tràn cố sông Hinh gần 70 phút thực tế ( Xem Bảng 1, Hình 3) Bảng Quan hệ Hđập (m) thời gian t (phút) thực tế Thêi gian (phót) 46.5 50.3 54.2 58.1 62.0 69.7 H®Ëp (m) 13.85 12.62 11.35 9.91 7.45 5.15 0.00 H ® Ë p (m ) 16 14 12 10 0 10 20 30 40 50 60 70 t (p h ó t) H×nh -3: Quan hệ Hđập.(m) thời gian t (phút) (Thực tế) Quá trình vỡ đập không phát sinh sóng gián đoạn từ vị trí đập phía lòng hồ Với hình thức phần cầu chì lăng trụ cát bảo vệ lớp đá lát mái hạ lưu đạt mục đích dòng chảy tràn qua đập phá hoại chân đập phá hoại thân đập phía hạ lưu trước Thân đập tràn cố đắp loại vật liệu: Phía thượng lưu đắp đất sét lăng trụ phía hạ lưu đắp cát có đầm nện kỹ Với mặt cắt đập có kích thước thiết kế đắp loại vật liệu đủ trọng lượng để ổn định không gây thấm chân đập nước chưa tràn qua đỉnh đập Trong thí nghiệm chọn loại vật liệu rời, không dính có lưu tốc khởi động làm thí nghiệm Tuy vật liệu đắp mô hình không tương tự hoàn toàn đường viền xói thu qua thùc nghiƯm cã thĨ ch­a t­¬ng tù 100% víi thùc tế, cần tiếp tục nghiên cứu bổ sung hoàn thiện Song phản ánh tượng xói gần thực tế giả thiết đường viền xói nằm ngang quan tư vấn thiết kế Chính vậy, kết thu qua thực nghiệm có giá trị thực tế sản xuất Kết luận: Tràn cố Sông Hinh thiết kế theo kiểu tự vỡ cần thiết phải thí nghiệm để kiểm chứng thiết kế, xác định đặc trưng thuỷ lực, nhằm rút kết luận để phục vụ cho thiết kế đập hồ thuỷ điện sông Hinh mà tạo sở cho nghiên cứu tương tự Qua thực nghiệm xói vỡ đập tràn cố kiểu ®Ëp tù vì, cho thÊy thÝ nghiƯm vỊ xãi cã nhiều vấn đề phải bàn bạc cần có nghiên cứu Thực nghiệm xói vỡ đập tràn cố hồ thuỷ điện sông Hinh đưa đến nhiều kết định tính định lượng, có kết chế xói vỡ ban đâù Kết thực nghiệm chế xói vỡ có khác với thiết kế Từ điều chỉnh tính toán có liên quan Kết khẳng định mặt ưu việt nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý Tài liệu tham khảo: [1] Hồ sơ thiết kế hồ thuỷ điện Sông Hinh Công ty Tư vấn XD Điện I [2] Nguyễn Bá Cường: Nghiên cứu thực tràn cố kiểu đập tự vỡ hồ thuỷ điện Sông Hinh Tỉnh Phú yên Luận văn cao học Hà nội 2003 [3] Phạm ngọc Quý: Mô hình toán mô hình vật lý công trình thuỷ lợi, phần : Mô hình thuỷ lực công trình Bài giảng cho cao học nghiên cứu sinh Hà nội năm 1998 Abstract Song Hinh hydro-power reservoir of Phu Yen Province will be build for electricity generation and water regulation in future There is an emergency weir in style of free dam-break in headwork structures An assuming of failure mechanism by breaking of horizontal earth layer was proposed by Consultant Company in design The results of failure simulation on physical modeling test in laboratory indicated that the assuming failure mechanism proposed by Consultant Company is not true This article will present the difference in this initial failure mechanism ... 1: 3.75 1:3 Hình -2: Cơ chế xói vỡ ban đầu tràn cố sông Hinh theo thực nghiệm Thực nghiệm xác định chế xói vỡ tràn cố kiểu tự vỡ nhằm kiểm chứng lại thiết kế mô hình thiết kế theo tiêu chuẩn Froude... liệu tham khảo: [1] Hồ sơ thiết kế hồ thuỷ điện Sông Hinh Công ty Tư vấn XD Điện I [2] Nguyễn Bá Cường: Nghiên cứu thực tràn cố kiểu đập tự vỡ hồ thuỷ điện Sông Hinh Tỉnh Phú yên Luận văn cao... nghiệm xói vỡ đập tràn cố kiĨu ®Ëp tù vì, cho thÊy thÝ nghiƯm vỊ xãi có nhiều vấn đề phải bàn bạc cần có nghiên cứu Thực nghiệm xói vỡ đập tràn cố hồ thuỷ điện sông Hinh đưa đến nhiều kết định