Dùng phương pháp thực nghiệm mô hình nghiên cứu biện pháp tiêu năng cho tràn xả lũ đăkmi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THẾ CÔNG DÙNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TIÊU NĂNG CHO TRÀN XẢ LŨ ĐĂKMI2 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.Hồ Chí Minh – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THẾ CÔNG DÙNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TIÊU NĂNG CHO TRÀN XẢ LŨ ĐĂKMI2 Chun ngành: Cơng trình Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: 1.GS.TS Hoàng Hưng TP.Hồ Chí Minh – 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ II MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Mục đích nghiên cứu: Nhiệm vụ nghiên cứu: III PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU V KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ TRÀN XẢ LŨ THỦY ĐIỆN ĐĂKMI2 VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ THỦY ĐIỆN ĐĂKMI2 1.1.1.Tên cơng trình địa điểm xây dựng 1.1.2.Nhiệm vụ cơng trình 1.1.3.Hạng mục cơng trình đầu mối 1.1.4.Các thơng số kỹ thuật 1.1.5.Các thông số tràn xả lũ 1.2 XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ CẦN NGHIÊN CỨU 10 1.2.1.Kiểm tra khả tháo tràn xả lũ: 10 1.2.2.Nhận xét hình dạng kết cấu phương án thiết kế: 10 1.2.3.Nêu phần chưa hợp lý cần sửa đổi 11 CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI HIỆN NAY PHÂN TÍCH VỀ MẶT LÝ THUYẾT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12 2.1 MỘT SỐ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI SAU TRÀN XẢ LŨ 12 2.1.1.Các biện pháp tiêu sau tràn xả lũ 12 2.1.2.Xói sau tràn xả lũ 16 2.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI 18 2.2.1.Một số phương pháp tính tiêu đáy hạ lưu cơng trình xả lũ 18 2.2.2.Một số phương pháp xác định kích thước hố xói ổn định 33 2.3 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT SƠ BỘ KHI ÁP DỤNG CÁC LÝ THUYẾT HIỆN NAY VÀO TÍNH TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI TRÀN XẢ LŨ ĐĂKMI2 41 2.4 CÁC VẤN ĐỀ THUỶ LỰC VÀ PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT 42 2.4.1.Các vấn đề tiêu phịng xói tràn ĐăkMi2 42 2.4.2.Phương hướng giải 42 2.4.3.Giải pháp tiêu phịng xói 43 2.5 MƠ HÌNH VẬT LÝ VÀ LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ 44 2.5.1.Khái niệm mô hình 44 2.5.2.Lý thuyết tương tự thiết lập mơ hình nghiên cứu 45 2.6 THIẾT LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM 47 2.6.1.Mục đích thiết lập phương án thí nghiệm 47 2.6.2.Thiết lập phương trình nghiên cứu thí nghiệm 48 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH TRÀN XẢ LŨ ĐĂKMI2 – ĐỀ XUẤT KẾT CẤU TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI VÀ XÂY DỰNG CƠNG THỨC TÍNH CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC HẠ LƯU TRÀN52 3.1 CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH 52 3.2 THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỐ 52 3.2.1.Mơ hình hóa 52 3.2.2.Các thiết bị đo đạc thu thập số liệu 56 3.3 THÍ NGHIỆM TRÊN MƠ HÌNH 57 3.3.1.Mở nước 57 3.3.2.Xác định lưu lượng, mực nước thí nghiệm 57 3.3.3.Đo đạc tính tốn ứng với trường hợp 57 3.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 58 3.5 LẬP CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM TÍNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THỦY LỰC 64 3.5.1.Khảo sát tương quan đại lượng không thứ nguyên bảng 44 .66 3.6 PHÂN TÍCH CHỌN HÌNH THỨC KẾT CẤU TIÊU NĂNG HỢP LÝ CHO TRÀN ĐĂKMI2 78 3.6.1.Phương pháp chọn hình thức tiêu hợp lý 78 3.6.2.Kết phương án nối tiếp tiêu 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 I KẾT LUẬN: 80 II KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 83 MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Trên giới nói chung nước ta nói riêng, cơng trình đầu mối hồ chứa nước, đập dâng, số cơng trình chun mơn thủy điện tràn xả lũ hạng mục khơng thể thiếu Tràn xả lũ giữ vị trí quan trọng hệ thống cơng trình đầu mối, đóng vai trò quan trọng việc điều tiết khống chế mực nước thượng hạ lưu hệ thống cơng trình thủy lợi, thủy điện không cho vượt mức cho phép tương ứng với tần suất xả lũ công trình Đối với cơng trình đầu mối đập khơng cho phép nước tràn qua làm việc bình thường cơng trình xả lũ đặc biệt quan trọng liên quan trực tiếp đến an toàn cơng trình dầu mối – hồ chứa Đập tràn xả lũ giải pháp kĩ thuật để cắt phần đỉnh lũ, đảm bảo an toàn cho hồ chứa hạ lưu xả lũ Ngoài việc cắt lũ thơng qua q trình vận hành tràn xả lũ để điều tiết mực nước, dung tích nước hồ chứa đảm bảo phù hợp với yêu cầu cung cấp nước cho hạ du, nhà máy thủy điện Nước qua tràn xả lũ thường có lưu tốc lớn nên thiết phải có hình thức tiêu sau ngưỡng tràn Việc xử lý tiêu sau ngưỡng tràn có nhiều hình thức khác nhau, bể tiêu chiếm tỉ lệ lớn Khi dòng chảy qua ngưỡng tràn đổ xuống hạ lưu xuất mặt cắt co hẹp, độ sâu dịng chảy nhỏ lưu tốc đạt giá trị lớn Nghiên cứu chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng bất lợi dòng chảy qua tràn vấn đề khoa học có ý nghĩa thực tiễn cao Do thiết kế, bố trí cơng trình xả lũ, việc giải tốt vấn đề nối tiếp tiêu phịng xói sau cơng trình vấn đề phải quan tâm hàng đầu Việc tính tốn nối tiếp tiêu phịng xói sau cơng trình xả lũ phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố như: điều kiện địa hình, địa chất tuyến cơng trình, độ chênh mực nước thượng hạ lưu, lưu lượng xả qua cơng trình, kết cấu cơng trình xả.v.v Vì để có phương án tiêu phịng xói hợp lý tin cậy thường thông qua nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thủy lực, để tạo chế độ nối tiếp thượng hạ lưu hợp lý nhằm tìm kết cấu thích hợp cho cơng trình, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát trình diễn biến dịng chảy qua cơng trình, củng thiết lập qui trình vận hành tối ưu phục vụ cơng tác quản lý, sử dụng vận hành cơng trình Ngồi việc tính tốn thiết kế cịn phải ý đến vấn đề quan trọng khơng tính kinh tế mỹ quan cơng trình Dự án thủy điện ĐăkMi nằm địa bàn xã Phước Lộc huyện Phước Sơn tỉnh Quảng Nam Dự kiến xây dựng đoạn sông Đăk Mi dài khoảng 12 km Nhiệm vụ cơng trình thủy điện Đăk Mi phát điện cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia Nhà máy thủy điện Đăk Mi vận hành độc lập có Nlm = 98 Kw Điện lượng bình quân năm En = 382,62*106 Kw.h Khi có hồ chứa ĐăkMi điều thiết ngày điện lượng bình quân năm En= 417,36*10 Kwh Thủy điện ĐăkMi đáp ứng nhu cầu điện ngày tăng theo kế hoạch phát triển nguồn điện đến năm 2025 Hạng mục đập tràn tràn thực dụng có cửa van kết hợp tràn phím Piano Tràn thực dụng gồm cửa van có kích thước 11x12 m bố trí lịng sơng bên tràn tự Ngưỡng Piano có tổng chiều dài 75 m Cao trình ngưỡng tràn +618m Lưu lượng lớn qua tràn theo tính tốn 6470 m3/s Lưu lượng xã thiết kế (P= 0,5% ) 5070 m3/s Nhận thấy hình thức tràn với lưu lượng lớn, nghiên cứu sơ mặt lý thuyết việc nghiên cứu thực nghiệm quan trọng có độ tin cậy cao, mang ý nghĩa lớn mặt khoa học thực tiễn Với lý phân tích nêu trên, tác giả chọn đề tài: “Dùng phương pháp thực nghiệm mơ hình, nghiên cứu biện pháp tiêu cho tràn xả lũ ĐăkMi2 “ nhằm tìm hình thức kết cấu tiêu hợp lý cho cơng trình cụ thể tràn xả lũ cơng trình thủy điện ĐăkMi2 Từ kết nghiên cứu cơng trình cụ thể này, rút kết luận chung cho cơng trình có điều kiện hình thức tương tự II MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Mục đích nghiên cứu: - Xây dựng phương pháp, biện pháp nhằm tìm giải pháp tiêu hợp lý cho tràn xả lũ, xét đến chế độ vận hành cơng trình thơng qua cơng trình cụ thể tràn xả lũ cơng trình thủy điện ĐăkMi2 - Bước đầu khái quát kết nghiên cứu nhằm rút kết luận chung để áp dụng cho cơng trình có hình thức điều kiện tương tự Nhiệm vụ nghiên cứu: - Lựa chọn phương án nghiên cứu thực nghiệm - Tổng hợp phân tích giải pháp thí nghiệm, đưa hình thức kết cấu tiêu hợp lý góp phần giải vấn đề nối tiếp tiêu nắng phịng xói sau cơng trình xét đến chế độ vận hành khác III PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thủy lực cơng trình sâu vào nội dung sau: - Nghiên cứu thực nghiệm chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu xét đến chế độ vận hành cơng trình tới kết cấu tiêu - Thơng qua thí nghiệm, chọn hình thức kết cấu tiêu hợp lý cho tràn xả lũ IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lý luận tổng hợp, phân tích kết nghiên cứu nhà khoa học có liên quan đến đề tài công bố - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khuôn khổ luận văn thí nghiệm mơ hình cơng trình cụ thể tràn xả lũ cơng trình thủy điện ĐăkMi2 - Phân tích lý thuyết vấn đề nghiên cứu, khái qt hóa kết nghiên cứu thực nghiệm V KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN Luận văn bố cục sau : Mở đầu: Đặt vấn đề Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Chương I : Giới thiệu tràn xả lũ cơng trình thủy điện ĐăkMi2 nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Chương II : Các biện pháp tiêu phịng xói – Phân tích mặt lý thuyết vấn đề nghiên cứu Chương III : Nghiên cứu thí nghiệm mơ hình xả lũ cơng trình thủy điện ĐăkMi2 Kết luận kiến nghị : Kết luận Kiến nghị Các tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ TRÀN XẢ LŨ THỦY ĐIỆN ĐĂKMI2 VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ THỦY ĐIỆN ĐĂKMI2 1.1.1 Tên cơng trình địa điểm xây dựng Tên cơng trình: Cơng trình thủy điện ĐăkMi Địa điểm xây dựng: Dự án thủy điện ĐăkMi nằm địa bàn xã Phước Lộc huyện Phước Sơn tỉnh Quảng Nam dự kiến xây dựng đoạn sông ĐăkMi dài khoảng 12km với sơ đồ khai thác lượng kiểu đường dẫn, tuyến đập đầu mối nhà máy chọn vị trí sau: - Tuyến đập: Tuyến đập chọn sau ngã suối ĐăkRLon đổ vào suối ĐăkMi, cách vị trí nhà máy thuỷ điện Đăk Mi khoảng 2km hạ lưu, cách thị trấn Khâm Đức 24,7km hướng Nam có tọa độ địa lý sau: 15013'49'' vĩ độ bắc, 107048'50'' kinh độ đông - Nhà máy: Nhà máy đặt khu vực hợp lưu suối ĐăkMec sông ĐăkMi, cách tuyến đập khoảng 11,49km phía hạ lưu, cách thị trấn Khâm Đức khoảng 20km hướng Đông Nam có tọa độ địa lý sau: 15017'46'' vĩ độ bắc, 107048'58'' kinh độ đông 1.1.2 Nhiệm vụ công trình Nhiệm vụ cơng trình thủy điện Đăk Mi phát điện Nhà máy thủy điện ĐăkMi vận hành độc lập có Nlm=98MW, Điện lượng bình quân năm En = 382,62x106KWh Khi có hồ chứa ĐăkMi điều tiết ngày điện lượng bình quân năm ĐăkMi2 417,36 x106KWh Thuỷ điện ĐăkMi2 góp phần đáp ứng nhu cầu điện ngày tăng theo kế hoạch phát triển nguồn điện đến năm 2025, nhu cầu dùng điện tháng mùa kiệt ... tài: ? ?Dùng phương pháp thực nghiệm mơ hình, nghiên cứu biện pháp tiêu cho tràn xả lũ ĐăkMi2 “ nhằm tìm hình thức kết cấu tiêu hợp lý cho cơng trình cụ thể tràn xả lũ cơng trình thủy điện ĐăkMi2 ... CÁC BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI HIỆN NAY PHÂN TÍCH VỀ MẶT LÝ THUYẾT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12 2.1 MỘT SỐ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG PHỊNG XĨI SAU TRÀN XẢ LŨ 12 2.1.1.Các biện pháp tiêu sau tràn xả lũ. .. tới kết cấu tiêu - Thơng qua thí nghiệm, chọn hình thức kết cấu tiêu hợp lý cho tràn xả lũ IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lý luận tổng hợp, phân tích kết nghiên cứu nhà khoa