Nghiên cứu giải pháp tiêu năng hợp lý đối với đập tràn xả lũ bản mòng tỉnh sơn la

LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian học tập làm Luận văn với giúp đỡ quý báu, tận tình thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Bản thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, bạn bè đồng nghiệp với nỗ lực cố gắng học tập, tìm tịi, nghiên cứu, tích lũy kinh nghiệm thực tế thân, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài “ Nghiên cứu giải pháp tiêu hợp lý đập tràn xả lũ Bản Mòng tỉnh Sơn La” Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán cơng nhân viên Phịng Đào tạo Đại học & Sau Đại học, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Đặc biệt tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Bản đã tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học quý báu cho tác giả suốt trình thực luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trung tâm Phòng tránh giảm nhẹ Thiên tai - Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung Tây Nguyên nơi tác giả công tác, Trung tâm Nghiên cứu thủy lực – Phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia nơi tác giả thu thập tài liệu, gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn thời hạn Do hạn chế thời gian, kiến thức Khoa học kinh nghiệm thực tế thân chưa nhiều nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi tận tình thầy giáo bạn bè để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 10 tháng 08 năm 2013 Học viên Mã Văn Hùng BẢN CAM KẾT Tôi là: Mã Văn Hùng Học viên lớp: 19 C11 Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp tiêu hợp lý đập tràn xả lũ Bản Mòng tỉnh Sơn La” cơng trình nghiên cứu thân tơi Các thơng tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ nguồn khác trích dẫn nguồn đầy đủ theo quy định Nếu có sai trái tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm theo quy định nhà trường Đà Nẵng, ngày 10 tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn Mã Văn Hùng MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Sau xây dựng hồ chứa, điều tiết lũ tích phần hồ phần cịn lại thơng qua đập tràn xả xuống hạ lưu Với chênh lệch cột nước cao hàng chục mét cộng với tỷ lưu lớn, để đảm bảo an toàn cho cơng trình vận hành cần phải có giải pháp tiêu nhằm tiêu hao phần lớn lượng dòng chảy Giải pháp tiêu thường dùng là: Biện pháp tiêu đáy (bể tiêu năng) Biện pháp tiêu dòng phun Theo tài liệu thống kê cơng trình đập tràn có cột nước cao, tỷ lưu lớn dùng giải pháp tiêu dòng phun chiếm gần 70% Khi chọn giải pháp tiêu dòng phun cần phải dựa vào điều kiện địa hình, địa chất, vị trí tuyến cơng trình với tuyến lịng sơng hạ lưu để xét Song với dạng tiêu dòng phun áp dụng mũi phun liên tục gây xói hạ lưu lớn Điều khiến cho khối lượng thi cơng đào hố xói nhiều khơng kinh tế, mặt khác hố xói sâu dễ gây sạt mái cho hai bờ Vì cần nghiên cứu áp dụng giải pháp cơng trình mũi phun khơng liên tục (hay cịn gọi mũi phun so le) để: Giảm nhỏ tỷ lưu dịng phun phóng xuống hố tiêu (giảm q) Tăng khả trộn khí vào luồng phun để giảm nhỏ lưu tốc dòng phun Tăng khả va đập luồng nước không trung để tiêu hao thêm lượng dòng phun trước rơi vào hố xói Song với điều kiện cụ thể cơng trình khác nhau, cần phải vận dụng cho thích hợp dựa vào lý luận chung tiêu dòng phun, loại mũi phun so le chưa nghiên cứu kỹ về: Kích thước bố trí rãnh mố Vị trí đặt mố thích hợp Chiều dài phun xa phun gần Độ sâu xói giảm so với mũi phun liên tục Vì học viên cho để áp dụng vào cơng trình đập tràn xả lũ Bản Mòng sử dụng mũi phun lien tục theo hồ sơ thiết kế cần thiết phải nghiên cứu thêm lý luận thực tiễn Qua đề tài học viên sâu vào việc xác lập quan hệ dòng phun: Lmax ~ θm Lmin~ θr Nhằm giúp ích cho cơng trình tương tự, cho người thiết kế áp dụng mũi phun so le tính tốn chiều dài phun xa mố rãnh Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục tiêu Trong luận văn học viên sâu vào nghiên cứu chủ yếu: (1) Lý thuyết xác định chiều dài phun xa mũi phun so le gồm: Lmax ~ mố phun ( θ m ) Lmin ~ rãnh phun ( θ r ) Trong đó: θm, θm: góc phun mố, góc phun rãnh (2) Vị trí đặt mố phun so le cách hợp lý (3) Phân tích chế thủy lực mũi phun so le (có so sánh với chế thủy lực mũi phun liên tục) (4) Phương pháp tính Vr, Vm, hr, hm mũi phun so le Trong đó: Vr, Vm lưu tốc rãnh mố phun hr, hm độ sâu rãnh đỉnh mố 2.2 Phạm vi nghiên cứu Đập tràn xả lũ Bản Mòng tỉnh Sơn La Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Học viên dùng Phương pháp nghiên cứu lý luận tài liệu có liên quan đăng tải kết hợp với kết thí nghiệm mơ hình Vật lý Qua thí nghiệm mơ hình thu thập số liệu, hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn, tiến hành phân tích số liệu để kiểm chứng phần lý thuyết mà học viên đề xuất Ngoài minh chứng số liệu cịn thể hình vẽ ảnh chụp để mô tả Các kết đạt Trong luận văn thể kết quả: (1) Xác định chiều dài phun xa phun gần loại mũi phun so le biểu thức toán học: Lmax ~ (Vm, θ m , hm) Lmin ~ (Vr, θ r , hr) (2) Phân tích chế dòng chảy loại mũi phun so le (mũi phun không liên tục) (3) Áp dụng vào công trình Thủy điện Bản Mịng – Sơn La CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG HẠ LƯU CƠNG TRÌNH THƯỜNG ÁP DỤNG 1.1 Các giải pháp tiêu thường dùng hạ lưu Dòng nước lũ từ thượng lưu vào hồ chứa điều tiết, tích lại phần, phần lưu lượng dư xả qua cơng trình tháo lũ đập tràn xả lũ, đường tràn xả lũ, nen tháo lũ, hay cống xả lũ, đem lưu lượng dư xả xuống hạ lưu Nối tiếp dịng chảy từ lịng hồ lớn, lưu tốc nhỏ chảy qua cơng trình tháo đem chuyển hóa thành động năng, nên độ sâu dòng chảy giảm dần mà lưu tốc tăng lên nhanh Vì nối tiếp với mặt nước hạ lưu sau chân cơng trình làm thay đổi trạng thái dịng chảy đoạn lịng sơng hạ lưu Do chiều rộng cơng trình xả lũ so với chiều rộng lịng sơng tự nhiên nhỏ nhiều, nên đơn vị lưu lượng có giá trị lớn, có động tập trung cao Theo lý thuyết lượng dư thể biểu thức để xác định: N= γ.q.ΔH (1.1) Trong đó: N: Công suất lượng dư (KW/m) γ : Dung trọng nước (T/m3) ΔH : Chênh lệch cột nước thượng lưu hạ lưu (m) Ví dụ cơng trình thủy điện Hịa Bình mà ta biết thì: Lưu lượng xả từ nhỏ đến lưu lượng thiết kế Qxả=13500m3/s ÷ 35400m3/s, với chiều rộng dốc nước cuối tràn B=180m tỷ lưu thay đổi q=75m2/s ÷ q=196m2/s; mực nước mùa lũ thượng hạ lưu có độ chênh ΔH =Ztl-Zhl=120m27m=93m Từ suy cơng suất lượng dịng chảy dư đạt tới: Nmin=9,8*75*85=62475KW/m ( Trường hợp xả lũ nhỏ) Nmax=9,8*196*93=178634KW/m (Trường hợp xả lũ thiết kế) Công suất lượng dư lớn đổ xuống hạ lưu đào xói lịng sơng hai bờ sau chân cơng trình gây ổn định cho cơng trình Chính lẽ mà thiết kế xây dựng cơng trình xả lũ, vấn đề quan trọng cần giải chọn giải pháp tiêu thích hợp Đối với giải pháp tiêu thường áp dụng là: + Dùng biện pháp tiêu đáy (Bể tiêu năng) + Dùng biện pháp tiêu dịng phun (mũi phun) Đối với cụm cơng trình đầu mối, việc bố trí cơng trình xả lũ hạ lưu dùng hình thức tiêu đáy (bể tiêu năng) hay dùng hình thức tiêu dịng phun dựa vào tình hình địa hình, địa chất để xem xét Khi đá hạ lưu cơng trình loại đá mềm yếu, cường độ kháng nén σ < 400kg/m2 nên dùng hình thức tiêu đáy (bể tiêu năng) cịn đá hạ lưu cơng trình loại đá tốt grannit, hoa cương hay thạch anh vv có cường độ chịu nén cao σ > 600kg/m2 xét dùng hình thức tiêu dịng phun Bởi dùng dạng tiêu dịng phun xa hệ số xói K dịng phun phụ thuộc vào tính chất đá thể bảng phân loại sau: Bảng 1.1: Hệ số xói K dòng phun phụ thuộc vào địa chất Phân loại Đặc trưng cấu tạo đá đá hố xói I Dạng khối đá lớn, khe nứt phát ( Khó xói) triển chặt II Dạng tảng to, khe nứt phát ( Có thể xói) triển nhiều chỗ rắn có Giá trị ứng suất Hệ số K nén đá σ nén Phạm Trung vi bình 0,8 ¸ 0,9 0,85 1600 ¸ 2000 0,9 ¸ 1,2 1,10 1000 ¸ 1500 1,2 ¸ 1,5 1,35 600 ¸ 1000 1,5 2,0 1,8 250 ữ 500 ch cú nhét III Dạng tảng vỡ khe nứt phát (Dễ xói) triển, đại phận khe nứt rõ, phần có chất nhét IV Dạng tảng vỡ, khe nứt phát (Rất dễ xói) triển mạnh, vết nứt lớn, phần có đất sét nhét vào khe Ghi chú: Phạm vi thích hợp với hệ số K 300< β