Nghiên cứu thực nghiệm lập chế độ vận hành hợp lý công trình xả mặt không có tường phân dòng của thủy điện bản chát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG XUÂN HANH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LẬP CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỢP LÝ CƠNG TRÌNH XẢ MẶT KHƠNG CĨ TƯỜNG PHÂN DỊNG CỦA THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐẶNG XUÂN HANH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LẬP CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỢP LÝ CƠNG TRÌNH XẢ MẶT KHƠNG CĨ TƯỜNG PHÂN DÒNG CỦA THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT Chuyên ngành: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mã số: 60580202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: GS TS Phạm Ngọc Quý HÀ NỘI, NĂM 2016 ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả với giúp đỡ đồng nghiệp thực thí nghiệm mơ hình vật lý Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Xuân Hanh i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm lập chế độ vận hành hợp lý công trình xả mặt khơng có tường phân dịng thủy điện Bản Chát” Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Phạm Ngọc Quý dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, khoa Công trình thầy giáo, giáo tham gia giảng dạy tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học trường Đại học thủy lợi, trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Năng lượng, bạn bè, đồng nghiệp gia đình nhiệt tình giúp đỡ tác giả thời gian học tập thực luận văn Do hạn chế trình độ chun mơn, thời gian có hạn, nên trình thực luận văn, tác giả khơng tránh khỏi sai sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhận bảo thầy, cô giáo góp ý bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Xuân Hanh ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .3 Kết dự kiến đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH ĐẬP TRÀN XẢ MẶT 1.1 Khái quát tràn xả mặt 1.1.1 Khái niệm phân loại [6] 1.1.2 Đặc điểm kết cấu đập tràn xả mặt 1.1.3 Đặc điểm thủy lực nối tiếp sau tràn [9] 1.2 Tổng quan qui trình vận hành cơng trình tràn xả mặt có cửa van điều tiết 11 1.2.1 Khái niệm quy trình vận hành 11 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình vận hành 12 1.2.3 Xây dựng quy trình vận hành 13 1.2.4 Quy trình vận hành thực tế hoạt động 14 1.3 Những nghiên cứu qui trình vận hành xả mặt .15 1.3.1 Nguyên tắc xây dựng qui trình vận hành 15 1.3.2 Các nội dung nghiên cứu qui trình vận hành 15 1.4 Các vấn đề tồn hướng nghiên cứu 19 1.4.1 Về mặt lý luận 19 1.4.2 Số liệu quan trắc, dự báo khí tượng, thủy văn 19 1.4.3 Quá trình vận hành đóng mở cửa van ngồi thực tế 20 1.4.4 Hướng nghiên cứu 20 Kết luận chương .21 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT DÒNG CHẢY DƯỚI CỬA VAN XẢ MẶT22 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy 22 2.1.1 Ảnh hưởng hình thức cơng trình 22 2.1.2 Ảnh hưởng địa hình, địa chất 28 iii 2.1.3 Ảnh hưởng thủy văn, thủy lực 29 2.1.4 Ảnh hưởng quy trình vận hành 29 2.2 Phương pháp tính tốn dịng chảy cửa van 29 2.2.1 Đặt vấn đề 29 2.2.2 Tính tốn khả tháo 30 2.2.3 Phương pháp tính tốn nối tiếp tiêu [1] 31 2.3 Sơ đồ lý luận tính tốn thủy lực 34 2.3.1 Các sơ đồ tính tốn thủy lực 34 2.3.2 Phân tích lý luận tính tốn 37 2.3.3 Các yêu cầu dịng chảy đặt quy trình vận hành 42 Kết luận chương 44 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC LẬP QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỢP LÝ CƠNG TRÌNH XẢ LŨ CỦA THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT 45 3.1 Giới thiệu cơng trình [14] 45 3.1.1 Vị trí địa lý, điều kiện địa chất, thủy văn 45 3.1.2 Quy mơ cơng trình 46 3.1.3 Kết cấu, bố trí mặt tràn xả lũ 47 3.2 Quy trình vận hành ban hành 49 3.2.1 Quy trình vận hành phê duyệt 49 3.2.2 Đánh giá bất lợi vận hành xả lũ qua đập tràn theo quy trình phê duyệt 51 3.3 Tổng quan mơ hình thực nghiệm thủy lực [10], [11] 53 3.3.1 Mơ hình vật lý cho thủy lực tràn 53 3.3.2 Tương tự hình học: 55 3.3.3 Tương tự động học 55 3.3.4 Tương tự động lực học 56 3.4 Xác lập phương trình chung thể mối quan hệ yếu tố 57 3.4.1 Đặt vấn đề 57 3.4.2 Tiêu chí đánh giá quy trình vận hành cửa van 57 3.4.3 Xác lập yếu tố ảnh hưởng đến quy trình vận hành (a i ) 58 3.4.4 Thiết lập phương trình chung yếu tố (a i ) 59 3.5 Xây dựng mơ hình thí nghiệm thủy lực 64 3.5.1 Sự cần thiết phải thí nghiệm thủy lực để hiệu chỉnh quy trình vận hành 64 iv 3.5.2 Mục đích nội dung thí nghiệm mơ hình thủy lực 65 3.5.3 Tiêu chuẩn tương tự 66 3.5.4 Các thiết bị đo 67 3.5.5 Chọn tỷ lệ mơ hình 70 3.5.6 Xây dựng mơ hình bố trí mặt cắt đo [15] 71 3.5.7 Các trường hợp lưu lượng mực nước thí nghiệm [15] 75 3.5.8 Yêu cầu nội dung thí nghiệm 76 3.5.9 Mơ hình hóa 76 3.5.10 Các tài liệu thiết kế, tính toán 76 3.5.11 Bố trí mặt cắt, điểm đo mơ hình thí nghiệm 77 3.5.12 Kiểm tra điều kiện tương tự 78 3.6 Thí nghiệm kết [15] 79 3.6.1 Trường hợp thí nghiệm hiệu chỉnh quy trình vận hành 79 3.6.2 Trường hợp kiến nghị thí nghiệm 80 3.7 Đánh giá kết 81 3.7.1 Những nhận xét kết luận rút từ kết thí nghiệm [15] 81 3.7.2 Thiết lập công thức thể mối quan hệ yếu tố từ kết thí nghiệm 84 3.7.3 So sánh đánh giá kết thực nghiệm 92 3.8 Kết luận chọn quy trình vận hành hợp lý 96 Kết luận chương .99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 Các kết luận 101 Những tồn hạn chế 102 Các kiến nghị .102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHẦN PHỤ LỤC 105 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bố trí đường tràn dọc đầu đập Hình 1.2 Đường tràn ngang Hình 1.3 Xi phơng tháo lũ Hình 1.4 Giếng tháo lũ Hình 1.5 Đường tràn kiểu gáo Hình 1.6 Đập tràn Hình 1.7 Các hình thức mặt cắt đập tràn Hình 1.8 Cắt dọc đập tràn có cửa van điều tiết Hình 1.9 Mặt đập tràn xả lũ Hình 1.10 Tiêu phóng xa Hình 1.11 Các hình thức nối tiếp dịng chảy hạ lưu Hình 2.1 Cơng trình tràn: (a) Khơng có cửa van; (b) Có cửa van 22 Hình 2.2 Mặt kết cấu tràn nước: (a) Thẳng, (b) Cong (c) Gẫy góc, (d) Gấp khúc (labyrinth) 23 Hình 2.3 Mặt cắt dọc tràn 24 Hình 2.4 Các biện pháp tiêu theo hình thức chảy đáy 25 Hình 2.5 Các trạng thái chảy có bậc a