Đang tải... (xem toàn văn)
Việc xây dựng công trình trên sông đã làm mất cân bằng của lòng dẫn và có thể gây xói lở ở hạ lưu Xói xuất hiện ngay chân công trình nơi có lưu tốc rất lớn lại phân bố không đều Việc nghiên cứu về xói ở sau công trình tháo nước là một hiện tượng phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố về khách quan và cả chủ quan Bình Định nơi có điạ hình bị chia cắt rất sâu sườn núi trở nên dốc lớn Sông suối tại đây có có độ dốc lớn và lưu tốc dòng chảy lớn lưu lượng có biên độ dao động lớn lại là vùng thường xuyên xuất hiện lũ ống lũ quét Do những yếu tố tự nhiên như vậy nên hiện tượng xói lở ở đây diễn ra thường xuyên và phức tạp đặc biệt là xói ở sau công trình tháo nước Trong luận văn này tác giả đã nghiên cứu hiện tượng xói lở ở sau đập dâng Cây Gai một công trình đang bị xuống cấp nghiêm trọng Bên cạnh đó phần mềm ANSYS FLUENT cũng được tác giả sử dụng để mô phỏng chế độ thủy lực Kết quả của luận văn này sẽ là tài liệu tham khảo cho các nhà tư vấn và cơ quan quản lý ngành tại địa phương
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THANH LÂM NGHIÊN CỨU TÌNH TRẠNG XĨI LỞ HẠ LƢU ĐẬP DÂNG VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC- ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG CÂY GAI TỈNH BÌNH ĐỊNH Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số : 62.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SỸ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS VŨ HUY CÔNG Đà Nẵng - Năm 2018 Luận văn thạc sĩ Trang i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Huy Công tận tình giúp đỡ để tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Sở Nơng nghiệp PTNN Bình Định, Cơng ty cổ phần tư vấn xây dựng thủy lợi-thủy điện Bình Định nơi tác giả công tác tạo điều kiện thuận lợi để tác giả nghiên cứu thu thập tài liệu phục vụ cho luận văn Tác giả xin chân thành biết ơn đến gia đình bạn bè ủng hộ, khuyến khích chia sẻ khó khăn để tác giả hồn thành tốt chương trình học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn thầy phịng Đào tạo đại học sau đại học trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi để tác giả trình bày luận văn Tác giả Nguyễn Thanh Lâm Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang ii LỜI CAM ĐOAN Học viên Nguyễn Thanh Lâm cam kết Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật với tên đề tài: “Nghiên cứu tình trạng xói lở hạ lƣu đập dâng giải pháp khắc phục- Áp dụng cho cơng trình đập dâng Cây Gai tỉnh Bình Định” học viên lựa chọn nghiên cứu công trình cá nhân học viên Tác giả Nguyễn Thanh Lâm Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC BẢNG .VII DANH MỤC CÁC HÌNH VIII MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài CHƢƠNG .3 TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƢU ĐẬP DÂNG 1.1 Tổng quan đập dâng 1.1.1 Khái quát đập dâng 1.1.2 Phân loại đập dâng 1.1.3 Tình hình xây dựng đập dâng Việt Nam 1.2 Tiêu sau đập dâng 1.2.1 Khái quát chung tiêu .6 1.2.2 Các hình thức tiêu 1.2.3 Đoạn sau sân tiêu 1.2.4 Với đập khơng có thiết bị tiêu 1.3 Xói sau đập dâng 1.3.1 Khái niệm .7 1.3.2 Nguyên nhân xói sau đập dâng 1.4 Các biện pháp phòng chống khắc phục xói sau đập dâng .8 1.4.1 Đánh giá khả xuất xói theo yếu tố khác 1.4.2 Các giải pháp phịng chống xói .10 1.5 Phạm vi nghiên cứu 13 1.6 Đánh giá nhận xét chung tính hình nghiên cứu xói 13 CHƢƠNG 2: .15 HIỆN TRẠNG ĐẬP DÂNG VÀ XÓI HẠ LƢU ĐẬP DÂNG Ở TỈNH BÌNH ĐỊNH .15 2.1 Điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội tỉnh Bình Định .15 2.1.1 Vị trí địa lý 15 2.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất 15 2.1.3 Khí hậu .15 2.1.4 Các hệ thống sơng Bình Định .16 Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang iv 2.1.5 Dòng chảy năm 18 2.1.6 Dòng chảy lũ 20 2.1.7 Dòng chảy mùa kiệt 21 2.2 Hiện trạng thuỷ lợi đập dâng 21 2.2.1 Hiện trạng thủy lợi 21 2.2.2 Hiện trạng đập dâng 23 2.3 Đánh giá xói sau đập dâng 24 2.3.1 Phân loại theo hình thức xói .24 2.3.2 Phân loại theo độ dốc lƣu vực 24 2.3.3 Phân theo độ dốc lịng sơng .24 2.3.4 Phân loại xói theo hình thức tháo lũ 25 2.4 Sự xuất xói sau đập dâng .25 2.5 Về ảnh hƣởng xói đến hiệu sử dụng .26 2.5.1 Hiệu cung cấp nƣớc cho hạ lƣu .27 2.5.2 Sự ảnh hƣởng đến cơng trình hạ lƣu: .27 2.5.3 Công tác phòng chống lũ: 27 2.5.4.Phòng chống thấm: .27 2.5.5 Đập có lƣu lƣợng thiết kế tháo qua hai bên vai đập: 27 2.6 Về ảnh hƣởng xói đến an tồn đập 27 2.7 Các công thức áp dụng 27 2.8 Áp dụng tính tốn xói cho số cơng trình .29 2.8.1 Đập Cây Me 29 2.8.2 Đập Lại Giang .30 2.8.3 Đập Cây Mít .31 2.9 Nguyên nhân, giải pháp khắc phục 32 2.9.1 Về nguyên nhân 32 2.9.2 Các giải pháp khắc phục 32 2.9.3 Các vấn đề tồn hƣớng giải 33 ĐÁNH GIÁ XÓI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC XĨI SAU ĐẬPDÂNG CÂY GAI -TỈNH BÌNH ĐỊNH 34 3.1 Giới thiệu chung cơng trình 34 3.1.1 Vị trí trí cơng trình 34 3.1.2 Các thông số theo thông số xây dựng năm 1995 34 3.1.3 Các hạng mục cơng trình xây dựng năm 1995 .34 3.2 Quá trình xây dựng trạng thủy lợi đập dâng Cây Gai 41 Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang v 3.2.1 Quá trình xây dựng 41 3.2.2 Đặc điểm thơng số cơng trình 41 3.3 Hiện trạng hƣ hỏng đập dâng 43 3.3.1 Đánh giá nguyên nhân hƣ hỏng .43 3.3.2 Tính toán kiểm tra tiêu trạng: 45 3.4 Phƣơng án sửa chữa đập dâng Cây Gai .49 4.1 Mục đích mơ 51 4.2 Nội dung mô 51 4.3 Giới thiệu phần mềm Ansys -FLuent 52 4.4 Cơ sở lý thuyết phần mềm Ansys- Fluent 52 4.5 Các bƣớc thực mơ phỏng: 53 4.6 Các thông số sử dụng mơ hình 54 4.7 Thiết lập điều kiện biên 54 4.8 Xây dựng lƣới tính 55 4.9 Các trƣờng hợp mô 56 4.10 Kiểm định mơ hình .57 4.11 Kết mô bàn luận 57 4.11.1 Đƣờng mực nƣớc 57 4.11.2 Sự thay đổi vận tốc 62 4.11.3 Mối quan hệ vận ttốc dịng chảy qua tràn vị trí nƣớc nhảy sau dốc nƣớc: 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .65 Những kết đạt đƣợc luận văn 65 Những tồn luận văn 65 Các hƣớng nghiên cứu giải tồn .65 Kiến nghị 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI 68 Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang vi NGHIÊN CỨU TÌNH TRẠNG XĨI LỞ HẠ LƢU ĐẬP DÂNG VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC- ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP DÂNG CÂY GAI TỈNH BÌNH ĐỊNH Học viên: NguyễnThanh Lâm Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K33 Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Việc xây dựng cơng trình sơng làm cân lịng dẫn gây xói lở hạ lưu Xói xuất chân cơng trình, nơi có lưu tốc lớn lại phân bố khơng Việc nghiên cứu xói sau cơng trình tháo nước tượng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan chủ quan Bình Định nơi có điạ hình bị chia cắt sâu, sườn núi trở nên dốc lớn Sơng suối có có độ dốc lớn lưu tốc dịng chảy lớn, lưu lượng có biên độ dao động lớn, lại vùng thường xuyên xuất lũ ống, lũ quét Do yếu tố tự nhiên nên tượng xói lở diễn thường xuyên phức tạp, đặc biệt xói sau cơng trình tháo nước Trong luận văn tác giả nghiên cứu tượng xói lở sau đập dâng Cây Gai, cơng trình bị xuống cấp nghiêm trọng Bên cạnh phần mềm ANSYS FLUENT tác giả sử dụng để mô chế độ thủy lực Kết luận văn tài liệu tham khảo cho nhà tư vấn quan quản lý ngành địa phương Từ khóa - Xói sau đập, Ansys Fluent, nước nhảy, tiêu STUDY ON THE EROSION OF THE DOWNSTREAM SURFACES OF DAMS IN BINHDINH PROVINCE - A CASE STUDY: CAY GAI DAM Abstract - Construction on the river has led to an imbalance of river conduction and cause erosion downstream Erosion occurs right at the foot of dam, where there is a irregularly distributed flow The study of erosion behind the works is a complex phenomenon and depends on many factors In Binh Dinh province the terrain is deeply divided and the slope is steep River streams have high slope and large flow velocity, this area is often flooded flood, flash flood Due to such natural factors, the phenomenon of erosion occurs frequently and complexly, especially erosion after dam In this thesis, the author studied the erosion phenomenon behind the Cay Gai Dam which is among dams being degraded in Binh Dinh province ANSYS FLUENT software is also used to simulate hydraulics in this structure The results of this thesis will be a reference for local consultants Keywords - Erosion, Ansys Fluent, hydralic jump, dissipation energy Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Đặc trưng hình thái lưu vực sơng tỉnh Bình Định [7] 18 Bảng 2-2 Đặc trưng dòng chảy sơng tỉnh [7] 18 Bảng 2-3 Phân phối dòng chảy năm sơng tỉnh [7] .19 Bảng 2- Bảng phân loại theo hình thức xói [7] 24 Bảng 2-5 Bảng phân loại xói theo độ dốc lưu vực .24 Bảng 2-6 Bảng phân loại xói theo độ dốc lịng sơng 24 Bảng 2.7: Bảng tính tốn xói cho đập Cây Me .29 Bảng 2-8 Bảng tính tốn xói cho đập Lại Giang – Bình Định .30 Bảng 2-9 Bảng tính tốn xói cho đập Cây Mít – Phù Cát 31 Bảng 3-10 Đặc điểm địa chất lớp 36 Bảng 3-11 Đặc điểm địa chất lớp 36 Bảng 3-12 Đặc điểm địa chất lớp 37 Bảng 3-13 Bảng phân phối đặc trưng nhiệt độ khơng khí 38 Bảng 3-14 Bảng phân phối đặc trưng độ ẩm tương đối 38 Bảng 3-15 Bảng phân phối nắng năm 38 Bảng 3-16 Bảng tốc độ gió lớn theo hướng 39 Bảng 3-17 Lượng bốc tháng năm 39 Bảng 3-18 Bảng phân phối tổn thất bốc Z năm .39 Bảng 3-19 Phân phối lượng mưa trung bình tháng năm 39 Bảng 3-20 Lưu lượng lũ vụ 39 Bảng 3-21 Lũ tiểu mãn 40 Bảng 3-22 Cao trình mực nước lũ điều tra vị trí xây dựng cơng trình năm 2016: 40 Bảng 3-23 Lưu lượng tính tốn 40 Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1-1.Đập có lưu lượng tràn qua vai [11] Hình 1-2 Đập có lưu lượng tràn qua phần tràn [11] .4 Hình 1-3 Phân bố lưu tốc chân cơng trình hình thành xói [11] Hình 1-4 Xói hạ lưu đập khơng có thiết bị tiêu năng: a) hố xói chưa ảnh hưởng đến an tồn đập; b) hố xói phát tiển mạnh khoét sâu vào chân đập [11] .8 Hình 1-5 Xói hình thành đập tính tốn tiêu năng, tính tốn xói phù hợp, hố xói chưa ảnh hưởng đến an toàn đập [11] Hình 1-6 Xói hình thành đập tính tốn tiêu năng, tính tốn xói khơng phù hợp, hố xói ảnh hưởng đến bể tiêu [11] Hình 1-7 Gia cố sau sân tiêu [10] 10 Hình 1-8 Hình thức gia cố cứng sân sau 11 Hình 1-9 Hình thức gia cố vật liệu 11 Hình 2-10 Sơ đồ hố xói sau cơng trình tháo nước khơng có sân tiêu 29 Hình -11 Sơ đồ hố xói sau cơng trình tháo nước có bể tiêu năng, với d0 ≠ dx 30 Hình 2-12 Sơ đồ hố xói sau cơng trình tháo nước có bể tiêu năng,với d0 = dx 31 Hình 3-12 Kè bờ tả, hữu đập bị sạt mái xói sâu 42 Hình 3-13 Sân sau bể tiêu bị lún sập trôi .43 Hình 3-14 Bản vẽ trạng cơng trình .44 Hình 3-15 Phương án sửa chữa 50 Hình 4-16 Kết cấu kích thước cơng trình 54 Hình 4-17 Thiết lập điều kiện biên mô 55 Hình 4-18 Xây dựng lưới tính cho mơ hình (a)-(c) Các mặt cắt; (d) Chi tiết lưới gần trụ pin .56 Hình 4-19 Đường mực nước tuyến tràn 58 Hình 4-20 Vị trí nước nhảy xuất 59 Hình 4-21 Đường mực nước tuyến tràn mở hết cửa van 60 Hình 4-22 Các đường dịng dịng chảy qua cơng trình tràn 61 Hình 4-21 Sự thay đổi vận tốc dòng chảy: (a) velocity contour, (b) vectơ vận tốc .63 Hình 4-22 Sự phụ thuộc vị trí nước nhảy vào độ lớn vận tốc dịng chả qua tràn 64 Hình 4-23 Quan hệ vị trí nước nhảy với vận tốc dòng chảy qua tràn 64 Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việc xây dựng cơng trình sơng làm cân lịng dẫn gây xói lở hạ lưu Xói xuất chân cơng trình, nơi có lưu tốc lớn lại phân bố khơng Hiện nay, việc nghiên cứu xói hạ lưu cơng trình nhiều nhà nghiên cứu thuỷ lực, thuỷ công nước nước nghiên cứu thu kết định Tuy nhiên việc nghiên cứu xói sau cơng trình tháo nước tượng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan chủ quan Bình Định nơi có điạ hình bị chia cắt sâu, sườn núi trở nên dốc lớn Sơng suối có độ dốc lớn lưu tốc dịng chảy lớn, lưu lượng có biên độ dao động lớn, lại vùng thường xuyên xuất lũ ống, lũ quét Do yếu tố tự nhiên nên tượng xói lở diễn thường xuyên phức tạp, đặc biệt xói sau cơng trình tháo nước Đặc biệt nguồn kinh phí hạn hẹp hay kinh phí đầu tư xây dựng phần đập đầu mối chiếm tỷ trọng q lớn làm cơng trình khơng hiệu nên nhiều cơng trình sử dụng phương án có xả phần lũ qua vai, coi phần vai tràn tràn cố hay tràn phụ, nhiên hình thức dẫn đến tượng xói lở mạnh phần hạ lưu đập phần vai đập Tuy nhiên biện pháp cơng trình chưa nghiên cứu cụ thể chưa có giải pháp mang tính khoa học toàn diện mà dựa vào kinh nghiệm người thiết kế Chính vậy, đề tài: “Nghiên cứu tình trạng xói lở hạ lƣu đập dâng giải pháp khắc phục – áp dụng cho cơng trình đập dâng Cây Gai tỉnh Bình Định” học viên lựa chọn nghiên cứu Mục đích đề tài Đánh giá trạng cơng trình đập dâng tượng xói hạ lưu cơng trình đập dâng tỉnh Bình Định Đưa biện pháp khắc phục tượng xói, biện pháp cơng trình để giảm thiểu tượng xói Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: giải pháp hợp lý chống xói sau đập dâng - Phạm vi: Đập dâng Cây Gai, có phân tích mở rộng cho cơng trình khác Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận: Các lý thuyết q trình xói hình thức xói nghiên cứu cách đầy đủ Phân tích kết nghiên cứu có liên quan vấn đề xói hạ lưu đập Phương pháp so sánh thực tế: Thống kê đập dâng xuất hiện tượng xói hạ lưu Phân tích ngun nhân chất gây nên xói Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 54 Hình 4-16 Kết cấu kích thước cơng trình 4.6 Các thơng số sử dụng mơ hình Trong phần mềm ANSYS FLUENT, phương pháp thể tích hữu hạn ứng dụng để giải hệ phương trình Navier-Stokes Áp lực vận tốc giải với thuật toán Semi-Implicit Pressure Linked Equation (SIMPLE) Đối với mơ hình rối, tác giả lựa chọn mơ hình k-e để giải Đây mơ hình rối sử dụng rộng rãi cho kết tính tốn tương đối xác Bảng 4-23 Các thơng số chung mơ hình Thơng số chung Reference Density (DenRef) Water Density (DenWater) Mơ hình rối Pressure velocity scheme Multiphase Surface tension Coef Giá trị 1.185 997 k-e SIMPLE VOF 0.072 Đơn vị Kg.m-3 Kg.m-3 4.7 Thiết lập điều kiện biên Sơ đồ mơ hình dịng chảy qua cơng trình tràn thể hình 4.16 Đây mơ hình chiều Biên vào vị trí khoang tràn với dạng biên "velocity inlet" Tại biên chiều cao cột nước vận tốc dòng chả định Biên cứng đáy lòng dẫn, hai bên bờ trụ pin thiết lập với dạng biên "wall" Biên mặt thoáng biên hạ lưu thiết kế với dạng "pressure outlet" Tại biên hạ lưu, chiều cao mực nước hạ lưu định Đây loại biên sử dụng phổ biến mơ CFD (Vị trí bố trí biên xin xem hình 4.17) Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 55 Khơng khí (pressure outlet) Cửa vào (velocity) inlet) Tường bên (wall) Tường bên (wall) Cửa (pressure outlet) Đáy kênh (wall) Khơng khí (presure outlet) Cửa vào (velocity inlet) Cửa (presure outlet) Tường bên (Wall) Hình 4-17 Thiết 0lập điều kiện biên mô 4.8 Xây dựng lƣới tính Trong mơ hình nay, lưới tính thường sử dụng có dạng có cấu trúc (structure) khơng có cấu trúc (unstructure) Vì kết cấu tràn có trụ pin với hình dạng phức tạp nên tác giả sử dụng dạng lưới khối tam giác phi cấu trúc Kích thước lưới thay đổi từ 0.03m (ở vùng gần trụ pin) đến 0.5 m vùng gần mặt thoáng Tổng số phần tử lưới chia 140970 ô lưới Chi tiết lưới tính xin xem hình 4.18 thể chi tiết lưới xung quanh kết cấu trụ pin Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 56 (a) (b) (d) (c) Hình 4-18 Xây dựng lưới tính cho mơ hình (a)-(c) Các mặt cắt; (d) Chi tiết lưới gần trụ pin 4.9 Các trƣờng hợp mô Để đánh giá kiểm tra khả tháo tràn, tác giả tiến hành mô cho trường hợp với độ mở cửa van m độ mở lớn 2.65m Vận tốc dòng chả qua cửa van thay đổi để kiểm tra vị trí nước nhảy bể tiêu Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 57 Bảng 4-24 Các trường hợp mô STT Trƣờng hợp Độ mở cửa tràn (m) TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 1 1 2.65 Vận tốc cửa van (m/s) 1.5 2.5 3.67 1.77 4.10 Kiểm định mơ hình Do cơng trình giai đoạn thiết kế chưa vào sử dụng nên chưa có số liệu đo đạc, tác giả kiểm định mơ hình dựa so sánh lưu lượng độ co hẹp dòng chảy vị trí dốc nước kết mơ hình kết tính tốn từ cơng thức thực nghiệm Khi cửa van tràn mở 1m mực nước hồ mực nước dâng bình thường, lưu lượng qua tràn xác định 188.16 m3, tương đương với vận tốc dòng chảy ngưỡng tràn 3.67 m3/s Tiến hành mô cho trường hợp tác giả xác định được: + Chiều sâu co hẹp dốc nước 0.7, + Diện tích mặt cắt ướt dốc nước = 0.7×50 = 35 m2 + Vận tốc dịng chảy vị trí co hẹp: 5.5 m/s + Lưu lượng mơ qua tràn Qmp= ×v=35×5.5=192.5 m3/s So sánh với lưu lượng tính tốn cơng thức kinh nghiệm Qkn=188.16 m3 (sai số 2.3%) Hơn xét mặt định tính, mơ hình cho kết đường mực nước vị trí xuất nước nhảy hoàn toàn phù hợp với thực tế (xin xem chi tiết phần kết mô phía sau) Kết chứng tỏ mơ hình có đủ độ tin cậy để tính tốn trường hợp 4.11 Kết mô bàn luận 4.11.1 Đường mực nước a Trường hợp: mở 10 cửa van với độ mở 1m Kết đường mực nước thể hình: Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 58 Hình 4-19 Đường mực nước tuyến tràn Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 59 Hình 4-20 Vị trí nước nhảy xuất Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 60 Trường hợp: Khi mở 10 cửa van với độ mở tối đa: 2.65 m Kết đường mực nước thể hình vẽ: Hình 4-21 Đường mực nước tuyến tràn mở hết cửa van Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 61 Hình 4-22 Các đường dịng dịng chảy qua cơng trình tràn Nhận xét: Ứng với chế độ mô xả lũ qua tràn theo yêu cầu (độ mở cửa van m mở hồn tồn 2.65m), tình hình thuỷ lực, đường mực nước dòng chảy từ đầu tràn đến dốc nước, bể tiêu diễn sau: + Tại vị trí cửa van: Sau qua khỏi cửa van, có tượng nước dềnh lên, điều phù hợp với thực tế trước cửa van áp lực nước lớn Tùy vào áp lực cột nước phía thượng lưu mà độ dềnh lên khác (Xem Hình 4-19) + Tại vị trí bể tiêu trạng: Sau dòng chảy qua khoang tràn, qua đuôi trụ trụ pin đổ xuống bể tiêu trạng, đường mực nước có giảm xuống chút mái nghiêng bể tiêu sau dềnh lên lại vận tốc bể nhỏ, để đảm bảo truyền tải đủ lưu lượng mực nước có dềnh lênh khơng nhiều + Trên dốc nước: Dòng chảy sau qua khỏi bể tiêu đến đoạn nằm ngang chuẩn bị đổ xuống dốc nước có dạng đường nước hạ, vận tốc lớn nhiều, đường mực nước đoạn thu hẹp lại + Trong bể tiêu sau dốc nước: Dòng chảy từ dốc nước chuyển qua đoạn chuyển tiếp xuống bể tiêu sinh nước nhảy bể tiêu Chiều cao nước nhảy trung bình khoảng 1m, tùy thuộc vào vận tốc dốc nước Thành phần véc tơ vận tốc nước nhảy phân bố hỗn độn, theo nhiều hước, hình thành cuộn xốy (Xem Hình 4-19, Hình 4-20) Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 62 Khi mở tối đa cửa van 2.65m, ta thấy cao trình mực nước tồn tuyến cơng trình đảm bảo không tràn bờ kênh Việc thiết kế cao trình bờ kênh đảm bảo Hình 4-22 Thể đường dòng dòng chảy mở 10 cửa van Tràn có bề rộng khơng đổi suốt tồn tuyến nên dịng chảy dường phân bố toàn bố bề rộng tràn, đường dòng song song với 4.11.2 Sự thay đổi vận tốc Sự thay đổi vận tốc dòng chảy tuyến cơng trình thể Hình 4-21 Dòng chảy qua khỏi ngưỡng tràn giảm vận tốc lúc bể tiêu năng, làm cho mặt nước dềnh lên.Trong bể tiêu thứ (bể tiêu trạng), dịng chảy có vận tốc lớn chủ yếu mặt gần sát mặt Khi khỏi bể tiêu thứ dòng chảy bắt đầu tăng tốc đạt trị số lớn dốc nước Lúc vận tốc dòng chảy tăng khoảng 50% Tại vị trí dốc nước nối tiếp với bể tiêu xuất vận tốc lớn phía đáy, hình thức nối tiếp chảy đáy Điều phù hợp với thực tế, phù hợp với hình dạng dốc nước Trong bể tiêu sau dốc nước, dịng chảy có vận tốc lớn xuất đáy có xu hướng lên mặt khỏi bể tiêu Điều giải thích hình dạng mái nghiêng phía sau bể tiêu làm cho dòng chảy chủ đạo có xu hướng hướng lên Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 63 Hình 4-21 Sự thay đổi vận tốc dịng chảy: (a) velocity contour, (b) vectơ vận tốc 4.11.3 Mối quan hệ vận ttốc dòng chảy qua tràn vị trí nước nhảy sau dốc nước: Đường mực nước vị trí nước nhảy trường hợp cửa van mở m vận tốc dòng chảy qua cửa van thay đổi Xem Hình 4.22 (a), v=1.5m/s x (b) v=2m/s (c) v=2.5m/s Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ x Luận văn thạc sĩ Trang 64 (d)v=3.67m/s Hình 4-22 Sự phụ thuộc vị trí nước nhảy vào độ lớn vận tốc dòng chả qua tràn Nhận xét: Khi vận tốc dòng chảy qua tràn tăng, dòng nước mang lượng nhiều hơn, đô sâu co hẹp dốc nước lớn vị trí nước nhảy dịch chuyển phía hạ lưu Điều phù hợp với thực tế cơng trình Nếu gọi x khoảng cách từ điểm đầu dốc nước đến vị trí nước nhảy quan hệ x vận tốc tràn qua ngưỡng sau: Khoảng cách x (m) 1 1.5 2.5 3.5 vận tốc qua ngƣỡng tràn (m/s) Hình 4-23 Quan hệ vị trí nước nhảy với vận tốc dịng chảy qua tràn Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt đƣợc luận văn - Tác giả tổng hợp phân loại thực trạng hư hỏng, cố 183 đập dâng tràn; đặc biệt phân loại, đánh giá, nghiên cứu nguyên nhân, xuất xói hạ lưu đập dâng tràn Bình Định cho số kết quả: + Có đến 55% đập tồn tỉnh cần nâng cấp sửa chữa cho thấy việc đầu tư xây dựng đập chưa thật hiệu quả, mức độ an toàn đập thấp + Công tác khảo sát thiết kế, thi công yếu, chưa quan tâm mức + Hiện tượng xói hạ lưu đập phổ biến nguyên nhân gây hư hỏng đập - Tính tốn cụ thể cho số cơng trình bị xói; đánh giá kết đạt tồn giải pháp đưa - Vận dụng kết nghiên cứu để tính tốn sửa chữa mơ thủy lực cho đập dâng Cây Gai thuộc xã Cát Lâm huyện Phù Cát, cơng trình xuống cấp nghiêm trọng Những tồn luận văn Về vấn đề xói liên qua đến tƣợng lũ ống, lũ quét: số hình thái thời tiết đặc biệt thường gặp Bình Định Lũ ống, lũ quét gây nhiều thiệt hại tổng hợp, đặc biệt gây xói lở bồi lấp đập dâng tràn Tuy nhiên vấn đề phức tạp cần nghiên cứu đa ngành, khuôn khổ đề tài chưa thể giải hết Sự hình thành xói có liên quan đặc biệt đến độ dốc lƣu vực, độ dốc lịng sơng: để nghiên cứu cụ thể cần có khảo sát đánh giá cụ thể cần nguồn tài để thực Đây vấn đề mà đề tài chưa thể nghiên cứu, đánh dừng việc phân loại dựa đồ độ dốc, đồ địa hình đồ trạng cơng trình thủy lợi Bình Định Các hƣớng nghiên cứu giải tồn Cần có tham gia nhiều ngành nghiên cứu xói có ảnh hưởng yếu tố địa hình hình thái thời tiết khí hậu cực đoan Từ đưa đồ phân vùng xói tượng bồi xói, dịch chuyển bùn cát số sông suối lớn địa bàn tỉnh Bình Định Kiến nghị Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 66 Đối với vấn đề đập dâng tràn bị bồi xói lở lũ ống lũ quét: Dựa sở “Báo cáo Tổng kết công tác phòng chống lũ bão giảm nhẹ thiên tai từ năm 2001 đến năm 2010” “Báo cáo tổng hợp Quy hoạch phòng chống lũ, bão giảm nhẹ thiên tai địa bàn tỉnh Bình Định từ năm 2010 đến năm 2015 tầm nhìn đến năm 2020” nên có khảo sát, đánh giá cụ thể để nghiên cứu sâu Áp dụng kết nghiên cứu đề tài: Các giải pháp mà đề tài đưa nghiên cứu từ cơng trình tỉnh Bình Định nên hồn tồn áp dụng vào thực tiễn Các giải pháp quản lý: Để giảm nguy xói cho đập dâng tràn vấn đề tổng hợp, tác giả xin kiến nghị với quan, ban, ngành địa phương quan tâm khai thác quản lý cơng trình Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TIẾNG VIỆT [1] PGS.TS Cao Đăng Dư – PGS.TS Lê Bắc Huỳnh (2003), Lũ qt Ngun nhân biện pháp phịng tránh NXH Nơng nghiệp, Hà Nội [2] Trương Chí Hiền – Huỳnh Hùng (Khoa Kỹ thuật xây dựng – Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh) (2003), Nghiên cứu khả tháo nước đập tràn Piano [3] PGS.TS Vũ Đình Hùng (2009), Đập dâng miền núi, NXB Nông nghiệp, Hà Nội [4] PGS.TS Nguyễn Danh Oanh – KS Đặng Xuân Hanh (2011) Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hố xói sau tràn vận hành đến ổn định đập bê tông trọng lực [5] GS.TS Phạm Ngọc Quý (2003), Nối tiếp tiêu hạ lưu cơng trình tháo nước, NXB Xây dựng, Hà Nội [6] TS Nguyễn Chí Cơng , Thủy văn nân cao, Bài giảng cao học, ngành xây dựng cơng trình thủy – Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng - 2013 [7] Báo cáo tổng kết tình hình thiên tai tỉnh Bình Định (từ năm 2007 đến năm 2017) Ban Chỉ huy PCTT TKCN tỉnh Bình Định [8] GS.TS Phạm Ngọc Quý (1993), Chiều dài hố xói sau đập tràn có chiều cao tương đối ngưỡng thấp, Tuyển tập Cơng trình khoa học Hội nghị học toàn quốc lần thứ V, trang 185 [9] PGS.TS Trần Quốc Thưởng – GS.TS Vũ Thanh Te (2007), Đập tràn thực dụng NSB Xây dựng, Hà Nội [10] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9147 : 2012, cơng trình thủy lợi – qui trình tính tốn thủy lực đập tràn [11] Sổ tay tính tốn thủy lực NXB xây dựng (2013) II TIẾNG ANH [12] Francis H Harlow and J Eddie Welch (1965) Numerical calculation of timedependent viscous incompressible flow of fluid with free surface Physics of Fluids, 8(12):2182–2189, 1965 [13] Anders G Andersson, Kristoffer Lundström, Patrik Andreasson and T Staffan (2010) Simulation of free surface flow in a spillway with the rigid lid and volume of fluid methods and validation in a scale model European Conference on Computational Fluid Dynamics 2010 Lisbon, Portugal, 14–17 [14] Bruce M Savage and Michael C Johnson (2001) Flow over ogee spillway: Phisical and numerical model case study Members, ASCE [15] Ansys -FLuent Theory (2012) Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ Luận văn thạc sĩ Trang 68 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI Học viên: Nguyễn Thanh Lâm – Lớp CH33.X2BĐ ... – áp dụng cho cơng trình đập dâng Cây Gai tỉnh Bình Định? ?? học viên lựa chọn nghiên cứu Mục đích đề tài Đánh giá trạng cơng trình đập dâng tượng xói hạ lưu cơng trình đập dâng tỉnh Bình Định Đưa... Đưa biện pháp khắc phục tượng xói, biện pháp cơng trình để giảm thiểu tượng xói Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: giải pháp hợp lý chống xói sau đập dâng - Phạm vi: Đập dâng Cây Gai, có... chưa nghiên cứu cụ thể chưa có giải pháp mang tính khoa học tồn diện mà dựa vào kinh nghiệm người thiết kế Chính vậy, đề tài: ? ?Nghiên cứu tình trạng xói lở hạ lƣu đập dâng giải pháp khắc phục – áp