Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lí tràn zíc zắc để tăng khả năng phòng lũ cho hồ chứa

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả phòng lũ cho hồ chứa” hồn thành với kết cịn nhiều hạn chế, tác giả hy vọng vấn đề nghiên cứu đề tài áp dụng cho hồ chứa nước vừa lớn xây dựng nước ta nhằm mục đích đảm bảo khai thác có hiệu hồ chứa hạ du Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy GS.TS Nguyễn Chiến tận tình hướng dẫn bảo tác giả suốt trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo ĐH SĐH, Khoa Cơng trình, Cơ sở 2, Viện Khoa học Thủy lợi miền nam, Thầy, Cô giáo tham gia giảng dạy trực tiếp Cao học trường đại học Thủy lợi tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức suốt thời gian học tập chương trình Cao học trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, khích lệ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp Thầy Cơ giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2012 Hồ Quang Tuấn BẢN CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả phòng lũ cho hồ chứa” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, thí nghiệm khơng chép từ nguồn thơng tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Học viên Hồ Quang Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐƯỜNG TRÀN ZÍC ZẮC VÀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU .4 1.1 Tình hình xây dựng khai thác hồ chứa nước Việt Nam .4 1.2 Tổng quan công trình Tháo lũ hồ chứa 1.3 Tổng quan tràn zíc zắc (tràn Lybyrinth) 15 1.4 Phạm vi nghiên cứu luận văn .25 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CỦA NGƯỠNG TRÀN ZÍC ZẮC 26 2.1 Tính tốn khả tháo qua ngưỡng 26 2.2 Giải pháp đảm bảo chảy tự qua ngưỡng 30 2.3 Tính tốn khả tháo có xét đến chảy ngập .39 2.4 Vấn đề chân không sau ngưỡng biện pháp xử lý 41 CHƯƠNG TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO TRÀN SƠNG MĨNG .44 3.1 Giới thiệu cơng trình hồ sơng Móng 44 3.2 Giải pháp tràn zíc zắc hồ sơng Móng vấn đề tồn 46 3.3 Thí nghiệm tính tốn phương án bố trí tràn hồ sơng Móng 51 3.4 Tóm tắt kết nghiên cứu bổ sung tràn sơng Móng 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng đập tràn .7 Hình 1-2: Mặt cắt tràn thực dụng Hình 1-3: Mặt cắt tràn đỉnh rộng .8 Hình 1-4: Các hình dạng cửa tràn Hình 1-5: Các dạng tuyến đập Hình 1-6 : Các hình thức tiêu đáy 13 Hình 1-7: Các hình thức tiêu mặt 14 Hình 1-8: Các hình thức mũi phun tiêu phóng xa 15 Hình -9 Tràn zíc zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) 15 Hình 1-10: Cấu tạo tràn labyrinth 16 Hình 1-11: Mặt dạng ngưỡng tràn đặc biệt 18 Hình 1-12: Các dạng đỉnh tràn .18 Hình 1- 13: Dịng chảy tràn Labyrinth 19 Hình 1-14: Mơ hình tràn Sơng Móng (nhìn từ thượng lưu) 23 Hình 1-15 : Mơ hình ½ tràn Phước Hịa (nhìn từ thượng lưu) .24 Hình 2-1: Dịng chảy qua tràn zích zắc kiểu phím đàn piano 26 Hình 2.2: Quan hệ góc mở  α đập labyrinth dạng tam giác với hệ số mở rộng (m) 31 Hình 3: Hiệu đập tam giác.[17] 32 Hình 2.4: Minh họa ảnh hưởng xáo trộn dịng chảy .34 Hình 2.5: Vị trí hướng đập tràn labyrinth - Houston (1983) 35 Hình 6: Sân phủ hạ lưu (The performance of labyrinth weir-Taylor 1968) .36 Hình 2.7: Ảnh hưởng số loại sân phủ đến lưu lượng.-Taylor (1968) “The perfomance of labyrinth weis” 37 Hình 2.8: Cấu trúc đập tràn Labyrinth 38 Hình 2-10: Đập tràn zíchzắc Mỹ 40 Hình 2-11: Đập tràn zíchzắc TVA's Holston 41 Hình 3.1: Mơ Hình tràn Sơng Móng (nhìn từ thượng lưu) 46 Hình -2 Tràn Sơng Móng nhìn phía hạ lưu 47 Hình 3-3 Tồn cảnh hồ Sơng Móng 47 Hình 3-4 Quan hệ Zt – Q chưa phá chân không 48 Hình 5: Quan hệ khả tháo labyrinth tràn thẳng 52 Hình 3.6: Quan hệ hệ số lưu lượng Cd Ho/P ứng với góc khác 53 Hình 3.7: Chi tiết bố trí ống thơng khí 56 Hình 3-8 Quan hệ Zt – Q sau phá chân khơng 57 Hình 3.9 : Mặt tổng thể tràn xả lũ sông Móng 57 Hình 3.10 : Mặt dốc nước tràn sơng Móng .58 Hình 3.11 : Đường mặt nước dốc nước 61 Hình 3.12 Đường bao hố xói ứng với cấp lưu lượng .75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Một số sơ đồ cơng thức tính tốn lưu lượng qua tràn 10 Bảng 1-2 Thông số số đập tràn labyrinth xây dựng giới [15] 21 Bảng 2.1: Hệ số Ai công thức - 28 Bảng 2.2: Bảng tra hệ số triết giảm lưu lượng tràn xiên (k) [2] 29 Bảng 3- 1: Khả tháo kết mơ hình .51 Bảng 3.2 Các giá trị đường mặt nước dốc 61 Bảng 3.3 Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 100 m3/s Đoạn 62 Bảng 3.4: Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 100 m3/s Đoạn 63 Bảng 3.5 Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 220 m3/s Đoạn 64 Bảng 3.6: Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 220 m3/s Đoạn 65 Bảng 3.7 Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 200 m3/s Đoạn 66 Bảng 3.8: Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 200 m3/s Đoạn 67 Bảng 3.9 Kết tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 50 m3/s Đoạn 68 Bảng 3.10: Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 50 m3/s Đoạn 69 Bảng 3.11 Xác định giá trị chiều sâu dòng kênh hạ lưu 72 Bảng 3.12: Kết tính chiều sâu hố xói theo Vưzgo 73 Bảng 3.13: Bảng kết tính chiều dài phun xa 74 MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Nhiều năm nước ta, hồ chứa nước đóng vai trị tích cực việc trữ nước mùa mưa, cấp nước mùa khơ nắng nóng, làm giảm bớt khó khăn thiệt hại hạn hán gây ra, cải thiện môi trường sống Thực tế, hồ trở thành phần thiếu phát triển kinh tế xã hội sống ngày người dân địa phương Theo số liệu thống kê Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, đến nước có khoảng 3.500 hồ chứa nước loại Trong hồ chứa vừa lớn có khoảng 700 hồ với dung tích hồ triệu m3, đập cao 10m - chiếm 20%, có khoảng 72 hồ có dung tích 10 triệu m3 - chiếm 2%, cịn lại 80% hồ chứa có quy mô nhỏ Sau nhiều năm vận hành sử dụng, điều kiện tự nhiên có thay đổi nhiều so với thiết kế ban đầu, rừng đầu nguồn bị khai thác bừa bãi dẫn đến thảm thực vật bị thu hẹp 60-70%, khí hậu khu vực thay đổi, yêu cầu dùng nước ngày tăng , có nhiều hồ bộc lộ hư hỏng tồn cần giải Theo kết khảo sát trạng hồ đập nước Cục Thủy lợi (Bộ NN&PTNT) công bố cho thấy, hồ chứa nước vừa nhỏ chưa quan tâm, sửa chữa, nâng cấp nên nhiều hồ tình trạng an toàn cao Cụ thể, số 600 hồ chứa vừa nhỏ, có tới 30% thiếu lực xả lũ, 17% số hồ đập bị thẩm lậu, xô tụt lớp gia cố mái thượng lưu, cống lấy nước bị rò rỉ xuống cấp nghiêm trọng.Vì khơng đủ lực xả lũ, nên nhiều nơi người dân phải tháo tràn nước từ hồ ra, giữ lại dung tích chứa cịn 30-40%, điều biến nhiều hồ thành ao chứa nước, khơng cịn tác dụng tích nước thiết kế Trong cụm cơng trình đầu mối hồ chứa thường có nhiều hạng mục cơng trình như: đập, tràn xả lũ, cống lấy nước, dốc nước, kênh dẫn v.v….Trong đường tràn phận thiếu dùng để xả lũ, bảo vệ an toàn cho đầu mối hồ chứa Trong thời gian gần đây, nhiều nguyên nhân khác nhau, có tàn phá mơi trường biến đổi khí hậu tồn cầu làm cho lũ đến hồ chứa có biến đổi bất thường, chưa lường trước Hiện tượng lũ vượt thiết kế hồ chứa gây nên cố hồ chứa như: nước tràn qua đỉnh gây hư, hỏng đập, lưu lượng tháo lớn làm hư hỏng đường tràn hay thiết bị tiêu Một biện pháp đảm bảo an toàn cho hồ chứa mở rộng đường tràn, làm tràn cố, có hình thức ngưỡng tràn zíc zắc, tức bố trí ngưỡng tràn dạng gấp khúc để tăng bề rộng tràn nước, giảm cột nước đỉnh tràn Tuy nhiên, chưa có nhiều kinh nghiệm thiết kế loại ngưỡng tràn zíc zắc Một số vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu làm rõ như: bố trí mặt đường zíc zắc cho hợp lý nhất, vấn đề chảy ngập qua ngưỡng tràn, xử lý chân không sau ngưỡng tràn Vì đề tài “Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả phịng lũ cho hồ chứa” có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn II Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Làm rõ phạm vi điều kiện áp dụng hình thức tràn zíc zắc cho hồ chứa nước - Xem xét khả chảy ngập qua ngưỡng tràn zíc zắc giải pháp bố trí ngưỡng để hạn chế khả chảy ngập, tăng khả tháo - Ảnh hưởng tượng chân không sau ngưỡng giải pháp loại trừ chân không III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1- Cách tiếp cận - Từ yêu cầu thực tế mà đặt nhiệm vụ nghiên cứu - Từ việc giải vấn đề trường hợp cụ thể đế khái quát hóa đề xuất giải pháp hợp lý bố trí tính toán 2- Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu thực tế hồ chứa nước đường tràn - Tổng hợp tài liệu nghiên cứu có - Phân tích đề xuất phương pháp bố trí, tính tốn - Ứng dụng cho cơng trình cụ thể, đối chiếu với tài liệu có để phân tích, lựa chọn IV- Kết dự kiến đạt - Nghiên cứu tổng quan tràn zíc zắc, đặc điểm bố trí phạm vi áp dụng; vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu - Khả chảy ngập qua ngưỡng tràn giải pháp hạn chế chảy ngập để tăng khả tháo qua ngưỡng tràn - Ảnh hưởng chân không sau ngưỡng biện pháp khắc phục - Ứng dụng tính tốn cho hồ sơng Móng: đề xuất giải pháp bố trí tràn zíc zắc tính tốn tương ứng V- Nội dung luận văn Chương – Tổng quan hồ chứa, đường tràn zíc zắc vấn đề cần nghiên cứu 1.1 Tình hình xây dựng khai thác hồ chứa nước Việt Nam 1.2 Tổng quan cơng trình tháo lũ hồ chứa 1.3 Tổng quan tràn zíc zắc (tràn Lybyrinth) 1.4 Giới hạn vấn đề nghiên cứu Chương – Nghiên cứu vấn đề thủy lực ngưỡng tràn zíc zắc 2.1 Tính tốn khả tháo qua ngưỡng 2.2 Giải pháp đảm bảo chảy tự qua ngưỡng 2.3 Tính tốn khả tháo có xét đến chảy ngập 2.4 Vấn đề chân không sau ngưỡng biện pháp xử lý Chương – Tính tốn áp dụng cho tràn sơng Móng 3.1 Giới thiệu cơng trình hồ sơng Móng 3.2 Giải pháp tràn zíc zắc hồ sơng Móng vấn đề tồn 3.3 Tính tốn phương án bố trí tràn zíc zắc hồ sơng Móng 3.4 Phân tích kết tính tốn Chương – Kết luận, kiến nghị 4.1 Các kết đạt Luận văn 4.2 Một số vấn đề tồn 4.3 Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TÍNH TỐN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐƯỜNG TRÀN ZÍC ZẮC VÀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình xây dựng khai thác hồ chứa nước Việt Nam Nhiều năm nước ta, hồ chứa nước đóng vai trị tích cực việc trữ nước mùa mưa, cấp nước mùa khơ nắng nóng, làm giảm bớt khó khăn thiệt hại hạn hán gây ra, cải thiện môi trường sống Thực tế, hồ trở thành phần thiếu phát triển kinh tế xã hội sống ngày người dân địa phương Theo số liệu thống kê Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, đến nước có khoảng 3.500 hồ chứa nước loại Trong hồ chứa vừa lớn có khoảng 700 hồ với dung tích hồ triệu m3, đập cao 10m - chiếm 20%, có khoảng 72 hồ có dung tích 10 triệu m3 - chiếm 2%, lại 80% hồ chứa có quy mơ nhỏ Sau nhiều năm vận hành sử dụng, điều kiện tự nhiên có thay đổi nhiều so với thiết kế ban đầu, rừng đầu nguồn bị khai thác bừa bãi dẫn đến thảm thực vật bị thu hẹp 60-70%, khí hậu khu vực thay đổi, yêu cầu dùng nước ngày tăng , có nhiều hồ bộc lộ hư hỏng tồn cần giải Theo kết khảo sát trạng hồ đập nước Tổng Cục Thủy lợi (Bộ NN&PTNT) công bố cho thấy, hồ chứa nước vừa nhỏ chưa quan tâm, sửa chữa, nâng cấp nên nhiều hồ tình trạng an tồn cao Cụ thể, số 600 hồ chứa vừa nhỏ, có tới 30% thiếu lực xả lũ, 17% số hồ đập bị thẩm lậu, xô tụt lớp gia cố mái thượng lưu, cống lấy nước bị rò rỉ xuống cấp nghiêm trọng.Vì khơng đủ lực xả lũ, nên nhiều nơi người dân phải tháo tràn nước từ hồ ra, giữ lại dung tích chứa 30-40%, điều biến nhiều hồ thành ao chứa nước, khơng cịn tác dụng tích nước thiết kế 66 L(m) J = v2/C2R 0.000 3.49 0.00 0.00 0.00 1.969 16.50 32.49 6.16 1.93 20.44 1.59 63.55 0.006 0.004 0.096 3.90 0.41 4.30 4.30 1.972 15.00 29.58 6.76 2.33 18.94 1.56 63.36 0.007 0.007 0.093 4.30 0.40 4.30 8.60 2.058 13.50 27.78 7.20 2.64 17.62 1.58 63.46 0.008 0.008 0.092 4.70 0.40 4.30 12.91 2.220 12.00 26.64 7.51 2.87 16.44 1.62 63.75 0.009 0.008 0.092 5.09 0.39 4.30 17.20 2.290 10.50 24.05 8.32 3.53 15.08 1.59 63.58 0.011 0.010 0.090 5.82 0.72 4.30 25.21 2.325 9.00 20.93 8.37 4.66 13.65 1.53 63.16 0.015 0.013 0.087 6.98 1.16 4.30 25.80 Kết tính tốn hcđ = 2,3253m, Vcđ = 9,56 m/s cđ : cuối đoạn Δ L 0.000 E 0.003 E 22.65 1.85 65.16 id -Jtb 1.16 Jtb 41.87 4.78 C  (m2) 18.00 χ R (m) b(m) 2.326 (m) h(m) 200.00 ω v(m/s) Q(m3/s) v2/2g(m) Bảng 3.7 Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 200 m3/s Đoạn Δ ∑ 67 L(m) 0.000 0.000 6.98 0.00 0.00 0.00 2.300 9.00 20.70 9.66 4.76 13.60 1.52 63.09 0.015 0.015 0.035 7.06 0.08 2.23 2.23 2.250 9.00 20.25 9.88 4.97 13.50 1.50 62.94 0.016 0.016 0.034 7.22 0.16 4.81 7.04 2.200 9.00 19.80 10.10 5.20 13.40 1.48 62.78 0.018 0.017 0.033 7.40 0.18 5.41 12.44 2.100 9.00 18.90 10.58 5.71 13.20 1.43 62.45 0.020 0.019 0.031 7.81 0.41 13.04 25.48 2.050 9.00 18.45 10.84 5.99 13.10 1.41 62.28 0.022 0.021 0.029 8.04 0.23 7.93 33.42 1.991 9.00 17.92 11.16 6.35 12.98 1.38 62.07 0.023 0.022 0.028 8.34 0.30 10.98 44.40 - Kết tính tốn hcd =1.991 m, Vcd = 11,16m/s cd: cuối dốc Δ L 63.17 0.015 E id -Jtb 13.65 1.53 E Jtb J = v2/C2R 4.65 C 9.56 χ R (m) 9.00 20.93 (m) b(m) 2.325 ω v(m/s) h(m) 200.00  (m2) Q(m3/s) v2/2g(m) Bảng 3.8: Kết tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 200 m3/s Đoạn Δ ∑ 68 L(m) J = v2/C2R 0.00 0.00 0.00 0.641 16.50 10.58 4.73 1.14 17.78 0.59 53.94 0.013 0.008 0.092 1.78 0.40 4.30 4.30 0.608 15.00 9.11 5.49 1.53 16.22 0.56 53.44 0.019 0.016 0.084 2.14 0.36 4.30 8.60 0.611 13.50 8.25 6.06 1.87 14.72 0.56 53.41 0.023 0.021 0.079 2.48 0.34 4.30 12.90 0.639 12.00 7.66 6.52 2.17 13.28 0.58 53.68 0.026 0.024 0.076 2.81 0.33 4.30 17.20 0.689 10.50 7.23 6.91 2.44 11.88 0.61 54.15 0.027 0.026 0.074 3.13 0.32 4.30 21.50 0.749 9.00 6.90 7.24 2.67 10.53 0.66 54.82 0.027 0.027 0.073 3.44 0.32 4.30 25.80 Kết tính tốn hcđ = 0,7493m, Vcđ = 7,24 m/s cđ : cuối đoạn Δ L 0.000 1.38 E 0.000 E 19.85 0.84 57.11 0.003 id -Jtb 0.46 Jtb 16.61 3.01 C  (m2) 18.00 χ R (m) b(m) 0.923 (m) h(m) 50.00 ω v(m/s) Q(m3/s) v2/2g(m) Bảng 3.9 Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 50 m3/s Đoạn Δ ∑ 69 L(m) 10.50 0.64 54.64 0.029 0.000 0.000 3.55 0.00 0.00 0.00 0.730 9.00 6.57 7.61 2.95 10.46 0.63 54.44 0.031 0.030 0.020 3.68 0.13 6.51 6.51 0.720 9.00 6.48 7.72 3.03 10.44 0.62 54.33 0.032 0.032 0.018 3.75 0.07 3.99 10.49 0.700 9.00 6.30 7.94 3.21 10.40 0.61 54.11 0.036 0.034 0.016 3.91 0.16 9.75 20.24 0.680 9.00 6.12 8.17 3.40 10.36 0.59 53.88 0.039 0.037 0.013 4.08 0.17 13.43 33.67 0.675 9.00 6.08 8.23 3.45 10.35 0.59 53.83 0.040 0.039 0.011 4.13 0.05 4.29 37.96 0.668 9.00 6.02 8.31 3.52 10.34 0.58 53.75 0.041 0.040 0.010 4.19 0.06 6.44 44.40 v(m/s) - Kết tính tốn hcd =0.668 m, Vcd = 8,31m/s cd: cuối dốc Δ L 2.80 E id -Jtb 7.41 E Jtb J = v2/C2R 6.74 C 9.00 χ R (m) b(m) 0.749 ω (m) h(m) 50.00  (m2) Q(m3/s) v2/2g(m) Bảng 3.10: Kết tính tốn thủy lực đoạn dốc nước, Q = 50 m3/s Đoạn Δ ∑ 70 c Kiểm tra xâm thực bề mặt dốc nước (do khí thực) * Tiêu chuẩn áp dụng: 14TCN 198-2006 “Cơng trình thủy lợi – cơng trình tháo nước – Hướng dẫn tính tốn khí thực” - Vật liệu thân dốc: M200 Tính với lưu lượng Q = 220 m /s - Mặt cắt cuối dốc có VTB = 11,47 m/s; độ sâu h = 2,13 m, chiều rộng B = m - Nhám mặt dốc: Δ = 0,5mm ( Chọn theo 14TCN 198-2006 “Cơng trình thủy lợi – cơng trình tháo nước – Hướng dẫn tính tốn khí thực” ) - Gồ ghề cục khớp nối: Zm = 10mm + Xác định lưu tốc ngưỡng xâm thực dốc Tra đồ thị hình 1-1 14TCN 198-2006 với Rb = 20, S=0 Vng = 9,3m/s ( Tra theo vật liệu thân dốc) + Xác định lưu tốc đặc trưng vị trí có gồ ghề cục bộ: Vy = VTB ϕv ξ1 ξ Trong ®ã: ξ1, ξ2 phơ thc vµo tû sè δ/Δ vµ y/Δ nh hình 2.6 VTB - lu tốc trung bình mặt cắt, m/s; V - hệ số biểu thị quan hệ lu tốc trung bình lu tốc lớn dòng chảy chiều dày lớp biên dạng mặt cắt ngang dòng chảy đà cho Mt cắt cuối dốc có L = 44,4 m; L/Δ = 8,88x104 Tra đồ thị (hình 2.6 tiêu chuẩn 14TCN198-2006) δ Δ = 1710 δ = 1,71 m; ξ = 10-3 y = Zm + Δ = 10,5mm; y/Δ = 21; tra ξ1 = 290 ⎧ ⎫ ⎪ ⎪ B + 2h δ δ δ2 [ (ln + 2) − ln − 5]⎬ ϕv = ⎨(h − δ )( B − 2δ ) + δ Δ Δ Bh ⎪ ⎪ ln + δ Δ ⎩ ⎭ Thay số vào ta ϕv=0,925 71 Thay tất vào (1) Vy = 4,48 m/s + Kiểm tra: Từ kết tính tốn cho thấy dịng chảy cuối dốc có Vy < Vng Do vật liệu thân dốc phù hợp, đảm bảo điều kiện Vy < Vng Kết luận: Dốc không bị xâm thực 3.3.2.3 Tính tốn tiêu mũi phun Qúa trình thí nghiệm bỏ tường phân dịng mũi phun, thay đổi nhiều phương án chiều cao h = 60 cm; 80 cm; 100 cm; 120 cm, với ba cách bố trí sau: - Các cách 60 cm, có chiều rộng 60 cm Gồm tổng cộng - Các cách 80 cm, có chiều rộng 80 cm Hai cách tường bên 90 cm Gồm tổng cộng - Các cách 100 cm, có chiều rộng 100 cm Gồm tổng cộng Kết thí nghiệm chọn phương án có chiều cao h = 120 cm, bố trí cách 60 cm, chiều rộng b = 60 cm Với loại có độ bay xa tia nước là: L = 11.2 m Do thí nghiệm tiến hành mơ hình lịng cứng nên thống số hố xói sau mũi phun chưa xác định Vì cần thơng qua tính tốn để vẽ đường bao hố xói kiểm tra làm việc an tồn cơng trình (phần mũi phun trụ đỡ) Việc tính tốn tiến hành theo tiêu chuẩn 14TCN 81-90 a Tính kênh hạ lưu Xét thấy kênh xả hạ du đủ để xả lưu lượng thiết kế, trường hợp lũ ứng với mực nước gia cường Zt = +78.31, thí nghiệm khơng u cầu mở rộng thêm bề rộng kênh xả Tuy nhiên, mặt xói, kênh xả hạ du bị xói mạnh Hố xói mở rộng xói sâu Vì vậy, trình xả lũ cần phải theo dõi Nếu thấy hối xói phát triển đến độ sâu có cao trình ∇+56.5 (≈ 3.5 m), cần phải gia cố rọ đá để tránh tượng xói vào chân cơng trình 72 Trong q trình thí nghiệm, tạo hố xói có độ sâu khác nhau, đo vận tốc đáy hố xói sau: - Cao trình đáy hố xói ∇+58, Vđmax = 7.8 m/s ( cách chân cơng trình 8.0 m) - Cao trình đáy hố xói ∇+56, Vđmax = 3.5 m/s (cách chân cơng trình 8.0 m) - Cao trình đáy hố xói ∇+54, Vđmax = 2.0 m/s ( cách chân cơng trình 8.0 m) Như xói cịn phát triển, từ cho thấy cần phải bảo vệ rọ đá hố xói đạt cao trình ∇+56.5 Với cao trình này, xét theo mái hố xói m = cho phía thượng lưu ( theo G.A Yuđixki, sổ tay tính tốn thủy lực, trang 176), q trình xói bắt đầu phạm vào chân cơng trình Xác định chiều sâu dịng ứng với giá trị lưu lượng Ta có bề rộng kênh b = 12m, độ dốc kênh i = 0,0005, hệ số m = 1, hệ số n = 0,030 Bảng 3.11 Xác định giá trị chiều sâu dòng kênh hạ lưu Q(m3/s) 220.000 200.000 100.000 50.000 mo 1.828 1.828 1.828 1.828 0.001 0.001 0.002 0.003 Rln 4.001 3.861 2.977 2.296 b/Rln 2.999 3.108 4.031 5.227 h/Rln 1.608 1.582 1.386 1.217 hh 6.434 6.110 4.126 2.794 ω 118.600 110.643 66.543 41.328 v(m/s) 1.855 1.808 1.503 1.210 F( R ln) = 4m i Q b Tính tốn hố xói ứng với giá trị lưu lượng + Tính chiều sâu hố xói: *Tính theo Vưzgo: v2 t = K.A q p + 2g Trong đó: t – Chiều sâu từ MNHL đến đáy hố xói 73 K – hệ số xói lở (theo bảng 7-12 sổ tay kỹ thuật thủy lợi) K = 2,20 A- hệ số giảm chiều sâu hố xói có ngậm khí (theo bảng 7-11 sổ tay kỹ thuật thủy lợi), A = 0,66 p - chênh cao mũi phun mực nước hạ lưu Thay trị số vào tính t , từ dx= t - h h Bảng 3.12: Kết tính chiều sâu hố xói theo Vưzgo Q(m3/s) K A q(m3/s) P(m) V (m/s) t(m) dx(m) 220 2.2 0.66 24.444 2.36 11.48 12.46 6.03 200 2.2 0.66 22.222 2.36 11.16 11.76 5.65 100 2.2 0.66 11.111 2.36 9.47 7.85 3.72 50 2.2 0.66 5.556 2.36 8.32 5.33 2.54 Kết tính tốn chiều sâu hố xói dx thể bảng + Tính chiều dài phun xa Sơ đồ tính tốn thủy lực: Tính tốn với giá trị lưu lượng khác Chiều dài phun xa tia dịng máng phun có góc nghịch β xác định theo công thức sau: l = (j.v2.sinβ.cosβ + v.cosβ.(v2sin2β + 2g (p+h))1/2)/g Trong đó: l - chiều dài phun xa tia dịng nước phun tính đến mặt nước hạ lưu β- góc nghịch mũi phun, β =150 Sinβ = 0,259; Cosβ = 0,966 v,h - lưu tốc chiều sâu dòng nước cuối mũi phun khơng có hàm khí p - chênh cao mũi phun mực nước hạ lưu p = 65,45 – 63,09 = 2,36m j - hệ số phụ thuộc p, tra bảng 3-10 trang 128 tài liệu " Công trình tháo lũ hệ thống đầu mối thuỷ lợi", j = 0,87 g - gia tốc trọng trường 74 Thiên an toàn, chọn v, h lưu tốc chiều sâu dòng nước chân ngưỡng tràn Thay giá trị vào cơng thức, tính l (m ) Bảng 3.13: Bảng kết tính chiều dài phun xa Q(m3/s) V(m/s) 220,00 11,48 0,259 0,966 2,36 2,130 14,04 34.63 200,00 11,16 0,259 0,966 2,36 1.991 13,40 33.49 100,00 9.47 0,259 0,966 2,36 1.173 10,08 22.45 50,00 8,32 0,259 0,966 2,36 0,668 8,09 15,90 Sinb Cosb P(m) h(m) l(m) L1(m) L1 - chiều dài từ cuối mũi phun đến tâm hố xói L1 = l + Trong tgα = tg β + t tgα g (0.5.hm cos β + P Vm2 cos β h m : độ sâu nước mũi V m : lưu tốc mũi + Tính bề rộng đáy hố xói - Bề rộng đáy: Theo 14TCN 81-90, bx = 2,5hk, hk độ sâu phân giới hạ lưu - Với lịng dẫn hạ lưu có b = 12m, Q = 220m3/s, ta có q = 18,33m3/sm, i = 0,0005 m = 1, n = 0,030 từ xác định hk = 3,248m tính bx = 2,5 * 3,248 = 8,12m Q = 200 => hk = 3,048m => bx = 7,62m Q = 100 => hk = 1,92m => bx = 4,6m Q = 50 => hk = 1,21m => bx = 3,025m + Mái hố xói: xác định theo 14TCN81-90: 75 - Mái thượng lưu: m1 = 2,2 - Mái hạ lưu: m2 = 1,5 c Vẽ đường bao hố xói : Mục đích: nhằm kiểm tra xem hố xói có lan đến chân cơng trình hay khơng 38 Hình 3.12 Đường bao hố xói ứng với cấp lưu lượng Như hố xói khơng lan đến chân cơng trình, mũi phun với trụ đỡ đảm bảo ổn định 3.4 Tóm tắt kết nghiên cứu bổ sung tràn sơng Móng 3.4.1 Kết cấu phương án chọn theo kết thí nghiệm Qua phân tích phương án sửa đổi đây, đề nghị phương án chọn phương án sửa đổi có số điểm chủ yếu sau: Cửa vào, đập tràn: giữ nguyên phương án thiết kế Tuy nhiên cần thêm hệ thống phá chân khơng ngưỡng tràn, trình bày Đoạn chuyển tiếp tràn dốc nước trước dài 4.0 m, thay đoạn dốc kéo từ cao trình ∇+70.7 xuống đến cao trình ∇+68.11, tức đến hết phần thu hẹp dốc nước, dài 25.8 m Dốc nước: giữ nguyên chiều dài phần cịn lại dốc nước, nâng cao trình tường bên dốc nước lên thêm 0.5 m toàn dốc nước kể phần mũi phun 76 Tại mũi phun, cần bố trí lại hệ thống răng, theo trình bày mục 3.3.1.4, bỏ tường phân dịng để tránh tình trạng cây, gỗ trơi làm hỏng cơng trình va chạm 3.4.2 Các kết tính tốn thủy lực bổ sung a Tính tốn thơng khí ngưỡng tràn: Để đảm bảo chế độ chảy ổn định, tránh rung động mạnh ngưỡng tràn, cần bố trí thơng khí ngưỡng tràn sau: - Ống thơng khí chính: ống trịn thép D = 0,3m luồn thân ngưỡng tràn, có miệng vào đầu đặt tường bên, thơng với khí trời (tại miệng vào có đặt lưới chắn bảo vệ) - Ống khí nhánh: ống trịn có d = 0,1m, thơng từ ống mặt hạ lưu ngưỡng tràn, miệng lỗ đặt cao mực nước max sau ngưỡng b Tính toán thủy lực dốc nước: - Vẽ đường mặt nước dốc ứng với lưu lượng tháo qua tràn - Kiểm tra điều kiện xâm thực dốc cho thấy với vật liệu làm dốc bê tông M200, dốc nước đảm bảo không bị xâm thực khống chế gồ ghề cục Zm < 10mm c Tính toán tiêu mũi phun Đã vẽ đường bao hố xói xác nhận hố xói khơng lan đến chân cơng trình, mũi phun với trụ đỡ đảm bảo ổn định 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn giành cho việc nghiên cứu giải pháp bố trí tràn zíc zắc cho hồ chứa áp dụng cho hồ sơng Móng (tỉnh Bình Thuận) Từ kết sưu tầm, nghiên cứu tài liệu tính tốn cụ thể, rút kết luận sau đây: Ở nước ta, hàng ngàn hồ chứa nước xây dựng để phục vụ dân sinh, kinh tế, phát triển đất nước Hơn 90 0 số hồ chứa xây dựng có đập đắp vật liệu địa phương Khi cơng trình tháo lũ có vai trị quan trọng việc tháo lưu lượng lũ đến hồ phải đảm bảo an tồn cho cơng trình đầu mối khu vực hạ du Khi bố trí đường tràn tháo lũ cho hồ chứa cần giải mâu thuẫn yêu cầu tháo lưu lượng lớn với việc giảm nhỏ phạm vi ngập lụt thượng lưu Khi cần thiết phải mở rộng phạm vi tràn nước (tăng bề rộng tràn B) Việc bố trí ngưỡng tràn theo hình zíc zắc (Lybyrinth) phạm vi kênh dẫn vào định giải pháp kỹ thuật hợp lý để thỏa mãn yêu cầu nêu, cần quan tâm nghiên cứu để lựa chọn Khi thiết kế tràn zíc zắc, ngồi thơng số bố trí nghiên cứu kỹ khuyến cáo lựa chọn nêu chương luận văn cần quan tâm đến yếu tố đặc thù riêng công trình có ảnh hưởng đến làm việc đường tràn như: Khả chảy ngập qua ngưỡng tràn Nối tiếp ngưỡng tràn với thượng lưu, hạ lưu Các tượng thủy lực đường tháo nước tiêu Hiện tượng chảy ngập làm giảm nhanh khả tháo nước qua ngưỡng tràn Vì vậy, cơng trình cụ thể, ngồi tính tốn thơng thường cần phải tiến hành thí nghiệm mơ hình vật lý để xác định phạm vi chảy tự ảnh hưởng chảy ngập đến khả tháo nước qua ngưỡng tràn 78 Ngưỡng tràn zíc zắc thường làm dạng thành mỏng, nước không bám sát mặt hạ lưu ngưỡng, sinh chân không xả lũ, gây ổn định cho ngưỡng tràn Vì cần thiết phải tính tốn bố trí hệ thống thơng khí để phá chân khơng Phương pháp tính tốn trình bày mục 2.4 Ngồi vấn đề phân tích kết luận từ kết thí nghiệm mơ hình thí có thơng số cần phải xác định qua tính tốn vấn đề xâm thực bề mặt đường tháo, dự báo phạm vi hố xói hạ lưu …Các kết có độ tin cậy cao sử dụng thông số đầu vào theo kết thí nghiệm (như lưu tốc lớn dốc nước, đầu mũi phun, phân bố lưu tốc hạ lưu…) Kết áp dụng cho công trình tràn hồ sơng Móng (tỉnh Bình Thuận) sau: Trên sở thí nghiệm mơ hình Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, đề nghị số chỉnh sửa so với phương án thiết kế ban đầu sửa lại bậc nối tiếp từ ngưỡng tràn xuống dốc nước, bỏ tường phân dòng chỉnh sửa lại mũi phun Đã tính tốn xác định kích thước ống thơng khí để phá chân khơng ngưỡng tràn; kiểm tra khả khí thực dốc nước; vẽ đường bao hố xói hạ lưu tràn để xác định khả ổn định mũi phun trụ đỡ tràn làm việc Như vậy, kết hợp kết thí nghiệm tính tốn xác định thơng số hợp lý tràn sơng Móng Phương án đề nghị duyệt tiến hành xây dựng Hướng tiếp tục nghiên cứu Như nêu, việc áp dụng ngưỡng tràn tự động kiểu zíc zắc hồ chứa có lợi lớn việc tăng Bt, từ tăng lực xả lũ tràn lớn mực nước thượng lưu không tăng nhiều Tuy nhiên, điều kiện định mực nước hạ lưu, ngưỡng chuyển sang chế độ chảy ngập làm giảm khả tháo Ngồi điều kiện chân khơng sau ngưỡng yếu tố ảnh hưởng đến ổn định ngưỡng Thực tế làm việc tràn, khả tỷ số cột nước tràn (H) chiều cao ngưỡng tràn (P) lớn 0,9 xảy ra, đề nghị có thêm kết nghiên cứu diễn biến dòng chảy tràn khả tháo trường hợp Vì tác giả Luận văn xác định hướng nghiên cứu đề tài 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Nông nghiệp & PTNT (2002) – Chương trình bảo đảm an tồn hồ chứa [2] Bộ Thủy lợi (1977) – Quy phạm tính tốn thủy lực đập tràn QPTL C876 [3] Nguyễn Chiến (2003) – Tính tốn khí thực cơng trình Thủy lợi, NXB xây dựng, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xn Đặng, Ngơ Trí Viềng (2005) Cơng trình tháo lũ đầu mối Hệ thống thủy lợi – Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [5] P.G Kixêlep số tác giả – Sổ tay tính tốn thủy lực (bản dịch tiếng Việt) – NXB “MIR” Matxcơva [6] Phan Sỹ Kỳ (2000) – Sự cố số cơng trình thủy lợi Việt Nam biện pháp phòng tránh – NXB Nông nghiệp, Hà Nội [7] Phạm Ngọc Quý (2008) – Tràn cố đầu mối hồ chứa nước, XNB Nông nghiệp, Hà Nội [8] Phạm Ngọc Quý (5/2003) – Nghiên cứu tổng quan lũ vượt thiết kế hồ chứa nước & đề xuất giải pháp tràn cố thích hợp cho an tồn cơng trình đầu mối - Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ [9] Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam – Các quy định chủ yếu thiết kế TCXDVN 285 – 2002 [10] Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái – Trường Đại học Thủy lợi (2004) - Giáo trình Thủy công tập I – Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [11] Viện Khoa học Thủy lợi miền nam (2/2003) – Báo cáo kết thí nghiệm mơ hình thủy lực tràn xả lũ hồ chứa nước Sơng Móng [12] Bộ Nơng nghiệp & PTNT (2006) Cơng trình thủy lợi – Cơng trình tháo nước- Hướng dẫn tính tốn khí thực 14TCN 198-2006 [13] Bộ Thủy lợi (1992) Quy trình tính tốn thủy lực cơng trình xả kiểu hở xói lịng dẫn đá dịng phun 14TCN 81-90.NXB Nông nghiệp, Hà Nội 80 [14] Lux, F., (1993) “Design methodologies for labyrinth weirs” Proceedings Water Power 93, Nashville, Tenn [15] Henry T.Falvey (2003) “Hydraulic design of Labyrinth weirs” [16] Tullis, J.P., Nostratollah, A., and Waldron, D., (1995) “Design of labyrinth spillways” American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 121(3), 247-255 [17] Hay, N., and Taylor, G., (1970) “Performance and Design of labyrinth weirs” American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 96(11), 2337-2357 ... Tên đề tài luận văn: ? ?Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả phịng lũ cho hồ chứa? ?? Tơi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, thí nghiệm không... vụ nghiên cứu - Làm rõ phạm vi điều kiện áp dụng hình thức tràn zíc zắc cho hồ chứa nước - Xem xét khả chảy ngập qua ngưỡng tràn zíc zắc giải pháp bố trí ngưỡng để hạn chế khả chảy ngập, tăng khả. .. nhất, vấn đề chảy ngập qua ngưỡng tràn, xử lý chân không sau ngưỡng tràn Vì đề tài ? ?Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả phịng lũ cho hồ chứa? ?? có tính cấp thiết, có ý nghĩa