Nghiên cứu năng lực tháo và điều tiết lũ qua đập tràn zích zắc

Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI TÁC GIẢ Với giúp đỡ phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Khoa Cơng trình trường Đại học thuỷ lợi, Tổng Cơng ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP, thầy giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, đến Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu lực tháo điều tiết lũ qua đập tràn zích zắc ” hồn thành Tác giả xin cảm ơn chân thành đến KS Đinh Sỹ Quát, người trực tiếp nghiên cứu tính tốn áp dụng hình thức tràn Piano cơng trình Văn Phong, quan đơn vị cá nhân truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu công bố giúp đỡ, tạo điều kiện lãnh đạo Tổng Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam – CTCP, Công ty tư vấn 11 cho tác giả trình học tập, nghiên cứu vừa qua Đặc biệt tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Quốc, người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trình thực luận văn Tác giả có kết hơm nhờ bảo ân cần thầy giáo, động viên cổ vũ quan, gia đình, bạn bè đồng nghiệp năm qua Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy giáo, Quý vị quan tâm bạn bè đồng nghiệp Luận văn hồn thành phịng đào tạo đại học sau đại học, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, Tháng 09 năm 2011 Tác giả Hồng Mạnh Dũng Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC Nội dung Trang MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN TRÊN THẾ GIỚI 11 1.1 Tổng quan loại đập tràn thực dụng 11 1.2 Tổng quan đập tràn zích zắc 17 1.2.1 Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu truyền thống 18 1.2.2 Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu phím Piano 23 1.3 Kết luận chương 26 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NĂNG LỰC THÁO CỦA TRÀN ZÍCH ZẮC 27 2.1 Năng lực tháo ngưỡng tràn thực dụng 27 2.1.1 Ngưỡng tràn thực dụng tổng quát 27 2.1.2 Ngưỡng tràn Creager – Ofixerov 29 2.2 Ngưỡng tràn zích zắc 32 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo kích thước tràn zích zắc 32 2.2.2 Các kết nghiên cứu lực tháo ngưỡng tràn zích zắc 34 2.2.3 Điều kiện ứng dụng 38 2.3 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu phím piano (piano keys weir) 38 2.3.1 Mặt cắt điển hình khả tháo tràn phím đàn 38 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tháo tràn phím đàn Piano 44 2.3.4 Điều kiện ứng dụng 50 2.4 Kết luận chương 51 Chương LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN ZÍCH ZẮC 53 3.1 Cơ sỏ lý thuyết chương trình 53 3.1.1 Nguyên lý điều tiết lũ hồ chứa sở phân tích dạng đường xả lũ 53 3.1.1.1 Nguyên lý 53 3.1.1.2 Cơ sở phân tích dạng đường xả lũ 54 3.1.2 Các dạng đường xả lũ tràn tràn phụ tham gia tháo lũ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy 55 Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.1.2.1 Cơng trình xả lũ tràn tự 3.1.2.2 Cơng trình xả lũ tràn có cửa van điều tiết khống chế lưu 55 lượng 3.2 59 Các phương pháp điều tiết lũ hồ chứa lựa chọn phương pháp xác định quy mô tràn xả lũ 63 3.2.1 Phương pháp thử dần 63 3.2.2 Phương pháp Pôtapốp 63 3.2.3 Phương pháp Runge-Kutta bậc 65 3.2.4 Phương pháp Kôtrêin 65 3.3 Lựa chọn phương pháp tính điều tiết lũ lập chương trình HMD v1.0 xác định quy mơ cơng trình tháo lũ 67 3.3.1 Lựa chọn phương pháp tính toán điều tiết lũ 67 3.3.2 Thuật toán sơ đồ khối chương trình 67 3.4 Kết luận chương 76 Chương ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH HMD 1.0 TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT LŨ CHO MỘT SỐ HỒ CHỨA CĨ THỂ ÁP DỤNG NGƯỠNG TRÀN ZÍCH ZẮC 4.1 Giới thiệu vài cơng trình áp dụng 77 77 4.1.1 Cơng trình thủy lợi hồ chứa nước Ẳng Cang 78 4.1.2 Cơng trình thủy lợi hồ chứa nước Tân Giang 81 4.1.3 Cơng trình thủy điện Nậm Bú 83 4.2 Tính tốn xác định quy mơ tràn zích zắc cho cơng trinh 87 4.2.1 Tính tốn số phương án cơng trình xả lũ cho hồ chứa nước Ẳng Cang 4.2.2 87 Tính tốn cơng trình xả lũ tràn zích zắc cho hồ chứa nước Tân Giang 91 4.2.3 Tính tốn cơng trình xả lũ tràn zích zắc cho hồ chứa Nậm Bú 95 4.3 Kết luận chương 99 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 5.1 Kết luận 100 5.2 Kiến nghị 102 Tài liệu tham khảo Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng đập tràn 11 Hình 1-2: Mặt cắt tràn thực dụng 12 Hình 1-3: Mặt cắt tràn đỉnh rộng 13 Hình 1-4: Các hình dạng cửa tràn 13 Hình 1-5: Các dạng tuyến đập 13 Hình 1-6: Một số dạng đập gỗ 14 Hình 1-7: Một số dạng đập đá tràn nước 14 Hình 1-8: Đập dâng phân theo vật liệu làm đập 15 Hình 1-9: Đập cao su 15 Hình 1-10: Một số loại đập trọng lực cải tiến 16 Hình 1-11: Sơ đồ đập vịm 16 Hình 1-12: Các dạng đập trụ chống chắn nước 16 Hình 1-12: Các dạng mặt cắt đập trụ chống cho tràn nước 16 Hình 1-14: Một số loại van mặt thường sử dụng 17 Hình 1-15: Tràn mỏ vịt với nhiều tràn sơng 17 Hình 1-16: Tràn mỏ vịt kết hợp cống điều tiết phân chia nước kênh 17 Hình 1-17: Tràn zíc zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) 18 Hình 1-18: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng cưa 19 Hình 1-19: Mặt dạng ngưỡng tràn đặc biệt 19 Hình 1-20: Mơ hình tràn Sơng Móng (nhìn từ thượng lưu) 22 Hình 1-21: Mơ hình 1/2 tràn Phước Hịa (nhìn từ thượng lưu) 22 Hình 1-22: Đập tràn phím Piano Maguga Xoa zi lân 23 Hình 1-23: Đập tràn phím Piano Liege Bỉ 24 Hình 1-24: Đập tràn phím Piano Goulou Pháp 24 Hình 1-25: Mơ hình đập tràn phím Piano Văn Phong Việt Nam 24 Hình 1-26: Hai mơ hình nghiên cứu đập tràn phím Piano giáo sư F Lempérière 25 Hình 1-27: Thi cơng tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt console hạ lưu Hình 2-1: Một số dạng mặt cắt đập tràn Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy 26 30 Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 2-2: Cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng cưa 33 Hình 2-3: Các dạng đỉnh tràn 34 Hình 2-4: Đường cong hệ số lưu lượng với hình dạng đỉnh ngưỡng 3/4 đường trịn, mặt ngưỡng tam giác 35 Hình 2-5: Ảnh hưởng chảy ngập đến lưu lượng 37 Hình 2-6: Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-A (L=W+8H; N=L/W=6) 39 Hình 2-7: Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6) 41 Hình 2-8: Đồ thị so sánh khả xả đập tràn kiểu Creager kiểu PKA với H=4m Hình 2-9: 42 Thay ngưỡng tràn kiểu Creager ngưỡng tràn kiểu PKA với H=4m- 43 Hình 2-10: Thí nghiệm dịng chảy qua tràn phím đàn 44 Hình 2-11: Các đặc trưng hình học đơn vị tràn phím đàn 45 Hình 2-12: Mặt phân đoạn tràn phím đàn 45 Hình 2-13: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ W/H 46 Hình 2-14: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ L/W 47 Hình 2-15: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ b/a 47 Hình 2-16: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ d/c 48 Hình 2-17: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào hình dạng cửa vào cơng xơn 48 Hình 2-18: Vận hành PKW với tắc nghẽn vật 49 Hình 2-19: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào có mặt vật 49 Hình 2-20: Các dạng mặt cắt thay 50 Hình 2-21: Mơ hình thí nghiệm mặt cắt tràn loại PKB, có dạng bậc thang áp dụng Thủy điện Dăk my2 - Quảng Nam 50 Hình 3-1: Sơ đồ thiết lập phương trình điều tiết lũ 54 Hình 3-2: Tổ hợp hình thức kết cấu tràn tràn phụ 55 Hình 3-3: Đường trình xả lũ tràn tràn phụ khơng có cửa Hình 3-4: 56 Đường trình xả tràn tự tràn phụ kiểu gập nhanh đập tự vỡ ( Trường hợp 1) Hình 3-5: 57 Đường q trình xả tràn tự tràn phụ kiểu gập (Trường hợp 2) Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy 57 Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Hình 3-6: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đường q trình xả tràn tràn tự tràn phụ kiểu lệch trục ngang (Trường hợp 1) Hình 3-7: 58 Đường trình xả tràn tự tràn phụ kiểu lệch trục ngang (Trường hợp 2) 59 Hình 3-8: Đường q trình xả lũ tràn có cửa tràn phụ tự 59 Hình 3-9: Đường q trình xả tràn cócửa van tràn phụ kiểu gập nhanh đập tự vỡ ( Trường hợp 1) 60 Hình 3-10: Đường trình xả tràn cócửa van tràn phụ kiểu gập nhanh đập tự vỡ ( Trường hợp 2) 61 Hình 3-11: Đường q trình xả tràn có cửa van tràn phụ kiểu lệch trục ngang (Trường hợp 1) 61 Hình 3-12: Đường trình xả tràn có cửa van tràn phụ kiểu lệch trục ngang (Trường hợp 2) 62 Hình 3-13: Biểu đồ phụ trợ biểu diễn quan hệ f1, f2 theo q 64 Hình 3-14: Đường trình lũ tam giác theo PP Kơtrêin 66 Hình 3-15: Sơ đồ khối chương trình 69 Hình 4-1: Đường đặc tính quan hệ Z~V hồ chứa Tân Giang 83 Hình 4-2: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=1% 87 Hình 4-3: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=0-2% 88 Hình 4-4: Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% Hình 4-5: 89 Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=0,2% 89 Hình 4-6: Ngưỡng zích zắc cong 90 Hình 4-7: Ngưỡng zích zắc thẳng 90 Hình 4-8: Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% Hình 4-9: 91 Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% 91 Hình 4-10: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mơ hình lũ kiểm tra tần suất Hình 4-11: P=0-2% 92 Kích thước gầu tràn zích zắc áp dụng cho tràn Tân Giang 93 Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-12: Mơ hình tràn Tân Giang sau nâng cấp tạo phần tràn tự thành tràn zích zắc kiểu phím đàn piano loại A 94 Hình 4-13: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mơ hình lũ kiểm tra tần suất P=1% 94 Hình 4-14: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mơ hình lũ kiểm tra tần suất P=0,2% 95 Hình 4-15: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu qua mơ hình lũ thiết kế tần suất P=1% 96 Hình 4-16: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu qua mơ hình lũ thiết kế tần suất P=0,2% 96 Hình 4-17: Hình dạng đơn ngun tràn zích zắc kiểu piano loại B 97 Hình 4-18: Bố trí mơ ngưỡng zích zắc kiểu piano loại B cho tràn Nậm Bú 97 Hình 4-19: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu với mơ hình lũ thiết kế tần suất P=1% 98 Hình 4-20: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu với mơ hình lũ thiết kế tần suất P=0-2% Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy 98 Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1-1 Thông số số đập tràn labyrinth xây dựng 20 giới Bảng 2-1 Một số sơ đồ cơng thức tính tốn lưu lượng qua tràn 28 Bảng 2-2 Hệ số đường cong mẫu 35 Bảng 2-3 So sánh đập tràn zích zắc kiểu A với đập tràn Crigiơ, đập thành mỏng với bề rộng tràn nước Bảng 2-4 36 So sánh đập tràn zích zắc kiểu B với đập tràn Crigiơ, đập thành mỏng với bề rộng tràn nước 43 Bảng 4-1 Mơ hình lũ hồ chứa nước Ẳng Cang 80 Bảng 4-2 Quan hệ Z ~ F ~ W hồ chứa nước Ẳng Cang 81 Bảng 4-3 Quan hệ Q = f(Z) hạ lưu hồ chứa nước Ẳng Cang 81 Bảng 4-4 Đường trình lũ hồ chứa nước Tân Giang 82 Bảng 4-5 Bảng quan hệ Z-F-V hồ Tân Giang 85 Bảng 4-6 Đường trình lũ hồ chứa nước Nậm Bú 86 Bảng 4-7 Bảng quan hệ Z-F-V hồ chứa Nậm Bú Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU I- Tính cấp thiết đề tài Cơng trình tháo lũ phần khơng thể thiếu cụm cơng trình đầu mối, nhằm xả nước lũ thừa hồ chứa, đảm bảo an tồn cho đập chắn Với vai trị vậy, cơng trình tháo lũ phải ý đặc biệt thiết kế, thi công, quản lý vận hành Ở nước ta, đập tràn tháo lũ mặt (chảy tự có cửa van điều tiết), thường thiết kế theo dạng ngưỡng đỉnh rộng, ngưỡng thực dụng kiểu CrigiơOfixerop Đối với kiểu ngưỡng này, cao trình đặt ngưỡng kích thước cửa tháo nước xác định, muốn tăng lực tháo lũ cần phải tăng chiều cao cột nước ngưỡng tràn Điều có nghĩa tăng cột nước siêu cao, tức tăng dung tích trữ lũ, dẫn đến phải nâng cao cao trình đỉnh đập, làm tăng diện tích ngập lụt lịng hồ, cơng tác đền bù tái định cư gặp nhiều khó khăn Chúng ta biết, theo quan hệ cao trình mực nước hồ thể tích hồ chứa (V = f(Z)), phần cao bụng hồ, mét chiều cao cột nước thể tích nước hồ lớn nhiều so với phần bụng hồ thấp Như vậy, tìm kiểu đập tràn có lực tháo nước lũ lớn nhiều so với kiểu truyền thống, ứng với việc giữ nguyên cao trình đỉnh đập không tràn (khi sử dụng đập tràn kiểu truyền thống), nâng cao trình mực nước dâng bình thường lên, nâng cao dung tích hữu ích Đây vấn đề có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, làm thay đổi quan điểm cũ, cho phép lựa chọn phương án có tiêu kinh tế kỹ thuật tốt thiết kế Đối với hồ chứa xây dựng, áp dụng kiểu đập tràn có lực tháo nước lũ lớn nhiều so với kiểu truyền thống, cho phép cải tạo cơng trình tháo lũ để nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa Đập tràn kiểu có ngưỡng zích zắc áp dụng nhiều nước với tỷ lệ 1/1000 đập lớn làm giảm dung tích siêu cao (Vsc) 100-109 m3 toàn giới, đem lại hiệu tăng lực tháo nước lũ thừa hồ chứa, nâng cao an tồn cho đập chắn, nâng cao dung tích hữu ích, giảm diện tích ngập lụt đền bù Pháp, Angêri, Trung Quốc nước khởi đầu, tiếp tục nghiên cứu để áp dụng loại đập tràn Ở Việt Nam, tràn zích zắc nghiên cứu ứng dụng Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 10 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vào số cơng trình tràn sơng Móng, đập dâng Văn Phong, tràn Nậm Bú, tràn Tiên Thành v.v… Tiếp cận với thành tựu nghiên cứu đập tràn zichzắc giới (labyrinth weir, key piano weir - gọi theo tiếng Anh) nước, việc nghiên cứu ứng dụng thành tựu thiết kế cơng trình tháo nước đã, xây dựng vấn đề cần thiết Sự phát triển công nghệ tin học, đặc biệt đời nhiều ngơn ngữ lập trình bậc cao với nhiều phần mềm tính tốn mạnh giúp cho kỹ sư có thêm nhiều cơng cụ, nhiều phương pháp giải tốn thiết kế với độ xác cao Do vậy, việc nghiên cứu thiết lập chương trình tính tốn khả tháo điều tiết lũ qua tràn zích zắc xuất phát từ tốn điều tiết xác định quy mơ cơng trình xả với hình thức tràn điều cần thiết Nội dung luận văn thạc sỹ nghiên cứu lập chương trình tính tốn khả tháo điều tiết lũ qua tràn zích zắc với mục đích cung cấp thêm công cụ cho kỹ sư thiết kế cơng trình thuỷ lợi mong muốn hình thức tràn zích zắc ngày ứng dụng rộng rãi thực tế II- Mục đích nghiên cứu Thơng qua việc sử dụng ngơn ngữ lập trìnht lập chương trình tính tốn thiết kế tràn zích zắc cho số hình thức tràn zích zắc thơng dụng nay- Trên sở số liệu đầu vào, chương trình cung cấp cho người thiết kế kết tính tốn xác định quy mơ tràn trường hợp làm việc có khơng có kết hợp với cơng trình tháo khác III- Cách tiếp cận, phương pháp đối tượng nghiên cứu 1- Cách tiếp cận Nghiên cứu thông qua tài liệu tràn zích zắc nước nước ngồi Tìm hiểu qua số cơng trình tràn zích zắc áp dụng 2- Phương pháp nghiên cứu Dùng lý thuyết tính tốn lực tháo với cơng trình tháo nước tràn zích zắc giới, kết hợp với phương pháp tính tốn điều tiết xác định quy mơ tràn để giải vấn đề nghiên cứu đưa 3- Đối tượng nghiên cứu Ứng dụng vào số công trình tràn nước xây dựng xây dựng tương lai Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 88 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-3: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=0.2% - Phương án 2: tính tốn điều tiết lũ với phương án thiết kế cơng trình xả lũ tràn zichzắc kiểu ngưỡng cưa có bề rộng tháo nước bề rộng tràn thực dụng phương án Các thơng số tràn zích zắc đưa vào tốn điều tiết lũ: Ngưỡng tháo nước đập tràn cao trình +656.30 Bề rộng tràn tháo nước Ws= 40 m Số tràn n= Bề rộng tràn W = 10 m Chiều dài tràn theo phương dòng chảy từ thượng lưu đến hạ lưu D= 8m Bề rộng đỉnh tràn a= m Chiều cao tràn P= 3m 3/ Cơng thức tính tốn lưu lượng xả qua tràn: Q L = C d L 2.g H Mơ hình lũ đưa vào tính tốn: + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 1% (Qmax = 372 m3/s) + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 0,2% (Qmax = 516 m3/s) Với thơng số kỹ thuật cơng trình xả chọn , kết tính tốn thu từ chương trình sau: Với lũ thiết kế P=1%: MNLTK = 658,44 tương ứng với Vhồ = 5,27.106 m3 Với lũ kiểm tra P=0,2%: MNLKT = 659,14 tương ứng với Vhồ = 5,43.106 m3 Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 89 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-4: Điều tiết lũ qua tràn zichzắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% Hình 4-5: Điều tiết lũ qua tràn zichzắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=0,2% Hình thức ngưỡng tràn zích zắc kiểu cưa áp dung cho tràn Ảng Cang bố trí ngưỡng thẳng ngưỡng cong để tăng khả tháo lũ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi Hình 4-6: Ngưỡng zích zắc cong Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 90 Hình 4-7: Ngưỡng zích zắc thẳng - Phương án 3: tính tốn điều tiết lũ với phương án thiết kế cơng trình xả lũ tràn zichzắc kiểu ngưỡng cưa có bề rộng tháo nước nhỏ bề rộng tràn thực dụng phương án 10m Các thơng số tràn zích zắc đưa vào tốn điều tiết lũ: Ngưỡng tháo nước đập tràn cao trình +656.30 Bề rộng tràn tháo nước Ws= 30 m Số tràn n= Bề rộng tràn W = 10 m Chiều dài tràn theo phương dòng chảy từ thượng lưu đến hạ lưu D= 8m Bề rộng đỉnh tràn a= m Chiều cao tràn P= 3m Cơng thức tính tốn lưu lượng xả qua tràn: Q L = C d L 2.g H / Mơ hình lũ đưa vào tính tốn: + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 1% (Qmax = 372 m3/s) + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 0,2% (Qmax = 516 m3/s) Với thơng số kỹ thuật cơng trình xả chọn , kết tính tốn thu từ chương trình sau: Với lũ thiết kế P=1%: MNLTK = 658,44 tương ứng với Vhồ = 5,27.106 m3 Với lũ kiểm tra P=0,2%: MNLKT = 659,14 tương ứng với Vhồ = 5,43.106 m3 Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 91 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-8: Điều tiết lũ qua tràn zichzắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% Hình 4-9: Điều tiết lũ qua tràn zichzắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% 4.2.2 Tính tốn cơng trình xả lũ tràn zích zắc cho hồ chứa nước Tân Giang: - Phương án 1: tính tốn điều tiết lũ với cơng trình tháo lũ trạng Thơng số tràn xả lũ đưa vào toán điều tiết lũ: Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 92 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tràn có cửa van cung, cửa rộng 10 m, cao trình ngưỡng 112,2 m + tràn tự rộng 10m, cao trình ngưỡng = MNDBT = 118,2 m Hệ số lưu lượng m o = 0,48 Hệ số co hẹp bên = 0.98 Bở qua cột nước lưu tốc đến gần Cơng thức tính tốn lưu lượng xả qua tràn: Q = mω g H / Mơ hình lũ đưa vào tính tốn: + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 0,2% (Q max = 1599.44 m3/s) Hình 4-10: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mơ hình lũ kiểm tra tần suất P=0.2% Kết tính MNLKT = 120,37 m gần với cao cao trình đỉnh đập = 120,5 m Như vậy, tràn xả lũ trạng không đủ khả để xả lũ kiểm tra theo TCXDVN2852002 - Phương án 2: tính tốn điều tiết lũ, áp dụng tràn zích zắc + đập tràn có cửa van cung (cải tạo phần tràn tự trạng thành tràn zích zắc kiểu phím đàn pianơ loại A nhằm tăng lực tháo lũ cơng trình) Thơng số tràn xả lũ đưa vào toán điều tiết lũ: - Tràn có cửa van cung cửa rộng 10m, cao 6m, cao trình ngưỡng 112,5 m Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 93 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Tràn zích zắc (cải tạo phần tràn Ophixêrốp cũ để tăng khả tháo đáp ứng theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002) rộng 38,4 m (16 gầu), cao trình ngưỡng=118,5 m Hình thức tràn zích zắc áp dụng ví dụ tràn zích zắc phím đàn piano loại A có hình thức hình 4-11: Kích thước đơn nguyên tràn sau: - Chiều dài kết cấu m, bề rộng b=2 × 1,2 =2,4 - Hệ số N tổng chiều dài tường ngăn ( × 6+2,4) bề rộng tràn 2,4 - N=6 ; H=4 m ; L =12 m ; b= 2,4 m - Mặt cắt ngang tường ngăn có dạng hình thang với chiều dày phía 0,2 m đáy 0,4m Hình 4-11: Kích thước gầu tràn zích zắc áp dụng cho tràn Tân Giang Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 94 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-12: Mơ hình tràn Tân Giang sau nâng cấp tạo phần tràn tự thành tràn zích zắc kiểu phím đàn piano loại A Mơ hình lũ đưa vào tính tốn: + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 1% (Qmax = 1136.70 m3/s) + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 0,2% (Qmax = 1599.44 m3/s) Hình 4-13: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mơ hình lũ kiểm tra tần suất P=1% Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 95 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-14: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mơ hình lũ kiểm tra tần suất P=0.2% Kết tính tốn thu từ chương trình cho thấy , sau cải tạo phần tràn tự tràn Tân Giang, : + Với lũ thiết kế P=1%: MNLTK = 118,82 tương ứng với Vhồ = 14,11.106 m3 + Với lũ kiểm tra P=0,2%: MNLKT = 120.10 tương ứng với Vhồ = 15,41.106 m3 Các kết thoả mãn theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002 cho thấy việc cải tạo phẩn tràn tự (B=10) thành tràn zích zắc kiểu phím đàn piano loại A có bề rộng tương đương hoàn toàn hợp lý kinh tế 4.2.3 Tính tốn cơng trình xả lũ tràn zích zắc cho hồ chứa Nậm Bú: - Phương án 1: tính tốn điều tiết lũ với cơng trình tháo tràn Ôphixêrốp kết hợp xả lũ với cống ngầm Tràn rộng 85m Cao trình ngưỡng = MNDBT = 145 m Hệ số lưu lượng m o = 0,48 Hệ số co hẹp bên = 0.98 Cống xả sâu (kết hợp làm cống lấy nước đập): Số lượng cửa: 01 Kích thước cống xả sâu B x H = x m Chiều dài cống L = 35 m Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 96 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Độ dốc đáy cống i = 0.01 Cao trình ngưỡng cống: +126 m Mơ hình lũ đưa vào tính tốn: + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 1% (Qmax = 2052.10 m3/s) + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 0,2% (Qmax = 2555.80 m3/s) Hình 4-15: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu qua mơ hình lũ thiết kế tần suất P=1% Hình 4-16: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu qua mơ hình lũ thiết kế tần suất P=0,2% Kết tính tốn thu từ chương trình : Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 97 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật + Với lũ thiết kế P=1%: MNLTK = 149,81 tương ứng với Vhồ = 0,38.106 m3 + Với lũ kiểm tra P=0,2%: MNLKT = 150,64 tương ứng với Vhồ = 0,43.106 m3 - Phương án 2: tính tốn điều tiết lũ với cơng trình tháo tràn zích zắc kiểu piano loại B có kết hợp xả lũ với cống ngầm Thông số tràn xả lũ đưa vào tốn điều tiết lũ: Đập tràn: Pianơ key weir loại B BTCT M300 Chiều dài máng tháo nhô thương lưu 12m Bề rộng tháo nước máng xả 2,5m Chiều rộng máng tràn 4m Cao trình ngưỡng tràn: +145 m Chiều dài ngưỡng tràn: 63,75 m Hình 4-18: Bố trí mơ ngưỡng zích zắc Hình 4-17: Hình dạng đơn nguyên kiểu piano loại B cho tràn Nậm Bú tràn zích zắc kiểu piano loại B Cống xả sâu (kết hợp làm cống lấy nước đập): Số lượng cửa: 01 Kích thước cống xả sâu B x H = x m Chiều dài cống L = 35 m Độ dốc đáy cống i = 0.01 Cao trình ngưỡng cống: +126 m Mơ hình lũ đưa vào tính tốn: Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 98 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 1% (Qmax = 2052.10 m3/s) + Mơ hình lũ thiết kế ứng với tần suất 0,2% (Qmax = 2555.80 m3/s) Hình 4-19: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu với mơ hình lũ thiết kế tần suất P=1% Hình 4-20: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu với mơ hình lũ thiết kế tần suất P=0.2% Việc ứng dụng tràn zích zắc vào cơng trình Nậm Bú hiệu nhiều so với sử dụng tràn tháo lũ ngưỡng Ophixêrốp truyền thống lịng hồ Nậm Bú hẹp, khơng có khả đìêu tiết lưu lượng lũ đổ lòng hồ lớn đòi hỏi phải có cơng trình tháo lũ đủ lực để xả lưu lượng Việc ứng dụng tràn zích zắc Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 99 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vào cơng trình Nậm Bú khơng kinh tế mà cịn đơn giản vận hành cơng trình sau Kết tính tốn thu từ chương trình : + Với lũ thiết kế P=1%: MNLTK = 146,70 tương ứng với Vhồ = 0,20.106 m3 + Với lũ kiểm tra P=0,2%: MNLKT = 147,10 tương ứng với Vhồ = 0,21.106 m3 Kết luận: qua trường hợp ứng dụng tràn zích zắc trên, từ kiểu zích zắc ngưỡng cưa ( gọi ngưỡng kiểu mỏ vịt) đến ngưỡng kiểu phím đàn pianơ, ưu việt tràn zích zắc thể rõ so với tràn thực dụng truyền thống Hình thức đập tràn zích zắc phù hợp với cơng trình tháo lũ quy mô từ nhỏ đến vừa, quy hoạch xây dựng hay nâng cấp cải tạo cơng trình có để tăng lực tháo hay nâng cao mực nước dâng bình thường, nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa 4.3 KÊT LUẬN CHƯƠNG 4: Qua ví dụ tính tốn thục tế thiết kế cơng trình trên, tràn zích zắc thể tính ưu việt hẳn tràn tự ngưỡng thực dụng thông thường Tràn zích zắc thơng thường (hay cịn gọi tràn mỏ vịt hay nhiều mỏ vịt) thường hay áp dụng cho đập thấp có cột nước khơng lớn, áp dụng phù hợp cơng trình tháo lũ quy mơ nhỏ Đập zích zắc kiểu phím đàn pianơ loại A hay loại B phù hợp với cơng trình tháo lũ quy mơ vừa nhỏ, chí cơng trình tháo lũ lớn đìều kiện địa hình địa chất cho phép Những ví dụ cho thấy độ tin cậy chương trình tính kết sát với kết mà đơn vị tư vấn thiết kế tính tốn nên đầu tư kỹ lưỡng nữa, chương trình tính HMD 1.0 trở thành cơng cụ nhỏ hữu ích cho người làm công tác tư vấn hay thiết kế công trình thuỷ lợi việc xác định quy mơ cơng trình tháo lũ đầu mối thủy lợi, thuỷ điện Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 100 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN: Đề tài vấn đề nước ta, có tính thời nóng hổi, điều kiện nhiều hồ chứa Việt Nam xảy lũ vượt mức thiết kế; trước hồ chứa thiết kế xây dựng theo tiêu chuẩn phòng lũ QPTL 20-64, TCXDVN 5060-90, theo yêu cầu cao TCXDVN285-2002; tình hình khí hậu biến đổi theo chiều hướng bất lợi ngày gia tăng làm cho cơng tác phịng chống lũ đảm bảo an toàn hồ chứa trở thành vấn đề quốc gia Việc tìm kiếm áp dụng giải pháp cơng trình để đạt mục tiêu phịng chống lũ đảm bảo an tồn hồ chứa nêu vấn đề có ý nghĩa to lớn Đập tràn có ngưỡng zích zắc kiểu cưa, kiểu phím đàn piano A kiểu phím đàn piano B giải pháp cơng trình đơn giản, đem lại hiệu cao, tăng lực tháo nước lũ thừa hồ chứa, nâng cao an tồn cho đập dâng, nâng cao dung tích hữu ích, giảm nhiều diện tích ngập lụt đền bù, mà chi phí đầu tư xây dựng khơng khơng tăng mà thấp so với kiểu cơng trình tháo lũ truyền thống khác Kết tính tốn bước đầu áp dụng kiểu đập tràn zích zắc để tháo lũ cho hồ chứa Ảng Cang, hồ chứa Tân Giang hồ chứa Nậm Bú cho thấy: + Với cơng trình thiết kế tràn xả lũ Ảng Cang, phương án tràn zích zắc cho kết tính tốn khả tháo tốt so với phương án tràn thực dụng Ôphixêrốp truyền thống.với bề rộng ngưỡng tràn (B= 40m), giảm bề rộng tràn áp dụng đập tràn zích zắc xuống cịn 30m hay nâng cao dung tích hữu ích hồ chứa (nâng cao MNDBT lên ) mà đảm bảo tiêu chuẩn phòng lũ giảm kinh phí đàu tư xây dựng cơng trình + Với đập tràn Tân Giang thiết kế theo tiêu chuẩn 5060-90 trạng, xảy lũ kiểm tra theo yêu cầu TCXDVN 285-2002 ứng với P = 0,2%, Q KTmax = 1599.44 m3/s mực nước lũ kiểm tra MNLKT = 120,37 m gần cao trình đỉnh đập = 120,5 m Như vậy, đập tràn tháo lũ xây dựng trạng không đủ khả để xả lũ kiểm tra theo TCXDVN285-2002 Hay nói cách khác, đập khơng tràn Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 101 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tân Giang xây dựng trạng không thoả mãn tiêu chuẩn phòng lũ TCXDVN 285-2002 + Với đập Tân Giang sau cải tạo, nâng cấp phần tràn thực dụng B=10m cách áp dụng đập tràn zích zắc rộng 10 m ( gầu), cao trình ngưỡng = 118,5 m + đập tràn có cửa van cung cửa rộng 10m, cao 6m, cao trình ngưỡng 112,5 m, xảy lũ kiểm tra theo yêu cầu TCXDVN 285-2002 ứng với P = 0,2%, Q KT = 1599,44 m3/s mực nước lũ kiểm tra MNLKT = 120,10 m Điều cho thấy: đập không tràn Tân Giang xây dựng trạng cao trình 120,50 thoả mãn tiêu chuẩn phịng lũ TCXDVN 285-2002, mà mực nước dâng bình thường đảm bảo cũ + Với tràn xả lũ Nậm Bú, áp dụng tràn thực dụng Ôphixêrốp truyền thống với bề rộng tràn 80m, kết hợp tháo lũ với cống xả sâu (kích thươc BxH=3x4m) MNLKT 150.64, vượt qua cao trình đỉnh đập 150 khơng đảm bảo an tồn cho cơng trình Nhưng áp dụng tràn zích zắc kiểu phím đàn pianô kiểu B (với bề rộng theo phương vuông góc với dịng chảy 61m, cao trình ngưỡng tràn giống phương án tràn Ôphixêrốp) phối hợp xả lũ với cống xả sâu qua tốn điều tiết lũ xác đinh quy mô tràn, MNLKT lúc giảm xuống +147,10 Giá trị thỏa mãn yêu cầu phòng chống lũ cho hồ chứa mà đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật Các phương án cơng trình đập tràn nghiên cứu áp dụng cho hồ chứa nước Ảng Cang, Tân Giang, Nậm Bú thiết kế sơ thể phương pháp tạo ảnh chiều trực quan Đồng thời kết nghiên cứu sở bước đầu để tiếp tục nghiên cứu áp dụng cho cơng trình hồ chứa tương tự khác giai đoạn chuẩn bị đầu tư hay nâng cấp sửa chữa cơng trình nước ta Chương trình máy tính HMD-01 viết ngơn ngữ Borland Delphi 7.0 để tính tốn điều tiết lũ cho hồ chứa có loại cơng trình tháo lũ tham gia phối hợp làm việc (đập tràn có cửa van khơng có cửa van, cống ngầm, đập tràn có ngưỡng zích zắc).Giao diện chương trình thân thiện dễ sử dụng tiếp tục hoàn thiện, bổ sung thêm nhiều tính khác để đạt đủ độ tin cậy, xác ứng dụng rộng rãi thiết kế hồ chứa nước Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 Trường Đại học Thủy lợi 102 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5.2 KIẾN NGHỊ: Cơng trình đập tràn có ngưỡng zích zắc giải pháp cơng trình đơn giản, đem lại hiệu cao, đề nghị cấp, ngành, địa phương quan tâm để nghiên cứu triển khai áp dụng rộng rãi Còn nhiều vấn đề như: Kết cấu đập tràn zích zắc kiểu phím đàn piano B, phương án bố trí cho kiểu khác nữa, xác định chế độ chảy khả tháo nước kiểu ngưỡng đập tràn zích zắc mơ hình thí nghiệm vật lý, vật liệu bê tơng cốt thép mác cao để chế tạo thân ngưỡng tràn có kết cấu mỏng, vấn đề khí thực, vấn đề thi công, chế tạo đúc sẵn kết cấu ngưỡng tràn zích zắc thi cơng theo phương pháp lắp ghép cần tiếp tục nghiên cứu Qua luận văn này, mong tạo điều kiện để tiếp tục tham gia nghiên cứu phát triển thêm Thực tế thiết kế xây dựng cơng trình thủy lợi hiên ln cần có đề tài nghiên cứu sâu mặt lý luận để đưa tiêu chuẩn cụ thể cho việc thiết kế hình thức ngưỡng tràn zích zắc kiểu cưa hay kiểu phím đàn Piano Việt Nam Điều góp phần đa dạng hóa hình thức tràn áp dụng cho cơng trình tháo lũ đầu mối hồ chứa hay cơng trình đập dâng lớn Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Khóa 2009-2011 ... tính quan hệ Z~V hồ chứa Tân Giang 83 Hình 4-2: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=1% 87 Hình 4-3: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=0-2% 88 Hình 4-4: Điều tiết lũ qua. .. Ngưỡng zích zắc thẳng 90 Hình 4-8: Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết kế P=1% Hình 4-9: 91 Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng cưa) với lũ thiết... zích zắc kiểu piano loại B cho tràn Nậm Bú 97 Hình 4-19: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu với mơ hình lũ thiết kế tần suất P=1% 98 Hình 4-20: Điều tiết lũ qua tràn