Lưu lượng thỏo qua ngưỡng tràn mặt cắt thực dụng được tớnh theo cụng thức: Q = σnεmΣb 3 2 o 2gH Trong đú: B = Σb là độ rộng thực ngưỡng tràn, B = 3x5 = 15m; Ho là cột nước tỏc dụng phớa trờn đỉnh ngưỡng;
g là gia tốc trọng trường; g = 9,81m/s2 ;
m là hệ số lưu lượng, được xỏc định theo cụng thức (2-4):
a. Tớnh khả năng thỏo cho trường hợp lũ thiết kế P = 1%
Ho = 8,70m; mtc = 0,504; σH = 1,00 (vỡ tk H 1,00 H = ); αb = 45o; αH = 53o; B α 27,7 = 0,923 C 30 = σhd = 0,9806; m = mtcσHσhd = 0,504x1,00x0,9806 = 0,494; ε là hệ số co hẹp bờn, được xỏc định theo cụng thức (2-5): ε = 1 - 0,2x0,7 (3 1)x0, 45 3 + − x1,0 = 0,893;
σn là hệ số ngập, trong trường hợp chảy khụng ngập thỡ σn = 1; Thay cỏc thụng số vào cụng thức tớnh lưu lượng tràn:
Q = 1x0,893x0,494x15x 2x9,81x
3 2
8,7 = 753 m3/s.
Ho = 9,05m; m = 0,4955; ε = 0,893; σn = 1; Q = 1x0,893x0,4955x15x 2x9,81x 3 2 9,05 = 801 m3/s. 3.3.2. Trường hợp đập tràn mặt cắt elip
Lưu lượng thỏo qua ngưỡng tràn mặt cắt thực dụng được tớnh theo cụng thức: Q = σnεmΣb 3 2 o 2gH Trong đú: B = Σb là độ rộng thực ngưỡng tràn, B = 3x5 = 15m; Ho là cột nước tỏc dụng phớa trờn đỉnh ngưỡng;
g là gia tốc trọng trường; g = 9,81m/s2 ;
m là hệ số lưu lượng, được xỏc định theo Bảng 2-4.
a. Tớnh khả năng thỏo cho trường hợp lũ thiết kế P = 1%
Mục trờn đó chọn e 2 f = ; o φ H =1,2 r tra Bảng 2-4 được m = 0,500 ε là hệ số co hẹp bờn, được xỏc định theo cụng thức (2-5): ε = 1 - 0,2x0,7 (3 1)x0, 45 3 + − x1,0 = 0,893;
σnlà hệ số ngập, trong trường hợp chảy khụng ngập thỡ σn = 1; Thay cỏc thụng số vào cụng thức tớnh lưu lượng tràn:
Q = 1x0,893x0,500x15x 2x9,81x
3 2
8,7 = 767 m3/s.
b. Tớnh khả năng thỏo cho trường hợp lũ kiểm tra P = 0,2%
Mục trờn đó chọn e 2 f = ; Ho = 9,05m; r = 7,25φ => o φ H =1,248 r tra Bảng 2- 4 được m = 0,503; Q = 1x0,893x0,503x15x 2x9,81x 3 2 9,05 = 813 m3/s. 3.3.3. Trường hợp đập tràn mặt cắt WES
Lưu lượng thỏo qua ngưỡng tràn mặt cắt thực dụng được tớnh theo cụng thức: Q = CσεmΣb 3 2 o 2gH Trong đú: B = Σb là chiều rộng thực ngưỡng tràn, B = 3x5 = 15m; Ho là cột nước tỏc dụng phớa trờn đỉnh ngưỡng, Ho = 8,7m; g là gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2
; m là hệ số lưu lượng;
C là hệ số điều chỉnh xột đến ảnh hưởng độ dốc mặt đập thượng lưu, khi độ dốc mặt đập thượng lưu thẳng đứng thỡ C = 1;
ε là hệ số co hẹp bờn, được xỏc định theo cụng thức (2-13):
ε = 1 - 0,2x0,7 (3 1)x0, 45 3
+ −
x1,0= 0,893;
σ là hệ số ngập, trong trường hợp chảy khụng ngập thỡ σ = 1;
a. Tớnh khả năng thỏo cho trường hợp lũ thiết kế P = 1%
+ Xỏc định hệ số lưu lượng m
Căn cứ vào số liệu thiết kế và cấu tạo ngưỡng tràn:
P1 = ∇ngưỡng - ∇Sõn trước = 660 – 630 = 30m;
Hmax = ∇MNDGC(1%) - ∇ngưỡng = 668,7 – 660,0 = 8,70m; => P1 > 3H
Hệ số lưu lượng được xỏc định [1]. m = f(Hw/Hd; P/Hd).
Trong đú:
Hw là cột nước trước đập tràn; Hw = 668,7 - 660,0 = 8,7m; Hd là cột nước thiết kế định hỡnh; Hd = (75% ữ 95%)Hmax; Lấy Hd = 85%Hmax = 0,85x8,70 = 7,395m;
P là chiều cao ngưỡng thượng lưu, P = 30m; => w d H 8,70 1,1765 H = 7,395= ; d P 30 4,0568 H =7,395= ; => m = 0,5093;
+ Thay cỏc thụng số đó cú vào cụng thức tớnh lưu lượng tràn:
Q = 1x1x0,893x0,5093x15x 2x9,81x
3 2
8,7 = 776 m3/s. b. Tớnh khả năng thỏo cho trường hợp lũ kiểm tra P = 0,2%
+ Xỏc định hệ số lưu lượng m
Căn cứ vào số liệu thiết kế và cấu tạo ngưỡng tràn:
P1 = ∇ngưỡng - ∇Sõn trước = 660 – 630 = 30m;
Hmax = ∇MNDGC (0,2%) -∇ngưỡng = 669,05–660,0 = 9,05m; => P1 > 3H
Hệ số lưu lượng được xỏc định [1]. m = f(Hw/Hd; P/Hd)
Trong đú:
Hwlà cột nước trước đập tràn; Hw = 669,05 - 660,0 = 9,05m; Hd là cột nước thiết kế định hỡnh; Hd = (75% ữ 95%)Hmax; Lấy Hd = 80%Hmax = 0,8x9,05 = 7,24m;
P là chiều cao ngưỡng thượng lưu, P = 30m; => w d H 9,05 1, 25 H = 7, 24 = ; d P 30 4,144 H = 7, 24 = ; => m = 0,5115;
+ Thay cỏc thụng số đó cú vào cụng thức tớnh lưu lượng tràn:
Q = 1x1x0,893x0,5115x15x 2x9,81x 3 2 9,05 = 827 m3/s. 3.4. So sỏnh giữa ba phương ỏn 3.4.1. Về mặt cắt đập
Về mặt trực quan, để dễ so sỏnh trước tiờn ta dịch đường cong mặt đập dạng WES sang bờn phải một đoạn bằng hoành độ “x’’ mà tại giỏ trị hoành độ x đú thỡ tung độ y tương ứng của đường cong mặt đập tràn dang Ophixerov bằng 0 (cú nghĩa là lỳc đú đỉnh mặt đập WES và Ophixerov trựng nhau tại tọa độ (0;0). Từ Bảng 3-2 biến đổi thành bảng sau:
Bảng 3-4: Tọa độ đường cong mặt tràn của WES so sỏnh với Ophixerov
STT Xtk (m) Ytk (m) Ophixerov WES 1 - 1,096 2 0,870 0,313 3 1,740 0,061 4 2,610 - - 5 3,480 0,052 0,074 6 4,350 0,235 0,268 7 5,220 0,522 0,567 8 6,090 0,870 0,965 9 6,960 1,270 1,459 10 7,830 1,723 2,044 11 8,700 2,227 2,718 12 9,570 2,793 3,480 13 10,440 3,428 4,327 14 11,310 4,133 5,259 15 12,180 4,907 6,272 16 13,050 5,751 7,368 17 13,920 6,647 8,544 18 14,790 7,595 9,799 19 15,660 8,587 11,133 20 16,530 9,640 12,545 21 17,400 10,745 14,034 22 18,270 11,910 15,600 23 19,140 13,120 17,241 24 20,010 14,381 18,957 25 20,880 16,478 20,748
STT Xtk (m) Ytk (m) Ophixerov WES 26 21,750 17,052 22,612 27 22,620 18,461 24,550 28 23,490 19,914 26,562 29 24,360 21,419 28,645 30 25,230 22,968 30,801 31 26,100 24,569 33,028 32 26,970 26,213 35,327 33 27,840 27,901 37,696 34 28,710 29,624 40,136 35 29,580 31,398 42,646 36 30,450 33,217 45,226 37 31,320 35,070 47,876 38 32,190 36,966 50,594 39 33,060 38,898 53,381 40 33,930 40,794 56,237
Từ Bảng 3-4 hoặc trực quan trờn Hỡnh 3-5 nhận thấy: Mỗi giỏ trị hoành độ x sẽ tớnh được tung độ y tương ứng cho trường hợp mặt cắt dạng WES và mặt cắt dạng Ophixerov; giỏ trị tung độ của mặt cắt WES lớn hơn giỏ trị tung độ mặt cắt Ophixerov, điều đú cú nghĩa là đường cong mặt tràn thực dụng thiết kế mặt cắt theo dạng WES “gầy’’ hơn so với mặt cắt Ophixerov. Do đú diện tớch mặt cắt ngang tràn thiết kế theo WES nhỏ hơn diện tớch mặt cắt ngang tràn thiết kế theo Ophixerov. Từ Bảng 3-3 thấy khi hoành độ ‘’nhỏ’’ (điểm tọa độ 1 đến điểm tọa độ 5) thỡ tung độ y của Elip lớn hơn WES; tuy nhiờn khi hoành độ càng lớn thỡ tung độ y của WES lớn hơn nhiều so với Elip. Vậy nếu đập càng cao thỡ mặt cắt dạng WES sẽ nhỏ hơn mặt cắt dạng Elip.
Mặt cắt WES
Mặt cắt Ophicerop
Hỡnh 3-5: Đường cong mặt tràn hồ chứa nước Bản Mũng thiết kế theo mặt cắt WES và mặt cắt Ophixerov
3.4.2. Về khả năng thỏo
Từ cỏc kết quả tớnh toỏn khả năng thỏo qua đập tràn hồ chứa nước Bản Mũng với ba phương ỏn mặt cắt dạng: WES; Elip và Ophixerov tớnh cho hai trường hợp mực nước lũ thiết kế (P =1%) và mực nước lũ kiểm tra (P = 0,2%).
Bảng 3-5: Kết quả tớnh toỏn khả năng thỏo đập tràn Bản Mũng
TT Trường hợp H (m) Q(m3/s) Nhận xột WES (Q1) Elip (Q2) Ophixerov (Q3) 1 Lũ thiết kế P = 1% 8,70 776 767 753 Q1 > Q2>Q3 2 Lũ kiểm tra P = 0,2% 9,05 827 813 801 Q1 > Q2>Q3
Từ kết quả tớnh toỏn ở trờn, để thấy rừ khả năng thỏo của từng loại và cú thể so sỏnh được với một cỏch dễ dàng; đưa ra bảng tổng hợp quan hệ giữa hệ số lưu lượng m và cột nước H như sau:
TT Trường hợp H (m) m Nhận xột WES (m1) Elip (m2) Ophixerov (m3) 1 Lũ thiết kế P = 1% 8,70 0,45497 0,44667 0,44150 m1 > m2>m3 2 Lũ kiểm tra P = 0,2% 9,05 0,45694 0,44935 0,44266 m1 > m2>m3 m m1 m2 m3 0 8,7 9,05 H
Hỡnh 3-6: Hệ số lưu lượng và cột nước của đập tràn Bản Mũng Trờn hỡnh 3-6 thỡ m1, m2, m3 lần lượt là đường biểu diễn quan hệ giữa hệ số lưu lượng và cột nước tương ứng với từng loại đập tràn mặt cắt dạng WES, Elip và Ophixerov.
Căn cứ vào Bảng 3-6 và hỡnh 3-6 rỳt ra nhận xột: Để đỏp ứng được nhiều tiờu chớ trong thiết kế tràn xả lũ thỡ mặt cắt dạng WES vừa đỏp ứng được yờu cầu về mặt kỹ thuật lại vừa cú ưu điểm kinh tế hơn so với mặt cắt dạng Ophixerov và mặt cắt dạng Elip. Một dự ỏn ra đời nú phải đỏp ứng được nhiều tiờu chớ, trong đú cú hai tiờu chớ quan trọng nhất là kỹ thật và kinh tế, vậy chọn mặt cắt tràn dạng WES để thiết kế đập tràn xả lũ của hồ chứa nước Bản Mũng là hoàn toàn hợp lý.
Chọn mặt cắt dạng WES để thiết kế đập tràn hồ chứa nước Bản Mũng là phự hợp cả về kỹ thuật và kinh tế:
+ Về kỹ thuật thể hiện ở kết quả khả năng thỏo của đập tràn mặt cắt dạng WES lớn hơn sơ với mặt cắt dạng Elip và dạng Ophixerov. Đõy là cơ sở để giảm chiều cao đập nếu chọn phương ỏn mặt cắt dạng WES, vỡ khi cần thỏo lưu lượng nào đú thỡ rừ ràng cột nước H ứng với mặt cắt tràn dạng WES là thấp nhất do, đõy cũng là yếu tố để giảm chi phớ đầu tư xõy dựng.
+ Về kinh tế thể hiện ở mặt cắt ngang tràn: WES nhỏ hơn Ophixerov; nếu đập càng cao thỡ chờnh lệch giữa mặt cắt WES so với Ophixerov và Elip là đỏng kể.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Những kết quả đạt được
Việt Nam đang là một nước cũn nghốo, 70% dõn số ở nụng thụn; nghành nụng nghiệp đang chiếm tỷ trọng lớn trong nền kinh tế quốc dõn. Đối với lĩnh vực thủy lợi của chỳng ta mặc dầu đó cố gắng nỗ lực rất nhiều để xõy dựng những cụng trỡnh tầm cỡ khu vực và thế giới; tuy nhiờn chỉ dừng lại ở đú là chưa đủ. Thành tựu khoa học khụng ngừng phỏt triển đú là nhiệm vụ của mỗi người làm khoa học núi chung và ngành thủy lợi núi riờng để làm sao gúp phần đưa cỏc thành tựu khoa học đú ỏp dụng được vào thực tiễn của cuộc sống, gúp phần xõy dựng nờn những cụng trỡnh chứa đựng nhiều hàm lượng khoa học tiờn tiến để ngày càng nhiều cụng trỡnh thủy lợi được mọc lờn trờn
đất nước của chỳng ta. Đặc biệt trong giai đoạn hiện nay, biến đổi khớ hậu khú lường, phức tạp; quản lý chất lượng cụng trỡnh lỏng lẻo, thi cụng ào ạt khú kiểm soỏt được chất lượng cụng trỡnh thỡ vai trũ của khoa học cụng nghệ lại càng được chỳ trọng.
Trong phạm vi luận văn, mặc dầu rất cố gắng để nghiờn cứu tỡm tũi học hỏi, nhưng kết quả đạt được cũng chưa nhiều, xin được giới thiệu một số kết quả nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm để thụng qua việc mụ phỏng hỡnh dạng mặt cắt, khả năng thỏo của đập tràn mặt cắt dạng WES và Ophicerov nhằm phõn tớch ưu nhược điểm của WES so với Ophixerov và Elip. Kết quả nghiờn cứu cũng đó được ỏp dụng cho đập tràn của hồ chứa nước Bản Mũng. Từ cỏc kết quả đú cú thể đưa ra một số kết luận sau đõy:
1. Đường cong mặt tràn thực dụng thiết kế mặt cắt theo dạng WES phự hợp với mộp dưới của lưỡi nước chảy tự do cho nờn sức cản đối với dũng chảy qua tràn tương đối nhỏ.
2. Trờn cựng chiều rộng tràn, đập tràn mặt cắt dạng WES cú khả năng thỏo lớn hơn đập tràn Creager-Ophixerov và đập tràn mặt cắt đỉnh Elip. Đõy là điều kiện cần để lựa chọn loại mặt cắt đập dạng WES khi thiết kế.
3. Diện tớch mặt cắt ngang của WES nhỏ hơn thể hiện ở hai yếu tố: + Thứ nhất là chiều cao đập của mặt cắt WES tớnh từ ngưỡng tràn trở lờn thấp hơn so với mặt cắt tràn dạng Elip hay Creager-Ophixerov;
+ Thứ hai là măt cắt ngang của WES từ ngưỡng tràn trở xuống cũng nhỏ nhất;
Nghĩa là khối lượng xõy dựng đập tràn dạng WES nhỏ hơn Ophixerov hay Elip. Đõy là điều kiện đủ để xem xột tớnh khả thi mặt cắt đập dạng WES của dự ỏn.
4. Những kết luận trờn cho thấy việc ỏp dụng mặt cắt dạng WES vào thiết kế đập tràn hồ chứa nước Bản Mũng là hoàn toàn hợp lý về mặt khoa học và cú tớnh khả thi về mặt kinh tế.
2. Tồn tại
1. Kết quả nghiờn cứu trong luận văn mới chỉ là bước đầu, cỏc kết quả này dựa trờn nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm để thụng qua việc mụ phỏng hỡnh dạng mặt cắt, khả năng thỏo của đập tràn mặt cắt dạng WES; dạng Elip và Ophicerov nhằm phõn tớch ưu nhược điểm của WES so với Ophixerov; Elip. Do thời gian cũng như năng lực cú hạn nờn nhiều vấn đề về thủy lực của đập tràn mặt cắt WES chưa được giải quyết. Hướng phỏt triển tiếp theo cần đi sõu về nghiờn cứu ảnh hưởng của mạch động ỏp suất đến ổn định của đập tràn, vấn đề khớ thực và tiờu năng ở hạ lưu, vấn đề ổn định của đập khi mặt cắt được giảm đi so với Ophixerov ...
2. Khi so sỏnh một số kết quả nghiờn cứu lý thuyết với kết quả thớ nghiệm mụ hỡnh như khả năng thỏo, đường mặt nước trờn ngưỡng tràn cũn tồn tại sai số như đó trỡnh bày trờn. Những sai số này cú thể là do tớnh toỏn mới chỉ mụ phỏng được bài toỏn hai chiều, trong khi đú cỏc kết quả thu được từ thớ nghiệm mụ hỡnh là của bài toỏn khụng gian. Mặc dự cỏc sai số này là khụng nhiều nhưng để khắc phục, cần tham khảo thờm nhiều kết quả thớ nghiệm mụ hỡnh thủy lực của cỏc đập tràn mặt cắt WES để so sỏnh với kết quả tớnh toỏn. Từ đú xõy dựng được cỏc hệ số hiệu chỉnh nhằm hạn chế cỏc sai số nờu trờn.
3. Kiến nghị
1. Do đập tràn mặt cắt dạng WES cú nhiều ưu điểm hơn so với đập tràn mặt cắt dạng Creager – Ophixerov và Elip nờn cần được ứng dụng để thiết kế cỏc đập tràn xả lũ thuộc hệ thống đầu mối cụng trỡnh thủy lợi, thủy
điện ở nước ta trong giai đoạn hiện nay cũng như trong tương lai; như vậy sẽ giảm được đỏng kể chi phớ đầu tư cho cụng trỡnh mà vẫn đảm bảo được điều kiện kỹ thuật. Đặc biệt trong giai đoạn suy thoỏi kinh tế và thắt chặt đầu tư cụng thỡ vấn đề chi phớ xõy dựng cụng trỡnh càng phải được tớnh toỏn cõn nhắc kỹ lưỡng. Khụng những vậy, việc ỏp dụng đập tràn dạng WES sẽ nõng cao khả năng thỏo nước trong điều kiện diễn biến bất lợi về biến đổi khớ hậu khú lường như hiện nay hay nạn chặt phỏ rừng đầu ngồn làm tăng lưu lượng lũ về hồ chứa nhanh hơn và lớn hơn.
2. Trong quỏ trỡnh thiết kế ở nước ta vỡ chưa cú quy phạm nờn chưa cú cơ sở để vận dụng, do đú khi thiết kế đập tràn mặt cắt dạng WES ở một số cụng trỡnh trong thời gian qua chưa được thống nhất. Vỡ vậy, tỏc giả mong muốn cỏc Bộ, Ngành cú thẩm quyền cần sớm ban hành qui phạm tớnh toỏn thuỷ lực đập tràn mặt cắt dạng WES.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Bộ Nụng nghiệp và phỏt triển nụng thụn (2006), Quy phạm thiết kế đập bờ tụng
trọng lựcDL 5108-1999 (tài liệu dịch Trung - Việt).
2. Bộ Thủy lợi (1977), Quy phạm tớnh toỏn thủy lực đập tràn QP.TL.C-8 -76.