3.6.6.1. Quan hệ Qx ~ Z
Từ bảng 3.1 và bảng 3.18 ta xác định được khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy không áp . Ứng với một cao trình mực nước
hồ Z, lưu lượng xả là tổng của lưu lượng xả qua tràn mặt và giếng: Qx = Qt + Qg.
Kết quả tính toán như trên bảng 3.21.
Bảng 3.21. Khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy không áp (phương án 3) TT MNTL (m) MNDBT (m) CTNT (m) HTK (m) Qv (m 3 /s) Qt (m3/s) ΣQ =Qv+Qt (m3/s) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 1 110.0 110 97 120.27 0.00 3660.68 3,660.68 2 110.5 110 97 120.27 25.08 3876.70 3,901.77 3 111.0 110 97 120.27 67.19 4095.99 4,163.19 4 111.5 110 97 120.27 119.60 4318.42 4,438.01 5 112.0 110 97 120.27 180.05 4543.80 4,723.85 6 112.5 110 97 120.27 247.28 4771.99 5,019.27 7 113.0 110 97 120.27 320.47 5002.84 5,323.31 8 113.5 110 97 120.27 399.01 5236.20 5,635.22 9 114.0 110 97 120.27 482.45 5471.93 5,954.38 10 114.5 110 97 120.27 570.41 5709.89 6,280.30 11 115.0 110 97 120.27 662.61 5949.94 6,612.55 12 115.5 110 97 120.27 758.78 6191.95 6,950.73 13 116.0 110 97 120.27 858.72 6435.78 7,294.50 14 116.5 110 97 120.27 962.24 6681.32 7,643.56 15 117.0 110 97 120.27 1,069.18 6928.43 7,997.60 16 117.5 110 97 120.27 1,179.39 7176.99 8,356.38 17 118.0 110 97 120.27 1,292.75 7426.88 8,719.63
TT MNTL (m) MNDBT (m) CTNT (m) HTK (m) Qv (m 3 /s) Qt (m3/s) ΣQ =Qv+Qt (m3/s) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 18 118.5 110 97 120.27 1,409.14 7677.99 9,087.12 19 119.0 110 97 120.27 1,528.46 7930.19 9,458.64 20 119.5 110 97 120.27 1,650.60 8183.37 9,833.97 21 120.0 110 97 120.27 1,775.50 8437.42 10,212.91 22 120.5 110 97 120.27 1,903.05 8692.22 10,595.28 23 121.0 110 97 120.27 2,033.20 8947.68 10,980.88 24 121.5 110 97 120.27 2,165.87 9203.68 11,369.55 25 122.0 110 97 120.27 2,301.00 9460.11 11,761.10 Hình 3-21. Quan hệ Qg ~ Z; Qt ~ Z; Qx ~ Z, phương án 3
3.6.6.2. Tính cho trường hợp P=0,01%
- Với Q0 = 3,660.68 (m3/s) được xác định ở bảng 3.21
Bảng tính toán điều tiết được tính toán ở phụ lục 3.
3.6.6.3. Tính cho trường hợp P=0,1%
- Với Q0 = 3,660.68 (m3/s) được xác định ở bảng 3.21
Bảng tính toán điều tiết được tính toán ở phụ lục 3
Bảng 3.22. Bảng tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ Thông số
Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Lũ TK P=0,1% Lũ KT P=0,01% Lũ TK P=0,1% Lũ KT P=0,01% Lũ TK P=0,1% Lũ KT P=0,01% Zmax (m) 116.02 120.803 116.43 120.911 117.01 121.448 Qx (m3/s) 8,056.83 11,058.80 8,547.82 11,223.92 8,003.72 11,329.42 Qt (m3/s) 8,056.83 11,058.80 6,646.85 8,900.70 6,933.39 9,177.03 Qg(m3/s) 0 0 1,900.97 2,323.20 1,070.33 2,152.39 3.6.7. Nhận xét kết quảtính toán điều tiết lũ a) So sánh phương án 1 và phương án 2
Kết quả tính toán tính điều tiết lũ cho lũ thiết kế và lũ kiểm tra cho 2
phương án 1 và 2 cho thấy:
- Mực nước cao nhất trong hồ của phương án 2 có lớn hơn so với phương án 1, nhưng chênh lệch không đáng kể, cụ thể vớilũ thiết kế (P=0,1%) thì ∆Htk = Zmax2- Zmax1 = 0,41m và lũ kiểm tra (P=0,01%) thì ∆HKT = Zmax2- Zmax1 = 0,11m .
- So với cột nước trên tràn H thì mức độ dâng cao mực nước hồ của phương án 2 so với phương án 1 như sau:
Bảng 3.23. Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 2 Thông số Lũ thiết kế P =0,1% Lũ thiết kiểm tra P =0,01%
PA1 PA2 PA1 PA2
Z (m) 116.02 116.43 120.80 120.91
H (m) 6.02 - 10.80 -
∆Z (m) - 0.41 - 0.11
∆Z/H (%) - 6.81 - 1.02
Như vậy độ gia tăng mực nước của phương án 2 so vơi phương án 1 là nhỏ và nằm trong phạm vi độ cao an toàn cho phép của đập.
Về mặt kinh phí xây dựng thì phương án 2 sẽ thấp hơn phương án 1 do giảm được 1 khoang tràn mặt, trong khi chi phí để cải tạo hầm dẫn dòng thành giếng tháo lũ là nhỏ hơn so với chi phí cho 1 khoang tràn mặt cùng với thiết bị cửa van và máy đóng mở.
b) So sánh phương án 1 và phương án 3
kết quả tính toán tính điều tiết lũ cho lũ thiết kế và lũ kiểm tra cho 2
phương án 1 và 3 cho thấy:
- Mực nước cao nhất trong hồ của phương án 3 lớn hơn so với phương án 1, cụ thể với lũ thiết kế (P=0,1%) thì ∆Htk = Zmax2- Zmax1 = 0,99m và lũ kiểm tra (P=0,01%) thì ∆HKT = Zmax2- Zmax1 = 0,645m .
- So với cột nước trên tràn H thì mức độ dâng cao mực nước hồ của phương án 3 so với phương án 1 như sau:
Bảng 3.24. Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 3
Thông số Lũ thiết kế P =0,1% Lũ thiết kiểm tra P =0,01%
PA1 PA3 PA1 PA3
Z (m) 116.02 117.01 120.80 121.448
H (m) 6.02 - 10.80 -
∆Z (m) - 0.99 - 0.64
∆Z/H (%) - 16.45 - 5.97
- So sánh sự gia tăng ∆Z khi lũ đến có lưu lượng tăng ∆Q=18,900 – 13,200 = 5,700 (m3/s) (so sánh giữa lũ thiết kế và lũ kiểm tra, thì mức độ gia tăng mực nước hồ) như sau:
+ Ở phương án 2: ∆Z2 = KT TK 2 2 Z - Z = 120.911 – 116.43 = 4,48 (m). + Ở phương án 3: ∆Z3 = KT TK 3 3 Z - Z = 121.448 – 117.01 = 4,44 (m).
Như vậy độ gia tăng ∆Z ở phương án 3 (giếng chảy không áp) nhở hơn ở phương án 2 (giếng chảy có áp), nhưng không nhiều.
3.7. Kết luậnchương 3
Trong chương 3 đã áp dụng tính toán phương án tận dụng đường hầm dẫn dòng đã có của tràn Cửa Đạt để cải tạo thành giếng tháo lũ. Do lưu lượng lũ của hồ Cửa Đạt là lớn nên công trình xả lũ chính phải là tràn mặt. Việc cải tạo hầm dẫn dòng thành giếng tháo lũ chỉ là sự kết hợp để giảm bớt một phần kinh phí tràn mặt. trong luận văn đã nghiên cứu 3 phương án, trong đó phương án 2 là sử dụng giếng chảy có áp trên toàn hệ thống, còn phương án 3 là sử dụng giếng chảy không áp. Kết quả tính toán đã xác định đường kính giếng hợp lý của phương án 2 là Dg = 9,5m, đường kính hợp lý miệng vào của phương án 3 là Dv = 10,5m.
Về hiệu quả sử dụng giếng, kết quả so sánh cho thấy sử dụng giếng ở chế độ chảy có áp trên toàn hệ thống cho hiệu quả cao hơn (mực nước lũ ở phương án 2 so với phương án 1 chênh lệch không đáng kể). còn sử dụng giếng chảy ở chế độ không áp cho hiệu quả thấp (mực nước hồ của phương án 3 so với phương án 1 tăng lên nhiều).
Khi thiết kế công trình hồ Cửa Đạt, đơn vị Tư vấn thiết kế đã khống chế chảy không áp trong hầm ngang, nên đã đi đến kết luận là sử dụng giếng tháo lũ hiệu quả thấp và do đó kiến nghị không làm giếng tháo lũ, tức hoành triệt hầm dẫn dòng.
Còn nếu tận dụng hầm dẫn dòng ở chế độ giếng chảy có áp hoàn toàn thì hiệu quả tháo lũ sẽ cao hơn, cụ thể là nếu bớt đi một khoang tràn mặt thì mực nước lũ cao nhất trong hồ tăng không đáng kể và có thể coi như tương ứng với phương án 1 (5 khoang tràn mặt).
KẾT LUẬN VÀ KIẾNNGHỊ
I – Các kết quả đạt được
Trong luận văn này tập trung nghiên cứu về chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng và khả năng áp dụng loại công trình này trong xây dựng công trình thủy lợi – Thủy điện ở Việt Nam. Từ kết quả nghiên cứu tổng quan, cơ sở lý luận và tính toán áp dụng cho công trình tháo lũ của hồ chứa nước Cửa Đạt, có thể rút ra những kết luận, kiến nghị sau đây:
1- Tháo lũ kiểu giếng là một dạng công trình tháo lũ hiện đại, thích hợp với các công trình đầu mối có mặt bằng hẹp, núi đá, khó bố trí đường tràn kiểu hở. Việc xây dựng công trình tháo lũ kiểu giếng càng hợp lý hơn khi nó được kết hợp với đường hầm dẫn dòng thi công. Tháo lũ kiểu giếng là một hình thức công trình hợp lý, loại công trình này cho khả năng tháo nước lớn, đặc biệt là khi giếng làm việc với chế độ chảy có áp, trong khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng tổng thể công trình.
2 - Chế độ thủy lực của dòng chảy qua công trình tháo lũ kiểu giếng là khá phức tạp, phụ thuộc vào chiều cao cột nước trên ngưỡng tràn (H), và có thể phân biệt 3 dạng chính như sau:
a) Khi H nhỏ, chế độ chảy là không áp (nước không choán đầy ở tất cả các mặt cắt của giếng và đường hầm).
b) Khi H lớn, chế độ chảy là có áp (nước choán đầy ở tất cả các mặt cắt của giếng và đường hầm).
c) Khi H đạt đến một giá trị nhất định, chế độ chảy có sự chuyển tiếp từ không áp sang có áp mà biểu hiện là nước choán đầy các mặt cắt ở cuối đoạn thu hẹp dần nối miệng loa tràn với giếng. Trạng thái chảy chuyển tiếp, thường duy trì trong một phạm vi ngắn và không ổn định.
3 - Đặc điểm của chế độ chảy không áp là khả năng tháo không lớn (khi kích thước của giếng đã định) nhưng làm việc ổn định và có khả năng chịu được quá tải lớn về lưu lượng (khi có gia số lưu lượng ∆Q thì gia cố cột nước ∆Z là không lớn), khả năng làm việc an toàn của công trình đầu mối được đảm bảo.
Đặc điểm của chế độ chảy có áp và chuyển tiếp là khả năng tháo lớn (khi kích thước công trình đã định), nhưng dễ xảy ra chân không, rung động, khí thực, và đặc biệt là khả năng chịu được quá tải về lưu lượng là nhỏ (khi có gia số lưu lượng ∆Q thì sự gia tăng mực nước trong hồ ∆Z là lớn), khả năng gặp rủi ro trong vận hành công trình đầu mối là lớn hơn so với chế độ chảy không áp.
4 - Khi kích thước hầm ngang và miệng vào của giếng đã được xác định thì cần thông qua tính toán để xác định đường kính giếng hợp lý, không làm hạn chế khả năng tháo chung của cả hệ thống, đồng thời không sinh ra chân không trong giếng gây rung động, ảnh hưởng đến an toàn chung của công trình.
Đường kính của giếng đứng được xác định theo phương pháp thử dần: giả thiết đường kính Dg và xây dựng quan hệ Qg ~ Z tương ứng, trị số Dg hợp lý khi quan hệ Qg ~ Z và quan hệ Qht ~ Z xấp xỉ nhau. Điều kiện chảy có áp trên toàn hệ thống được đảm bảo khi Qg > Qht.
5 - Ứng dụng tính toán cho công trình tràn của hồ Cửa Đạt với một đường hầm dẫn dòng thi công đã có (Dh = 10m), đã so sánh các phương án: 1) tràn mặt 5 khoang, không sử dụng giếng; 2) tràn mặt 4 khoang + 1 giếng chảy có áp và 3) tràn mặt 4 khoang + giếng chảy không áp. Kết quả đạt được:
- Với kích thước hầm ngang Dh = 10m thì đường kính giếng hợp lý là Dg = 9,5m
- Việc tận dụng chế độ chảy có áp trên hệ thống giếng phương án 2 cho phép giảm được một khoang tràn mặt, giảm kinh phí đầu tư cho công trình, trong khi mực nước lũ lớn nhất trong hồ chênh lệch so với phương án 1 là không đáng kể.
- Nếu khống chế chảy không áp qua giếng thì khả năng tháo lũ của hệ thống giếng nói chung là nhỏ, không đủ để thay thế cho một khoang tràn mặt, do đó mực nước lũ trong hồ ở phương án 3 lớn hơn nhiều so với phương án 1, để đảm bảo cao trình đỉnh đập như đã chọn thì vẫn phải chọn phương án tràn mặt 5 khoang.
- Khi lưu lượng lũ đến tăng một lượng ∆Q thì mức độ gia tăng mực nước lũ lớn nhất trong hồ ∆Z ở phương án 3 có giảm so với phương án 2, tuy nhiên mức độ chênh lệch không nhiều, do tỷ trọng phần lưu lượng tháo của giếng so với tràn mặt ở các phương án xem xét là nhỏ.
II. Một số điểm tồn tại
- Trong luận văn mới chỉ tập trung nghiên cứu khả năng tháo của giếng trong sự kết hợp với các khoang tràn mặt, chưa nghiên cứu cho phương án có nhiều giếng và giảm bớt số khoang tràn mặt.
- Chưa đi sâu nghiên cứu vấn đề chân không, khí thực trong giếng ứng với các chế độ chảy khác nhau.
- Phương án được cho là hợp lý cho tràn Cửa Đạt (phương án 2) mới chỉ kết luận định tính, theo các thông số về thủy lực. Trong thiết kế thực tế cần so sánh cả về kinh phí đầu tư cho từng phương án để lựa chọn phương án tối ưu. - Tài liệu thiết kế tràn Cửa Đạt chỉ có số liệu cho phương án giếng chảy không áp, nên số liệu tính toán trong luận văn cho phương án 2 chưa được so sánh với số liệu thí nghiệm mô hình.
III. Hướng tiếp tục nghiên cứu
- Tiếp cận các công trình mới có sử dụng đường hầm dẫn dòng thi công để áp dụng kết quả nghiên cứu này nhằm lựa chọn phương án tràn xả lũ hợp lý. - Nếu phương án được chọn có sử dụng giếng tháo lũ thì cần nghiên cứu kỹ hơn trên mô hình thủy lực để kiểm chứng các kết quả tính toán, cũng như xem xét các vấn đề về chân không, rung động khi giếng làm việc (tháo lũ).
TÀI LIỆU THAO KHẢO
[1] Nguyễn Chiến. Tính toán thủy lực các công trình tháo nước. NXB Xây Dựng. Hà Nội. 2012.
[2] Nguyễn Chiến. Thiết kế đường hầm thủy công. NXB Xây Dựng. Hà Nội. 2013.
[3] Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng. Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi. NXB Xây Dựng. Hà Nội. 2010.
[4] Lê Văn Ngọ. Báo cáo Chính – Hồ chứa nước Cửa Đạt tỉnh Thanh Hóa – Công trình đầu mối thủy lợi – Khu đập chính – TKKT. Văn phòng dự án Cửa Đạt, Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy Lợi I. Hà Nội. 2004.
[5] Lê Văn Ngọ. Thuyết minh tính toán điều tiết hồ chứa – Hồ chứa nước Cửa Đạt tỉnh Thanh Hóa – Công trình đầu mối thủy lợi – TKKT. Văn phòng dự án Cửa Đạt, Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy Lợi I. Hà Nội. 2004.
[6] Phạm Ngọc Quý. Tràn sự cố trong đầu mối hồ chứa nước. NXB Nông Nghiệp Hà Nội. 2008
[7] Ngô Trí Viềng và nnk. Thủy công tập II. NXB Xây Dựng. Hà Nội. 2005.
[8] Ngô Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Phương Mậu, Phạm Ngọc Quý.
Sổ tay kỹ thuật thủy lợi phần 2, tập 2. NXB Nông Nghiệp. Hà Nội.2004.
[9] 14TCN 198-2006. Công trình thủy lợi – các công trình tháo nước – hướng dẫn tính khí thực.
PHỤ LỤC 1
TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ PHƯƠNG ÁN 1
Bảng PL1.1 .Bảng tính toán điều tiết phương án 1 – P = 0,01% TT Z1 (m) Z2 (m) Δt (giây) Q1 (lũ ) (m3/s) Q2 (lũ) (m3/s) Qx1 (m3/s) Qx2 (m3/s) Qtb (m3/s) Qxtb (m3/s) V(Z1) (m3) V(Z2) (m3) ΔV1 106(m3) ΔV2 106(m3) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) 1 110 110.160 3600 4,575.85 7,531.000 4,575.85 4,662.450 6,053.426 4,619.151 1,065.000 1,070.163 5.163 5.163 2 110.160 110.611 3600 7,531.000 10,102.400 4,662.450 4,906.800 8,816.700 4,784.625 1,070.163 1,084.679 14.515 14.515 3 110.611 111.135 3600 10,102.400 9,370.000 4,906.800 5,195.040 9,736.200 5,050.920 1,084.679 1,101.546 16.867 16.867 4 111.135 111.551 3600 9,370.000 8,699.200 5,195.040 5,426.900 9,034.600 5,310.970 1,101.546 1,114.950 13.405 13.405 5 111.551 111.881 3600 8,699.200 8,230.000 5,426.900 5,612.430 8,464.600 5,519.665 1,114.950 1,125.553 10.602 10.602 6 111.881 112.166 3600 8,230.000 8,256.800 5,612.430 5,774.240 8,243.400 5,693.335 1,125.553 1,134.733 9.180 9.180 7 112.166 112.443 3600 8,256.800 8,407.000 5,774.240 5,932.330 8,331.900 5,853.285 1,134.733 1,143.656 8.923 8.923 8 112.443 112.753 3600 8,407.000 9,192.600 5,932.330 6,111.200 8,799.800 6,021.765 1,143.656 1,153.658 10.001 10.001 9 112.753 113.154 3600 9,192.600 10,422.200 6,111.200 6,343.170 9,807.400 6,227.185 1,153.658 1,166.546 12.889 12.889 10 113.154 113.681 3600 10,422.200 12,008.400 6,343.170 6,651.960 11,215.300 6,497.565 1,166.546 1,183.530 16.984 16.984 11 113.681 114.345 3600 12,008.400 13,558.200 6,651.960 7,044.910 12,783.300 6,848.435 1,183.530 1,204.896 21.366 21.366 12 114.345 115.093 3600 13,558.200 14,491.400 7,044.910 7,493.650 14,024.800 7,269.280 1,204.896 1,229.215 24.320 24.320 13 115.093 115.849 3600 14,491.400 15,486.000 7,493.650 7,952.610 14,988.700 7,723.130 1,229.215 1,255.371 26.156 26.156 14 115.849 116.661 3600 15,486.000 16,537.800 7,952.610 8,451.410 16,011.900 8,202.010 1,255.371 1,283.487 28.116 28.116