V. Bố cục của luận văn
2.3.1 Nõng cấp, cải tạo tràn để tăng dung tớch hữu ớch cho hồ chứa:
2.3.1.1 Giải phỏp cho tràn khụng cú cửa van (tràn tự động): a. Nõng cao cao trỡnh ngưỡng tràn:
Giải phỏp trờn được ỏp dụng nếu dung tớch của hồ chứa tăng lờn khụng quỏ nhiều. Lưu lượng thỏo khụng quỏ lớn thỡ ta cú thể lựa chọn giải phỏp nõng cao cao trỡnh ngưỡng tràn.
Đối với cỏc tràn được xõy dựng trờn cỏc vai nỳi cú địa chất khỏ tốt, đỏy tràn hầu như khụng phải gia cố hoặc gia cố nhẹ. Trờn mặt bằng tràn bói tương đối dài và rộng rất thuận lợi cho việc xõy dựng mới hoặc nõng cao ngưỡng tràn.
Hỡnh 2. 9: Giải phỏp nõng cao ngưỡng tràn
Hỡnh thức ngưỡng tràn nếu là đỉnh rộng sau khi nõng cao ta cú thể giữ nguyờn. Với trường hợp cần tăng lưu lượng thỏo mà khụng mở rộng tràn thỡ nờn nõng cao cao trỡnh ngưỡng tràn kết hợp chuyển hỡnh thức ngưỡng tràn đỉnh rộng sang tràn thực dụng. Ưu điểm của giải phỏp này là khi tụn cao tràn cũ thỡ tận dụng được thõn tràn, giảm chi phớ xõy dựng, thi cụng dễ dàng, hầu như khụng ảnh hưởng đến kết cấu tường cỏnh và đỏy tràn cũ. Giảm thiểu chi phớ và nhõn lực cho việc vận hành và điều tiết hồ chứa. Bờn cạnh đú khi ỏp dụng giải phỏp này cũng tồn tại cỏc nhược điểm đú là:
- Phải xử lý tiếp giỏp giữa thõn tràn và tường cỏnh để đảm bảo ổn định, khụng bị rũ rỉ nước ảnh hưởng đến dung tớch hữu ớch của hồ chứa
- Xử lý tiếp giỏp tràn với dốc nước hạ lưu (thay đổi độ dốc i) để trỏnh xẩy ra nước nhẩy và khớ thực trờn dốc nước.
b. Giải phỏp tràn cầu trỡ.
Với cỏc hồ chứa nhỏ, ở vựng sõu vựng xa khú khăn trong việc quản lý, khụng đủ cỏc nguồn lực để thực hiện việc cải tạo, nõng cấp tràn hoặc trong tỡnh thế cấp bỏch ta cú thể sử dụng cỏc khối block cầu trỡ.
Tràn cầu chỡ: Gồm cỏc blốc trờn mặt đập. Cấu trỳc cỏc blốc rất đơn giản cú cơ cấu tự vận hành xả lũ tức thỡ, dựng ỏp lực nước đẩy văng vật chắn lũ để mở khoang tràn, khụng cần sự cú mặt của người quản lý đập. Cỏc khối cú độ cao bằng nhau nhưng chiều dày cú thể khỏc nhau vỡ vậy cỏc khối lật ở thời điểm khỏc nhau.
Hỡnh 2. 10: Mặt cắt ngang tràn cầu trỡ
Hỡnh 2. 11: Đập tràn salun Bỡnh Thuận trước và sau khi đặt tràn cầu trỡ
Cần phải xõy dựng mụ hỡnh thủy lực để thiết lập tỷ lệ giữa độ dầy của khối block cầu trỡ và mực nước tại thời điểm lật. Cú thể thiết kế sơ bộ theo cụng thức:[20]
h=E – 0,4xP Trong đú:
- h: Chiều cao cột nước trờn tràn cầu trỡ;
- E: chiều rộng khối block từ thượng lưu tới hạ lưu; - P: chiều cao cỏc khối block cầu trỡ.
Ưu điểm:
- Nõng cao dung tớch hữu ớch cho hồ chứa, tự động thỏo lũ mỗi khi lũ vượt quỏ mức dự tớnh.
- Cải tạo và thi cụng dễ dàng với cỏc cấu trỳc đó cú sẵn. - Chi phớ đầu tư thấp
Nhược điểm:
Sau lũ cần phải khụi phục cỏc khối về vị trớ cũ. Nhiều trường hợp khối bị mất hoặc hư hỏng cần phải sửa chữa một thời gian cú thể gõy mất nước cho hồ chứa.Mới được nghiờn cứu ứng dụng ở Việt Nam, mới chỉ ỏp dụng cho một số cụng trỡnh nhỏ.
c. Đập cao su.
Nội dung của giải phỏp là sử dụng tỳi cao su gắn trờn đỉnh tràn cũ, tỳi cao su được liờn kết với tràn bằng hệ thống neo. Nguyờn tắc làm việc của đập cao su là bơm căng tỳi cao su để chắn nước vào mựa khụ, xẹp tỳi xuống sỏt đỏy để xả lũ vào mựa mưa lũ. Với điều kiện thời tiết khi hậu nước ta, hàng năm thường xuất hiện hai đợt lũ - lũ chớnh vụ và lũ tiểu món, do đú tỳi cao su cũng chỉ xẹp xuống để xả lũ vào hai thời điểm này. Để xẹp tỳi đập chỉ cần mở van xả nước được bố trớ trong nhà trạm, đối với những đập cao su vận hành bằng bơm nước mà mực nước phớa hạ lưu đập luụn cao hơn múng đập, để thỏo hết nước trong tỳi đập khi đú phải kết hợp cả hỡnh thức thỏo tự chảy qua van xả và bơm hỳt nước từ trong tỳi cao su ra ngoài. Trường hợp cần nõng cao trỡnh đỉnh đập cao su để ngăn nước chỉ việc khoỏ cỏc van xả lại rồi bơm nước hoặc khớ vào tỳi cao su, thời gian bơm nước hoặc khớ vào tỳi cao su được kộo dài cho tới khi nước chảy ra qua ống điều ỏp hoặc khớ thoỏt ra qua van an toàn.
Kết qủa nghiờn cứu nhiều năm của Viện nghiờn cứu Thủy lợi Bắc Kinh Trung Quốc đó chỉ ra rằng. Dũng chảy qua đập cao su cú thể coi gần đỳng như dũng chảy qua đập tràn tự động, lưu lượng dũng chảy, chảy qua đập cao su được tớnh theo cụng thức của đập tràn tự động [14]:
Q=σ ε. . .m LΣ . 2g h. 03 2/ Trong đú : Q - Lưu lượng qua đập (m3/s);
ΣL - Tổng chiều dài cỏc khoang đập cao su (m); ho - Cột nước trờn đỉnh tràn (m);
σ - Hệ số ngập; ε - Hệ số co hẹp bờn; m - Hệ số lưu lượng.
Cũng theo kết qủa nghiờn cứu này, hệ số lưu lượng m trong cụng thức là một trị số thay đổi, phụ thuộc vào chiều cao của ngưỡng tràn cao su:
- Khi tỳi cao su căng hoàn toàn, dũng chảy trờn đỉnh đập cao su được xem như chảy qua đập tràn thực dụng, khi đú hệ số lưu lượng m lấy cỏc gớa trị trong khoảng: m = 0,36ữ0,45;
- Khi tỳi cao su xẹp hoàn toàn, dũng chảy qua đập cao su được xem như dũng chảy qua đập tràn đỉnh rộng, hệ số lưu lượng m lấy trong khoảng: m = 0,33 ữ 0,36;
- Trong quỏ trỡnh vận hành, chiều cao đập cao su thay đổi theo yờu cầu dựng nước phớa hạ lưu, khi đú tương ứng với chiều cao đập cao su (h), hệ số lưu lượng m được tớnh theo cụng thức:
h h h h h h m=0,138+0,018. 1 +0,152. o1 +0,032 2 Trong đú :
h - Chiều cao đập tại thời điểm đang xột (m);
ho1- Chiều cao cột nước ỏp lực trong tỳi đập tại thời điểm xột (m); h2 - Chiều sõu mực nước hạ lưu (m).
2.3.1.2 Giải phỏp cho tràn cú cửa van:
a. Nõng cao ngưỡng tràn và giữ nguyờn chiều cao cửa van:
Do đặc tớnh về quy mụ và kết cấu việc nõng cấp, cải tạo tràn cú cửa van cú phần phức tạp hơn so với tràn tự động. Sử dụng giải phỏp nõng cao ngưỡng tràn và giữ nguyờn chiều cao cửa van nhằm tăng dung tớch hữu ớch của hồ chứa.
Với giải phỏp này ta tiến hành thỏo dỡ cửa van và cỏc bộ phận trờn tràn. Tụn cao ngưỡng tràn cũ lờn tới cao trỡnh tớnh toỏn với số liệu thiết kế mới.
∇Zngưỡng tràn mới = ∇Zngưỡng tràn cũ + (∇MNDBTmới – ∇MNDBTcũ)
Việc nõng cao ngưỡng tràn phải tiến hành song song với việc nõng cao tường bờn và trụ pin (nếu cú), sau đú lắp dựng lại cửa van tràn xả lũ. Xử lý tiếp giỏp tràn với dốc nước hạ du (thay đổi độ dốc i) để trỏnh xẩy ra nước nhảy và khớ thực trờn dốc nước.
Hỡnh 2. 13: Nõng cao cao trỡnh ngưỡng tràn, giữ nguyờn chiều cao cửa van
Khi tụn cao ngưỡng tràn làm khả năng thỏo của tràn giảm do chiều cao cột nước trờn tràn giảm xuống. Cần kiểm tra lại khả năng thỏo của tràn, từ đú đề xuất giải phỏp mở thờm tràn phụ để thỏo được lưu lượng thiết kế với cỏc số liệu tớnh toỏn mới.
Ngoài ra khi tụn cao ngưỡng tràn trọng lượng của bản đỏy tăng lờn, MNDBT tăng lờn dẫn đến ỏp lực cột nước tỏc dụng lờn tràn cũng tăng, cần phải kiểm tra lại ổn định cho ngưỡng tràn. Tràn xả lũ thường được bố trớ xõy dựng trờn nền đỏ, sử dụng phương phỏp tớnh theo hệ số an toàn thường được ứng dụng trong tớnh toỏn ổn định, cụng thức tớnh hệ số an toàn về trượt như sau:
(Gcosβ - Tsinβ - w)f + CA K =
Tcosβ + Gsinβ
Trong đú:
G: là lực tỏc dụng theo phương đứng; T: lực tỏc dụng theo phương ngang; W: lực đẩy ngược;
β: Gúc nghiờng mặt phẳng trượt; A: Diện tớch mặt trượt;
f: Hệ số ma sỏt tiếp xỳc tại mặt trượt; C: Lực dớnh đơn vị.
Tràn đảm bảo ổn định khi: K ≥ Kcp
Kcp: hệ số an toàn cho phộp, phụ thuộc vào cấp cụng trỡnh và tổ hợp tải trọng, xỏc định theo quy phạm.
b. Nõng cao chiều cao cửa van giữ nguyờn cao trỡnh ngưỡng tràn.
Trong trường hợp tràn xả lũ cú cửa van muốn tăng dung tớch hồ chứa mà khụng làm ảnh hưởng tới ngưỡng tràn cũ, khụng làm giảm khả năng thỏo của tràn, tăng khả năng điều tiết hồ chứa, ta cú thể sử dụng giải phỏp đú là giữ nguyờn cao độ ngưỡng tràn,
thay thế hoặc cải tạo cửa van cú chiều cao lớn hơn so với cửa van cũ. Việc nõng cao cửa van bắt buộc tường bờn, đỉnh trụ pin (nếu cú) cũng phải nõng lờn.
Cao trỡnh đỉnh cửa van mới xỏc định theo cụng thức:
∇Zđỉnh cửa van = ∇MNDBTmới + a
a: Độ cao an toàn.
Từ việc xỏc định chiều cao cửa mới xem xột phương ỏn nõng cấp cửa van
- Nếu là cửa van thay mới: Mỏy đúng mở cần tớnh toỏn lại lực nõng do ỏp lực nước tăng, trọng lượng cửa van tăng, đối chiếu khả năng chịu tải của mỏy đúng mở hiện hữu để từ đú đưa ra quyết định cho việc thay thế. Giải phỏp này cú ưu điểm là nhanh chúng đỏp ứng được yờu cầu làm việc mới của tràn xả lũ nhưng việc thay thế cửa van lại rất tốn kộm và thường chỉ được sử dụng khi cửa van cũ đó xuống cấp và cần phải thay thế.
Hỡnh 2. 14: Giữ nguyờn cao trỡnh ngưỡng tràn thay mới cửa van
- Nếu là cửa van nõng cấp: bằng cỏch lắp thờm cỏc cửa phụ phớa trờn đỉnh cửa van cũ. Giải phỏp này chỉ ỏp dụng khi dung tớch hữu ớch tăng lờn khụng nhiều. Cần chỳ ý sử lý tiếp giỏp giữa cửa cũ và cửa phụ trỏnh để rũ rỉ nước, tớnh toỏn kiểm tra lại khả năng chịu lực của cửa van khi chịu ỏp lực cao hơn.
Hỡnh 2. 15: Lắp ghộp cửa phụ ở phớa trờn cửa cũ
Khi cải tạo nõng cao chiều cao cửa van cung làm cho kết cấu cửa van thay đổi. Việc nõng cấp cửa van cần phải đảm bảo cỏc yờu cầu kĩ thuật về bố trớ kết cấu theo quy định:
+ Tỉ số giữa bỏn kớnh cong với chiều cao bản mặt lấy từ R = (1ữ1,5)H
+ Trục quay van cung nằm phớa trờn mực nước hạ lưu để trỏnh han rỉ, bốo rỏc va đập vào van, van cung trờn mặt vị trớ cối đỡ cú thể bố trớ phớa trờn ngưỡng đỏy van từ 2/3H đến H. Đường tõm quay của mặt tụn bưng trựng với trục quay cửa; trường hợp cần thiết cho phộp hạ thấp tõm trục quay cửa xuống từ 50 mm đến 100 mm so với đường tõm mặt tụn bưng. Vị trớ tõm quay cú ảnh hưởng đến khả năng vận hành cửa van, cũng như trạng thỏi ứng suất biến dạng của cửa van khi nõng cấp cửa van cần phải kiểm tra tớnh toỏn lại nhằm chọn được vị trớ tõm quay giải quyết hài hũa giữa lực nõng hạ và khả năng chịu lực của cửa van.
+ Do chiều cao cửa van H tăng lờn do đú cần xem xột lại tỷ lệ giữa chiều rộng B và chiều cao cửa van H để cú phương ỏn gia cụng bố trớ lại kết cấu dầm chớnh.
c. Kết hợp nõng cao ngưỡng tràn và chiều cao cửa van.
Khi dung tớch hiệu dụng của hồ chứa tăng lờn lớn hoặc cỏc yờu cầu đặt ra như: điều kiện địa hỡnh địa chất , hiện trạng cụng trỡnh ban đầu , kinh phớ đầu tư .v.v... mà cỏc giải phỏp nờu trờn khụng thoả món thỡ phải nghiờn cứu tớnh toỏn để kết hợp cỏc giải phỏp với nhau một cỏch hợp lý.
Hỡnh 2. 16: Giải phỏp kết hợp nõng cao cao trỡnh ngưỡng tràn và chiều cao cửa van
Việc nõng cao cao trỡnh ngưỡng tràn là khụng đủ do bề mặt tràn cũ hoặc nền địa chất khụng tốt khụng thể nõng cao được ngưỡng tràn đến cao trỡnh cần thiết khi đú ta cần kết hợp giữa hai giải phỏp đú là nõng cao ngưỡng tràn đến phạm vi cho phộp sau đú thay mới cửa van cú chiều cao lớn hơn chiều cao cũ, hay lắp thờm cửa phụ trờn đỉnh cửa van cũ để tăng chiều cao cửa van nhằm tăng dung tớch hữu ớch hồ chứa đỏp ứng được yờu cầu của nhiệm vụ mới.