V. Bố cục của luận văn
2.3.2Nõng cấp, cải tạo tràn xả lũ để thỏo được lưu lượng thiết kế mới:
2.3.2.1 Nõng cao ngưỡng và mở rộng khẩu độ tràn.
Nội dung của giải phỏp đú là nõng cao trỡnh ngưỡng tràn tăng dung tớch hồ chứa để đảm bảo cấp nước và mở rộng khẩu độ tràn để tăng khả năng thỏo của tràn về mựa lũ.
Hỡnh 2. 17: Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nõng cao, mở rộng
Khả năng thỏo của tràn sau khi mở rộng:
tr
m 3/2
0
Q=m.B . 2g.H
Trong đú: Btrm là chiều dài của tràn sau khi mở rộng. - Xỏc định Btrm theo cụng thức: lu m TK tr 3 2 0 Q B = m 2gH
+Tớnh toỏn lại điều tiết lũ ứng với cao trỡnh ngưỡng tràn mới, với cỏc giải phỏp Btr
khỏc nhau , từ đú xỏc định được cỏc mực nước tớnh toỏn;
+ Tớnh toỏn xỏc định lại cao trỡnh dỉnh đập từ cỏc mực nước tớnh toỏn tương ứng với cỏc giải phỏp Btr;
+ Tớnh toỏn khối lượng, giỏ thành cỏc phương ỏn để lựa chọn Btràn(chiều dài đường tràn sau khi mở rộng) kinh tế nhất mà vẫn đảm bảo yờu cầu kỹ thuật.
+ Kiểm tra khả năng thỏo của tràn; - Ưu điểm:
+ Tăng khả năng thỏo của tràn về mựa lũ ( Btràn tăng), giảm được cột nước tràn. + Biện phỏp thi cụng đơn giản.
- Nhược điểm:
Cần phải xử lý tiếp giỏp giữa tràn cũ và phần tràn mở rộng để đảm bảo ổn định, khụng bị rũ rỉ nước ra phớa hạ lưu.
Xử lý tiếp giỏp tràn với dốc nước hạ lưu (thay đổi độ dốc i) để trỏnh xảy ra nước nhảy và khớ thực trờn dốc nước.
- Điều kiện ứng dụng:
Vị trớ tràn phải cú điều kiện địa hỡnh, địa chất thuận lợi cho việc mở rộng tràn về phớa đập (khụng ảnh hưởng đến ổn định và kết cấu của đập) hay về phớa vai nỳi (thi cụng thuận lợi).
2.3.2.2 Giải phỏp tràn zớch zắc.
Ngoài phương phỏp nõng cao ngưỡng và mở rộng khẩu độ tràn thỡ trong trường hợp địa hỡnh khụng cho phộp mở rộng khẩu độ tràn cú thể sử dụng giải phỏp tràn zớch zắc. Nội dung giải phỏp: Phỏ dỡ ngưỡng tràn thực dụng thay thế bằng ngưỡng zớch zắc (cú ngưỡng tràn cao hơn ngưỡng tràn cũ) hoặc xõy dựng ngay trờn ngưỡng tràn đỉnh rộng nhưng tựy từng điều kiện phải tiến hành gia cố lại tràn cũ để đảm bảo ổn định về kết cấu.
Hỡnh 2. 18: Cải tạo thay thế ngưỡng tràn thực dụng bằng ngưỡng zớch zắc
- Căn cứ vào kết cấu và bố trớ mặt bằng của đập tràn Zớchzắc cú thể phõn loại như sau: + Tràn zớch zắc kiểu hỡnh thang (Hỡnh 2.20a).
+ Tràn zớch zắc kiểu tam giỏc (Hỡnh 2.20b).
+ Tràn zớch zắc kiểu chữ nhật hay phớm đàn piano (Hỡnh 2.20c). + Tràn zớch zắc kiểu mỏ vịt (Hỡnh 2.20d).
+ Tràn zớch zắc kiểu tràn xiờn (Hỡnh 2.20e). + Tràn zớch zắc kiểu tràn bờn (Hỡnh 2.20f).
Cỏc loại tràn này cú thể bố trớ tuyến thẳng hay tuyến cong.
a, b, c, d, e, f,
Hỡnh 2. 20: Mặt bằng cỏc loại ngưỡng tràn
Lưu lượng thỏo của tràn zớch zắc kiểu mỏ vịt [12]:
Khả năng thỏo của tràn mỏ vịt phụ thuộc nhiều yếu tố. Tullis, Nosratollah và Waldron (1995) đó đưa ra cụng thức tớnh lưu lượng cho tràn zớch zắc ngưỡng 1/4 hỡnh trũn:
3 2 d 2 Q= C L.n. 2.g.H 3 Hoặc: Q= m B . 2g.Hz z 32 với mz = 2/3 Cd. Trong đú:
Cd: hệ số lưu lượng của đường tràn thẳng cú cựng hỡnh dạng ngưỡng Bz = L.n: Khẩu độ tràn zớch zắc
H: Chiều cao cột nước trờn ngưỡng zớch zắc 2a: Bề rộng đỉnh răng tràn
Ws: Chiều dài tràn Zớch zắc theo hướng dũng chảy P: Chiều cao tràn
W: Chiều rộng chõn 1 răng tràn B: Chiều dài 1 tường cỏnh bờn
α : Gúc hợp bởi tường nghiờng với phương dũng chảy n: Số răng tràn
Rc: Bỏn kớnh đỉnh tràn
L: Chiều dài tổng cộng theo tuyến tràn zớch zắc
Hệ số Cd được xỏc định từ họ đường cong mẫu dựng cho đỉnh cong 1/4 đường trũn với tràn tam giỏc. Với những đường cong này hệ số Cd phụ thuộc vào gúc của đỉnh đập và tỷ số H0/P. Xuất phỏt từ đường họ đường cong mẫu (Hỡnh 2.22), Tullis cho ra được phương trỡnh tớnh hệ số lưu lượng (Cd).
2 2 3 4 0 0 0 0 d 1 2 3 4 5 H H H H C =A +A +A +A +A P P P P ữ ữ ữ ữ
Hỡnh 2. 22: Đường cong hệ số lưu lượng với hỡnh dạng đỉnh ngưỡng ẳ đường trũn, mặt bằng ngưỡng tam giỏc (Tullis, Nosratollah &Waldron -1995)
Trong đú cỏc số hạng A1, A2, A3, A4, A5 được đưa ra trong (bảng 2.2)
Bảng 2. 2: Hệ số của đường cong mẫu
α (độ) A1 A2 A3 A4 A5 6 0.49 -0.24 -1.20 2.17 -1.03 8 0.49 1.08 -5.27 6.79 -2.83 12 0.49 1.06 -4.43 5.18 -1.97 15 0.49 1.00 -3.57 3.82 -1.38 18 0.49 1.32 -4.13 4.24 -1.50 25 0.49 1.51 -3.83 3.40 -1.05 35 0.49 1.69 -4.05 3.62 -1.10 90 0.49 1.46 -2.56 1.44 0
Để xỏc đinh giỏ trị hợp lý gúc α, tiến hành tớnh toỏn hệ số lưu lượng cho hai gúc liền kề và sau đú nội suy giữa hai giỏ trị và khụng được nội suy giữa 2 hệ số. Hệ số cho đập Labyrinth chỉ cú giỏ trị khi tỷ số H0/P ≤ 0,9. Với tràn thẳng, hệ số cú giỏ trị khi tỷ số H0/P ≤ 0,7. Với độ ngập lớn thỡ dựng Ct = 0,76 [12].
- Ưu điểm của phương phỏp này:
Tăng khả năng thỏo của tràn lờn 2-5 lần so với đập tràn thực dụng (hệ số lưu lượng tăng), giảm được cột nước tràn, khụng phải nõng cao đỉnh đập.
Cấu trỳc đơn giản và dễ xõy dựng. Đập tràn này về thực chất sẽ giảm được chi phớ của hầu hết cỏc đập ngăn nước mới và tăng độ an toàn, khả năng trữ nước, khả năng kiểm soỏt lũ của cỏc đập ngăn nước hiện hữu.
- Nhược điểm:
Cần diện rộng trờn sàn phẳng, do đú khú bố trớ trờn đỉnh đập trọng lực. Phải cải tạo bộ phận thõn dốc sao cho phớa sau ngưỡng tràn là dũng xiết.
- Điều kiện ứng dụng:
Thớch hợp với loại tràn khú mở rộng, như địa hỡnh sườn dốc đứng. Cần cú chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho H/P <0.9. Do vậy thay thế tràn cũ cú chiều cao hơn ngưỡng tràn cũ như là: Tràn thực dụng, tràn hỡnh thang hoặc thành mỏng là thớch hợp nhất. Đặc biệt bộ phận tiờu năng, do đảm nhận tiờu năng với tỷ lưu lớn hơn trước (trường hợp khụng mở rộng bộ phận sau tràn) thỡ nền phớa sau tốt nhất là nền đỏ cứng chắc hoặc tiờu năng bằng mũi phun.
2.3.2.3 Giải phỏp tràn kiểu phớm đàn piano (PKW).
Đõy cũng là một giải phỏp được ỏp dụng trong điều kiện địa hỡnh, địa chất khụng cho phộp mở rộng khẩu độ tràn. Tuy nhiờn giải phỏp này cú nhiều ưu điểm hơn so với cỏc loại tràn labyrinth khỏc.
Nội dung giải phỏp:Tiến hành xõy dựng tràn kiểu phớm đàn piano ngay trờn đỉnh của cỏc đập tràn trọng lực nhằm tăng dung tớch hữu ớch cho hồ chứa và tăng khả năng thoỏt lũ về mựa mưa.
Hỡnh 2. 23: Tràn dakmi4- Quảng Nam tràn piano được xõy dựng trờn đỉnh tràn thực dụng cũ
Đập tràn này về thực chất sẽ giảm chi phớ của hầu hết cỏc đập ngăn nước mới và tăng độ an toàn, khả năng trữ nước, khả năng kiểm soỏt lũ của cỏc đập ngăn nước hiện hữu. Kiểu thiết kế đầu tiờn đó được thử nghiệm vào năm 1999 ở phũng thi nghiệm L.N.H của Điện lực Phỏp (Electricitộ de France) và vào năm 2002 ở trường đại học Roorke của Ấn Độ cựng vớỡ trường đại học Biskra của Algeria. Cỏc cuộc thử nghiệm này đó cho thấy những ưu điểm về khả năng tăng lưu lượng tuỳ theo cỏc tỷ số giữa chiều dài, độ sõu, chiều rộng và hỡnh dạng của cỏc phớm và đặc biệt là sự phụ thuộc vào tỷ sổ N bằng tổng chiều đài tường tràn chia chiều rộng tràn chớnh diện. Vấn đề nghiờn cứu tỏc động của va đập cũng đó được đặt ra. Những giải phỏp khả thi nhất đó được lựa chọn về kết cấu và biện phỏp xõy dựng nhằm bảo đảm an toàn cao. Cỏc mặt cắt đọc đơn giản hiện cũng được đưa ra nhằm cải tiến hỡnh dạng để tăng cường hiệu quả chi phớ.
Cỏc đặc trưng hỡnh học của tràn phớm đàn được thể hiện ở (hỡnh 2.24) Trong đú: H- chiều cao tối đa của tràn phớm đàn; B- chiều dài đỉnh tràn; a- chiều rộng ụ đún nước; b- chiều rộng ụ thoỏt nước; c- chiều dài nhụ ra của cụng xụn thượng lưu; d- chiều dài nhụ ra của cụng xụn hạ lưu; W- chiều rộng một đơn vị tràn; L- chiều dài tràn nước của một đơn vị tràn [13].
Nhúm của ụng F.leperiere đó nghiờn cứu 2 dạng tràn phớm đàn:
- Loại A (PKA): mỏng tràn (thường đối xứng) ở cả 2 phớa thượng và hạ lưu. - Loại B (PKB): mỏng tràn chỉ cú phớa thượng lưu nhưng dài hơn.
Hỡnh 2. 25:Mặt bằng, cắt ngang tràn PKA (L= W+8H; N= L/W=6) Hỡnh 2. 26:Mặt bằng, cắt ngang tràn PKB (L=W+6H; N=L/W=6)
Lưu lượng thỏo qua đập tràn phớm piano trong trường hợp chảy tự do, mực nước hạ lư khụng ngập được tớnh theo cụng thức[7]:
3 2
0i i
Q=∑m .L 2g.H
Trong đú: m0i : Hệ số lưu lượng (cú kể đến cột nước lưu tốc tới gần).
Li : Chiều dài tràn tương ứng của đầu, cuối và thành bờn của phớm.
Trong đập tràn phớm piano cú 3 loại ngưỡng tràn: đầu phớm là đập tràn đa giỏc vuụng, mỏi đập hạ lưu nghiờng, thành bờn phớm là đập tràn bờn dạng thành mỏng; cuối phớm là đập tràn đa giỏc (tam giỏc vuụng, mỏi đập thượng lưu nghiờng). Đối với cỏc loại đập tràn đa giỏc (đầu và cuối phớm), cũng như đập thành mỏng tràn bờn cú chiều cao đập thay đổi dần thỡ chưa cú cỏc nghiờn cứu về hệ số lưu lượng. Theo cỏc nghiờn cứu hiện cú cho đập tràn tam giỏc, thỡ khi P1/H=1~5, hệ số mỏi dốc thượng và hạ lưu đập từ 1,5 đến 2,0 thỡ hệ số lưu lượng m thay đổi từ 0,40~0,45. Đối với đập thành mỏng, cú P1
khụng thay đổi với P1/H ≥2 thỡ hệ số lưu lượng m=0,4~0,41.
Tiếp cận vấn đề theo quan điểm gần đỳng cho rằng hệ số lưu lượng là như nhau trờn suốt chiều dài tràn hiệu quả và ký hiệu Mp, thỡ ta cú thể viết:
0P 0i i
M .∑ ∑L= m .L
Lượng thỏo qua đập tràn phớm piano ở trạng thỏi chảy tự do cú thể viết như sau:
0
3 2
Q=M . L 2g.HP∑
Khi mực nước hạ lưu cao hơn cao trỡnh ngưỡng phớm thỡ đập tràn ở trạng thỏi chảy ngập. So với trạng thỏi chảy tự do, khả năng thỏo của đập sẽ giảm đi, cụng thức tớnh lưu lượng thỏo là cụng thức cú dạng tương tự cú bổ sung hệ số hiệu chỉnh σn, gọi là hệ số ngập. 0 3 2 . Q=σn M . L 2g.HP ∑
Khi dựng PKA, ụ đún nước cú bề rộng lớn hơn ụ thoỏt nước khoảng 20%. Đồ thị (hỡnh 2.27) cho thấy tỷ lưu Q (lưu lượng trờn 1m bề rộng khoang tràn) khi dựng PKA tăng gấp 3 lần so với đập tràn kiểu Greager.
3
Hỡnh 2. 27: Đồ thị so sỏnh khả năng xả của đập tràn kiểu Creager và kiểu PKA với H =4m [13].
- Ưu điểm của phương phỏp trờn là:
+ Cú thể xõy dựng trờn cỏc đoạn đập mới hoặc hiện hữu. + Lưu lượng đơn vị q cú thể thỏo lũ đạt 5 đến 100m3/s-m
+ Trong cựng chiều rộng kờnh thỏo lũ B, lưu lượng thỏo lũ tăng ớt nhất 4 lần so với kiểu đập tràn thực dụng Greager.
+ Tràn phớm đàn cú thể ỏp dụng ở cỏc tràn tự động đó xõy dựng để tăng độ an toàn hoặc tăng dung tớch hồ chứa với chi phớ xõy dựng thấp.
- Nhược điểm:
+ Trong một số trường hợp, loại tràn này yờu cầu lao động lành nghề cần nhiều giàn giỏo, cốt pha và cốt thộp hơn để thi cụng cỏc phần cỏnh mỏng.
+ Khả năng thỏo vật trụi nổi của tràn kiểu phớm đàn piano kộm hơn tràn Creager, do dú cần chỳ ý việc vớt cỏc vật trụi nổi vào mựa lũ, dũng chảy thường kộo theo nhiều vật trụi nổi từ thượng nguồn đến, trỏnh hiện tượng cỏc vật trụi nổi này tập trung lại tại ngưỡng tràn làm giảm khả năng thỏo của tràn hoặc cú thể phỏ hoại ngưỡng tràn.
+ Tỷ lưu qua tràn kiểu phớm đàn piano lớn hơn nờn việc nghiờn cứu tiờu năng sau tràn là rất cấp thiết.
2.3.2.4 Giải phỏp làm thờm tràn phụ.
Giải phỏp này ỏp dụng cho cả cụng trỡnh cú tràn chớnh là tràn tự động hay tràn cú cửa van. Áp dụng cỏc giải phỏp cải tạo tràn nhằm tăng dung tớch cho hồ chứa như đó trỡnh bày ở trờn trong trường hợp khụng thể mở rộng khẩu độ tràn thỡ ngoài giải phỏp tràn zớch zắc, tràn kiểu phớm đàn piano cú thể ỏp dụng giải phỏp mở thờm tràn phụ kết hợp với tràn chớnh nhằm thỏo được lưu lượng lũ tăng lờn do ảnh hưởng của biến đổi khớ hậu.
Tràn phụ cú thể là tràn tự động cú ngưỡng đỉnh rộng, thực dụng hoặc tràn zớch zắc, tràn phớm đàn piano…Tràn phụ là tràn cú cửa van chủ yếu dựng với cỏc cụng trỡnh lớn hoặc khi lưu lượng lũ tăng lờn nhiều so với thiết kế ban đầu ngoài ra việc chọn kiểu tràn phụ phải căn cứ vào điều kiện địa hỡnh địa chất, nối tiếp sau tràn
Tràn phụ cú thể bố trớ cạnh tràn cũ hoặc tại vị trớ độc lập với tràn cũ trờn nguyờn tắc cỏc hạng mục trong cụm cụng trỡnh đầu mối làm việc độc lập, khụng ảnh hưởng đến cụng trỡnh khỏc.
Cao trỡnh ngưỡng tràn phụ nếu là tràn tự động thỡ thường bằng MNDBT. Cũn tràn phụ cú cửa van thỡ cú nguyờn lý tớnh toỏn, hỡnh thức kết cấu, đặc điểm làm việc như bất kỳ loại tràn cú cửa van khỏc.
Tràn phụ tớnh toỏn trờn cơ sở đảm bảo thỏo được lưu lượng: Qlũ BS= Qlũ TK - Qlũ cũ Trong đú: +Qlũ
TK là lưu lượng lũ cần xả qua tràn cú tớnh đến biến đổi khớ hậu. +Qlũ
cũ là lưu lượng xả của tràn cũ sau khi nõng MNDBT.