Các phương án đề xuất giúp ta có cái nhìn toàn diện hơn về ảnh hưởng của cấu tạo đập tràn, kết cấu mũi phun tới dòng phun phóng xa, đồng thời tìm ra phương án tối ưu nhất, đảm bảo khả năng tiêu năng dòng phun hiệu quả cao nhất và hạn chế tối đa ảnh hưởng của dòng phun tới hai bờ hạ lưu, cũng như điều kiện làm việc và an toàn của đập.
Việc kết hợp tính toán với thí nghiệm mô hình thủy lực là cần thiết để có thể đưa ra được các kết luận chính xác, phù hợp với thực tế làm việc của công trình, đảm bảo tính xác thực của các thông số thiết kế.
Kết hợp giữa kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình, ta thấy phương án 1 về cơ bản đáp ứng được các yêu cầu về tiêu năng cho đập tràn Nậm Chiến, đáp ứng đảm bảo các yêu cầu về an toàn đập và hạ lưu công trình. Các dòng phun của phương án 1 tập trung vào phạm vi hố xói phía hạ lưu đập, chiều dài dòng phun xa nhất, tuy còn lớp nước mỏng ảnh hưởng đến hai bờ sông hạ lưu, nhưng lớp nước này không có khả năng ảnh hưởng đến an toàn
hai bờ sông hạ lưu. Đồng thời phương án 1 là phương án có kết cấu đơn giản nhất, thi công dễ dàng hơn so với hai phương án còn lại.
Phương án 2 và phương án 3 tuy đều có những ưu điểm riêng về khả năng tiêu năng, các dòng phun tập trung và va chạm, khuếch tán trong không khí tốt hơn phương án 1. Nhưng nhìn chung khả năng tiêu năng của cả hai phương án không quả nổi bật so với phương án 1. Bên cạnh đó các phương án này có chiều dài phóng xa cũng ngắn hơn phương án 1.
Để tối ưu hơn, đề xuất thay đổi góc chụm của tường cánh hai khoang tràn bên trong phương án 1 để dòng phun hai khoang này hướng vào trục đập hơn, đảm bảo không ảnh hưởng tới hai bên bờ hạ lưu.
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 1. Những kết quả đạt được của luận văn
1. Công trình tháo lũ là một trong những hạng mục chủ yếu và quan trọng, không thể thiếu trong đầu mối thủy lợi, thủy điện nhằm điều tiết và đảm bảo cho sự làm việc an toàn và ổn định lâu dài của hồ chứa.
2. Đập tràn trong đầu mối công trình thủy điện Nậm Chiến – tỉnh Sơn La là một công trình tương đối lớn của ngành thủy lợi, thủy điện nước ta. Công trình có kết cấu dạng vòm, đập tràn được bố trí trên đỉnh đập tại phạm vi lòng sông. Công trình có chiều cao đập vòm là 135m, chiều cao đập tràn là 127m, lưu lượng lớn nhất qua tràn là 2456.7 m3/s ứng với cột nước trên tràn là 5.84m. Tiêu năng sau tràn bằng mũi phun kết hợp với các conson có tác dụng tản dòng khi rơi xuống hạ lưu. Qua nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm mô hình cho thấy chế độ dòng chảy qua tràn cũng như việc tiêu năng sau tràn là rất phức tạp. Nhìn chung, kết quả tính toán so với kết quả thí nghiệm mô hình là phù hợp, sai số nằm trong phạm vi cho phép. Tuy nhiên, sự sai khác giữa tính toán, mô hình thí nghiệm và thực tế làm việc của công trình là có thể xảy ra do sự phức tạp của chế độ dòng chảy mà tính toán và mô hình chưa thể phản ánh hết được.
3. Qua nghiên cứu các phương pháp tính toán thủy lực xác định các thông số dòng chảy trên mặt tràn cũng như dòng phun phía hạ lưu… đã cho những kết quả khả quan, phù hợp với kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực. Phương pháp V.I Tsanomxki tính toán các thông số dòng chảy trên mặt tràn cho kết quả tương đối chính xác.
4. Hình thức tiêu năng phóng xa là hình thức tiêu năng thích hợp nhất đối với đập vòm tràn nước. Trong đó việc điều khiển dòng phóng xa và xói hạ lưu có thể coi là vấn đề cơ bản nhất, ảnh hưởng đến an toàn đập và khả năng
làm việc của công trình. Kết cấu của mũi phun ảnh hưởng trực tiếp đến hình thái của dòng phun, khả năng tiêu năng của dòng phóng xa cũng như mức độ xói lở hạ lưu công trình. Trong khuôn khổ luận văn đã đề xuất ba phương án kết cấu mũi phun của tràn Nậm Chiến. Từ đó tiến hành tính toán, so sánh các kết quả tính toán các phương án, kết hợp với kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực để tìm ra được phương án tối ưu.
5. Các thông số của dòng phun như chiều dài phóng xa, độ sâu hố xói, phạm vi xói được tính toán với nhiều phương án, phương pháp khác nhau, phản ánh một các tổng quan việc tiêu năng và xói hạ lưu do dòng chảy gây ra. Do việc xác định các thông số phụ thuộc vào phương pháp tính, chế độ dòng chảy phức tạp và địa chất nền, nên kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình cũng vẫn còn tồn tại sự sai khác nhất định.
2. Kiến nghị và tồn tại
2.1. Kiến nghị
Đối với các loại đập tràn trọng lực, đập vòm tràn nước có cột nước cao và lưu lượng xả tương đối lớn thì mặt cắt tràn kiểu thực dụng không chân không Krier – Ofixerov là thích hợp. Dòng chảy qua đập được thuận và êm ái, ít bị ảnh hưởng bởi mạch động và hiện tượng khí thực. Do đó đập làm việc ổn định và ít rung động hơn.
Việc áp dụng hình thức tiêu năng sau đập tràn bằng phóng xa kết hợp với hố xói phía hạ lưu tại các đập có cột nước cao là rất thích hợp. Trong đa số trường hợp đây có thể coi là biện pháp khả thi nhất, do đập tràn được bố trí ở giữa dòng sông, không bị hạn chế nhiều bởi điều kiện địa hình khu vực đặt tràn. Kết quả tiêu năng của dòng phun và hố xói tương đối tốt, dòng phun được phóng xa khỏi phạm vi chân đập, tránh những ảnh hưởng đến an toàn đập.
Đối với các công trình lớn có cột nước và lưu lượng cao, chế độ dòng chảy qua tràn là rất phức tạp, việc xác định các thông số của dòng chảy cần phải có sự đối chiếu với kết quả từ thí nghiệm mô hình thủy lực để đảm bảo kết quả phù hợp với thực tế làm việc của công trình.
Việc kiểm soát xói ở hạ lưu của đập vòm tràn nước tiêu năng bằng phóng xa và hố xói là rất phức tạp, phụ thuộc nhiều vào chế độ dòng chảy trên tràn, kết cấu mũi phun và địa chất nền. Do đó, cần phải tiến hành thí nghiệm mô hình với các thông số xác thực để có thể kết luận được về kết quả tiêu năng và xu hướng phát triển của hố xói, đảm bảo trong quá trình làm việc thực tế lâu dài, hố xói không làm ảnh hưởng tới an toàn đập.
2.2. Tồn tại
Do thời gian và kiến thức có hạn, kết quả nghiên cứu luận văn mới chỉ là bước đầu còn rất nhiều hạn chế, chưa thể làm rõ hết được các thông số ảnh hưởng đến việc xả nước và tiêu năng sau đập vòm tràn nước. Trong khuôn khổ luận văn mới chỉ để cập được đến trường hợp tràn xả tự do hoặc cửa van mở hoàn toàn, các trường hợp tràn có điều tiết bằng cửa van vẫn chưa thể đề cập tới được. Cần nghiên cứu đập vòm tràn nước trong phạm vi rộng hơn, có điều tiết, dòng chảy khi có mạch động, ảnh hưởng bởi khí thực…
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt:
1.Bộ môn Thủy công, Trường Đại học Thủy lợi (1989), Giáo trình Thủy công – tập I, II, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
2.Bộ môn Thủy công, Trường Đại học Thủy lợi (1989), Giáo trình Thủy lực – tập I, II, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà
Nội.
3. Công ty Cổ phần Thủy điện Nậm Chiến (2005), Báo cáo tóm tắt –
Thiết kế kỹ thuật GĐ 1 – Công trình thủy điện Nậm Chiến – Sơn La.
4. Hoàng Xuân Chiến (2008), Nghiên cứu khả năng tháo và trạng thái
dòng chảy qua đập vòm tràn nước, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Trường đại học
Thủy lợi.
5.Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng (2005),
Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi, Nhà xuất bản xây dựng,
Hà Nội.
6.P.G. Kixelep,… (1996), Sổ tay tính toán thủy lực – bản dịch tiếng Việt của Lưu Công Đào, Nguyễn Tài, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
7.Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 04-05:2012/BNNPTNT – Công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế.
8.Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL C-8-76.
9.TCVN 8420:2010: Công trình thủy lợi – Tính toán thủy lực công trình xả kiểu hở và xói lòng dẫn bằng đá do dòng phun.
10. Văn phòng Tư vấn – Phòng thí nghiệm thủy lực tổng hợp – Trường đại học Thủy lợi (2006), Báo cáo kết quả thí nghiêm mô hình thủy lực công trình thủy điện Nậm Chiến – Sơn La.
11. Viện Khoa học Thủy lợi (2006), Sổ tay kỹ thuật thủy lợi – Phần 2,
Tài liệu tiếng nước ngoài:
12. C.Y. Wei, James E. Lindell (2004), Hydraulic design of stilling
basin and energy dissipations.
13. Jeffrey G. Whittaker, Anton Schleiss (1984), Scour Related to
Energy Dissipaters for High Head Structures.
14. Patrick James và Hubert Chanson (2004), Historical development
of Acrh dam.
15. Sokchhay Heng, Tawatchai Tingsanchali, Tadashi Suetsugi,
Analysis of plunge pool scour hole formation below a chute spillway with flip bucket using a physical model.
16. Subhasish Dey, Rajkumar V. Raikar (2007), Scour below a High
vertical drop.
17. US Army Corps of Engineers (1990), Hydraulic of Spillways. 18. US Army Corps of Engineers (1994), Arch dam Design.
19. US Department of the Interior (1990), Hydraulic model study of
Chili Bar dam spillway modifications.
Website: 20. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tallest_dams_in_the_world 21. http://vietphd.org/forum 22. http://www.icold-igb.org/GB/World_register/general_synthesis.asp 23. http://www.traianvs.net/textos/archdams_en.htm 24. http://www.vncold.vn
CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
PHỤ LỤC 1. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY TRÊN MẶT TRÀN NẬM CHIẾN
PHỤ LỤC 2. ĐƯỜNG MẶT NƯỚC TRÊN ĐẬP TRÀN NẬM CHIẾN PHỤ LỤC 3. TIÊU NĂNG PHÓNG XA ĐẬP TRÀN NẬM CHIẾN
PHỤ LỤC 1. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY TRÊN MẶT TRÀN NẬM CHIẾN
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY TRÊN TRÀN NẬM CHIẾN – PHƯƠNG ÁN 1
Q = 1005 m3/s
ZTL= 948,31 m
H= 3,31 m
1. Tính toán đương mặt nước từ ngưỡng đến mặt cắt A-A
Điểm Ztr hA dA θA vA qA
3 945,38 1,66 1,07 29,00 7,58 12,56
2. Tính toán đường mặt nước từ mặt cắt A-A đến cuối mũi phun
Điểm Ztr h Z θ LR BR v vtb htb Lx RTL λ fL fR Fr 3 945,38 1,66 943,93 29,00 106,30 75,58 7,59 1,81 948,3 4 943,75 1,33 942,76 42,00 104,80 74,38 9,45 8,52 1,48 2,02 1,24 0,0039 948,3 948,3 7,36 5 941,38 1,08 940,68 50,00 102,80 72,77 11,61 10,53 1,19 3,11 1,03 0,0041 948,2 948,3 13,30 6 938,75 0,93 938,23 56,00 100,94 71,27 13,57 12,59 1,00 3,33 0,88 0,0043 948,1 948,2 21,26 7 935,91 0,82 935,50 60,00 99,20 69,87 15,37 14,47 0,87 3,48 0,78 0,0044 947,9 948,1 30,86 8 933,33 0,75 932,98 62,00 97,80 68,74 16,81 16,09 0,78 2,98 0,71 0,0045 947,7 948,0 40,60 9 930,59 0,69 930,29 64,00 96,43 67,61 18,17 17,49 0,72 3,13 0,66 0,0046 947,4 947,7 51,17 10 928,18 0,65 927,90 65,00 95,30 76,73 19,26 18,72 0,67 2,67 0,62 0,0046 947,1 947,4 61,21 11 925,69 0,62 925,45 67,00 94,22 75,86 20,29 19,78 0,64 2,76 0,59 0,0047 948,9 947,1 71,46 12 923,72 0,60 923,26 39,00 92,49 74,46 21,02 20,66 0,61 2,23 0,56 0,0047 948,5 948,9 79,78 13 922,57 0,59 922,00 14,00 90,00 72,46 21,32 21,17 0,59 2,57 0,55 0,0047 948,1 948,5 83,95 14 922,60 0,60 922,00 0,00 86,6 72,46 21,04 21,18 0,59 3,40 0,55 0,0047 947,4 948,1 81,68 15 923,45 0,61 922,91 -28,16 84,9 72,46 20,50 20,77 0,60 1,93 0,56 0,0047 947,4 76,11
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY TRÊN TRÀN NẬM CHIẾN – PHƯƠNG ÁN 1
Q = 1295,1 m3/s
ZTL= 948,89 m
H= 3,89 m
1. Tính toán đương mặt nước từ ngưỡng đến mặt cắt A-A
Điểm Ztr hA dA θA vA qA
3 945,73 2,06 1,07 29,00 7,88 16,19
2. Tính toán đường mặt nước từ mặt cắt A-A đến cuối mũi phun
Điểm Ztr h Z θ LR BR v vtb htb Lx RTL λ fL fR Fr 3 945,73 2,06 943,93 29,00 106,30 75,58 7,88 1,81 948,9 4 943,99 1,65 942,76 42,00 104,80 74,38 9,80 8,84 1,83 2,02 1,51 0,0038 948,9 948,9 6,48 5 941,55 1,35 940,68 50,00 102,80 72,77 11,95 10,87 1,49 3,11 1,24 0,0039 948,8 948,9 11,72 6 938,88 1,16 938,23 56,00 100,94 71,27 13,91 12,93 1,25 3,33 1,07 0,0041 948,7 948,8 18,37 7 936,02 1,03 935,50 60,00 99,20 69,87 15,71 14,81 1,09 3,48 0,96 0,0042 948,6 948,7 26,32 8 933,42 0,94 932,98 62,00 97,80 68,74 17,16 16,43 0,99 2,98 0,87 0,0043 948,4 948,6 34,36 9 930,67 0,87 930,29 64,00 96,43 67,61 18,54 17,85 0,91 3,13 0,81 0,0043 948,2 948,4 43,13 10 928,25 0,82 927,90 65,00 95,30 76,73 19,65 19,09 0,85 2,67 0,76 0,0044 947,9 948,2 51,48 11 925,76 0,78 925,45 67,00 94,22 75,86 20,71 20,18 0,80 2,76 0,73 0,0044 950,6 947,9 60,08 12 923,85 0,76 923,26 39,00 92,49 74,46 21,42 21,07 0,77 2,23 0,70 0,0045 950,3 950,6 66,83 13 922,72 0,74 922,00 14,00 90,00 72,46 21,75 21,59 0,75 2,57 0,68 0,0045 950,0 950,3 70,40 14 922,75 0,75 922,00 0,00 86,6 72,46 21,53 21,64 0,75 3,40 0,68 0,0045 949,5 950,0 69,06 15 923,59 0,77 922,91 -28,16 84,9 72,46 21,05 21,29 0,76 1,93 0,70 0,0045 949,5 64,98
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY TRÊN TRÀN NẬM CHIẾN – PHƯƠNG ÁN 1
Q = 1931,9 m3/s
ZTL= 950,01 m
H= 5,01 m
1. Tính toán đương mặt nước từ ngưỡng đến mặt cắt A-A
Điểm Ztr hA dA θA vA qA
3 946,46 2,90 1,07 29,00 8,34 24,15
2. Tính toán đường mặt nước từ mặt cắt A-A đến cuối mũi phun
Điểm Ztr h Z θ LR BR v vtb htb Lx RTL λ fL fR Fr 3 946,46 2,90 943,93 29,00 106,30 75,58 8,34 1,81 950,0 4 944,49 2,32 942,76 42,00 104,80 74,38 10,40 9,37 2,58 2,02 2,06 0,0035 950,0 950,0 5,36 5 941,91 1,92 940,68 50,00 102,80 72,77 12,57 11,49 2,12 3,11 1,64 0,0037 950,0 950,0 9,84 6 939,16 1,66 938,23 56,00 100,94 71,27 14,52 13,55 1,79 3,33 1,44 0,0038 949,9 950,0 14,94 7 936,24 1,48 935,50 60,00 99,20 69,87 16,31 15,42 1,57 3,48 1,30 0,0039 949,8 949,9 20,90 8 933,62 1,36 932,98 62,00 97,80 68,74 17,76 17,03 1,42 2,98 1,20 0,0040 949,7 949,8 26,87 9 930,84 1,26 930,29 64,00 96,43 67,61 19,14 18,45 1,31 3,13 1,12 0,0040 949,5 949,7 33,37 10 928,40 1,19 927,90 65,00 95,30 76,73 20,27 19,71 1,23 2,67 1,06 0,0041 949,4 949,5 39,58 11 925,89 1,13 925,45 67,00 94,22 75,86 21,36 20,81 1,16 2,76 1,01 0,0041 954,0 949,4 46,02 12 924,11 1,10 923,26 39,00 92,49 74,46 22,02 21,69 1,11 2,23 0,98 0,0042 953,8 954,0 50,68 13 923,05 1,08 922,00 14,00 90,00 72,46 22,35 22,19 1,09 2,57 0,96 0,0042 953,6 953,8 53,23 14 923,09 1,09 922,00 0,00 86,6 72,46 22,20 22,28 1,08 3,40 0,95 0,0042 953,3 953,6 52,66 15 923,89 1,11 922,91 -28,16 84,9 72,46 21,80 22,00 1,10 1,93 0,97 0,0042 953,3 50,16
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ DÒNG CHẢY TRÊN TRÀN NẬM CHIẾN – PHƯƠNG ÁN 1
Q = 2456,7 m3/s
ZTL= 950,84 m
H= 5,84 m
1. Tính toán đương mặt nước từ ngưỡng đến mặt cắt A-A
Điểm Ztr hA dA θA vA qA
3 947,04 3,56 1,07 29,00 8,63 30,72
2. Tính toán đường mặt nước từ mặt cắt A-A đến cuối mũi phun
Điểm Ztr h Z θ LR BR v vtb htb Lx RTL λ fL fR Fr 3 947,04 3,56 943,93 29,00 106,30 75,58 8,63 1,81 950,8 4 944,87 2,84 942,76 42,00 104,80 74,38 10,81 9,72 3,16 2,02 2,47 0,0034 950,8 950,8 4,83 5 942,20 2,36 940,68 50,00 102,80 72,77 12,99 11,90 2,60 3,11 1,91 0,0036 950,8 950,8 9,01 6 939,38 2,06 938,23 56,00 100,94 71,27 14,94 13,97 2,21 3,33 1,70 0,0037 950,8 950,8 13,40 7 936,42 1,84 935,50 60,00 99,20 69,87 16,72 15,83 1,95 3,48 1,54 0,0038 950,7 950,8 18,46 8 933,77 1,69 932,98 62,00 97,80 68,74 18,16 17,44 1,76 2,98 1,43 0,0038 950,6 950,7 23,48 9 930,98 1,57 930,29 64,00 96,43 67,61 19,54 18,85 1,63 3,13 1,35 0,0039 950,4 950,6 28,94 10 928,53 1,49 927,90 65,00 95,30 76,73 20,67 20,11 1,53 2,67 1,28 0,0039 950,3 950,5 34,13 11 926,00 1,41 925,45 67,00 94,22 75,86 21,76 21,22 1,45 2,76 1,22 0,0040 956,8 950,3 39,54 12 924,33 1,37 923,26 39,00 92,49 74,46 22,38 22,07 1,39 2,23 1,18 0,0040 956,7 956,8 43,19