II. Nguyên lý cơ bản tính toán điều tiết lũ và các dạng đướng quá trình xả lũ 1.Nguyên lý cơ bản tính điều tiết lũ
a. Kênh tháo kiều dỉc nước
- Dỉc nước là đụa kênh hị cờ đĩ dỉc lớn (i>ipg). Trong trướng hợp xây dựng trên nền đÍt hoƯc nền đá xÍu đĩ dỉc thướng khoảng 38%, trên nền đá đĩ dỉc cờ thể đạt tới 50% và cờ thể thay đưi thích ứng với điều kiện địa hình, địa chÍt.
Khi thiết kế cèn so sánh đĩ dỉc idứng với lưu tỉc lớn nhÍt cho phép của vỊt liệu với đĩ dỉc địa hình tự nhiên io.
id= R.C[v]22
[v] : lưu tỉc cho phép của vỊt liệu làm dỉc nước. R : bán kính thủy lực mƯt cắt của dỉc nước. C : hệ sỉ sêdi.
+ Khi ioidcờ thể thiết kế đĩ dỉc của dỉc nước thay đỉi từ iođến id.
+ Nếu io> id , muỉn thiết kế dỉc nước với đĩ dỉc lớn hơn idthì phải cờ biện pháp tăng đĩ nhám của dỉc hoƯc làm hai dỉc nỉi tiếp cờ đĩ dỉc khác nhau.
- MƯt cắt ngang của dỉc trên nền đÍt cờ dạng hình thang hoƯc hình chử nhỊt. Bớ và đáy dỉc nước thướng làm bằng bêtông, bêtông cỉt thép, đá xây (hình 7.8). Bản bê tông
t = (0.0300.035).v. h v : vỊn tỉc bình quân dòng chảy h : chiều sâu dòng chảy
: hệ sỉ phụ thuĩc chÍt đÍt (nền sét =0.81.0; nền á cát và cát =1.51.0)
Cqưcqxcq csaCSAca
Cừe
Các bản và tướng đều cờ khe lún đƯt cách nhau (415)m, chiều rĩng khe khoảng 1cm và cờ khớp nỉi dẽo. Trên nền đÍt cũng như trên nền đá cèn làm các lỡ thoát nước để giảm áp lực thÍm và đỈy nưi.
Trên nền đá mƯt cắt ngang dỉc nước cờ dạng chũ nhỊt hoƯc hình thang mái rÍt dỉc. Nền là đá tỉt thì chỉ cèn cÍu tạo giảm đĩ nhám, không cèn đõ bê tông. Trong trướng hợp các bản đáy cèn đõ bê tông và nếu đĩ dỉc lớn thì cèn giữ cho ưn định bằng cách néo các tÍm bê tông vào đá bằng các néo cỉt thép 20 đƯt cách nhau 12m, mĩt đèu chôn sâu vào đá 1m, còn đèu kia gắn chƯt vào bản bê tông.
- Nỉi tiếp dỉc nước với ngưỡng tràn thướng gƯp các trướng hợp sau :
+ Nếu ngưỡng tràn là đỊp thÍp, đĩng năng ị chân đỊp nhõ, tiêu năng sẽ tỊp trung ị cuỉi dỉc (hình 7.9a)
+ Nếu ngưỡng tràn là đỊp cao, ị chân đỊp cèn cờ hỉ tiêu năng, sau đờ với nỉi tiếp với dỉc nước và tiêu năng ị cuỉi dỉc (hình 7.9b)
+ Trên nền đá tỉt, tuy ngưỡng cao, dòng chảy xiết lớn nhưng cờ thể nỉi tiếp theo dỉc nước và tỊp trung tiêu năng ị cuỉi dỉc thông thướng kiểu mũi phun (hình 7.10)
Hình 7.10 :Đướng tràn ngưỡng cao cờ dỉc nước trên nền đá, tiêu năng mũi phun Tràn xả lũ thủy điện IALY – Gia Lai
Hình 7.11: Sơ đơ tính đoạn thu hẹp đèu dỉc, 1. kênh dĨn; 2. ngưỡng tràn; 3. đoạn thu hẹp; 4. dỉc
- Trên mƯt bằng dỉc nước cờ thể thẳng hoƯc cong. Chiều rĩng dỉc nước cờ thể là không đưi từ đèu đến cuỉi dỉc, và bằng chiều dài tràn nước. Trong trướng hợp để tiết kiệm khỉi lượng công trình ị đèu dỉc làm đoạn thu hẹp (hình 7.7) hoƯc dỉc nước thu hẹp dèn, nhưng phải đảm bảo trị sỉ lưu lượnh riêng cuỉi dỉc nhõ hoen trị sỉ cho phép đỉi với nền.
- Tính toán thủy lực dỉc nước : Khi tính toán thủy lực dỉc nước ta cèn giải quyết các vÍn đề sau :
+ Tính đướng mƯt nước trong dỉc nước :
Dòng chảy trong dỉc nước là dòng chảy xiết. Tùy theo chiều sâu dòng chảy tại đèu dỉc nước, đướng mƯt nước trong dỉc nước là đướng nước đư bIIhoƯc đướng nước dâng CIItrong vùng xiết. Ta cờ thể vẽ đướng mƯt nước theo phương pháp cĩng trực tiếp.
Tính toán đoạn thu hẹp đèu dỉc nước : Dỉc nước cờ đoạn thay đưi dèn tuy tiết kiệm được khỉi lượng công trình, nhưng thi công trên tuyến dài phức tạp, nên thướng thiết kế đướng tràn tháo lũ cờ đoạn thu hẹp sau ngưỡng tràn, trước khi đi vào dỉc nước (hình 7.7).
Theo kinh nghiệm gờc thu hẹp lÍy bằng 220, vì với trị sỉ này dòng chảy không bị co hẹp đĩt ngĩt. Chiều dài đoạn thu hẹp từ BTđến Bdkhông nên lÍy quá lớn, và do đờ cờ thể giả thiết tưn thÍt thủy lực trong đoạn này không đáng kể.
Biết rằng chiều sâu dòng chảy tại cuỉi ngưỡng tràn và tại đèu dỉc nước (cuỉi đoạn thu hẹp) đều bằng chiều sâu phân giới, nên cờ thể thiết kế đoạn thu hẹp thế nào để cho chiều sâu dòng chảy trong cả đoạn thu hẹp bằng chiều sâu phân giới.
a) b)
Tỷ năng trong các mƯt cắt tại đụan thu hẹp : =v2 2g + hpg hpg= 3 q2 g hay hpg3=q2 g =.hpg2.v2 g 2g =v2 hpg 2 = v2 2g + hpg=32 hpg
Nếu ta lÍy đướng mực nước trong hơ làm chuỈn thì :
* Cao trình mƯt nước trong mỡi mƯt cắt bằng - v2
2g = - hpg
2 , tức là thÍp hơn mực nước trong hơ mĩt đoạn bằngh2 .pg
* Cao trình đáy đoạn thu hẹp trong mỡi mƯt cắt bằng - 2 h3 pg, tức là thÍp hơn mực nước trong hơ mĩt đoạn bằng 32 hpg
+ Tính đướng mƯt nước tại đoạn cong :
Trong trướng hợp để rút ngắn chiều dài dỉc nước hoƯc tránh các vỊt chướng ngại, dỉc nước cờ tuyến cong. Dòng chảy trong đoạn uỉn cong chịu tác dụng của lực ly tâm và sẽ bị tưn thÍt cĩt nước do dòng cuĩn ngang gây ra là ht.
ht= 0,8..BR .v02 = 2(1- cos) : gờc uỉn cong B : chiều rĩng dỉc nước R : bán kính cong của trục dỉc V0 : lưu tỉc bình quân tại trục dỉc
Do ảnh hưịng của lực ly tâm mực nước bớ lơi sẽ thÍp hơn bớ lđm, mƯt nước trong mƯt cắt ngang sẽ cờ dạng cong vòng lên và đụ dỉc Irtại điểm cờ bán kính r là :
Ir= v 2 g.r v = Q h.r.lnr2 r1
r : bán kính tại điểm đang xét Q : lưu lượng qua mƯt cắt h : đĩ sâu bình quân
h = r1 r2 Ir.dr = r1 r2 v2 g.r .dr = Q2 2gh2ln2r2 r1 ( r1 12- r1 22)
Đỉi với dỉc nước cờ chiều rĩng B<10m, gờc nghiêng mƯt nước được tính gèn đúng bằng (hình 7.12):
I = tg= v 2 gR
v : lưu tỉc trung bình tại trục dỉc R : bán kính cong của trục dỉc
Trong những dỉc nước rĩng, nhÍt là khi cờ lưu tỉc lớn, để giảm khỉi lượng đào nhÍt là nhanh chờng ưn định dòng chảy khi ra khõi khúc cong, đáy nghiêng của dỉc nước cũng làm nghiêng mĩt gờc < (hình 7.12b), hoƯc chia dòng chảy của dỉc thành nhiều luơng bằng các tướng phân dòng.
+ VÍn đề hàm khí trong dỉc nước
Khi vỊn tỉc dòng chảy trong dỉc lớn (v>3m/s), lớp không khí gèn mƯt dòng chảy sẽ bị hút vào lớp nước. Các bụt khí đờ trĩn vào lớp nước trên mƯt chuyển đĩng cùng với dòng chảy làm cho dòng sâu dòng chảy tăng lên..
Theo đề nghị của Nitripôrôvish sự tăng chiều sâu nước do hàm khí tương đương với việc tăng đĩ nhám của dỉc nước. Dùng hệ sỉ nhám tương đương n’ = .n để tính toán chiều sâu nước theo bài toán không cờ hàm khí để kể đến hiện tượng hàm khí.
: hệ sỉ tăng đĩ nhám – phụ thuĩc và đĩ dỉc của dỉc nước i=0,1-0,2 thì = 1,33
i=0,2-0,4 thì = 1,33-2,0 i>0,4 thì = 2,0-3,33
Chiều sâu nước khi cờ kể đến hàm khí cũng cờ thể xác định theo công thức hhk= h(1 + 100 )v
v, h : lèn lượt là vỊn tỉc trung bình và chiều sâu dòng chảy tại vị trí tính.
- Khi dòng chảy xiết (Fr>10), tỷ sỉ B/h lớn, lớp nước sát đáy bị lực ma sát kéo lại, còn lớp nước mƯt vĨn chuyễn đĩng với lưu tỉc lớn do đờ hình thành sự ‘trượt’ trong nĩi bĩ các lớp dòng chảy, gây nên hiện tượng sờng truyền từ đèu dỉc đến cuỉi dỉc theo chu kỳ.
- Hiện tượng sờng thướng xảy ra khi đĩ dỉc lớn (i>0,025-0,03) và tỷ sỉ B/h lớn. - Tác hại : chiều cao sờng làm tăng mực nước do đờ phải tăng chiều cao tướng biên, đơng thới sờng truyền xuỉng cuỉi dỉc làm rỉi loạn tiêu năng.
- Biện pháp đề phòng:
* Xây dựng dỉc nước cờ mƯt cắt hình Parabol hay Tam giác để giảm tỷ sỉ B/h * Giảm bớt đĩ nhám của dỉc nước.
+ Tính dỉc nước cờ mỉ nhám :
Trong mĩt sỉ trướng hợp ngưới ta xây dựng mỉ nhám trên dỉc nước nhằm tăng đĩ sâu dòng chảy, biến dòng chảy xiết sang dòng chảy êm, từ đờ giảm nhẹ được tiêu năng cuỉi dỉc. Khi thiết kế phải tính toán kích thước mỉ nhám, xác định dạng bỉ trí trên mƯt bằng sao cho các thông sỉ h, v thoả mãn yêu cèu cho trước (ví dụ v<[v], h<ht)
+ Tiêu năng cuỉi dỉc nước:
Thướng cờ 2 hình thức chính:
* Tiêu năng đáy : bằng cách xây dựng bể tiêu năng, tướng tiêu năng hoƯc bể tướng kết hợp nhằm cho nước nhảy ngỊp trong phạm vi sân tiêu năng ị cuỉi dỉc nước. Biện pháp này thướng xây dựng trên nền đÍt, cũng cờ lúc trên nền đá và dùng trong trướng hợp mực nước hạ lưu ị sát cuỉi dỉc cao và dỉc thoải (hình 7.7 và 7.14a)
* Tiêu năng phun xa : bằng cách xây dựng mũi phun ị cuỉi dỉc để dòng nước phun lên cao, ra xa, trĩn lĨn vào không khí tiêu hao phèn lớn năng lượng trên không. Phèn năng lượng còn lại tiêu hao do ma sat nĩi bĩ trong hỉ xời. Biện pháp này được áp dụng khi dỉc nước kết thúc trên sướn dỉc, cách xa mực nước hạ lưu, nền là đá (hình 7.10, 7.13 và 7.14b).