8. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN
4.3. KIỂM ĐỊNH Mễ HèNH USVF1D
4.3.1. Đƣờng mặt nƣớc trong mỏng tràn bờn hồ Đồng Nghệ
Cụng trỡnh xả lũ hồ Đồng Nghệ ngoài đƣờng tràn ngang và mỏng tràn bờn cũn đƣợc thiết kế thờm cửa xả sự cố đặt ở đầu mỏng (Hỡnh 1.13). Cỏc trƣờng hợp thớ nghiệm gồm cỏc cấp lƣu lƣợng xả qua tràn kết hợp cỏc kịch bản đúng mở cửa xả sự cố. Cỏc thụng số cụng trỡnh theo sơ đồ thớ nghiệm (Hỡnh 3.1) và cỏc thụng số mụ hỡnh USVF1D đƣợc thiết lập nhƣ giới thiệu trong mục 4.2.2 (Hỡnh 4.10).
1. Kịch bản đúng cửa sự cố
Cỏc cấp lƣu lƣợng thớ nghiệm tại mặt cắt cuối mỏng trong kịch bản đúng cửa sự cố gồm Qh = 232, 328, 380, 390 và 410m3/s. Dựa trờn cỏc cấp lƣu lƣợng, thiết lập đƣờng quỏ trỡnh lũ khụng ổn định xả qua đƣờng tràn ngang nhƣ Hỡnh 4.13. Để phự hợp với dữ liệu thớ nghiệm là dũng ổn định thỡ đƣờng quỏ trỡnh lũ đƣợc thiết lập mà trong đú sự biến đổi của quỏ trỡnh lƣu lƣợng theo thời gian tại những thời điểm tƣơng ứng với cỏc cấp lƣu lƣợng thớ nghiệm là khụng lớn (Q/t 0). Mỏng đƣợc
chia thành 42 đoạn từ mặt cắt MC01 đến MC43 với x = 1m, bƣớc thời gian 5s.
Cỏc thụng số mụ hỡnh khỏc gồm trọng số sai phõn theo khụng gian với biến lƣu lƣợng Q = 0,5 và trọng số sai phõn theo khụng gian với biến mực nƣớc Z = 0,66.
Trờn Hỡnh 4.13, mực nƣớc cuối mỏng (Zcuối mỏng) đƣợc xỏc định theo thuật toỏn Hỡnh 4.3 với chiều sõu dũng chảy cuối mỏng (hh) tớnh theo cụng thức (3.17); Lƣu lƣợng gia nhập từ cạnh bờn (Qngƣỡng) đƣợc tớnh trờn chiều dài đoạn ngƣỡng tràn từ mặt cắt 2-2 đến cuối mỏng (Hỡnh 3.1) và phần lƣu lƣợng xả qua đoạn ngƣỡng tràn cong phớa trƣớc mặt cắt 2-2 đƣợc coi là thành phần gia nhập từ đầu mỏng (Qđầu mỏng). Cỏc kết quả tớnh toỏn đƣờng mặt nƣớc bằng mụ hỡnh USVF1D nhƣ sau:
Hỡnh 4.13. Đường quỏ trỡnh xả lũ hồ
Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố
Chỳ thớch Hỡnh 4.14:
Hỡnh 4.14. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố tại thời điểm Qh = 232m3/s
- USVF1D_232: đƣờng mặt nƣớc tớnh toỏn bằng mụ hỡnh USVF1D trớch xuất tại thời điểm lƣu lƣợng dũng chảy cuối mỏng Qh = 232m3/s;
- Đồng Nghệ_Q0=0_232: mực nƣớc trung bỡnh tại cỏc mặt cắt theo dữ liệu thớ nghiệm với cấp lƣu lƣợng 232m3/s;
- Konovalov_hh=1,1hc1: đƣờng mặt nƣớc tớnh theo cụng thức SVF ổn định (1.8) của Konovalov với chiều sõu dũng chảy cuối mỏng xỏc định theo đề xuất của Kiselev (hh = 1,1hc1) (Bảng 3.3), sau đõy đƣợc viết tắt là Kono1.1;
- Konovalov_hh=1,33hc1: đƣờng mặt nƣớc tớnh theo cụng thức SVF ổn định (1.8) của Konovalov với chiều sõu dũng chảy cuối mỏng xỏc định theo đề xuất của Chiến N. (hh = 1,33hc1) (Bảng 3.3), sau đõy đƣợc viết tắt là Kono1.33;
- Zc232 (hc2): đƣờng mực nƣớc phõn giới xỏc định với = 2,32; - Đỏy mỏng: đƣờng cao trỡnh đỏy mỏng.
Hỡnh 4.15. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố tại thời điểm Qh = 328m3/s
Hỡnh 4.16. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố tại thời điểm Qh = 380m3/s
Hỡnh 4.17. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố tại thời điểm Qh = 390m3/s
Hỡnh 4.18. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố tại thời điểm Qh = 410m3/s
Tại thời điểm lƣu lƣợng ở mặt cắt cuối mỏng là 232m3/s (Hỡnh 4.14), đƣờng mặt nƣớc dọc mỏng (USVF1D_232) tớnh toỏn theo USVF1D phự hợp với dữ liệu thớ nghiệm (Đồng Nghệ_Q0=0_232). Chiều sõu dũng chảy tớnh toỏn lớn hơn thớ nghiệm 2,45% 4,57% (Bảng 4.1). Đƣờng mặt nƣớc chảy ờm cú xu thế giảm dần theo chiều dũng chảy tƣơng tự đƣờng nƣớc hạ chảy ờm b0 [3]. Khu vực cuối mỏng, độ dốc mặt nƣớc tăng nhanh do hh hc. Đƣờng mặt nƣớc Kono1.33 cao hơn Kono1.1. Ở 2/3 đoạn đầu mỏng, đƣờng mặt nƣớc Kono1.1 cao hơn thớ nghiệm với sai số lớn nhất là 18,18% xảy ra ở mặt cắt đầu mỏng và 1/3 đoạn cuối mỏng thấp hơn thớ nghiệm với sai số tại mặt cắt cuối mỏng là 16,72% (Bảng 4.1).
Tại cỏc thời điểm khỏc ứng với Qh = 328m3/s (Hỡnh 4.15), 380m3/s (Hỡnh 4.16), 390m3/s (Hỡnh 4.17) và 410m3/s (Hỡnh 4.18), đƣờng mặt nƣớc cũng là đƣờng nƣớc hạ chảy ờm tƣơng tự thời điểm Qh = 232m3/s. Đƣờng mặt nƣớc USVF1D cao hơn thớ nghiệm nhƣng hầu hết sai số đều nhỏ hơn 10%, ngoại trừ trƣờng hợp sai số 14,40% ở đầu mỏng với cấp lƣu lƣợng 328m3/s (Bảng 4.1). Đƣờng mặt nƣớc Kono1.1 và Kono1.33 đều cú 2/3 đoạn đầu mỏng lớn hơn thớ nghiệm và 1/3 đoạn cũn lại thấp hơn thớ nghiệm. Sai số tổng thể của đƣờng Kono1.1 cao hơn Kono1.33 và sai số lớn nhất ở đầu mỏng hoặc cuối mỏng cú thể vƣợt 30% (Bảng 4.1).
Đƣờng quỏ trỡnh tớnh toỏn Q, v, Z đƣợc trỡnh bày trong phụ lục PL.6 (Hỡnh PL12 Hỡnh PL15).
Bảng 4.1. Chiều sõu dũng chảy tại cỏc mặt cắt mỏng hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố
Mặt cắt x/L nghiệm Thớ USVF1D Kono1.1 Kono1.33 h (m) Sai số (%) h (m) Sai số (%) h (m) Sai số (%) Q = 232m3/s (kịch bản đúng cửa sự cố) MC01 0,00 3,80 3,97 4,53 4,49 18,18 4,83 27,12 MC14 0,32 3,70 3,87 4,57 4,22 14,16 4,51 21,87 MC28 0,67 3,65 3,75 2,86 3,76 3,12 4,00 9,68 MC43 1,00 3,10 3,18 2,45 2,58 -16,72 3,12 0,69 Q = 328m3/s (kịch bản đúng cửa sự cố) MC01 0,00 4,50 5,15 14,40 5,69 26,48 5,94 32,00 MC22 0,50 4,57 4,89 6,89 5,32 16,34 5,57 21,98 MC28 0,66 4,35 4,78 9,81 4,69 7,91 4,98 14,50 MC43 1,00 4,24 4,33 2,10 3,24 -23,69 3,91 -7,73 Q = 380m3/s (kịch bản đúng cửa sự cố) MC01 0,00 5,47 5,77 5,45 6,30 15,25 6,45 17,92 MC14 0,32 5,36 5,62 4,79 5,92 10,37 6,08 13,51 MC28 0,67 5,32 5,37 0,99 5,24 -1,59 5,46 2,67 MC43 1,00 4,74 4,96 4,63 3,56 -24,89 4,30 -9,19 Q = 390m3/s (kịch bản đúng cửa sự cố) MC01 0,00 5,41 5,89 8,81 6,40 18,38 6,55 21,13 MC22 0,50 5,37 5,60 4,30 6,01 11,94 6,18 15,13 MC28 0,66 5,31 5,49 3,34 5,32 0,22 5,55 4,56 MC43 1,00 5,18 5,08 -1,93 3,62 -30,11 4,38 -15,49 Q = 410m3/s (kịch bản đúng cửa sự cố) MC01 0,00 5,72 6,12 7,03 6,60 15,41 6,51 13,79 MC14 0,32 5,67 5,97 5,21 6,20 9,34 6,25 10,18 MC28 0,67 5,62 5,72 1,72 5,49 -2,29 5,71 1,62 MC43 1,00 5,11 5,32 4,10 3,74 -26,81 4,52 -11,51 2. Kịch bản mở cửa sự cố
Cụng trỡnh thỏo lũ sự cố đƣợc thiết kế ở đầu mỏng là dạng tràn cú 2 cửa, kớch thƣớc 3x3m (Hỡnh 3.1). Cỏc trƣờng hợp thớ nghiệm gồm lƣu lƣợng qua ngƣỡng Qngƣỡng = 328m3/s kết hợp cửa sự cố Q0 = 54m3/s với tổng lƣu lƣợng Q = 382m3/s và Qngƣỡng = 390m3/s kết hợp Q0 = 80m3/s với tổng lƣu lƣợng Q = 470m3/s. Đƣờng quỏ trỡnh xả lũ đƣợc thiết lập theo nguyờn tắc nhƣ kịch bản đúng cửa sự cố (Hỡnh 4.19).
Hỡnh 4.19. Đường quỏ trỡnh xả lũ hồ Đồng Nghệ kịch bản mở cửa sự cố
Hỡnh 4.20. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 54m3/s tại thời điểm Qh = 382m3/s
Hỡnh 4.21. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 80m3/s tại thời điểm Qh = 470m3/s Bảng 4.2. Chiều sõu dũng chảy tại cỏc mặt cắt mỏng hồ Đồng Nghệ
kịch bản mở cửa sự cố
Mặt cắt x/L Thớ nghiệm
USVF1D Konovalov (1,1hc1) Konovalov (1,33hc1) h (m) Sai số (%) h (m) Sai số (%) h (m) Sai số (%) Q = 382m3/s (kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 54m3/s) MC01 0,00 4,21 5,60 32,96 6,38 51,58 6,46 53,38 MC22 0,50 4,94 5,32 7,68 5,52 11,65 5,69 15,16 MC28 0,66 4,77 5,24 9,80 5,18 8,56 5,40 13,17 MC43 1,00 4,50 4,98 10,74 3,57 -20,62 4,32 -4,02 Q = 470m3/s (kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 80m3/s) MC01 0,00 6,15 6,63 7,76 7,23 17,56 7,42 20,72 MC22 0,50 5,84 6,33 8,33 6,27 7,44 6,50 11,37 MC28 0,66 5,57 6,25 12,27 5,90 5,88 6,16 10,68 MC43 1,00 4,86 6,03 24,12 4,09 -15,94 4,94 1,63
Kết quả tớnh theo USVF1D so với phƣơng phỏp Konovalov cũng tƣơng tự kịch bản đúng cửa sự cố. Đƣờng mặt nƣớc USVF1D dọc mỏng cao hơn thớ nghiệm. Ở khoảng 2/3 đoạn đầu mỏng, mực nƣớc USVF1D thấp hơn Konovalov và 1/3 đoạn cuối mỏng thỡ ngƣợc lại (Hỡnh 4.20, Hỡnh 4.21). Về tổng thể sai số giữa tớnh toỏn và thớ nghiệm, đƣờng mặt nƣớc USVF1D cú sai số nhỏ hơn Konovalov ở nửa đầu mỏng và ở nửa cuối mỏng thỡ ngƣợc lại (Bảng 4.2), thể hiện rừ ở kịch bản 470m3/s (Hỡnh 4.21). Chiều sõu dũng chảy cuối mỏng xỏc định theo cụng thức (3.17) cho sai số lớn lần lƣợt là 10,47% (Q = 382m3/s) và 24,12% (Q = 470m3/s).
Đƣờng mặt nƣớc trờn mỏng là đƣờng nƣớc hạ chảy ờm nhƣng đoạn đầu mỏng cú chiều sõu dũng chảy tăng dần (Hỡnh 4.20). So sỏnh đƣờng mặt nƣớc cựng cấp lƣu lƣợng thớ nghiệm giữa kịch bản đúng cửa sự cố (Hỡnh 4.15, Q = 380m3
/s) và mở cửa sự cố (Hỡnh 4.20, Q = 382m3
/s) cho thấy đƣờng mặt nƣớc kịch bản mở cửa sự cố thấp hơn kịch bản đúng cửa sự cố. Kết quả tớnh bằng USVF1D phự hợp với kịch bản đúng cửa sự cố (Hỡnh 4.20). Hiện tƣợng này cho thấy tỏc động của dũng chảy qua cửa xả sự cố làm tăng lực đẩy của dũng chảy phớa thƣợng lƣu mỏng và làm suy yếu thế năng dũng chảy trong mỏng. Đõy là nguyờn nhõn chớnh gõy ra hiện tƣợng hh
hc2 (Hỡnh 4.20, Hỡnh 4.21) và dẫn đến sai số lớn cho cụng thức (3.17). Do đú, khi mỏng tràn bờn cho phộp thỏo qua cạnh đầu mỏng dạng cống cú cửa thỡ chiều sõu dũng chảy cuối mỏng đƣợc kiến nghị chọn hh = 1,02hc2 (Bảng 4.2).
Bổ sung thuật toỏn cho sơ đồ khối Hỡnh 4.3, điều kiện biờn mực nƣớc hạ lƣu mỏng đƣợc xỏc định với hh = 1,02hc2, đƣờng mặt nƣớc USVF1D tớnh toỏn đƣợc nhƣ sau (Hỡnh 4.22, Hỡnh 4.23):
Hỡnh 4.22. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 54m3/s tại thời điểm Qh = 382m3/s
với thuật toỏn bổ sung
Hỡnh 4.23. Đường mặt nước dọc mỏng
hồ Đồng Nghệ kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 80m3/s tại thời điểm Qh = 470m3/s
Bảng 4.3. Chiều sõu dũng chảy tại cỏc mặt cắt mỏng hồ Đồng Nghệ kịch bản đúng cửa sự cố với thuật toỏn bổ sung
Mặt cắt x/L Thớ USVF1D Mặt cắt x/L Thớ USVF1D nghiệm h (m) Sai số (%) nghiệm h (m) Sai số (%) Q = 382m3/s (kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 54m3/s) Q = 470m3/s (kịch bản mở cửa sự cố Q0 = 80m3/s) MC01 0,00 4,21 5,43 28,93 MC01 0,00 6,15 6,27 1,91 MC22 0,50 4,94 5,09 2,95 MC22 0,50 5,84 5,85 0,12 MC28 0,66 4,77 4,97 4,20 MC28 0,66 5,57 5,71 2,54 MC43 1,00 4,50 4,35 -3,40 MC43 1,00 4,86 4,97 2,16
Đƣờng mặt nƣớc ỏp dụng thuật toỏn bổ sung phự hợp với thớ nghiệm hơn thuật toỏn ban đầu. Chiều sõu dũng chảy tại cỏc mặt cắt hầu hết cú sai số dƣới 5% so với thớ nghiệm ngoại trừ mặt cắt 1-1 ở kịch bản Q = 382m3/s cú sai số lớn (Bảng 4.3) do đƣờng mặt nƣớc khu vực đầu mỏng là đƣờng nƣớc dõng. Với kịch bản Q = 470m3
/s khụng sinh ra đƣờng nƣớc dõng đoạn đầu mỏng nhƣ kịch bản Q = 382m3/s nờn khụng mắc sai số lớn.
Đƣờng quỏ trỡnh tớnh toỏn Q, v, Z đƣợc trỡnh bày trong phụ lục PL.6 (Hỡnh PL16 Hỡnh PL19).