Nhận xột: Khi chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu tăng lờn thỡ lưu tốc lớn nhất tăng lờn với mức độ tương tự nhau ở cả cấp lưu lượng đơn vị nhỏ và cấp lưu lượng đơn vị lớn. Cần giảm nhỏ chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu để hạn chế độ tăng thờm của lưu tốc lớn nhất.
3.3.1.6 Nhận xột chung
Khi lưu lượng đơn vị (q) tăng, lưu tốc lớn nhất (Vmax) trờn mặt đập cũng tăng. Khi lưu lượng đơn vị q tăng 5m3/s.m từ 5 m3/s.m lờn đến 10 m3/s.m, mức độ thay đổi lưu tốc lớn hơn so với cỏc mức tăng 5m3/s.m ở cỏc cấp sau. Nguyờn nhõn do ma sỏt giữa dũng chảy với bề mặt của dốc nước ở cấp lưu lượng nhỏ thay đổi nhiều hơn ở cấp lưu lượng lớn.
a) L = 50m; H2 = 0m b) L = 200m; H2 = 0m
c) L = 50m; H2 = 15m d) L = 200m; H2 = 15m Hỡnh 3.15. Ảnh hưởng của thụng số m, H2 đến lưu tốc lớn nhất
Với cựng một chiều dài dốc nước, lưu lượng đơn vị, lưu tốc lớn nhất Vmax phụ thuộc vào hệ số mỏi dốc của dốc nước. Hệ số mỏi dốc của dốc nước càng nhỏ thỡ lưu tốc Vmax càng lớn Hỡnh 3.15 (a), (b). Khi m < 6, H2 = 0m, đường quan hệ lưu tốc lớn nhất với lưu lượng đơn vị nằm tỏch hẳn so với cỏc trường hợp khỏc. Vỡ vậy cần hạn chế sử dụng hệ số mỏi dốc của dốc nước m < 6.
Xem xột mức độ ảnh hưởng của chiều cao H2 trờn Hỡnh 3.15 nhận thấy khi chiều dài dốc nước nhỏ (L = 50m), chiều cao H2 ảnh hưởng rừ rệt đến lưu tốc lớn nhất (trường hợp (a) Vmax = 17,5 m/s, trường hợp (c) Vmax = 23,1 m/s). Khi chiều dài dốc nước lớn (L = 200m) thỡ chiều cao H2 ảnh hưởng ớt hơn đối với lưu tốc lớn nhất (trường hợp (b) Vmax = 22,4 m/s, trường hợp (d) Vmax = 25,9 m/s).
a) m = 16; H2 = 0m b) m = 16; H2 = 0m
c) m = 4; H2 = 15m d) m = 4; H2 = 15m
Trong hỡnh Hỡnh 3.16, thụng số chiều dài dốc nước ảnh hưởng tới lưu tốc lớn nhất khi H2 = 0 (trường hợp (a) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 11,7 m/s; 14,3 m/s; trường hợp (b) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 17,5 m/s; 22,4 m/s). Tuy nhiờn khi H2 = 15m, chiều dài này ảnh hưởng rất ớt đến sự thay đổi của lưu tốc lớn nhất (trường hợp (c) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 20,4 m/s; 21,5 m/s; trường hợp (d) Vmax ứng với q = 40 m3/s.m là 23,1 m/s; 25,9 m/s).
Từ Hỡnh 3.15 và Hỡnh 3.16 nhận thấy chiều cao H2 cú ảnh hưởng mạnh đến lưu tốc lớn nhất trờn dốc nước, vỡ vậy khi lựa chọn thụng số cụng trỡnh đập đang xõy dựng để dẫn dũng cần hạn chế tăng cao H2, thậm chớ để H2 < 0 (cửa ra của dốc nước thấp hơn mực nước hạ lưu) như Hỡnh 3.17 để thuận lợi cho nối tiếp và tiờu năng ở hạ lưu đập đỏ đổ đang xõy dựng phục vụ dẫn dũng.
Hỡnh 3.17. Lựa chọn thụng số đập đỏ đổ đang xõy dựng phục vụ dẫn dũng
Qua Hỡnh 3.15 và Hỡnh 3.16, lựa chọn thụng số lưu lượng đơn vị (q) nhỏ sẽ thuận lợi cho việc gia cố vỡ lưu tốc lớn nhất khụng cao, tuy nhiờn lựa chọn q nhỏ sẽ làm tăng chiều rộng cụng trỡnh đập đang xõy dựng lờn rất nhiều. Tỏc giả đề xuất lựa chọn q = (20 - 35) m3/s.m để từ đú lựa chọn chiều rộng cụng trỡnh đập đang xõy dựng để dẫn dũng cho phự hợp.
3.3.1.7 Tổng hợp cỏc phương ỏn tớnh toỏn lưu tốc lớn nhất
Với cỏc số liệu trong Bảng 3.8, tớnh toỏn lần lượt cỏc giỏ trị lưu tốc Vmax với chiều cao H2 lần lượt từ 0m đến 15m, thay đổi chiều dài L từ 50m đến 200m, thay đổi cỏc thụng sốm từ 16 đến 4, thay đổi thụng số q từ 10 m3/s.m đến 40 m3/s.m.
Cỏc kết quả tớnh lưu tốc lớn nhất được trỡnh bày trong cỏc bảng từ Phụ lục 5-1 đến Phụ lục 5-4. Từ kết quả cú được, vẽ biểu đồ quan hệ q ~ Vmax theo gúc nghiờng ứng với cỏc trường hợp H2 = 0m, 5m, 10m, 15m (Phụ lục 5-5 - Phụ lục 5-8)
Từ bảng kết quả tớnh toỏn lưu tốc Vmax, vẽ biểu đồ quan hệ q ~ Vmax theo chiều dài dốc nước ứng với cỏc trường hợp H2 = 0m, 5m, 10m, 15m (Phụ lục 5-9 - Phụ lục 5-12).
3.3.1.8 Sử dụng kết quả nghiờn cứu
Kết quả này giỳp người thiết kế xả lũ qua đập đỏ đổ để dẫn dũng thi cụng cú thể tra cứu Vmax, từ đú xỏc định được phương ỏn phự hợp khi cho nước tràn qua, giảm chi phớ gia cố, giảm cụng sức tớnh toỏn và thớ nghiệm mụ hỡnh.
Đối với trường hợp cần xỏc định lưu tốc Vmax, cần định trước lưu lượng đơn vị (q), hệ số mỏi dốc của dốc nước (m, chiều dài dốc nước (L), chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu (H2) từ đú dựng cỏc biểu đồ trờn để tra lưu tốc Vmax. Ngoài ra cũng cú thể xỏc định 1 yếu tố từ việc định trước 4 thụng số cũn lại và tra bảng tớnh hoặc đồ thị. 3.3.2 Gia cố bề mặt đập khi dẫn dũng qua đập đang xõy dựng
Cú nhiều phương ỏn gia cố bề mặt đập đang xõy dựng để dẫn dũng như rọ đỏ, cỏc tấm bờ tụng. Luận ỏn sử dụng phương ỏn gia cố mặt đập bằng cỏc tấm bờ tụng cốt thộp như Hỡnh 3.18 [16].
Hỡnh 3.18. Bố trớ gia cố dốc nước bằng tấm bờ tụng tụng
Hỡnh 3.19. Xỏc định chiều dày trung bỡnh của tấm bờ tụng trung bỡnh của tấm bờ tụng Trong đú li = (3,5 - 5).ttb; bi = (0,7 - 1,0).li; = (0,15 - 0,2).li
Cỏc tấm bờ tụng gia cố dốc nước cú chiều dày ttb phụ thuộc vào lưu lượng đơn vị (q) và độ dốc (i) của dốc nước, được lấy theo đồ thị Hỡnh 3.19 [16].
Cỏc tấm bờ tụng gia cố phần đỉnh tràn nằm ngang cú chiều dày t = ttb. Hai bờn mỏi dốc nước và phần thõn đập nằm ngang cũng được bảo vệ bằng cỏc tấm bờ tụng chiều dày t = ttb. Cỏc tấm bờ tụng này được nối bằng khớp nối chống thấm, ngăn khụng cho nước thấm vào thõn đập đỏ đổ như Hỡnh 3.20.
Hỡnh 3.20. Gia cố bề mặt cho nước tràn qua đập đỏ đổ đang xõy dựng
1. Thõn đập đang xõy dựng; 2. Lớp vữa bảo vệ mỏi thượng lưu; 3, 4. Lớp đệm chuyển tiếp; 5. Gia cố phần đỉnh tràn nằm ngang; 6. Gia cố dốc nước
So với phương ỏn gia cố bằng rọ đỏ, phương ỏn gia cố bằng tấm bờ tụng cốt thộp như trờn tốn kộm hơn, nhưng khụng cú dũng thấm rối qua thõn đập, sẽ bảo vệ được lớp đệm chuyển tiếp khụng bị dũng nước phỏ hủy, đồng thời khụng cú thấm rối ở hạ lưu, hạn chế xúi rỗng phần đỏ dưới cỏc tấm bờ tụng, an toàn hơn cho cỏc tấm bờ tụng gia cố dốc nước mà khụng cần phải sử dụng neo thộp.
3.4 Kết luận chương 3
Việc lựa chọn tần suất lưu lượng thiết kế cụng trỡnh dẫn dũng cũng như cấp bậc cỏc cụng trỡnh dẫn dũng đúng vai trũ quyết định chi phớ cũng như mức độ chấp nhận rủi ro trong xõy dựng cụng trỡnh đầu mối thủy lợi, thủy điện.
Snhip 2.06.01-86 qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 về sử dụng cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng. SDJ 388-89 qui định cụ thể hơn QCVN 04-05:2012 và Snhip 2.06.01-86 về sử dụng cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng. SDJ 388-89 qui định phõn biệt rừ cụng trỡnh chớnh tham gia dẫn dũng là chắn nước hay cho nước tràn qua khi đang xõy dựng cú xột tới độ lớn của dung tớch hồ khi đang dẫn dũng.
Điều kiện dũng chảy mựa kiệt và mựa lũ ở Việt Nam khỏc nhau rất nhiều, thời gian mựa kiệt và mựa lũ thay đổi theo vựng miền từ Bắc vào Nam. Cần phải lựa chọn thời đoạn và phương ỏn cụng trỡnh dẫn dũng phự hợp với từng khu vực khỏc nhau, đặc biệt phải xử lý được thời đoạn cú lũ tiểu món, nhằm giảm chi phớ dành cho cụng trỡnh dẫn dũng.
Khi xõy dựng chương trỡnh tớnh toỏn, kết quả nghiờn cứu đó xử lý thuật toỏn chuyển tiếp chảy ngập sang khụng ngập, chuyển tiếp chảy khụng ỏp sang cú ỏp đối với cống. Đõy là xử lý cần thiết để đảm bảo tớnh liờn tục của đường quan hệ lưu lượng và mực nước, trỏnh được cỏc lỗi xảy ra trong quỏ trỡnh tớnh toỏn thủy lực của chương trỡnh tớnh. Kết quả tớnh toỏn chấp nhận được trong tớnh toỏn xỏc định cỏc thụng số thủy lực cơ bản.
Chương trỡnh tớnh toỏn thủy lực lập được trờn nền ứng dụng Microsoft Excel kết hợp với Visual Basic Application đó được tớnh toỏn kiểm nghiệm với nhiều trường hợp khỏc nhau của lưu lượng và thụng số cụng trỡnh thủy điện Lai Chõu. Kết quả tớnh toỏn phự hợp với kết quả tớnh toỏn của đơn vị thiết kế và thớ nghiệm mụ hỡnh.
Cỏc nhõn tố chớnh ảnh hưởng đến việc lựa chọn quy mụ cụng trỡnh dẫn dũng qua đập đỏ đổ đang xõy dựng gồm lưu lượng đơn vị, chiều dài dốc nước, hệ số mỏi dốc của dốc nước, chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu. Đề xuất lựa chọn lưu lượng đơn vị trong khoảng (20 - 35) m3/s.m giỳp giảm nhỏ chiều rộng đập dựng để dẫn dũng. Cần hạn chế tăng cao chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu, thậm chớ bố trớ cửa ra của dốc nước thấp hơn mực nước hạ lưu để thuận lợi cho nối tiếp và tiờu năng.
Với kết quả nghiờn cứu cú được, người thiết kế cú thể đưa ra nhiều phương ỏn quy mụ cụng trỡnh khỏc nhau để dẫn dũng qua đập đỏ đổ đang xõy dựng, từ đú xỏc định lưu tốc lớn nhất và hỡnh thức gia cố. Phõn tớch trờn cơ sở lưu tốc lớn nhất, chi phớ cho cụng tỏc gia cố, khối lượng đắp đập giai đoạn mựa kiệt trước mựa lũ và giai đoạn mựa kiệt năm sau để lựa chọn phương ỏn tối ưu nhất.
Phương ỏn gia cố dựng tấm bờ tụng cốt thộp cho toàn bộ mặt đập tốn kộm hơn phương ỏn gia cố bằng rọ đỏ, tuy nhiờn phương ỏn này cú ưu điểm nổi bật là khụng cú dũng thấm rối qua thõn đập, dũng nước sẽ khụng phỏ hủy lớp đệm của bản mặt bờ tụng, hạn chế xúi rỗng đỏ dưới cỏc tấm bờ tụng, an toàn hơn cho cỏc tấm bờ tụng gia cố dốc nước mà khụng cần phải sử dụng neo thộp.
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIấN CỨU CHO MỘT SỐ CễNG TRèNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM
4.1 Phõn tớch việc lựa chọn tần suất thiết kế dẫn dũng
4.1.1 Giới thiệu cụng trỡnh
4.1.1.1 Cụng trỡnh thủy điện Tuyờn Quang
Cụng trỡnh thủy điện Tuyờn Quang là một trong ba đập CFRD do chuyờn gia Việt Nam thiết kế và tổ chức thi cụng (cựng với đập Rào Quỏn - Quảng Trị, đập Cửa Đạt - Thanh Húa [27]). Đập cao 92m, hồ chứa dung tớch hơn 2,2 tỷ m3, trong đú dung tớch hữu ớch là 1,6 tỷ m3, nhà mỏy thủy điện cú cụng suất 342 MW. Hồ chứa cú nhiệm vụ điều tiết nước để chống lũ cho hạ du, phỏt điện và tạo nguồn cấp nước cho hạ du vào mựa kiệt. Thụng số kỹ thuật của cụng trỡnh như Bảng 4.1.
Bảng 4.1. Thụng số kỹ thuật của cụng trỡnh thủy điện Tuyờn Quang
TT Thụng số Đơn vị Số lượng I Hồ chứa Diện tớch lưu vực km2 14.972 Mực nước dõng bỡnh thường m +120,0 Mực nước lũ 0,02% m +122,55 Dung tớch toàn bộ 106m3 2.260 Dung tớch hữu ớch 106m3 1.699 II Đập đỏ đổ đầm nộn bản mặt bờ tụng Cao trỡnh đỉnh tường chắn súng m +125,7 Cao trỡnh đỉnh đập m +124,5 Chiều rộng đỉnh đập m 10,0 Chiều cao lớn nhất m 92,2
Chiều dài theo đỉnh m 717,9
Độ dốc mỏi thượng lưu 1,4
Độ dốc mỏi hạ lưu 1,5
III Nhà mỏy thủy điện
Số tổ mỏy Tổ 3
Cụng trỡnh thủy điện Tuyờn Quang được khởi cụng xõy dựng ngày 22/12/2002, ngăn dũng lấp sụng Gõm ngày 27/11/2003, đúng cống dẫn dũng vào ngày 15/05/2006, phỏt điện tổ mỏy cuối cựng vào 15/12/2008.
Mựa lũ năm 2004 dẫn dũng qua cống dẫn dũng và qua phần thõn đập đỏ đổ ở cao trỡnh +48,0m, lưu lượng dẫn dũng mựa lũ thiết kế với tần suất P = 5% cú giỏ trị Q = 5.036 m3/s. Mựa lũ năm 2005 dẫn dũng qua cống dẫn dũng và cỏc lỗ xả sõu của cụng trỡnh tràn xõy dở tại cao trỡnh +79,0m với tần suất P = 1%, lưu lượng Q = 6.960 m3/s.
Chi tiết phương ỏn dẫn dũng thi cụng cụng trỡnh thủy điện Tuyờn Quang xem Phụ lục 2-2.
4.1.1.2 Cụng trỡnh thủy lợi thủy điện Cửa Đạt
Cụng trỡnh thủy lợi thủy điện Cửa Đạt là đập CFRD cao nhất Việt Nam cú chiều cao 115,5m. Hồ chứa cú dung tớch toàn bộ 1,45 tỷ m3, đập tràn cú 5 khoang, kớch thước mỗi cửa xả là 11x17m, cú thể xả lũ lớn nhất tần suất P = 0,01% với lưu lượng Q = 11.594 m3/s. Nhà mỏy thủy điện gồm 2 tổ mỏy với tổng cụng suất 97MW. Thụng số chớnh của cụng trỡnh Cửa Đạt như Bảng 4.2 [4].
Cụng trỡnh thủy lợi thủy điện Cửa Đạt được xõy dựng trong khoảng thời gian 2005- 2009, chặn dũng vào đầu thỏng 12/2006, hoành triệt đường hầm dẫn dũng TN2 vào cuối thỏng 11/2009.
Mựa lũ năm 2007 dẫn dũng qua đường hầm TN2 và đoạn đập chớnh phần lũng sụng đắp dở đến cao trỡnh +50,0m, chiều rộng B = 210m. Tuy nhiờn trận lũ đặc biệt lớn trờn sụng Chu từ ngày 04/10/2007 đến 05/10/2007 đó gõy phỏ hủy một đoạn đập tràn tạm phần lũng sụng.
Mựa kiệt năm 2008 đó chặn dũng, khụi phục lại đờ quai thượng lưu và hạ lưu, dẫn dũng qua đường hầm TN2, tiến hành cỏc cụng tỏc xử lý sự cố vỡ đập và đẩy nhanh tiến độ thi cụng, đắp đập đến cao trỡnh +100,0m để chống lũ năm 2008. Mựa lũ năm 2008 dẫn dũng qua đường hầm TN2 và bản đỏy tràn thi cụng dở đến cao trỡnh +85,0m.
Chi tiết phương ỏn dẫn dũng thi cụng cụng trỡnh thủy lợi thủy điện Cửa Đạt xem Phụ lục 2-3.
Bảng 4.2. Cỏc thụng số kỹ thuật cụng trỡnh Cửa Đạt TT Thụng số Đơn vị Số lượng TT Thụng số Đơn vị Số lượng I Hồ chứa Diện tớch lưu vực km2 5.938 Mực nước dõng bỡnh thường m +110,0 Mực nước lũ 0,02% m +121,33 Dung tớch toàn bộ 106m3 1.450 Dung tớch hữu ớch 106m3 793,7 II Đập đỏ đổ đầm nộn bản mặt bờ tụng Cao trỡnh đỉnh tường chắn súng m +122,5 Cao trỡnh đỉnh đập m +121,3 Chiều rộng đỉnh đập m 10,0 Chiều cao lớn nhất m 115,5
Chiều dài theo đỉnh m 1.012
Độ dốc mỏi thượng lưu 1,4
Độ dốc mỏi hạ lưu 1,5
III Nhà mỏy thủy điện
Số tổ mỏy Tổ 2
Cụng suất lắp mỏy MW 97
4.1.1.3 Cụng trỡnh thủy điện Sơn La
Cụng trỡnh thủy điện Sơn La là đập bờ tụng đầm lăn, cú chiều cao 138,1m, là đập bờ tụng đầm lăn cú chiều cao lớn nhất Việt Nam, dung tớch hồ chứa 9,2 tỷ m3. Cụng trỡnh xả lũ vận hành gồm 12 cửa xả đỏy 6x10m, 6 cửa xả mặt 15x13m. Cỏc thụng số kỹ thuật của cụng trỡnh thủy điện Sơn La xem Bảng 4.3. Cụng trỡnh thủy điện Sơn La được khởi cụng xõy dựng đầu năm 2004, thỏo nước vào cống dẫn dũng thỏng 11/2005, phỏt điện tổ mỏy cuối cựng vào cuối năm 2012.
Trong 2 năm 2004 và 2005 dẫn dũng qua lũng sụng thu hẹp bởi đờ quõy giai đoạn I, xõy dựng kờnh thi cụng và cống dẫn dũng. Trong cỏc năm 2006, 2007 dẫn dũng thi cụng đồng thời qua kờnh và cống dẫn dũng. Thỏng 01/2008 lấp kờnh dẫn dũng, dẫn dũng thi cụng qua cống dẫn dũng.
Bảng 4.3. Cỏc thụng số kỹ thuật cụng trỡnh thủy điện Sơn La TT Thụng số Đơn vị Số lượng TT Thụng số Đơn vị Số lượng I Hồ chứa Mực nước dõng bỡnh thường m +215,0 Dung tớch toàn bộ 106m3 9.260 Dung tớch hữu ớch 106m3 6.504 II Đập bờ tụng đầm lăn Cao trỡnh đỉnh đập m +228,1 Chiều rộng đỉnh đập m 10,0 Chiều cao lớn nhất m 138,1
Chiều dài theo đỉnh m 961,57
Độ dốc mỏi thượng lưu 0
Độ dốc mỏi hạ lưu 0,7275
III Nhà mỏy thủy điện
Số tổ mỏy Tổ 6
Cụng suất lắp mỏy MW 2.400