3.3 Lựa chọn cỏc thụng số khi dẫn dũng qua đập đỏ đổ đang xõy dựng
3.3.1 Nghiờn cứu ảnh hưởng của thụng số cụng trỡnh đến lưu tốc lớn nhất
3.3.1.1 Xỏc định lưu tốc trờn bề mặt đập đỏ đổ đang xõy dựng khi dẫn dũng
Tớnh toỏn vận tốc lớn nhất trờn bề mặt của đập đỏ đổ đang xõy dựng khi dẫn dũng ứng với cỏc giỏ trị lưu lượng đơn vị (q), hệ số mỏi dốc của dốc nước (m, chiều dài dốc nước (L) và chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu (H2) như Bảng 3.8. Cỏc thụng số khỏc được lấy như sau:
Hệ số mỏi hai bờn dốc nước: mxd = 1,5 Độ nhỏm thủy lực của đỏ đổ: n = 0,031 Chiều rộng tràn nước của đập: B = 100m
Bảng 3.8. Thụng số đầu vào tớnh toỏn Vmax STT q STT q (m3/s.m) m L (m) H2 (m) 1 10 16 50 0 2 15 14 100 5 3 20 12 150 10 4 25 10 200 15 5 30 8 6 35 6 7 40 4
Tớnh toỏn mẫu cho trường hợp q = 30m3/s.m, m = 8, L = 100m, H2 = 5m. Kết quả tớnh toỏn như Bảng 3.9 và Hỡnh 3.8.
Hỡnh 3.8. Đường mặt nước và diễn biến lưu tốc trờn bề mặt đập đỏ đổ đang xõy dựng khi dẫn dũng
Bảng 3.9. Kết quả tớnh lưu tốc lớn nhất trờn bề mặt đập đỏ đổ đang xõy dựng khi dẫn dũng TT h R V V2/2g E C J Jtb i - Jtb E L L (m) ( m2) (m) (m) ( m/s) (m) (m) (m) (m) (m) 0 4,51 451,02 109,02 4,14 6,65 2,26 6,77 40,87 0,00640 0,00 1 3,42 342,42 106,85 3,20 8,76 3,91 7,34 39,17 0,01561 0,01101 0,11399 0,57127 5,01 5,01 2 3,10 310,22 106,20 2,92 9,67 4,77 7,87 38,57 0,02153 0,01857 0,10643 0,53235 5,00 10,01 3 2,89 289,32 105,79 2,73 10,37 5,48 8,37 38,15 0,02702 0,02427 0,10073 0,50456 5,01 15,02 4 2,74 273,92 105,48 2,60 10,95 6,11 8,85 37,82 0,03229 0,02966 0,09534 0,47954 5,03 20,05 5 2,62 261,92 105,24 2,49 11,45 6,69 9,31 37,55 0,03738 0,03484 0,09016 0,45306 5,02 25,08 6 2,52 252,22 105,04 2,40 11,89 7,21 9,73 37,33 0,04229 0,03984 0,08516 0,42723 5,02 30,09 7 2,44 244,12 104,88 2,33 12,29 7,70 10,14 37,14 0,04705 0,04467 0,08033 0,40548 5,05 35,14 8 2,37 237,32 104,75 2,27 12,64 8,15 10,52 36,97 0,05161 0,04933 0,07567 0,37945 5,01 40,16 9 2,31 231,42 104,63 2,21 12,96 8,57 10,88 36,82 0,05604 0,05383 0,07117 0,36161 5,08 45,24 10 2,26 226,32 104,53 2,17 13,26 8,96 11,22 36,69 0,06029 0,05817 0,06683 0,33940 5,08 50,31 11 2,22 221,92 104,44 2,12 13,52 9,31 11,53 36,58 0,06429 0,06229 0,06271 0,31467 5,02 55,33 12 2,18 218,02 104,36 2,09 13,76 9,65 11,83 36,47 0,06814 0,06621 0,05879 0,29724 5,06 60,39 13 2,15 214,52 104,29 2,06 13,99 9,97 12,11 36,38 0,07185 0,06999 0,05501 0,28250 5,14 65,52 14 2,11 211,42 104,23 2,03 14,19 10,26 12,38 36,29 0,07536 0,07361 0,05139 0,26348 5,13 70,65 15 2,09 208,72 104,17 2,00 14,37 10,53 12,62 36,22 0,07861 0,07699 0,04801 0,24025 5,00 75,66
TT h R V V2/2g E C J Jtb i - Jtb E L L (m) ( m2) (m) (m) ( m/s) (m) (m) (m) (m) (m) 16 2,06 206,22 104,12 1,98 14,55 10,79 12,85 36,15 0,08178 0,08019 0,04481 0,23187 5,17 80,83 17 2,04 204,02 104,08 1,96 14,70 11,02 13,06 36,09 0,08471 0,08324 0,04176 0,21190 5,07 85,90 18 2,02 202,02 104,04 1,94 14,85 11,24 13,26 36,03 0,08749 0,08610 0,03890 0,19930 5,12 91,03 19 2,00 200,22 104,00 1,93 14,98 11,44 13,45 35,98 0,09010 0,08879 0,03621 0,18502 5,11 96,14 20 1,99 198,62 103,97 1,91 15,10 11,63 13,61 35,93 0,09250 0,09130 0,03370 0,16911 5,02 101,16 21 1,91 191,12 103,82 1,84 15,70 12,56 14,47 35,71 0,10496 0,09873 0,56793 0,85558 1,51 102,66 22 1,85 184,62 103,69 1,78 16,25 13,46 15,31 35,51 0,11760 0,11128 0,55539 0,83493 1,50 104,17 23 1,79 178,92 103,58 1,73 16,77 14,33 16,12 35,33 0,13037 0,12398 0,54268 0,81422 1,50 105,67 24 1,74 173,82 103,48 1,68 17,26 15,18 16,92 35,17 0,14337 0,13687 0,52980 0,80227 1,51 107,18 25 1,69 169,22 103,38 1,64 17,73 16,02 17,71 35,02 0,15659 0,14998 0,51668 0,79072 1,53 108,71 Giỏ trị lưu tốc lớn nhất là 17,73 m/s.
3.3.1.2 Kiểm định chương trỡnh tớnh lưu tốc lớn nhất trờn bề mặt đập đỏ đổ đang xõy dựng khi dẫn dũng
Tớnh toỏn so sỏnh kết quả của chương trỡnh tớnh lưu tốc trờn dốc nước với phần mềm Flow 3D với 3 trường hợp như Bảng 3.10.
Bảng 3.10. Cỏc trường hợp tớnh kiểm định chương trỡnh
TH q (m3/s.m) m L (m) H2 (m) TH1 25 4 100 15 TH2 30 8 150 0 TH3 35 10 200 5
Kết quả tớnh toỏn được trỡnh bày trong Phụ lục 5-13, Phụ lục 5-14, Phụ lục 5-15. Tổng hợp kết quả tớnh như Hỡnh 3.9, Hỡnh 3.10, Hỡnh 3.11. Kết quả của chương trỡnh tớnh lưu tốc trờn dốc nước sai khỏc so với tớnh toỏn bằng phần mềm Flow 3D nhỏ hơn 4% là chấp nhận được. Chương trỡnh tớnh đủ tin cậy để tớnh toỏn lưu tốc lớn nhất trờn bề mặt đập đỏ đổ đang xõy dựng khi dẫn dũng.
Hỡnh 3.10. Kiểm định chương trỡnh tớnh lưu tốc trờn dốc nước - TH2
3.3.1.3 Nghiờn cứu ảnh hưởng của hệ số mỏi dốc của dốc nước đến lưu tốc lớn nhất
Chọn chiều dài dốc nước L = 150m, chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu H2 = 0m, thay đổi giỏ trị lưu lượng đơn vị (q), hệ số mỏi dốc của dốc nước (m như Bảng 3.8, được kết quả tớnh toỏn như Bảng 3.11 và Hỡnh 3.12.
Bảng 3.11. Kết quả tớnh lưu tốc lớn nhất trường hợp L = 150m, H2 = 0m m m q (m3/s.m) 16 14 12 10 8 6 4 10 8,7 9,1 9,5 10,1 10,8 11,8 13,4 15 10,1 10,6 11,1 11,7 12,6 13,7 15,6 20 11,2 11,7 12,2 13,0 13,9 15,2 17,3 25 12,1 12,6 13,2 14,0 15,0 16,5 18,8 30 12,8 13,3 14,0 14,8 15,9 17,5 20,0 35 13,4 13,9 14,6 15,5 16,7 18,3 21,0 40 13,9 14,5 15,2 16,1 17,3 19,1 21,8
Nhận xột: Khi thay đổi hệ số mỏi của dốc nước, lưu tốc lớn nhất tăng lờn và tăng nhanh khi m = 4. Với xu hướng tăng mạnh như vậy, đối với dốc nước cú chiều dài lớn cần hạn chế dựng hệ số mỏi của dốc nước nhỏ để hạn chế lưu tốc lớn nhất xuất hiện trờn dốc nước.
3.3.1.4 Nghiờn cứu ảnh hưởng của chiều dài dốc nước đến lưu tốc lớn nhất
Chọn hệ số mỏi dốc của dốc nước m, chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu H2 = 0m, thay đổi giỏ trị lưu lượng đơn vị (q), chiều dài dốc nước (L) như Bảng 3.8, được kết quả tớnh toỏn như Bảng 3.12 và Hỡnh 3.13.
Bảng 3.12. Kết quả tớnh lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, H2 = 0m L (m) L (m) q (m3/s.m) 50 100 150 200 10 10,1 10,7 10,8 10,9 15 11,3 12,3 12,6 12,6 20 12,1 13,5 13,9 14,1 25 12,8 14,4 15,0 15,3 30 13,3 15,1 15,9 16,3 35 13,7 15,7 16,7 17,1 40 14,1 16,2 17,3 17,9
Nhận xột: Khi lưu lượng đơn vị nhỏ, việc thay đổi chiều dài dốc nước ớt ảnh hưởng đến lưu tốc lớn nhất. Khi lưu lượng đơn vị lớn, chiều dài dốc nước ảnh hưởng nhiều hơn đến lưu tốc lớn nhất. Việc kộo dài dốc nước cú thể ỏp dụng với lưu lượng đơn vị q < 25 m3/s.m, với lưu lượng đơn vị lớn hơn nờn mở rộng chiều rộng tràn nước để giảm lưu tốc lớn nhất ở trờn dốc nước.
3.3.1.5 Nghiờn cứu ảnh hưởng của chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu đến lưu tốc lớn nhất
Chọn hệ số mỏi dốc của dốc nước m, chiều dài dốc nước L = 150, thay đổi giỏ trị lưu lượng đơn vị (q), chờnh lệch độ cao cuối dốc nước so với mực nước hạ lưu (H2) như Bảng 3.8, được kết quả tớnh toỏn như Bảng 3.13 và Hỡnh 3.14.
Bảng 3.13. Kết quả tớnh lưu tốc lớn nhất trường hợp m = 8, L = 150m H2 (m) H2 (m) q (m3/s.m) 0 5 10 15 10 10,8 13,7 15,4 16,4 15 12,6 15,3 17,1 18,3 20 13,9 16,5 18,4 19,7 25 15,0 17,5 19,4 20,7 30 15,9 18,3 20,2 21,6 35 16,7 19,0 20,9 22,3 40 17,3 19,6 21,5 23,0
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