Để có số liệu về các thơng số thủy lực chung cho các phương án nghiên cứu dùng mũi phun so le, trong mơ hình đã thí nghiệm với 3 cấp lưu lượng xả lũ là:
Qkt=718m3/s, Qtk=614m3/s, Q5%=227m3/s
Dưới đây là số liệu thu thập được về các thông số chung:
3.6.1. Về lưu tốc trung bình
Tại đỉnh đập tràn: Vm=3,63m/s ¸7,21m/s Vđ=6,39m/s ¸9,86m/s Tại đi trụ pin giữa: Vm=13,07m/s ¸14,48m/s
Vđ=14,12m/s ¸15,77m/s
Tại đỉnh bán kính cong ngược: Vm=18,05m/s ¸22,19m/s Vđ=18,05m/s ¸21,42m/s Tại mũi phun: Vm=16,11m/s ¸20,95m/s
Vđ=18,05m/s ¸21,42m/s Tại tim hố xói: Vm=1,77m/s ¸4,15m/s
Vđ=1,21m/s ¸2,62m/s
Tại đầu kênh xả hạ lưu: Vm=1,10m/s ¸2,92m/s Vđ=1,15m/s ¸4,48m/s Tại giữa kênh xả: Vm=0,95m/s ¸3,64m/s
Vđ=0,84m/s ¸2,09m/s
Qua số liệu trên cho thấy lưu tốc dòng chảy ở cuối các trụ pin đã đạt đươc giá trị lưu tốc trộn khí tự nhiên (V=15m/s) còn tới đoạn mũi phun cuối đập tràn giá trị lưu tốc đạt tới 21,0m/s ¸ 22,0m/s chưa kể mạch động lưu tốc. Trên đoạn kênh xả hạ lưu giá trị lưu tốc lớn cũng chỉ đạt từ 3,64m/s ¸4,48m/s cho nên chỉ có khả năng xói lớp phủ lịng sơng, cịn tới lớp đá tuf – bazan phong hóa vừa hoặc phong hóa nhẹ ít khả năng gây xói. Giá trị lưu tốc và mạch động cụ thể ghi trong bảng 3.21 đến 3.23 (Xem phụ lục).
3.6.2. Về đường mặt nước dọc tuyến cơng trình
Cũng như phương án thiết kế, từ mực nước lòng hồ đến hạ lưu đã tiến hành đo đường mặt nước trên 13 mặt cắt ngang tương ứng với 3 cấp lưu lượng nêu trên, kết quả ghi trong các bảng 3.24 đến 3.26 (Phần phụ lục)
Từ số liệu đo đường mặt nước phân tích cho ta thấy cao trình đường mặt nước tại tim đập tràn thì mực nước ở mép bên khoang tràn bên trái cao hơn khoang giữa và khoang bên phải, nhưng đến cuối trụ pin thì ngược lại đó là do đường mặt nước sau các khoang tràn có dịng xiên. Cũng từ đường mặt nước cho ta thấy dòng phun ở luồng phun giữa cao hơn luồng phun hai bên, độ cao chênh từ 3,5m đến 3,8m. Sau khi dịng phun phóng xuống hố xói thì mực nước ở chân dịng phun thấp hơn ở đầu kênh xả gần 2,5m nên tạo ra độ dốc ngược sau đó mực nước trong kênh xả hạ lưu dần dần lặng trở lại đạt giá trị xấp xỉ mực nước hạ lưu cần khống chế theo số liệu thủy văn ứng với từng cấp lưu lượng xả lũ.
3.6.3. Về áp suất trung bình trên mặt tràn
Với 3 cấp lưu lượng được tiến hành thí nghiệm, số liệu đo áp suất trung bình trên mặt tràn được ghi trong các bảng 3.27 đến 3.29 (Xem phụ lục)
Qua số liệu đo áp suất trung bình một lần nữa chứng tỏ trên mặt đập tràn cục bộ một số vị trí cịn tồn tại áp suất âm, nhưng giá trị áp suất âm đo được lớn nhất chỉ là -0,83mH20 đến -0,95mH20, so với giá trị áp suất âm cho phép cịn nhỏ hơn nhiều. Vì vậy khả năng sinh ra xâm thực bê tông trên mặt tràn là rất ít, như vậy có thể coi mặt tràn đã thiết kế là hợp lý.
3.6.4. Về mạch động áp suất
Với phương án sửa đổi này mạch động áp suất được đo ở 18 vị trí ứng với từng chế độ xả lũ. Với chế độ xả lũ thiết kế và lũ kiểm tra thực hiện mở hồn tồn 3 cửa tràn, cịn chế độ xả lũ P5% thì mở 1 cửa giữa. Số liệu đo mạch động áp suất được ghi trong bảng 3.30
Bảng 3.30. Xác định mạch động áp suất spi(mH20)
Giá trị spứng với các cấp lưu lượng (mH20)
TT Ký hiệu điểm đo Q=718m 3/s Mở 3 cửa Q=614m3/s Mở 3 cửa Q=227m3/s Mở 1 cửa 1 sp1 0,217 0,192 0,246 2 sp2 0,207 0,817 - 3 sp3 0,118 1,198 0,250 4 sp4 0,122 0,212 - 5 sp5 0,221 1,468 0,231 6 sp6 0,317 1,409 - 7 sp7 0,236 0,447 0,235 8 sp8 0,144 1,355 - 9 sp9 0,486 0,614 0,376 10 sp10 0,539 0,530 0,372 11 sp11 0,996 1,174 0,675 12 sp12 1,014 0,890 0,438 13 sp13 1,816 3,507 0,568 14 sp14 1,292 2,224 0,285 15 sp15 1,055 1,282 0,260 16 sp16 0,499 0,728 0,164 17 sp17 0,378 0,436 0,092 18 sp18 0,425 0,602 0,104
Ghi chú: Với Q=227m3/s các điểm 2,4,6,8 không đo vì chỉ mở cửa giữa.
Khi cần xác định áp suất động ở một vị trí nào đó trên cơng trình để tính áp lực thủy động dùng biểu thức:
pđộng= p±3σp Pđộng =±βm.P .S dong
Các ký hiệu trong hai biểu thức trên giống như công thức (3.17) và (3.18) đã nêu.
3.6.5. Về độ sâu dòng chảy ở vùng mũi phun
Ứng với 3 chế độ lưu lượng được thí nghiệm, độ sâu dòng chảy ở rãnh và mố tương ứng sau 3 khoang tràn được ghi ở bảng 3.31
Bảng 3.31. Xác định chi tiết độ sâu dòng chảy ở mũi phun
Khoang 1 Khoang 2 Khoang 3
Qxả(m3/s) Rãnh Mố Rãnh Mố Rãnh Mố 718 1,80 1,35 1,75 1,60 1,75 1,35 614 1,60 1,25 1,65 1,40 1,60 1,25 227 1,00 0,30 0,75 0,60 1,0 0,30 3.6.6. Tình hình thủy lực
Quan sát từ thượng lưu cửa vào tràn cho thấy dòng chảy vào cửa tràn giữa tương đối thuận, cịn hai cửa tràn bên vì chịu ảnh hưởng co hẹp ngang của hai đầu trụ pin bên nên mực nước tại vị trí ngang khe van bị hạ thấp xuống.
Khi dịng chảy đến vị trí đỉnh cong của bán kính cong ngược thì phân bố tương đối đều, khi đến vị trí mũi phun khơng liên tục thì thấy có hai độ sâu rõ rệt như bảng 3.32 thể hiện đó là độ sâu ở rãnh và độ sâu ở mố khác nhau. Độ sâu trên mố nhỏ hơn độ sâu ở rãnh.
Với dạng mũi phun không liên tục thì dịng chảy từ mũi phun phóng xuống hạ lưu đổ vào phần sau hố xói, lưỡi nước của loại mũi phun khơng liên tục được trộn khí nhiều hơn khi đổ xuống hố xói có nhiều bọt trắng xóa kéo dài đến kênh xả hạ lưu cách chân đập gần 200m, dao động sóng khơng lớn lắm. Với các chế độ xả lũ
dao động sóng ở hạ lưu từ mặt cắt ngang tim hố xói (mặt cắt 10 đến mặt cắt 14) đo được ghi trong bảng 3.32.
Còn chế độ xả Q=227m3/s dòng phun được khuyếch tán đều trước khi rơi vào hố xói, nên sóng nhỏ chỉ gần 0,7m.
Bảng 3.32. Xác định chiều cao sóng vỗ vào hai bờ hs(m)
Biên độ sóng ở hai bờ ứng với các cấp lưu lượng xả lũ Q=718 (m3/s) Q=614 (m3/s) Q=500 (m3/s) Q=350 (m3/s) Mặt cắt đo sóng Bờ phải Bờ trái Bờ phải Bờ trái Bờ phải Bờ trái Bờ phải Bờ trái 10-10 1,30 1,30 1,30 1,30 1,20 1,00 0,90 0,70 11-11 1,80 1,95 1,50 1,80 1,20 1,20 0,90 0,90 12-12 1,95 2,30 1,30 1,30 1,05 0,90 0,75 0,75 13-13 1,35 1,20 1,10 1,00 1,05 0,90 0,60 0,60 14-14 1,0 1,00 0,90 0,90 0,75 0,60 0,45 0,45
Từ kết quả đo sóng này so với phương án mũi phun liên tục chiều cao sóng giảm thấp từ 1,0m đến 1,50m.
3.6.7. Nghiên cứu hiệu quả tiêu năng hạ lưu cơng trình
Để đánh giá hiệu quả tiêu năng của mũi phun so le, ta xác định phương trình năng lượng cho hai mặt cắt.
Mặt cắt thứ nhất tại vị trí mũi phun Emp
Mặt cắt thứ hai tại đầu kênh xả (Mặt cắt 11) E11
Sử dụng số liệu đo đường mặt nước và lưu tốc dòng chảy ở hai mặt cắt trên thay vào phương trình tính năng lượng, tính ra hiệu quả tiêu năng như trong bảng 3.33.
Bảng 3.33. Xác định hiệu quả tiêu năng mũi phun so le
Năng lượng mặt cắt mũi phun
Năng lượng mặt cắt đầu kênh xả Qxả (m3/s) Zmp (m) 2 2 mp V g Emp (m) Z11 (m) 2 11 2 V g E11(m) E D (m) % DE 718 12,05 24,40 36,45 7,34 0,31 7,65 28,80 79,0
614 11,41 22,18 33,59 6,69 0,44 7,11 26,48 78,83 500 11,37 17,76 29,13 6,54 0,34 6,88 22,25 76,38 500 11,37 17,76 29,13 6,54 0,34 6,88 22,25 76,38 350 11,26 21,25 32,51 5,40 0,23 5,63 26,88 82,68 227 10,86 16,70 27,56 4,73 0,36 5,09 22,47 81,53
Từ số liệu trong bảng nêu trên hiệu quả tiêu năng khá tốt đạt từ 76% ¸82,7% nên năng lượng dư nhỏ chỉ cịn lại 18,,0% ¸ 24,0% tổng năng lượng của dòng chảy
3.6.8. Nghiên cứu chế độ nối tiếp dịng chảy
Cơng trình đập tràn Bản Mịng nối tiếp theo dạng dòng phun với các chế độ xả lũ được đưa vào thí nghiệm trên mơ hình. Kết quả các yếu tố dòng phun của mũi phun so le được ghi trong bảng 3.34.
Bảng 3.34. Xác định các yếu tố dòng phun mũi phun so le
Các yếu tố dòng phun Phạm vi dòng phun TT Qxả (m3/s) Zhồ m Zhạ m Lmax (m) Lmin (m) 0 q (góc ra) 0 b (Góc tới) Bdọc (m) Bngang (m) 1 718 668,76 634,41 57 51 36,0 23 030’ 50 0 350 22,0 21,0 2 614 667,90 634,0 57 51 36,0 23 030’ 47 0 350 21,0 21,0 3 500 667,0 633,46 57,0 54,0 33,0 23 030’ 45 0 350 21,0 21,0 4 350 665,49 632,62 52,5 51,0 33,0 23 030’ 41 0 310 18,0 21,0 5 227 668,56 631,7 51,0 45,0 28,5 23 030’ 41 0 310 20,0 24,0
3.6.9. Cách bố trí mũi phun khơng liên tục đến hình dạng và độ sâu xói của đập tràn Bản Mòng tỉnh Sơn La.
+ Trường hợp bố trí 3 mố nguyên ở sát mép mũi phun liên tục tương ứng với 3 khoang tràn (Phương án a)
Khảo sát với 2 cấp lưu lượng Qtk=614m3/s và lưu lượng xả lũ P5% là Q=227m3/s mở 1 cửa giữa thì tình hình diễn ra như sau:
Khi mở 3 cửa tràn xả lưu lượng thiết kế thì dịng phun cao hơn tập trung vào luồng phun ở giữa phóng xuống đến mái sau của hố tiêu năng tạo ra sóng ở đoạn đầu kênh xả tương đối cao, biên độ sóng tới 2,5m, bên bờ phải có dịng quẩn mạnh, lưu tốc chảy ngược đạt tới 5,8m/s, dòng quẩn này đi vào chân đập. Giá trị lưu tốc ở chân đập đạt tới 2,6m/s. Ở bên bờ trái khơng có dịng quẩn ngược.
Về chiều dài dịng phun: Luồng phun phóng xa nhất tập trung vào mái sau của hố xói, chiều dài bay đo được.
Lmax=58,5m, góc tới b =510, Lmin=39,0m góc tới b =350 Dòng rơi phủ lên mặt nước: Bdọcx Bngang=21m x 25m
Khi xả lưu lượng thường xuyên Q=227m3/s mở 1 cửa giữa thì dịng phun khuyếch tán ra bắn vào sát mái của 2 bờ hố xói, dịng phun rơi xuống mặt nước tuy nhẹ, luồng phun ở hai bên bờ dày nên sinh ra dòng chảy sát hai bên bờ kênh xả lũ mạnh, ở giữa hầu như lặng.
+Trường hợp 3 mố nguyên lùi vào đoạn cong chuyển tiếp cách mũi phun liên tục 1,5m (Phương án b)
Khi xả với lưu lượng thiết kế Q=614m3/s mở 3 cửa tràn, quan sát chính diện ta thấy 3 luồng chính và 2 luồng phụ phóng xuống hố xói, các dòng phun này đan xen với nhau va chạm trong không gian vừa tiêu hao thêm năng lượng vừa tăng thêm trộn khí, do vậy dịng phun rơi xuống hố xói có nhiều bọt nước trắng xóa, dịng phun đều rơi vào mái sau hố xói nên sóng ở kênh xả hạ lưu giảm hơn chiều cao sóng hai bờ là 1,5m đến 2,0m. So với cách bố trí theo phương án a thì nhẹ hơn.
Về chiều dài phun xa: Các luồng phun xa tương đối đều, chiều dài dịng phun đo được là:
Lmax=58,5m góc tới b =410 Lmin=39,0m góc tới b =310
Diện tích rơi phủ lên mặt nước rộng hơn so với phương án a: Bdọc x Bngang=23m x26m
Khi xả lũ Q=227m3/s mở 1 cửa giữa thì dịng chảy từ đầu cửa tràn đổ xuống cuối hai trụ pin giữa khuyếch tán sang hai bên, hình dạng dòng phun giống như giẽ quạt rơi xuống mặt nước của hố xói, tuy thế nhưng lưu tốc dịng rơi khơng lớn ít gây xói lở cho hai bờ, sóng ở kênh xả nhẹ, biên độ sóng hs=1m.
Về chiều dài dịng phun xa: Lmax=57m, góc tới b =410 Lmin=33, góc tới b =300
+ Trường hợp bố trí 2 mố nguyên và 2 mố nửa (Phương án c)
Hai mố nguyên bố trí đều ở đoạn giữa, cịn hai mố nửa bố trí sát 2 thành tường bên của tràn
Khi xả lũ thiết kế Q=614m3/s tình hình thủy lực diễn biến như sau: Quan sát từ chính diện thấy dịng nước từ cuối tràn có 4 luồng chính phun cao và xa, có 3 luồng mỏng phun gần hơn và thấp, các dòng phun đập vào nhau trong khơng gian được trộn khí tốt, sóng hạ lưu nhẹ, biên độ sóng khoảng 2,5m.
Về chiều dài luồng phun đo được Lmax=54,5m, góc tới b =400 Lmin=32,0m, góc tới b =300
Khi xả lũ thường xuyên Q=227m3/s dịng phun tóe sang hai bên như hình giẽ quạt rơi vào mái gia cố của hai bờ, do đó có thể gây mất ổn định cho các tấm bê tông bảo vệ mái hai bờ.
+ So sánh 3 phương án dùng mũi phun không liên tục: Từ kết quả thí nghiệm tình hình thủy lực và đo chiều dài phun xa thấy rằng:
Về tình hình thủy lực: Bố trí mũi phun khơng liên tục theo 3 phương án (a), (b) và (c) thì dịng chảy trên mặt tràn khơng khác nhau, cịn dịng rơi đổ xuống hố xói đều được phân tán ra. Bọt nước ở hố xói và đầu xả lũ tốt, năng lượng dịng rơi được trải rộng hơn phương án mũi phun liên tục: Bdọc x Bngang=(17m x 21m)
Bảng 3.35. So sánh yếu tố dòng phun xa
Phương án a Phương án b Phương án c
Q
(m3/s) Lmax (m) Lmin (m) Lmax (m) Lmin (m) Lmax (m) Lmin (m) 614 58,5 36,0 57,0 36,0 54,0 34,0 227 55,8 33,0 55,5 30,0 52,5 28,5
Như vậy với phương án (a) dòng phun tuy xa nhất nhưng trong điều kiện lòng kênh xả lũ hẹp như Bản Mòng, sự khuyếch tán quá mạnh dịng phun sang hai bên bờ là khơng có lợi cho bảo vệ mái hai bên hố xói. Mặt khác dòng phun xa đập nhiều vào mái hạ lưu hố xói sẽ làm cho sóng vỗ vào hai bờ kênh xả cao lên sẽ không tốt. Do vậy phương án b và phương án c được chú trọng nhiều hơn phương án a. Để đi đến chọn phương án b hay phương án c cần thí nghiệm xói cục bộ để chọn phương án hợp lý.
3.6.10. Thí nghiệm xói cục bộ để tìm phương án chọn
Cũng như thí nghiệm xói đối với mũi phun liên tục, trong thí nghiệm xói cục bộ đã chọn hai câp lưu lượng để tiến hành thí nghiệm.
Qtk=614m3/s mở hồn tồn 3 cửa Q5%=227m3/s mở 1 cửa giữa
Vật liệu xói dùng đá cấp phối như đã thí nghiệm đối với dịng phun liên tục, thời gian thí nghiệm chọn con lũ thực tế kéo dài 12 giờ nên thời gian thí nghiệm trong mơ hình là 2 giờ 10 phút.
Dưới đây là kết quả thí nghiệm xói cục bộ đối với hai phương án b và phương án c
1. Kết quả thí nghiệm xói với phương án b: 3 mố phun đặt lùi vào 1,5m
Khối lượng xói đá trơi ít hơn so với phương án c dùng 2 mố nguyên và 2 mố nửa.
Khi xả lưu lượng lũ Qtk=614m3/s cao trình chỗ xói sâu nhất là +617m đến đáy hố xói, vị trí xói sâu cách đầu hố xói là 36m
2. Kết quả thí nghiệm xói cục bộ với phương án c: Bố trí 2 mố nguyên 2 mố nửa.
Khối lượng đá xói trơi nhiều hơn so với phương án b
Khi xả lũ thiết kế Q=614m3/s cao trình chỗ xói sâu nhất là +616,6m đến đáy hố xói, vị trí xói sâu nhất cách đầu hố xói 36,0m (so với phương án b xói sâu hơn 0,4m).
Khi xả lũ thường xuyên Q=227m3/s cao trình chỗ xói sâu nhất là +621,57m. Tuy nhiên phương án này có bất lợi là dịng phun lại phóng sang hai bên bờ uy hiếp sự an tồn bờ và hai mái của hố xói, dễ gây sạt các tấm bê tông bảo vệ mái bờ.
Thông qua thí nghiệm mơ hình xác định tình hình thủy lực, chiều dài dòng