2.1.1. Xác đ nh l u l ng tính toán tiêu n ng:
Công trình tháo n c th ng làm vi c v i nhi u c p l u l ng khác nhau. Do đó, công trình tiêu n ng ph i đ c gi quy t tiêu n ng t t cho m i c p l u l ng trong ph m vi làm vi c đã thi t k , ngh a là kích th c c a công trình tiêu n ng ph i đ m b o t o ra n c nh y ng p (v i h s ng p =1.05 ÷1.1) v i b t k tr ng h p nào. đ m b o yêu c u đó, ph i tính toán l u l ng gây ra s n i ti p b t l i nh t.
L u l ng đó là l u l ng tính toán tiêu n ng, tùy thu c vào c p công trình.
Tr ng h p b t l i nh t là tr ng h p n i ti p b ng n c nh y xa có hi u s (hc’’-hh) l n nh t. Khi đó, chi u dài đo n ch y xi t là l n nh t, do đó c n ph i thi t k công trình tiêu n ng v i quy mô l n nh t.
L u l ng tính toán tiêu n ng không nh t thi t ph i b ng l u l ng l n nh t.
Trong th c t , vi c xác đ nh l u l ng này ph i phân tích các tr ng h p c th tùy thu c vào m c n c th ng h l u.
2.1.2. Xác đ nh các d ng n i ti p ch y đáy:
sâu t i m t c t co h p hc sau công trình đ c xác đ nh tr c ti p b ng ph ng trình Bécnuli vi t cho m t c t th ng l u (0-0) và m t c t co h p chân đ p tràn (C-C), xem (Hình 2-1. ).
E0=hc +
2 2
2 2
c c
v v
g g
α +∑ζ (2-1)
ho c: Q= ϕωc 2 (g E0−hc) (2-2) Trong đó:
Eo là c t n c toàn ph n c a th ng l u so v i đáy sân sau t i m t C-C;
∑ζ là t ng các h s t n th t t m t c t 0-0 đ n C-C
= 1
α+∑ζ là h s l u t c. (2-3)
Hình 2-1. S đ xác đ nh hình th c n i ti p ch y đáy
Sau khi tính toán đ c hc theo công th c trên, có th tính đ sâu liên h p v i hc là hc’’.
So sánh hc’’ v i đ sâu h l u hh, s xác đ nh đ c các hình th c n i ti p d i đây:
Tr ng h p 1:H l u là dòng ch y êm.
hc’’>hh: n i ti p b ng n c nh y phóng xa (Hình 2-2. )
hc’’=hh: n i ti p b ng n c nh y phân gi i (n c nh y t i ch ) (Hình 2-2. ) hc’’<hh: n i ti p b ng n c nh y ng p (Hình 2-2. )
a) b)
c) d)
O
a vo2
2g
E H
P
e) f)
Hình 2-2. Các d ng n i ti p ch y đáy Tr ng h p 2: H l u là dòng ch y xi t.
hc>hh: dòng n i ti p gi m d n t hc÷hh (Hình 2-2. )
hc’’=hh: hình thành dòng đ u ngay sau m t c t co h p (Hình 2-2. ) hc’’<hh: có đ ng đ n i ti p v i dòng đ u trong kênh d n (Hình 2-2. )
Trong các hình th c n i ti p b ng n c nh y phóng xa, sau m t c t co h p C-C có m t đo n dòng ch y xi t (đ ng m t n c lo i C), r i qua n c nh y mà chuy n thành dòng ch y êm bình th ng h l u. sâu liên hi p th hai sau n c nh y chính là đ sâu dòng ch y bình th ng h l u. Do đó, bi t đ sâu h l u hh=hc’’, ta có th tính đ c chi u dài đo n ch y xi t theo ph ng pháp tính dòng không đ u.
2.1.3. M t s gi i pháp tiêu n ng th ng dùng cho dòng ch y đáy sau đ p tràn.
Ta đã bi t n i ti p ch y đáy có n c nh y xa là nguy hi n nh t, vì v y ph i tìm bi n pháp kh d ng n i ti p này chuy n nó thành n i ti p b ng n c nh y ng p.
Tuy nhiên dòng ch y sau n c nh y ng p v n có v n t c l n đáy và m ch đ ng kéo dài. Có nhi u gi i pháp và hình th c tiêu n ng, trong đó gi i pháp c b n nh t là bi n đ i ch đ n i ti p b ng n c nh y xa thành n i ti p b ng n c nh y ng p.
Mu n v y, c n t ng đ sâu h l u b ng cách:
- ào sân sau – t c là làm rãnh, b tiêu n ng;
- Làm t ng ch n đ nâng cao m c n c – t c là làm t ng tiêu n ng;
- V a đào sâu, v a làm t ng – B và t ng tiêu n ng k t h p;
- Ngoài ra có trí thi t b tiêu n ng ph - Các m , ng ng, r ng;
2.1.4. Tính toán chi u sâu b .
Có nhi u ph ng pháp xác đ nh chi u sâu b khác nhau. Yêu c u chi u sâu b ph i v a đ đ t o ra n c nh y ng p trong b (v i h s ng p n= 1.05÷ 1.1).
D a trên các ph ng trình:
Ph ng trình quan h m c n c th ng, h l u:
hn =
) h E g(
q
− c
ϕ 2 0 (2-4)
ho c: F(τc) =
3 2 0
E /
q
ϕ (2-5)
Ph ng pháp chung th ng tính chi u sâu b tiêu n ng theo công th c (Hình 2-3. )
d = hc’’- hh – Z (2-6)
Trong đó:
hh :đ sâu m c n c h l u
hc’’: đ sâu liên h p v i đ sâu co h p hc tính v i cao trình sân b , v i c t n c th ng l u:Eo’= Eo + d;
: h s an toàn ng p, l y kho ng 1,05÷1,10;
Z: chênh l ch c t n c c a ra c a b , tính b ng công th c:
z = '22 2 22
2 h 2 b
Q Q
g g
α
ϕ ω − ω (2-7)
V i: b di n tích m t c t t cu i b , có chi u sâu hb= hc’’
; h: di n tích m t c t t h l u sau b ;
’: h s l u t c c a ra c a b , l y kho ng 0,95÷1,00.
Nh v y, trong công th c (2-6), đ tính d, các s h ng hc’’ và Z l i ph thu c vào chính n s d. Do đó, bài toán ph i gi i b ng cách tính đúng d n.
Hình 2-3. S đ tính b
Hình 2-4. S đ tính t ng Các b c tính toán:
B c 1: S b l y d1 = (hc"
- hh)max; B c 2: Tính E01 = (E0 +d1);
B c 3: Tính hc , hh , Z;
B c 4: Tính l i d theo (2-6).
N u d g n v i d1 thì đó là chi u sâu b c n tìm.
Ngoài ph ng pháp tính chung này còn có 3 ph ng pháp khác đ tính chi u sâu b tiêu n ng. Ph ng pháp c a Tréctôux p, ph ng pháp Smetana, ph ng pháp USBR(C c khai hoang Hoa K ).
2.1.5. Tính t ng tiêu n ng:
Chi u cao c c a t ng tiêu n ng tính b ng công th c (Hình 2-4. ):
c = hc’’- H1 (2-8)
H1 là c t n c tràn trên đ nh t ng, tính theo công th c đ p tràn ch y ng p:
H1= ( )
23 2
'' 2 2
2 2
n c
Q Q
mb g g h b
α
σ σ
−
(2-9)
V i h s m ≈ 0,40÷0,42. Trong (2-9), h s ng p c a t ng n l i ph thu c vào chi u cao t ng c. Bài toán ph i tính th d n.
2.1.6. Tính toán b t ngtiêu n ngk t h p:
Chi u cao t ng c và chi u sâu đào b d ph i th a mãn đi u ki n (Hình 2-5. , Hình 2-6. )
d + c = hc’’- H1 (2-10)
hc’’ và H1 tính nh 2 tr ng h p (2.1.4. và 2.1.5. ).
Có 2 cách đ t v n đ đ gi i quy t:
- T đ nh m t trong hai đ i l ng d ho c c và tìm ra đ i l ng kia, sau đó đi u ch nh đ d và c có m t t l h p lý nh t v kinh t - k thu t.
- nh chi u cao t ng l n nh t có th đ c, mi n là sau t ng không x y ra n i ti p b ng n c nh y phóng xa.
Thông th ng, ng i ta theo cách th hai. Xét bài toán ph ng: chi u cao t ng co đ không có n c nh y phóng xa d i t ng (Hình 2-5. ) tính b ng công th c:
co = hc1 +
23 2
'2 2
2 c1 2
q q
gh m g
ϕ
− (2-11)
Trong đó: hc1 là đ sâu c a m t c t co h p sau t ng trong tr ng h p n i ti p sau t ng là n i ti p b ng n c nh y phân gi i, ngh a là hc1 là đ sâu liên hi p th nh t v i đ sâu h l u:
hc1= [ 8 1 ]
2 1 3
2
0 −
+
h h
gh q
h α
(2-12)
Sau khi tính đ c co, s l y đ c chi u cao t ng nh h n co m t ít đ đ m b o n i ti p b ng n c nh y ng p sau t ng:
c = (0,90÷0,95)co (2-13)
sau khi có c, s xác đ nh d theo công th c (2-11)
Hình 2-5. S đ chung tính b , t ng k t h p
Hình 2-6. S đ chung tính b , t ng k t h p - tr ng thái phân gi i 2.1.7. Tính toán chi u dài b tiêu n ng:
Chi u dài b tiêu n ng tính t chân công trình, bao g m chi u dài l1 t chân công trình đ n m t c t co h p c-c, và chi u dài c a n c nh y ng p lnn n m trong ph m vi b , chi u dài khu n c v t d i l’ (Hình 2-7. ):
Hình 2-7. S đ tính chi u dài b tiêu n ng
Lb =l1+lnn+l’
Trong th c t , lb>lnn nên nhi u tác gi đã đ a ra công th c tính chi u dài b nh sau:
- M.D Tréc tô u x p đ ra: lb = l1+ ln
V i h s kinh nghi m, l y b ng (0,70÷0,80)
- Qua ch nh lý tài li u thí nghi m, V. . u-rin đ a ra công th c th c nghi m tình chi u dài b tiêu n ng k t h p:
lb = 3,2 H co( + +d 0,83Ho)+l1 (2-14)
- I.I A-g -rô-skin đ a ra công th c:
Lb=3hb+l1 (2-15)
Trong các công th c trên:
Ln Chi u dài n c nh y hoàn ch nh.
Chi u dài l1, theoHình 2-7. tính b ng: L1= lr i-s
Chi u dài lr i, tùy theo hình th c c a x n c, tính theo các công th c th c nghi m d i đây:
- Ch y qua đ p tràn th c d ng m t c t hình thang:
lr= 1,33 H Po( +0, 3Ho) (2-16)
- Ch y qua đ p tràn th c d ng có c a van trên đ nh đ p:
lr = 2 Ho(P+0, 32 )a (2-17)
- Ch y qua đ p tràn đ nh r ng:
lr = 1,64 Ho(P+0, 24Ho) (2-18) - Ch y t b c xu ng:
lr i = P + hk (2-19)
Trong các công th c (2-16)÷(2-19) các ch s : P: Chi u cao đ p;
Ho: C t n c tràn (k c c t n c l u t c t i g n);
A:đ m c a van;
Nh v y: khi b n m sau đ p tràn có chi u cong thu n, l1=0 và chi u dài b ch tính t m t c t co h p c-c.
2.1.8. Tính sân sau:
Sân sau có tác d ng tiêu hao n ng l ng th a t n t i d ng đ ng n ng, m ch đ ng… L u t c dòng ch y trên sân sau không đ c v t quá l u t c cho phép. K t c u c a nó có tính m m đ d thích nghi v i đ a ch t n n h l u, d th m n c.
Chi u dài sânsau có th tham kh o công th c:
l2 = K1 q ∆H (2-20)
Trong đó:
H :Chênh l ch m c n c sân th ng h l u;
q :L u l ng đ n v cu i sân tiêu n ng;
K : H s ph thu c vào đ a ch t n n lòng d n. K =10÷12 v i cát m n, cát pha; K = 8÷9 v i cát to, đ t co tính dính; K =6÷7 v i đ t sét c ng. Ph m vi s d ng công th c trên q ∆H = 1÷9.
Ngoài ra, theo kinh nghi m, có th l y chi u dài toàn b c a sân b ng kho ng (4÷10) H.
2.1.9. Các thi t b tiêu n ng ph th ng g p:
Trong b tiêu n ng, trên sân sau th ng b trí các thi t b đ tiêu hao n ng l ng dòng ch y nh m , ng ng, rãnh, nhám… làm cho dòng ch y gây ra l c ph n kích l i và gi m đ c hc’’, rút ng n chi u dài b tiêu n ng, sân sau. Thí nghi m ch ng minh r ng, n u b trí thích h p các thi t b tiêu n ng thì có th gi m đ c (20%÷30%)hc’’.
+ Ng ng tiêu n ng ng p trong n c nh y có tác d ng ph n kích m nh đ i v i dòng ch y có l u t c l n, và làm gi m chi u sâu n c nh y hc’’. Qua thí nghi m cho th y v i góc nghiêng mái th ng l u ng ng <90o và >60o thì không
nh h ng đ n hi u qu tiêu n ng.
+ Trên sân sau, c ng có th b trí các m tiêu n ng. V trí b trí th ng n i b t đ u c a sân sau, t i khu v c dòng ch y có l u t c cao, cách chân đ p m t đo n dài h n chi u sâu phân gi i c a dòng ch y. Kích th c c th còn ph thu c vào hình th c c u t o. Có th b trí m t ho c hai hàng m , có nhi u hình th c m tiêu
n ng; góc vát th ng l u, m t bên, các góc c nh … c a m đ u có nh h ng t i hi u qu tiêu n ng. Th ng thông qua thí nghi m đ b trí cho h p lý.