CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ VÀ DỐC NƯỚC
9.4 TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG CỦA DỐC NƯỚC
Tùy theo điều kiện địa hình, địa chất, lưu lượng tháo cuối dốc nước thường có các hình thức sau đây:
- Tiêu năng kiểu bể tiêu năng - Tiêu năng kiểu máng phun.
- Tiêu năng kiểu phân tán dòng chảy trên chiều ngang
- Tiêu năng kiểu chướng ngại vật như dầm của A.M.Txenkov.
Theo tài liệu địa hình thì ta thấy địa hình sau dốc nước tương đối thoải, lưu lượng không quá lớn, có thể xây bể để tiêu năng nên em chọn phương án làm bể tiêu năng.
Bể tiêu năng là hình thức tiêu năng của dòng chảy đáy bằng nước nhảy, nhưng tạo nên nước nhảy ngập trong phạm vi hố tiêu năng ở cuối dốc. Như vậy sẽ rút ngắn chiều dài gia cố và mau chóng tạo nên sự nối tiếp của dòng chảy cuối dốc với dòng chảy của sông phía hạ lưu. Tính toán tiêu năng ở đây là xác định kích thước của bể (chiều sâu và chiều dài bể).
9.4.1 Xác đinh lưu lượng tính toán:
Nhiệm vụ của các thiết bị tiêu năng là phải làm việc với mỗi cấp lưu lượng có thể trong phạm vi đó. Vì vậy trong thiết kế phải tính toán với lưu lượng nào gây ra sự bất lợi nhất, lưu lượng ấy gọi là lưu lượng tính tiêu năng.
Để chọn được lưu lượng tính toán tiêu năng ta tiến hành các bước như sau:
- Bước 1:Giả thiết nhiều giá trị lưu lượng khác nhau từ 0 tới q tràn max.
- Bước 2:Vẽ đường mặt nước trong kênh để xác định độ sâu nước cuối dốc (h) ứng với từng cấp lưu lượng.
- Bước 3:Xác định độ sâu liên hiệp hc’’ tương ứng theo phương pháp Agorotskin:
g h h V
E = cd + cd +∆ . 2
. 2
0
α
Trong đó:
hcd: chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc Vcd: lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc.
Δh: chênh lệch độ cao giữa cao trình cuối dốc và đáy kênh hạ lưu.
Δh = ∇cd −∇dk= 343,2 – 340,0 = 3,2 m Sau khi tính được E0, ta tính F(τc) theo công thức:
32
. 0
. ) (
E B c Q F τ =ϕ
Trong đó φ là hệ số lưu tốc, theo QP.TL.C – 8 – 76, φ phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m và tra bảng 11 trong quy phạm ta có: φ = 0,983.
Tra bảng kết hợp nội suy 2 lần (Theo F(τ) và theo φ) phụ lục 15 – 1 các bảng tra thủy lực ta được τc” => hc” = τc”.E0
- Bước 4:xác định độ sâu dòng chảy đều trong kênh hạ lưu (hh) bằng phương pháp mặt cắt lợi nhất về thủy lực:
Tính
Q i R m
F 4. . ln)
( = 0
Tra phụ lục (8-1) các bảng tính thủy lực => Rln =>
Rln
b (b: chiều rộng đáy kênh hạ lưu). Tra phụ lục (8-3) =>
Rln
h => chiều sâu dòng chảy hạ lưu.
- Bước 5:Vẽ đường quan hệ q xả ~ (hc” - hh)
Giá trị lưu lượng tính toán tiêu năng sẽ là giá trị ứng với (hc” - hh)max. Kết quả tính toán lưu lượng tính tiêu năng được tổng hợp trong bảng tính sau:
Về lý thuyết ta phải tính toán lần lượt như vậy. Nhưng việc tính toán theo tuần tự như vậy thì khối lượng tính toán rất lớn. Do hạn chế về mặt thời gian và công cụ tính toán nên trong đồ án này em chỉ tính toán tiêu năng ứng với lưu lượng xả max thiết kế: qxả=680,07m3/s. Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau:
Bảng 10 – 6: Bảng xác định các thông số để tính toán tiêu năng q tràn
(m3/s)
hcd
(m)
Vcd
(m/s)
E0
(m) F(τc) τ"c hc"
(m)
hh
(m)
hc" - hh
(m) 28.336 3.175 8.9248 10.435 0.8552 0.7103 7.412 4.106 3.306 9.4.2 Xác định kích thước bể:
9.4.2.1 Xác định chiều sâu của bể:
Sơ đồ tính toán:
Hình 10 – 6: Sơ đồ tính toán tiêu năng
Quá trình tính toán chiều sâu bể ta phải tính thử dần theo các bước sau:
Bước 1: Sơ bộ chọn chiều sâu bể: dbể = hc” – hh. Sau đó tính lại cột nước toàn phần tính đến đáy bể theo công thức: E0’ = E0 + dgt
Bước 2: Tính lại F(τc) theo công thức: 32 . 0
) .
( BE
c Q F τ =ϕ
Tra phụ lục (15 -1) ta được τc” => hc” = τc”. E0’
Bước 3: Tính chênh lệch mực nước ở ngưỡng bể tiêu năng:
2
"
2 2
2 2
. . 2 . . .
2 h ghc
q h
g
Z = q −
∆ ϕ
Tính lại độ sâu bể theo công thức: d1 = σ.hc” – hh – ΔZ
Bước 4: So sánh d với dgt, nếu d1≈ dgt thì ngừng tính nếu d1 ≠ dgt và chọn lại dgt
= d1 sau đó lặp lại bước 1 đến khi d1≈ dgt thì thôi. Kết quả được thể hiện trong bảng:
Bảng 10 – 7: Bảng tính chiều sâu bể ứng với các lần giả thiết E0
(m) F(τc) τ"c hc"
(m) hh
(m) hc" - hh
(m) ΔZ
(m) dgt
(m)
10.435 0.8552 0.710316 7.412 4.106 3.306 3.30597
13.741 0.5659 0.61577 8.4611 4.106 4.3551 1.9405 2.8377 13.272 0.5962 0.624299 8.286 4.106 4.18 1.9161 2.67822 13.113 0.6071 0.628738 8.2446 4.106 4.1386 1.9101 2.6408 13.076 0.6097 0.6298 8.235 4.106 4.129 1.9086 2.63207 13.067 0.6103 0.630048 8.2327 4.106 4.1267 1.9083 2.63004 13.065 0.6104 0.630106 8.2322 4.106 4.1262 1.9082 2.62957 13.064 0.6105 0.63012 8.2321 4.106 4.1261 1.9082 2.62946 13.064 0.6105 0.630123 8.232 4.106 4.126 1.9082 2.62944
Theo bảng tính trên thì ta chọn chiều sâu chính xác của bể là: 2,63m 9.4.2.2 Xác định chiều dài bể:
Chiều dài bể tiêu năng được tính toán theo công thức Trectouxop:
Lb = β.ln + l1
Trong đó:
β: Hệ số kinh nghiệm, lấy bằng 0,8.
ln: Chiều dài nước nhảy hoàn chỉnh, không ngập: ln = 4,5.hc”.
l1 = l rơi – s với s là chiều dài nằm ngang của đoạn công trình nước rơi.
l rơi: là chiều dài nằm ngang của dòng nước rơi tính từ cuối dốc nước đến mặt cắt C-C
Vì đoạn công trình nước rơi nối tiếp từ cuối dốc đến bể tiêu năng có bề mặt được làm theo dạng quỹ đạo của làn nước rơi nên s = lrơi. Do đó l1 = 0.
Vậy Lb = 0,8.4,5.hc” = 3,6.8,232 = 29,63.
9.4.3 Xác định chiều dài sân sau:
Chiều dài sân sau được tính theo kinh nghiệm:
Ls = 2,5Lb
= 2,5. 29,63 = 74m
Vì công trình nối tiếp sau bể tiêu năng là kênh hạ lưu nên ta chọn chiều dài đoạn kênh cần gia cố là 74m.