CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ VÀ DỐC NƯỚC
9.2 TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN XẢ LŨ
Cao trình ngưỡng tràn: 349,2m
Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ta đã tính toán với các thông số như sau:
P1 = 0 (đập tràn không ngưỡng) Qtk = 668,03 m3/s
m = 0,36
H0 = H + hsc = 4 + 2,8 = 6,8m.
Trong giai đoạn thiết kế này ta sẽ chính xác hóa lại các giá trị thông số: hệ số lưu lượng (m), lưu lượng (Q), cột nước trên tràn (Ho), mực nước hồ tương ứng… khi có kể đến các yếu tố co hẹp, hình dạng ngưỡng, lưu tốc tới gần…
Theo phần tính toán điều tiết lũ ở chương 8 ta có thể tổng hợp kết quả điều tiết lũ lại như sau:
Bảng 10 -1 Tồng hợp kết quả điều tiết lũ:
Quá trình lũ đến MNDBT (m)
Qlũmax
(m3/s)
q xả max
(m3/s)
MNDGC (m)
Hsc (m)
Vsc (m3)
Lũ thiết kế 353,2 700,5 680,07 356,37 3,18 932,26
Lũ kiểm tra 353,2 845 812,409 357.29 4,09 1223,9
9.2.2 Đoạn chuyển tiếp sau ngưỡng tràn(đoạn thu hẹp đầu dốc nước) 9.2.2.1 Tính toán thủy lực đầu đoạn thu hẹp
1. Chiều sâu phân giới:
Vì dốc nước có dạng hình chữ nhật nên hk được xác định theo công thức:
hk = 3 . 2 g α q
Trong đó : + q : Lưu lượng đơn vị qua dốc nước q = Q/Bd
+ α : Hệ số sửa chữa động năng ( chọn α =1 ) + g : Gia tốc trọng trường
Kết quả tính toán độ sâu phân giới nh ư sau:
Đầu đoạn thu hẹp: hk = 4,014m Cuối đoạn thu hẹp: hk = 4,432m 2. Độ dốc phân giới:
Hình 10 -3: Sơ đồ ngưỡng tràn
Độ dốc phân giới được xác định theo công thức: ik=
k k
k
B C g
. .
. α 2
Χ
Trong đó:
χ k : Chu vi mặt cắt ướt tương ứng với độ sâu phân giới
Bk: Bề rộng trên mặt thoáng ứng với độ sâu phân giới trong dốc nước α : Hệ số sửa chữa động năng
Ck : Hệ số sêzi ứng với độ sâu phân giới: Ck= n 1 .R1/6 ϖ k = bk.hk Diện tích mặt cắt ướt
Rk : Bán kính thuỷ lực tương ứng với độ sâu phân giới Kết quả tính toán độ dốc phân giới ở đoạn thu hẹp như sau:
Đầu đoạn thu hẹp: ik = 0,0025 Cuối đoạn thu hẹp: ik = 0,0026
3. Đường mặt nước trên dốc nước đoạn thay đổi:
Trình tự và phương pháp tính toán tương tự phần thiết kế sơ bộ. Theo đó ta có kết quả tính toán như sau: (Bảng 10 -2)
9.2.2.2 Tính toán thủy lực đoạn không đổi:
1. Các thông số cơ bản:
Cao trình đáy đầu đoạn lăng trụ: ∇ = ∇ngưỡng – i.Lthu thẹp = 349,2 – 0,08.15 = 348m
Độ sâu dòng chảy đầu đoạn lăng trụ của dốc nước bằng độ sâu dòng chảy cuối đoạn thu hẹp = 3,2325.
Độ dốc đáy: i = 0,08 Độ nhám: n = 0,014 Chiều dài: L = 60m
Chia dốc nước thành 4 đoạn mỗi đoạn dài 15m 2. Xác định các độ sâu trên dốc:
a. Độ sâu chảy đều ho được xác định theo phương pháp lợi nhất về mặt thủy lực. Tính toán tương tự như phần thiết kế sơ bộ ta được ho = 1,314m
b. Độ sâu phân giới hk = 4,342 c. Độ dốc phân giới ik = 0,0026
3. Đường mặt nước trên dốc nước đoạn không đổi:
h đầu dốc = h cuối th = 3,2325m id = 0,08 > ik = 0,026
ho = 1,314 < h đ dốc = 3,2325 < hk = 4,342
Như vậy đường mặt nước trên dốc nước là đường nước đổ b2
Tính toán đường mặt nước trong đoạng không đổi tương tự như phần thiết kế sơ bộ ta được kết quả tính toán như trong bảng: (Bảng 10 -3)
9.2.2.3 Chiều cao tường bên dốc nước:
1. Đường mặt nước có kể đến hàm khí:
Đường mặt nước có kể đến hàm khí được xác định theo công thức:
hhk = h .(1+
100 V ) Trong đó:
+ h : Chiều sâu dòng nước trên thân dốc + v : Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán
Từ đó ta xác định được đường mặt nước có kể đến hàm khí như sau:
Bảng 10 – 4: Bảng xác định ĐMN có kể đến hàm khí
mc h(m) v(m) hhk
1 4.014 7.05947 4.297
2 3.864 7.33352 4.147
3 3.714 7.62971 3.997
4 3.564 7.95083 3.847
5 3.414 8.30017 3.697
6 3.264 8.68162 3.547
7 3.175 8.92480 3.458
2. Chiều cao tường bên dốc nước:
Chiều cao tường bên dốc nước được tính theo công thức:
Ht = hhk + a Trong đó:
a: chiều cao an toàn
hhk: chiều cao đường mặt nước hàm khí:
Ht: chiều cao tường.
Tính toán cho 3 mặt cắt điển hình ta có số liệu thống kê như sau:
Bảng 10 – 5: Bảng tính chiều cao tường bên dốc nước
MC h(m) v(m) hhk Ht (m)
I- I
(Đầu đoạn thu hẹp) 4.014 7.05947 4.297 4.797
II-II
(Cuối đoạn thu hẹp) 3.233 8.76605 3.516 4.016
III – III
(Cuối dốc nước) 3.175 8.92480 3.458 3.958
Hình 10 - 4: Sơ đồ dốc nước 9.2.2.4 Kiểm tra điều kiện không xói ở cuối dốc:
Dòng chảy trên dốc nước sau tràn cần phải đảm bảo không gây xói lở dốc. Do đó cần kiểm tra điều kiện không xói trên dốc nước.
Mặt cắt cuối dốc nước có vận tốc lớn nhất, nên tiến hành kiểm tra điều kiện không xói tại mặt cắt này. Từ kết quả tính toán trên Với lưu lượng xả lớn nhất Qxả max = 680,07m3/s ta có Vc.dốc = 8,92m/s
Theo Bảng 5 trang 476, TCVN 4118-85 với kênh bê tông M200, chiều sâu nước trong kênh h = 3,175m có vận tốc cho phép không xói là [V]kx = 16m/s.
Vc.dốc = 8,92m/s < [V]kx = 16m/s
Vậy dốc nước không bị xói lở với mọi lưu lượng thiết kế.