6. Bố cục của luận văn
3.2.1. Kết quả thí nghiệm phương án 1
Sau khi nghiên cứu tài liệu phương án thiết kế do cơ quan tư vấn thiết kế cung cấp, cơ quan thí nghiệm và thiết kế đã thống nhất lựa chọn mô hình tỷ lệ 1/50 từ đó xây dựng phạm vi mô hình, thiết kế chế tạo đầu mối công trình tràn xả lũ (Xem ảnh 3-1), tiến hành lắp đặt hệ thống đo lưu lượng và khống chế mực nước hạ lưu cách cuối kênh xả về phía thượng lưu 205 m theo yêu cầu
Qua kiểm nghiệm quan sát xác định các mặt cắt đo lưu tốc, mực nước, đánh dấu những tồn tại, rò rỉ để từ đó khắc phục, sửa chữa đạt yêu cầu để tiến hành thí nghiệm thu thập số liệu
3.2.1.1. Xác định khả năng xả của tràn.
Kết quả thí nghiệm xác định khả năng tháo của tràn xả lũ Ngàn Trươi với 5 cấp lưu lượng được xác định trong Bảng 3-1
Bảng 3-1 : Xác định khả năng xả của tràn - PA1
TT Lưu lượng thí nghiệm Q(m3 /s) Mực nước thí nghiệm Vo2/2g Ho(m) Hệ số lưu lượng m ZHồ(m) ZHl(m) 1 2443 54,54 38,46 0,07 9,61 0,463 2 2120 53,72 37,37 0,06 8,78 0,460 3 1800 52,86 36,76 0,04 7,90 0,458 4 1500 52,01 36,06 0,04 7,05 0,452 5 800 49,72 34,22 0,03 4,75 0,436
Với kết quả thí nghiệm trên ứng với lưu lượng là lũ kiểm tra Q1% thì mực nước hồ là 54,54m còn ứng với lưu lượng lũ thiết kế Q0,5%mực nước hồ là 53,72m. Như vậy là mực nước hồ thí nghiệm thấp hơn tính toán là 0,62m và 0,57m tương ứng với 2 cấp lưu lượng kiểm tra và thiết kế. Do đó khả năng xả đảm bảo với quy mô và kích thước khoang tràn đã chọn.
Từ số liệu thí nghiệm trên ta vẽ được đường quan hệ Qxả = f1(Zhồ) và m = f2( Qxả) như (hình 3-5) 500 1000 1500 2000 2500 3000 45 49 51 53 55 57 59 0,400 0,411 0,423 0,434 0,446 0,457 0,469 0,480 Hình 3-5: Đường quan hệ Qxả =f1(Zhồ) và m=f2 (Qxả) Chảy tự do qua tràn – Khống chế MNHL- PA1
Như vậy để đánh giá chiều rộng hiệu dụng (hiệu quả) của tràn thực tế theo công trình là:
BHD = B – 0,20[ξk + (n-1)ξo] Ho (3-14) Trong đó
BHD: Chiều rộng hiệu dụng của tràn (m) B: Chiều rộng của 5 khoang tràn B = 40m
ξk: Ảnh hưởng hình dạng của trụ pin bên ξk = 0,7
ξo: Ảnh hưởng hình dạng của trụ pin giữa ξo= 0,25 với trụ dày 2,5m (với trụ dày 4,0m thì ξo = 0,45)
n: Số khoang tràn
Khi tính BHD với tràn Ngàn Trươi có 2 khoang chịu ảnh hưởng của trụ pin to, còn 2 khoang chịu ảnh hưởng của trụ pin nhỏ do đó công thức được viết lại thành
BHD = 40 – 0,20[0,70 + (2x0,45) + (2x0,25)] Ho Zhồ (m) Q(m3/s) m Qxả= f1(Zhồ) m= f2(Qxả)
Kết quả tính BHD ứng với 5 cấp lưu lượng xả qua tràn cho ta giá trị BHD cũng khác nhau. Kết quả tính toán được ghi trong Bảng 3-2
Bảng 3-2 : Giá trị BHDkhi xả lũ – PA1
TT Lưu lượng Q (m3/s) Ho (m) B (m) Giá trị của 0,2[ξk+(n-1) ξo Hệ số Triết giảm BHD (m) Bco hẹp (m) 1 2443 9,61 40 0,42 0,1009 35,964 4,036 2 2120 8,87 40 0,42 0,0931 36,275 3,725 3 1800 7,90 40 0,42 0,0830 36,682 3,318 4 1500 7,05 40 0,42 0,0740 37,039 2,961 5 800 4,75 40 0,42 0,0499 38,005 1,995
Như vậy, ảnh hưởng co hẹp khi xả lưu lượng càng lớn thì chiều rộng hiệu
dụng càng bị triết giảm nhiều. Hệ số triết giảm chiều rộng tràn được tính là Bco hẹp/ Btràn. Điều này hoàn toàn phù hợp với giá trị hệ số lưu lượng khi xả lũ càng
lớn thì hệ số lưu lượng tăng lên vì BHD nhỏ đi. Qua bảng 3-2ta thấy hệ số triết giảm của tràn đối với QKT và QTK là 0,10 còn lớn do co hẹp đầu trụ pin lớn đặc biệt là 2 trụ pin bên, vì vậy việc chọn hình thức hợp lý của trụ pin bên và hình dạng đầu của trụ pin giữa là có ý nghĩa về kỹ thuật và kinh tế
3.2.1.2. Xác định đường mặt nước dọc công trình
Để xác định đường mặt nước, trên mô hình đã bố trí đo dọc công trình 24 mặt cắt ngang từ thượng lưu, trên tràn, bể tiêu năng đến kênh xả hạ lưu. Kết quả đo vẽ đường mặt nước ứng với 5 cấp lưu lượng xả lũ được ghi trong các bảng phụ lục ( bảng 3-13 đến bảng 3-17). Từ kết quả đo đường mặt nước cho thấy.
- Phía thượng lưu mặt nước tương đối phẳng lặng, dòng chủ lưu hơi lệch sang phải do ảnh hưởng của địa hình không đối xứng trước cửa vào tràn, phân bố đường mặt nước hướng ngang gần như đều đặn.
- Ở đỉnh tràn do ảnh hưởng của trụ pin và trụ bên có chiều dày khác nhau nên đường mặt nước hướng ngang không đều đặn lắm, nhất là hai khoang tràn bên có co hẹp lớn. Cuối tràn mực nước tại hai khoang bên hạ thấp hơn so với các khoang giữa
- Qua 5 cấp lưu lượng xả từ lưu lượng kiểm tra Q0,1% = 2443 m3/s đến Q= 800 m3/s thì mực nước trên thân tràn còn thấp hơn so với cao trình ổ trục các cửa van cung từ 3,75m ÷ 6,50m ( ổ trục cửa van có cao trình ∇51,35m). Như vậy đối với lưu lượng kiểm tra cao trình mực nước tại tai van là ∇47,6m, lưu lượng thiết kế cao trình mực nước tại tai van là ∇47,1m.
- Ở hạ lưu, bể tiêu năng do ảnh hưởng tiêu năng đáy không đều đặn nên đường mặt nước ngang trên các mặt cắt đo cũng không thể đều đặn được, kênh xả hạ lưu đường mặt nước dọc chiều dài kênh gần như dòng đều, phân bố mực nước hướng ngang gần như đều đặn, tại các đoạn kênh có bán kính cong mực nước trên mặt cắt ngang phân bố không đều bên bờ trái mực nước dâng cao hơn bờ phải chút ít do dòng chủ lưu thiên lệch sang bờ trái.
Ngoài kết quả đo đường mặt nước ở trên, để thấy rõ ảnh hưởng của dòng vào trên đỉnh đập tràn chúng ta còn đo được mực nước sát hai bên mép trụ pin của từng khoang tràn tại vị trí cuối đoạn cong đầu trụ pin để đánh giá mức độ co hẹp dòng chảy trên đỉnh tràn. Kết quả đo được như bảng 3.3
Bảng 3-3 : Sự co hẹp dòng chảy ở đầu trụ pin các khoang tràn-PA1
Lưu lượng xả lũ lũ Q(m3/s) 2443 2120 1800 1500 800 Chênh lệch h(m) Trụ bên phải T 2,55 2,36 1,80 1,04 0,38 Trụ nhỏ bên phải P 1,75 1,55 1,13 1,25 0,45 T 1,55 1,35 0,93 1,12 0,40 Trụ nhỏ bên trái P 2,30 2,00 1,38 1,43 0,47 T 0,90 1,43 0,93 0,98 0,39 Trụ to bên phải P 2,45 1,75 1,75 1,43 0,63 T 1,80 1,65 1,20 1,20 0,50 Trụ to bên trái P 2,70 1,90 1,55 1,30 0,61 T 1,75 1,60 1,18 1,15 0,48 Trụ bên trái P 3,60 2,75 2,00 1,30 0,45
Từ bảng 3.3 cho ta thấy ảnh hưởng co hẹp của 2 trụ pin bên là khá lớn ứng với lưu lượng kiểm tra và lưu lượng thiết kế là 3,6m và 2,75m, điều này làm giảm khả năng tháo của tràn và gây ra dòng chảy không đều trên 2 khoang tràn bên. Sự co hẹp của các trụ pin ở các khoang giữa tràn cũng khá lớn mức độ co hẹp càng lớn khi xả cấp lưu lượng lớn, chính điều này đã gây ra đường mặt nước trên các khoang tràn phân bố không được đều (Ảnh 3-2). Cũng từ bảng 3.3cho thấy sự co hẹp dòng chảy trên cùng một trụ pin thì mức độ co hẹp bên phải luôn lớn hơn bên trái, điều đó cho thấy do ảnh hưởng của địa hình trước cửa vào tràn không đối xứng nên dòng chảy vào tràn chưa được thuận dòng.
3.2.1.3.Tình hình thuỷ lực của dòng chảy đối với các chế độ xả lũ qua tràn
- Như kết quả đo đường mặt nước đã nêu, dòng chảy từ thượng lưu đi vào tràn hơi thiên lệch sang bên phải do ảnh hưởng của địa hình thượng lưu không đối xứng đối với các cấp lưu lượng từ Q=1800m3/s đến Q = 2443m3/s, đối với các chế độ lưu lượng nhỏ thì không ảnh hưởng nhiều, điều đó được thể hiện co hẹp không đối xứng tại các đầu trụ pin. Mực nước trên tràn lớn nhất tại vị trí đặt cao trình tai van còn thấp hơn cao trình đặt tai van khoảng 3,75m đối với cấp lưu lượng kiểm tra Q = 2443m3/s
- Dòng chảy từ thượng lưu đi vào cửa tràn ở đầu trụ pin có hiện tượng nước dềnh nhô lên từ 0,40m đến 0,70m ứng với lưu lượng xả từ Q=800m3/s đến Q = 2443m3/s do tác động của trụ pin tạo ra ảnh hưởng co hẹp đặc biệt là hai khoang tràn bên dòng chảy đi vào đỉnh tràn tại cuối đường cong đầu trụ pin lõm sâu xuống rồi vồng lên tại vị trí khe van tạo thành vùng lõm sâu sát trụ pin ứng với các cấp lưu lượng từ Q = 2443m3/s đến Q = 1500m3/s, đối với cấp lưu lượng Q = 1500m3/s thì chỉ có trụ pin bên trái còn tồn tại song nhỏ còn đối với Q = 800m3
/s thì không tồn tại hiện tượng này nữa (bảng 3.4). Vì vậy trên hai khoang tràn bên luôn xuất hiện nhiều bọt khí hơn khi đổ ra, dòng chảy phân bố không đều khi đổ xuống đầu bể tiêu năng
Bảng 3-4:Lõm sâu tại hai trụ pin bên – PA1
Lưu lượng ( m3
/s) Trụ pin phải Trụ pin trái
2443 1,10 2,15
2120 1,05 1,45
1800 0,95 1,03
1500 0,55
800
- Dòng chảy trên tràn đổ xuống bể tiêu năng tạo ra nước nhảy ngập trong bể, song mức độ xáo trộn trong bể là rất mạnh, đặc biệt là xả cấp lưu lượng kiểm tra và lưu lượng thiết kế. Mực nước trong bể tiêu năng tiến sâu vào thân tràn ( tính từ cuối trụ pin khoảng 18m) làm cho vùng đầu bể và cuối tràn ngập sâu. Chiều sâu dòng chảy cuối tràn cũng phân bố không đều nhau sẽ tạo ra phân bố lưu tốc dòng chảy ở cuối tràn và đầu bể tiêu năng sau các khoang tràn có sự khác nhau, mực nước tại hai khoang bên luôn thấp hơn các khoang giữa tràn dao động khoảng từ 1,0m ÷ 3,5m tương ứng với Q=800m3/s đến Q = 2443m3/s. Như vậy cho ta thấy việc bố trí hàng răng chia dòng cuối thân tràn nhằm mục đích khuếch tán dòng chảy và dùng chính nội lực ma sát của nước trong bể để triệt tiêu năng lượng của dòng chảy. Song không có hiệu quả do mực nước cuối tràn, đầu bể ngập sâu nên răng chia dòng đóng vai trò như nhám trên tràn, mặt khác dòng chảy cuối tràn có năng lượng lớn khi gặp răng chia dòng được tách ra ( theo phương đứng) làm cho chiều dày dòng xiết tăng lên do đó một phần dòng xiết được tiêu năng thông qua xung kích với hàng mố nhám và bể tiêu năng, phần còn lại vượt qua mố được tiêu năng bằng bể tiêu năng
(Ảnh 3-3).Sau mố tiêu năng trong bể hình thành khu xoáy với các bọt khí nhỏ xoáy cuộn với đường kính đo được khoảng 3,5 đến 5,0m tương ứng với các cấp lưu lượng xả
- Ứng với lưu lượng lũ kiểm tra Q = 2443m3/s., mực nước trong bể tiêu năng tại vị trí sau nước nhảy ở cao trình 39,60m thấp hơn cao trình đỉnh tường ở cao trình 40,0m, song sóng giao động ở cuối bể tiêu năng đo được khoảng 1,0m đến 3,0m
như vậy mực nước tại cuối bể khi có kể đến sóng từ cao trình 40,60m đến 40,90m sẽ vượt tường bể tiêu năng. Đối với các cấp lưu lượng thiết kế mực nước trong bể tiêu năng tại vị trí sau nước nhảy ở cao trình 39,0m sóng đo được tại cuối bể tiêu năng khoảng 0,75m đến 1,0m thì mực nước tại cuối bể có kể đến sóng khoảng 39,75m đến 40,0m. Như vậy có lúc mực nước tại cuối bể tiêu năng cao hơn cao trình đỉnh tường bể tiêu năng. Các cấp lưu lượng còn lại mực nước có kể đến cả sóng không vượt quá đỉnh tường tiêu năng.
- Dòng chảy sau khi được tiêu năng trong bể nối tiếp với kênh xả bằng đường nước đổ, song tại cuối bể và đầu kênh xả không tồn tại nước nhảy thứ cấp. Tại đầu kênh xả ( vị trí cuối đoạn tường cong mở rộng với mái kênh) tồn tại khu nước vật ở cả hai bên ứng với 4 cấp lưu lượng Q=1500m3/s đến Q= 2443m3/s, chiều dài dòng vật kéo dài khoảng từ 10m đến 30m về phía hạ lưu kênh còn đối với cấp lưu lượng Q= 800m3/s thì chỉ hình thành khu nước lặng ngay tại cuối đoạn cong nối tiếp với mái kênh xả (Ảnh 3-4)
- Dòng chảy trong kênh ứng với các chế độ xả, phân bố đường mặt nước hướng ngang không được đều lắm, sóng giao động vỗ vào mái kênh còn lớn là do năng lượng chưa được tiêu hao nhiều, năng lượng thừa còn lớn sau khi được tiêu năng qua bể, dòng chảy từ đầu kênh đến cuối kênh gần như dòng đều chênh lệch mực nước trung bình đầu kênh và cuối kênh trong khoảng 0,4m, sóng vỗ hai bên bờ còn lớn và dòng chảy còn tương đối xiết
3.2.1.4.Phân bố lưu tốc trung bình dòng chảy dọc tuyến công trình
Với 5 chế độ xả qua tràn có lưu lượng từ Q=800m3/s đến Q = 2443m3/s kết quả xác định gía trị lưu tốc trung bình từ mặt cắt thượng TL1 đến HL11 được ghi trong các bảng phụ lục ( bảng 3-18 đến 3-22).
Từ số liệu kết quả đo lưu tốc trung bình cho thấy tương ứng với các cấp lưu lượng xả từ Q=800m3/s đến Q = 2443m3/s thì
+ Tại mặt cắt TL1 cửa vào tràn giá trị lưu tốc mặt đạt từ Vm = 1,93÷3,61m/s + Lưu tốc đáy trên đỉnh tràn (đỉnh tràn ∇45,0m) đạt Vđ = 6,11÷ 9,74m/s, dạng phân bố lưu tốc trên đỉnh tràn thuộc dạng lưu tốc đáy lớn, lưu tốc mặt nhỏ.
+ Lưu tốc dòng chảy đáy trên thân tràn đạt từ Vđ = 13,54÷16,35m/s và cuối tràn ( vị trí thấp nhất cuối tràn) giá trị lưu tốc đáy đạt từ Vđ = 14,04÷18,02m/s
+ Lưu tốc đáy tại đầu bể tiêu năng ( cuối trụ pin) đạt Vđ = 6,23÷15,25m/s + Lưu tốc tại mố nhám giữa bể tiêu năng đạt Vđ = 8,95÷16,58 m/s cuối bể tiêu năng giá trị lưu tốc là Vđ = 3,25÷ 8,33 m/s
+ Đầu kênh xả đoạn gia cố bê tông M20 Vđ = 2,29÷5,97 m/s, cuối đoạn kênh gia cố giá trị lưu tốc đo được Vđ = 2,84÷4,31 m/s
+ Tại đoạn kênh gia cố rọ đá lưu tốc đáy đạt Vđ = 2,60÷4,29 m/s.
+ Đầu đoạn kênh không gia cố lưu tốc đáy đạt Vđ = 2,57÷4,25 m/s và cuối kênh xả hạ lưu là Vđ = 2,62÷4,32 m/s.
Như vậy phân bố lưu tốc trên thân tràn theo dạng đường cong có lưu tốc đáy lớn, lưu tốc mặt nhỏ. Lưu tốc thay đổi theo lưu lượng xả qua tràn có giá trị lớn nhất là 18,02m/s ứng với lưu lượng kiểm tra, 17,06m/s ứng với lưu lượng thiết kế. Với giá trị lưu tốc này theo đồ án thiết kế dùng lớp bê tông bảo vệ mặt đập tràn có mác M30 là an toàn.
Lưu tốc dòng chảy đổ xuống bể tiêu năng trong các trường hợp xả lũ từ Q = 800m3/s ÷ Q = 2443 m3/s, ứng với chiều sâu lớp nước đệm trong bể tiêu năng khác nhau, giá trị lưu tốc dòng chảy đạt 6,23÷15,25m/s và tại vị trí mố nhám trong bể tiêu năng là Vđ = 8,95÷16,58 m/s. Do đó với giá trị lưu tốc dòng đáy như trên thì với bê tông M30 bảo vệ bản đáy bể là đảm bảo.
Lưu tốc phân bố trên kênh xả hạ lưu theo các dạng đường cong logarit khác nhau tùy thuộc vào từng phân đoạn trên kênh, song lưu tốc trên kênh không thay đổi nhiều dọc theo chiều dài kênh do năng lượng dòng chảy không thay đổi nhiều. Đến cuối kênh lưu tốc có tăng lên chút ít là do tổn thất cột nước dọc chiều dài kênh làm giảm mực nước cuối kênh với lưu lượng không đổi như vậy lưu tốc có tăng lên chút ít.
3.2.1.5. Xác định mạch động lưu tốc
Mạch động lưu tốc ứng với 5 cấp lưu lượng thí nghiêm cũng được thể hiện trong các bảng phụ lục( bảng 3-18 đến 3-22).
Qua giá trị đo đạc cho thấy, mạch động lưu tốc lớn nhất tại các vị trí quan trọng ứng với Q= 800 ÷ Q= 2443 m3/s có giá trị như sau
- Mạch động lưu tốc ở vùng đỉnh đập tràn σv = 0,289 ÷ 0,483 m/s