6. Bố cục của luận văn
3.2.3. Kết quả thí nghiệm phương án 2
3.2.3.1. Nội dung của phương án 2 đưa vào thí nghiệm.
- Bể tiêu năng dài 31m, cao trình đáy ở ∇23,0 như thiết kế yêu cầu - Kéo dài đầu kênh xả hạ lưu về cuối bể 23,05m
- Bố trí hai hàng mố tiêu năng có chiều cao khác nhau, chiều rộng mố như nhau, hàng mố thứ nhất thấp hơn hàng mố thứ 2 là 0,5m
- Hàng mố thứ nhất gồm 12 mố đặt trong bể tiêu năng cách đầu bể, (cuối trụ pin tràn) 5,0m vị trí các mố được chia đều trong bể và 2 mố bên được đặt sát tường bể tiêu năng. Hàng mố thứ 2 gồm 10 mố đặt cách hàng mố thứ nhất 6,0m và cách đầu bể tiêu năng ( cuối trụ pin tràn) 16,5m, các mố ở hàng 2 đặt so le với hàng mố thứ nhất ( xem hình 3-6, hình 3-7, ảnh 3-5 và ảnh 3-6) 40,0 30,0 26,3 25,8 41,85 45 5,5 6,0 6,27 8,23 31,0 10,5 23,0 5,0 2,64 2,64 2,0 2,0 2,32 2,32 23,00
Hình 3-6 : Vị trí mố tiêu năng trong bể - Phương án 2
Chi tiết mố tiêu năng hàng thứ nhất Chi tiết mố tiêu năng hàng thứ hai 25,8 26,3 26,3 23,0 2,80 5,50 1,77 1,20 3,30 6,27 2,80 1,50 1,20 2,80 1,77 1,20 3,30 3,30 26, 3 25, 8 5,50 6,27 BTCT M30 (28)- B8 BTCT M30 (28)- B8 2,00 2,00 1,50 1,20
Hình 3-7: Kích thước mố tiêu năng phương án 2
- Hình dạng và kích thước các mố, ở hàng mố thứ nhất có kích thước ( bxh= 2x2,8) m, mố hàng thứ 2 có kích thước ( bxh= 2x3,3)m
- Với phương án 2 thí nghiệm thêm 2 cấp lưu lượng Qp=1,0% =2040 m3/s và Q = 1900m3/s và thí nghiệm để đánh giá chế độ thủy lực của dòng chảy, kiểm tra sự phù hợp kích thước của bể tiêu năng
- Các cấp lưu lượng thí nghiệm cho phương án 2
P% 0,1 0,5 1,0
Q(m3/s) 2443 2120 2040 1900 1800 1500 800
- Phương án 2 vẫn được thí nghiệm với trường hợp khống chế mực nước hạ lưu cách đuôi kênh xả về phía thượng lưu 205m
3.2.3.2. Xác định khả năng xả của tràn.
Qua 7 cấp lưu lượng xả từ Q=800m3/s ÷ 2443 m3/s qua thí nghiệm đo đạc các thông số cho kết quả như ở Bảng 3-7
- Từ kết quả trên ta thấy rằng hệ số lưu lượng qua tràn hầu như không thay đổi so với phương án 1. Vì phương án 2 không có thay đổi cửa vào tràn như kiến nghị do đó tổn thất cột nước vào tràn còn lớn làm ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn.
- Chế độ làm việc của tràn xả lũ trong phương án 2 vẫn làm việc ở chế độ chảy tự do
- Kết quả thí nghiệm phương án 2, ứng với lưu lượng lũ kiểm tra Q0,1% thì mực nước hồ là 54,55m còn ứng với lưu lượng lũ thiết kế Q0,5% thì mực nước hồ ở
với hệ số lưu lượng m= 0,4581. Như vậy là khả năng tháo của tràn đảm bảo theo yêu cầu thiết kế.
Bảng 3-7: Khả năng xả qua tràn – phương án 2
TT Lưu lượng thí nghiệm Q(m3/s) Mực nươc thí nghiệm Vo2/2g Ho(m) Hệ số lưu lượng m ZHồ(m) ZHL(m) 1 2443 54,55 38,46 0,07 9,62 0,4621 2 2120 53,73 37,37 0,06 8,79 0,4591 3 2040 53,53 37,23 0,05 8,58 0,4581 4 1900 53,15 36,95 0,05 8,20 0,4571 5 1800 52,86 36,76 0,05 7,91 0,4567 6 1500 52,02 36,06 0,04 7,06 0,4513 7 800 49,73 34,22 0,03 4,76 0,4348
Từ số liệu thí nghiệm trong bảng 3-7 ta vẽ được đường quan hệ Qxả = f1(Zhồ) và m = f2( Qxả) như (hình 3-8) 0,4800 0,4686 0,4571 0,4457 0,4343 0,4229 0,4114 0,4000 59 57 55 53 51 49 47 45 3000 2500 2000 1500 1000 500 Hình 3-8:Đường quan hệ Qxả =f1(Zhồ) và m=f2 (Qxả) Chảy tự do qua tràn – Khống chế MNHL- PA 2 Zhồ (m) Q(m3/s) m Qxả= f1(Zhồ) m= f2(Qxả)
3.2.3.3. Xác định đường mặt nước dọc công trình
Trên mô hình phương án 2 đã bố trí đo dọc công trình 23 mặt cắt ngang từ thượng lưu, trên tràn, bể tiêu năng đến hạ lưu ( xem hình 3-9, hình 3-10).Kết quả đo đường mặt nước ứng với 7 cấp lưu lượng xả lũ được ghi trong các bảng phụ lục (từ bảng 3-23 đến bảng 3-29).Từ kết quả đo đạc đường mặt nước ta thấy
- Dòng chảy phía thượng lưu, trước cửa vào tràn không khác nhiều so với phương án 1
- Dòng chảy trên thân tràn tương đối trơn thuận, song cũng không đều cho lắm. Đường mặt nước 2 khoang tràn bên luôn thấp hơn các khoang giữa là do ảnh hưởng của dòng chảy tại cửa vào 2 khoang bên không được thuận, co hẹp lớn
- Đường mặt nước trong bể tiêu năng do ảnh hưởng của nước nhảy ngập, tiêu năng đáy không đều đặn nên phân bố đường mặt nước trên các mặt cắt đó cũng không đều. Mực nước hai khoang bên tại đầu bể luôn thấp hơn mực nước ở các khoang giữa.
- Trong bể tiêu năng mực nước sát tường bể luôn cao hơn mực nước giữa bể. Dòng chảy từ bể nối tiếp kênh xả hạ lưu mực nước hạ thấp dần đến cuối đoạn tường cong mặt cắt đo mực nước HL1
- Trên kênh xả hạ lưu do ảnh hưởng tiêu năng đáy không đều cộng với sóng dao động trong kênh còn lớn nên đường mặt nước ngang trên các mặt cắt đo cũng không đều. Mực nước trên kênh xả hạ lưu gần như dòng đều, mực nước bờ trái cao hơn bờ phải đôi chút do ảnh hưởng của bán kính cong trên kênh xả.
3.2.3.4. Các chế độ thủy lực dòng chảy
- Đối với phương án 2, trên mô hình chỉ sửa đổi kích thước bể tiêu năng và thay đổi vị trí, kích thước mố tiêu năng trong bể. Do vậy trên cơ sở nghiên cứu mô hình các chế độ thủy dòng chảy sẽ thay đổi chủ yếu từ cuối tràn, trong bể tiêu năng và kênh xả hạ lưu công trình. Phía thượng lưu, trên tràn không có gì thay đổi so với phương án 1
- Chế độ thủy lực của dòng chảy sau khi bể tiêu năng được rút ngắn xuống còn 31m và bố trí lại 2 hàng mố. Dòng chảy trên tràn đổ xuống bể bể tiêu năng vẫn hình thành nước nhảy ngập trong bể tương ứng với 7 cấp lưu lượng đưa vào thí nghiệm Q=800m3
/s ÷ 2443 m3/s ( xem ảnh 3-7),vị trí nước nhảy tương đối ổn định, vị trí co hẹp dòng chảy h’c tiến sâu hơn vào thân tràn từ 1,75m đến 6,50m ( tính từ cuối trụ pin tràn) tương ứng với các cấp lưu lượng Q= 2443 m3/s ÷ Q = 800m3/s.
- Dòng vật và sóng trong bể dao động tương đối mạnh tương ứng với 2 cấp lưu lượng thiết kế và kiểm tra, song mực nước trong bể còn thấp hơn cao trình đỉnh tường tiêu năng ở cao trình ∇40,00m. Đối với lưu lượng kiểm tra thì mực nước trong bể tại vị trí sau nước nhảy xấp xỉ ∇39,20m, đối với lưu lượng thiết kế xấp xỉ
∇38,50m.
- Như vậy mực nước tại cuối bể khi có kể đến sóng là ∇41,2m và ∇40,0m tương ứng với lưu lượng kiểm tra và lưu lượng thiết kế. Do đó đối với cấp lưu lượng kiểm tra khi có kể đến sóng vỗ sẽ vượt tường bể tiêu năng ở ∇40,0m khoảng 1,2m, đối với cấp lưu lượng thiết kế thì sóng đánh lên đỉnh tường bể tiêu năng. Đối với cấp lưu lượng Q= 2040m3/s đôi lúc cũng có sóng dềnh vượt cao trình tường bể têu năng. Các cấp lưu lượng còn lại khi có kể cả sóng cũng không vượt tường bể tiêu năng ở ∇40,0m
- Với phương án hoàn thiện , do dòng vật và mực nước xáo trộn mạnh cộng với dòng chảy trên tràn đổ xuống đầu bể tiêu năng, đặc biệt là dòng chảy trên hai khoang tràn bên do mức độ co hẹp lớn và lõm sâu ngay tại đầu trụ pin (như phương án 1 đã nêu) mang theo nhiều bọt khí hơn các khoang tràn giữa, bọt khí kéo dài từ
biên độ sóng cao hơn so với phương án 1 song tại đầu bể tuy biên độ sóng lớn nhất cũng không vượt tường bể tiêu năng
- Sau hàng mố tiêu năng thứ nhất hình thành khu xoáy cuộn sát ngay sau mố với đường kính đo được khoảng từ 4÷5m, song không liên tục. Đối với hàng mố thứ 2 đôi lúc hình thành khu xoáy cuộn với đường kính nhỏ hơn sau đó tan ngay theo dòng chảy. Tại đầu bể tiêu năng, mực nước tiến sâu vào thân tràn dao động khoảng từ 17÷19m (tính từ cuối trụ pin tràn) làm cho vùng đầu bể và cuối tràn ngập sâu song mực nước tại đầu bể còn thấp hơn nhiều so với cao trình ngưỡng tràn ở
∇45,0m do đó tràn vẫn làm việc ở chế độ tự do. Mực nước tại hai khoang tràn bên luôn thấp hơn các khoang giữa tràn khoảng từ 1,0 ÷3,0m tương ứng với Q= 2443m3/s÷800m3/s song mực nước sát tường bể tiêu năng lại cao hơn so với mực nước giữa bể (xem ảnh 3-9)
- Dòng chảy từ bể tiêu năng nối tiếp với kênh xả bằng đường nước đổ ứng với các cấp lưu lượng từ Q=1500÷2443m3/s song chênh lệch mực nước không lớn lắm và không tồn tại nước nhảy thứ cấp cuối đường nước đổ trên kênh xả hạ lưu. Tại đầu kênh xả (vị trí cuối đoạn cung cong chuyển tiếp từ bể ra kênh xả hạ lưu) tồn tại khu nước vật ở cả hai bên, chiều dài dòng vật kéo dài khoảng 10 ÷25m từ giữa đoạn tường cong về phía hạ lưu kênh. Do hình thành khu xoáy vật ngay tại đầu kênh xả cộng với ảnh hưởng của của tiêu năng đáy không đều đôi lúc sóng dềnh lên cơ kênh xả ở cao trình 40,0m ứng với Q=2443m3/s. 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 và không hình thành đường nước đổ từ bể ra kênh xả hạ lưu.
- Dòng chảy trong kênh xả hạ lưu ứng với các chế độ xả, phân bố đường mặt nước hướng ngang không được đều lắm, mực nước bên bờ trái dềnh cao hơn bờ phải chút ít do ảnh hưởng của các đoạn cong trên kênh xả hạ lưu, chênh lệch mực nước từ đầu kênh đến cuối kênh không đáng kể trung bình từ 0,55÷0,68m tương ứng với các cấp lưu lượng thí nghiệm, dòng chảy trên kênh gần như dòng đều.
3.2.3.5. Phân bố lưu tốc trung bình dòng chảy dọc tuyến công trình
Kết quả đo lưu tốc của dòng chảy tương ứng với các cấp lưu lượng xả qua tràn từ Q =800÷ 2443m3/s được ghi trong các bảng phụ lục (bảng 3-30÷bảng 3-35).
Với phương án 2 rút ngắn bể xuống còn 31m và đặt hai hàng mố tiêu năng như đã nêu ở trên thì lưu tốc trước cửa vào tràn, vùng đỉnh tràn và thân tràn không khác nhiều so với phương án 1
- Từ kết quả đo lưu tốc của phương án 2 thấy rằng lưu tốc dòng chảy từ cuối tràn và trong bể tiêu năng thay đổi đáng kể so với phương án 1. Giá trị lưu tốc đáy lớn nhất tại các vị trí tương ứng với lưu lượng Q = 2443m3/s; Q = 2120m3/s và Q = 2040m3/s như sau
+ Tại điểm thấp nhất trên mặt tràn : Vđ =17,25m/s; 16,03m/s; 15,59 m/s
+ Vùng đầu bể tiêu năng : Vđ =18,18m/s; 16,94m/s; 16,86 m/s
+ Đáy mố tiêu năng hàng thứ nhất: Vđ =18,11m/s; 17,17m/s; 17,06 m/s
+ Đáy mố tiêu năng hàng thứ 2 : Vđ =12,41m/s; 11,23m/s; 11,05 m/s
+ Đỉnh mố tiêu năng hàng thứ nhất: Vđ =12,50m/s; 11,97m/s; 11,76 m/s
+ Đỉnh mố tiêu năng hàng thứ 2 : Vđ =11,71m/s; 10,94m/s; 10,87 m/s
+ Cuối bể tiêu năng : Vđ =8,48m/s; 8,27m/s; 8,16 m/s
- Như vậy giá trị lưu tốc lớn nhất trong bể tiêu năng đối với phương án 2 là Vđ = 18,18m/s với bê tông cốt thép bản đáy của bể tiêu năng M30 là phù hợp.
3.2.3.6. Xác định mạch động lưu tốc
Kết quả xác định mạch động lưu tốc ứng với 7 cấp lưu lượng xả qua tràn từ Q=800÷2443m3/s được ghi trong các bảng của phụ lục (bảng 3-30 đến bảng 3-35).
Từ giá trị đo đạc ta rút ra mạch động lưu tốc đáy tại các vị trí quan trọng đối với phương án hoàn thiện như sau
- Vùng đầu bể tiêu năng σv = 0,640m/s ÷ 0,910m/s - Vùng giữa bể tiêu năng σv = 0,434m/s ÷ 0,600m/s - Hàng mố tiêu năng thứ nhất σv = 0,550m/s ÷ 0,910m/s - Hàng mố tiêu năng thứ hai σv = 0,290m/s ÷ 0,620m/s
- Đầu kênh xả HL (đầu đoạn gia cố BTCT) σv = 0,111m/s ÷ 0,203m/s - Cuối đoạn gia cố BTCT σv = 0,100m/s ÷ 0,143m/s - Đoạn kênh gia cố rọ đá σv = 0,094m/s ÷ 0,141m/s - Đầu đoạn kênh không gia cố σv = 0,090m/s ÷ 0,133m/s - Cuối kênh xả hạ lưu σv = 0,088m/s ÷ 0,130m/s
Qua các số liệu trên cho thấy rằng, độ rối của dòng chảy trong bể tiêu năng là lớn nhất cho nên mạch động lưu tốc cũng có giá trị lớn nhất so với các vị trí khác của dòng chảy qua đập tràn và dòng chảy ở hạ lưu. Giá trị mạch động lưu tốc trên kênh xả hạ lưu tăng lên chút ít so với phương án 1 có nghĩa là dòng chảy rối hơn
3.2.3.7. Xác định chế độ nối tiếp dòng chảy thượng hạ lưu
Đối với phương án 2 chủ yếu xác định chế độ thủy lực nối tiếp dòng chảy trên công trình, hình thức nước nhảy trong bể, kiểm tra sự phù hợp chiều dài của bể tiêu năng khi rút ngắn xuống còn 31,0m, vị trí, kích thước mố tiêu năng thông qua các chế độ vận hành xả lũ qua tràn và ở phương án này chủ yếu xác định sự phù hợp của bể tiêu năng ứng với lưu lượng Q= 2040m3/s theo yêu cầu của Tư vấn thiết kế.
- Với 7 cấp lưu lượng đưa vào thí nghiệm trên mô hình đã xác định độ sâu liên hiệp h’c , h’’cvà chiều dài nước nhảy như trong bảng 3-8
Bảng 3-8 : Xác định các thông số tiêu năng –PA2
TT Qxả (m3/s) Zhồ (m) Mực nước sau đập Ln (m) h'c cách cuối trụ pin về thân tràn (m) h'c (m) h''c (m) hb (m) 1 2443 54,55 2,60 15,50 16,20 34,00 1,75 2 2120 53,73 2,25 14,75 15,50 31,50 2,75 3 2040 53,53 2,10 14,50 15,25 31,20 3,00 4 1900 53,15 1,85 14,38 15,00 30,50 3,30 5 1800 52,86 1,70 14,00 14,75 30,00 3,50 6 1500 52,02 1,40 13,50 14,40 29,00 4,50 7 800 49,73 1,00 11,50 12,20 23,50 6,50
Qua các số liệu đo đạc ta thấy
+ Với chiều dài bể rút ngắn xuống còn 31,0m qua bảng ta thấy chiều dài nước nhảy đối với cấp lưu lượng kiểm tra Q = 2443m3/s dài hơn chiều dài đáy bể tiêu năng là ∆L = 34,0-1,75-31,0 = 1,25 m, vị trí cuối nước nhảy h’’cnằm trên mái hạ lưu cuối bể tiêu năng. Song khi xả lũ kiểm tra trong bể tiêu năng vẫn hình thành nước nhảy ngập.
+ Các cấp lưu lượng Q=800÷2120m3/s đều sinh ra nước nhảy ngập trong bể tiêu năng. Chiều dài nước nhảy đo được ứng với lưu lượng Q=2040m3/s thì vị trí cuối nước nhảy h’’ccòn ngắn hơn chiều dài đáy bể tiêu năng là 2,8m , khi xả lũ thiết kế Q=2120m3/s thì vị trí cuối nước nhảy h’’c còn ngắn hơn chiều dài đáy bể tiêu năng là 2,25m. Như vậy đối với phương án 2 khi thiết kế bế tiêu năng theo tần suất P=1% với lưu lượng Q1%=2040m3/s với chiều dài đáy bể là 31,0m và bố trí hai hàng mố tiêu năng so le nhau với kích thước hàng mố tiêu năng thứ 2 cao hơn hàng mố tiêu năng thứ nhất 0,5m là phù hợp.
3.2.3.8. Đánh giá hiệu quả tiêu năng
Sau khi thay đổi kích thước bể tiêu năng và bố trí hai hàng mố tiêu năng như đã nêu, dòng chảy đổ xuống đầu bể tiêu năng hình thành nước nhảy ngập. Với hình thức tiêu năng đáy thông qua nước nhảy ngập trong bể. Để đánh giá hiệu quả tiêu năng ta thiết lập phương trình năng lượng cho 2 mặt cắt mặt cắt tại đỉnh tràn và mặt cắt tại đầu kênh xả hạ lưu sau bể tiêu năng (như phương án 1), chọn mặt chuẩn so