3.4.1. Chọn cao trỡnh đỉnh đập
Để xỏc định cao trỡnh đỉnh đập cú thể căn cứ vào vận tốc dũng chảy ở mặt đập và vựng nước nhảy hạ lưu đập.
Giả sử gia cố bảo vệ bề mặt đập đỏ đổ đang thi cụng (đắp dở) bằng đỏ hộc đường kớnh lớn (ảnh 3.6), từ vận tốc dũng chảy lớn nhất ở cuối đỉnh đập xỏc định được đường kớnh đỏ hộc bảo vệ mặt đập.
3.4.1.1. Quan hệ vận tốc và đường kớnh đỏ hộc bảo vệ mặt đập
Từ vận tốc dũng chảy trờn mặt đập với 2 cấp lưu lượng 4500 m3/s và 6500 m3/s nờu ở bảng 3.7 và 3.8 theo nghiờn cứu của X.V.IZBAS [2], xỏc định đường kớnh đỏ hộc bảo vệ mặt đập (ảnh 3.5), như sau:
Trong đú
Vmax – vận tốc lớn nhất (m/s) D- Đường kớnh đỏ hộc (m)
γd - Trọnglượng riờng của đỏ, γd= 2.65 T/m3
γn - Trọnglượng riờng của nước, γn= 1.00 T/m3
Kết quả nờu ở bảng 3.10. Ảnh 3.6: Mụ tả đỏ hộc bảo vệ mặtđập Bảng 3.10. Quan hệ V∼D TT Vmax (m/s) D (m) Ghi chỳ 1 5.50 0.65 ∇đỉnh đập 45m, Q = 4500 m3/s 2 6.20 0.82 ∇đỉnh đập 48m, Q = 4500 m3/s 3 7.00 1.05 ∇đỉnh đập 50m, Q = 4500 m3/s 4 7.00 1.05 ∇đỉnh đập 45m, Q = 6500 m3/s 5 7.80 1.31 ∇đỉnh đập 48m, Q = 6500 m3/s 6 8.10 1.41 ∇đỉnh đập 50m, Q = 6500 m3/s
Từ bảng 3.7; 3.8 và 3.10 cho thấy so với cao trỡnh đỉnh đập 45m, cao trỡnh đỉnh đập 48 và 50m cú đường kớnh đỏ hộc gia cố bảo vệ mặt đập tăng thờm với 2 cấp lưu lượng 4500 m3/s và 6500 m3/s, như sau:
- Với cấp Q=4500 m3/s
+ Cao trỡnh đỉnh 48m tăng thờm 0.17m (0.65 và 0.82m) + Cao trỡnh đỉnh 50m tăng thờm 0.40m (0.65 và 1.05m) - Với cấp lưu lượng Q= 6500 m3/s
+ Cao trỡnh đỉnh 48m tăng thờm 0.26m (1.05 và 1.31m) + Cao trỡnh đỉnh 50m tăng thờm 0.36m (1.05 và 1.41m)
Như vậy, ta thấy hạ thấp cao trỡnh đỉnh đập từ 50m xuống 45m đường kớnh đỏ hộc giảm 0.40m (với Q= 4500 m3/s) và 0.36 m (với Q=6500 m3/s). Đường kớnh đỏ trung bỡnh D≈0.65m dễ khai thỏc và vận chuyển, thi cụng ở hiện trường thuận lợi hơn nhiềuso với với đỏ cú đường kớnh trung bỡnh D≈1.05 m và 1.41 m
3.4.1.2. Vận tốc dũng chảy ở hạ lưu đập
Như đónờu trờn, khi xả lũ thi cụng qua đập đỏ đổ, dũng chảy chảy trượt trờn cỏc bậc và đổ xuống hạ lưu đập tạo nước nhảy mực nước dao động từ lũng sụng (∇29m) đến hết bậc 4 (∇35m). Vựng này cú vận tốc lớn nhất, kết quả xỏc định vận tốc dũng chảy với 2 cấp Q=4500 m3
/s và 6500 m3/s cho thấy: so với cao trỡnh đỉnh đập 45m, thỡ cao trỡnh 48 và 50m cú vận tốc tăng thờm như sau:
- Với Q=4500 m3/s + Cao trỡnh đỉnh 48m vận tốc tăng thờm: 0.90 m/s (11.20 và 12.10 m/s) + Cao trỡnh đỉnh 50m vận tốc tăng thờm: 2.65 m/s (11.20 và 13.85 m/s) - Với Q=6500 m3/s + Cao trỡnh đỉnh 48m vận tốc tăng thờm: 2.04 m/s (12.66 và 14.70 m/s) Cao trỡnh đỉnh 50m vận tốc tăng thờm: 4.44 m/s (12.66 và 17.10 m/s)
Như vậy nếu chọn cao trỡnh đỉnh ∇45m so với ∇50m thỡ gia cố giảm rất nhiều, vỡ ngoài vận tốc lớn tới 17.10 m/s cũn chịu sự tỏc động của mực nước dao động, nước nhảy…
Để chọn cao trỡnh đỉnh hợ lý cần xem xột cả yếu tố dũng phun trờn cỏc bậc nước hạ lưu, nờu ở dưới đõy.
3.4.2. Chiều dài dũng phun trờn bậc
Như đó nờu trờn kết quả xỏc định dũng phun xa với 2 độ dài bậc là 2.25m và 4m cựng đỉnh đập ∇45m cho thấy:
- Với chiều dài bậc nước 2.25m
+ Lưu lượng Q=1000m3/s, dũng phun vượt ngoài bậc 0.44 m (2.69 và 2.25m) + Lưu lượng Q=4500m3/s, dũng phun vượt ngoài bậc 2.85 m (5.10 và 2.25m) + Lưu lượng Q=6500m3/s, dũng phun vượt ngoài bậc 3.35 m (5.60 và 2.25m) - Với chiều dài bậc nước 4m
+ Lưu lượng Q=2000m3/s, dũng phun vượt ngoài bậc 1.56 m (5.56 và 4m) + Lưu lượng Q=4500m3/s, dũng phun vượt ngoài bậc 4.40 m (8.40 và 4m) + Lưu lượng Q=6500m3/s, dũng phun vượt ngoài bậc 3.35 m (10.00 và 4m) Như vậy với 2 chiều dài bậc 2.25 m và 4m với cựng cao trỡnh đỉnh đập 45m cho thấy dũng chảy đều trượt ra ngoài bậc, nghĩa là khụng xuất hiện nước nhảy trờn bậc- cho hiệu quả tiờu năng tốt nhất.
Do đú cần chọn giải phỏp gia cố vựng hạ lưu đập, vựng cú vận tốc lớn nhất.
3.4.3. Chọn hỡnh thức cụng trỡnh xả lũ thi cụng
3.4.3.1. Chọn cao trỡnh đỉnh đập
Qua kết quả nghiờn cứu xỏc định cao trỡnh đỉnh đập và dũng phun xa ở trờn cú thể rỳt ra nhận xột sau:
Chọn cao trỡnh đỉnh đập 45m sẽ giảm đường kớnh đỏ gia cố bảo vệ mặt đập, đảm bảo thi cụng thuận lợi và giảm giỏ thành vỡ khai thỏc đỏ thi cụng dễ dàng, khụng phải chọn lọc loại đỏ cú đường kớnh lớn hơn 1m.
Mặt khỏc với cao trỡnh đỉnh đập 45m, vận tốc ở vựng hạ lưu đập cũng nhỏ hơn, vật liệu gia cố cũng đơn giản hơn, rẻ hơn (cú thể dựng khung thộp bỏ đỏ…), nếu vận tốc dũng chảy lớn hơn 10 m/s phải dựng bờ tụngcốt thộp tốn kộm kinh phớ.
Từ đỏnh giỏ về vận tốc dũng chảy trị một số vị trớ chủ yếu: cuối đỉnh đập, hạ lưu đập…chọn cao trỡnh đỉnh đập 45m để nghiờn cứu cỏc bước tiếp theo.
3.4.3.2. Chọn chiều dài bậc nước.
Qua phõn tớch cỏc thụng số dũng phun xa với 2 bậc nước dài 2,25m và 4m cho thấy: Dũng chảy là dũng chảy trượt ngoài mũi bậc, khụng tạo được chế độ thủy lực tốt nhất là nước nhảy trờn mặt bậc.
Do đú chọn chiều dài bậc 2.25m đảm bảo kinh tế kỹ thuật hơn vỡ bậc ngắn hơn 1.75m. Mặt khỏc vận tốc ở cỏc vị trớ chủ yếu, nhấtlà hạ lưu đập tương tự nhau.
Túm lại:
Qua xem xột 2 thụng số vận tốc và dũng phun xa chọn cao trỡnh đỉnh đập 45m và chiều dài bậc là 2.25m để làm cơ sở nghiờn cứu cỏc bước tiếp theo.
3.4.4. Kết luận
Qua kết quả thớ nghiệm mụ hỡnh lũng cứng với 3 cao trỡnh đỉnh đập 50; 48 và 45m, độ dài bậc nước 2.25 m và 4m cho cỏc cấp lưu lượng từ 1000-6500 m3/s cú thể rỳt ra kết luận như sau:
- Chọn cao trỡnh đỉnh đập đỏ đổ đang thi cụng (đắp dở) để xả lũ thi cụng là
∇45m.
- Chọn chiều dài bậc nước L=2.25m để gia cụng chế tạo cỏc bậc nước bảo vệ hạ lưu đập.
- Dựng đoạn đập đỏ đổ đang thi cụng cú cao trỡnh đỉnh 45m và bậc nước L=2.25m là cỏc thụng số nghiờn cứu cỏc bước tiếp theo.
3.4.5. Nghiờn cứu chế độ thủy lực với cao trỡnh đỉnh 45m và bậc dài 2.25m
Trờn đõy đó xỏc định cao trỡnh đỉnh đập hợp lý là ∇45m và bậc nước dài 2.25m. Dưới đõy nờu kết quả xỏc định cỏc thụng số thủy lực chủ yếu: vận tốc, diễn biến tỡnh hỡnh thủy lực khi xả lũ thi cụng với 5 cấp lưu lượng Q=1000-4500 m3/s.
3.4.5.1. Xỏc định vận tốc dũng chảy.
Nghiờn cứu trờn mụ hỡnh cho 5 cấp lưu lượng 1000-4500 m3/s. Kết quả xỏc định vận tốc đỏy cỏc vị trớ chủ yếu cho 5 cấp lưu lượng trờn, như sau:
- Lũng hồ: 0.95-1.84 m/s - Tim đờ quai thượng lưu: 1.38-3.54 m/s - Cơ hạlưu đờ quai thượng: 2.35-2.60 m/s
- Tim đập chớnh: 2.97-5.13 m/s - Cuối đập chớnh: 3.22-5.40 m/s - Cỏc bậc nước: 5.90-11.20 m/s - Chõn hạlưu đập: 2.70-5.10 m/s - Tim đờ quai hạlưu: 2.68-5.00 m/s * Qua thớ nghiệm cho thấy khi mới xả nước:
- Chõn mỏi hạ lưu đờ quai thượng và chõn hạ lưu đập vận tốc tức thời khoảng 6-7 m/s, sau đú nước dõng lờn vận tốc giảm đi.
* Qua thớ nghiệm xỏc định vận tốc dũng chảy với cao trỡnh đỉnh đập 45m và bậc dài 2.25m cho thấy:
- Giỏ trị vận tốc lớn nhất trờn đỉnh đập ở vị trớ cuối đỉnh đập vỡ đường mặt nước là đường nước đổ, cuối đập mực nước hạ thấp.
- Vận tốc lớn nhất ở cỏc bậc nước xuất hiện ở vựng nước hạ lưu dao động (nước nhảy) với Q=4500 m3/s, v≈11.20 m/s (cả mạch động).
- Vận tốc vựng chõn đập lớn nhất với Q=4500 m3
/s, v≈5.10 m/s. Trờn đõy là vận tốc trờn mụ hỡnh lũng cứng.
Một yếu tố cần xem xột là diễn biến thủy lực khi xả lũ nờu ở dưới đõy.
3.4.5.2. Diễn biến tỡnh hỡnh thủy lực khi xả lũ thi cụng như sau:
Trờn mụ hỡnh thỏo nước vào, với mực nước lũ tăng dần, lũ tăng lờn nhanh nước ở thượng lưu sẽ tràn qua đờ quai thượng. Khi mà mực nước thượng lưu đạt trờn cao trỡnh ∇43.50 thỡ lớp nước tràn qua đỉnh đờ quai thượng cú độ sõu gần 50 cm, vào thời điểm đú lưu tốc tức thời ở đầu mỏi hạ lưu đờ quai thượng đạt tới V≈4.50 m/s, lưu tốc ở cơ hạ lưu và chõn mỏi hạ lưu đạt gần 7.0 m/s. Do dũng lũ tràn qua đỉnh đờ quai thượng sau một thời đoạn ngắn khoảng 6-7 phỳt làm đầy nước phần hố múng giữa đờ quai thượng và thõn đập đỏ đổ nờn vận tốc dũng chảy ở hạ lưu đờ quai thượng lưu giảm.
Nước ở hố múng phớa trước thõn đập đỏ đổ dõng cao hơn ∇45.00m thỡ dũng nước lũ dần dần chảy vào mặt đập, tạo mực nước dõng dần lờn trờn thõn đập rồi chảy xuống hạ lưu đập. Khi dũng chảy mới đổ xuống chõn đập, vận tốc tức thời
khoảng 7.0 m/s. Dũng chảy ở cuối dốc những giờ đầu do lưu lượng cũn nhỏ, vận tốc dũng chảy chưa lớn, nhưng dần dần lưu lượng lũ tăng lờn, lưu lượng đơn vị ở cuối dốc lớn dần, vận tốc dũng chảy cũng lớn dần lờn. Chỉ sau một thời gian ngắn mực nước trong phần hố múng giữa đờ quai hạ và mỏi dốc sau đập đỏ đổ được dõng lờn tạo ra lớp nước đệm thỡ ở cuối dốc dần dần hỡnh thành nước nhảy.
Khi lớp nước đệm trước đờ quai hạ dõng cao hơn đỉnh đờ quai hạ lưu
∇32.00m thỡ dũng chảy tràn qua đỉnhđờ quai đổ xuống mỏi hạ lưu đờ quai hạ lưu, cột nước tràn qua đỉnh đờ quai tăng dần và vận tốc dũng chảy nhanh chúng tăng lờn. Nờn phải gia cố bảo vệ chõn đập và đờ quai hạ lưu.
Ảnh 3.7: Dũng chảy hạ lưu đập Q= 1000 m3/s, ∇45m.
Ảnh 3.8: Dũng chảy hạ lưu đập Q= 4500 m3
Ảnh 3.9: Mụ hỡnh lũng cứng bậc dài 2.25m, ∇50m.
Ảnh 3.11: Mụ hỡnh lũng cứng bậc dài 2.25m, ∇48m.
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 33.5.1. Nhận xột chung 3.5.1. Nhận xột chung
Qua thớ nghiệm xỏc định cỏc thụng số thủy lực chớnh:
Dũng phun, vận tốc dũng chảy, tỡnh hỡnh thủy lực… cho 3 cao trỡnh đỉnh đập:
∇50m;∇48m và ∇45m cho cỏc cấp lưu lượng khỏc nhau với bậc dài 2.25m và 4m; cú thể rỳt ra cỏc nhận xột sau:
1. Dũng phun với cấp lưu lượng từ 1000 m3/s trở lờn đều vượt ngoài mũi bậc, nghĩa là dũng chảy là dũng chảy trượt ngoài bậc - khụng tạo được nước nhảy là dạng tiờu năng tốt nhất trờn mặt bậc.
2. Vận tốc trờn mặt đỉnh đập lớn nhất ở vị trớ cuối đỉnh đập, khoảng 8.10m/s (∇đỉnh 50m, Q=6500 m3/s).
3. Vận tốc ở cỏc bậc vựng mực nước hạ lưu dao động (nước nhảy) lớn nhất trờn cỏc bậc trờn 17 m/s (∇đỉnh 50m, Q=6500 m3
/s). 4. Vận tốc ở chõn đập lớn hơn cỏc vựng khỏc ở hạ lưu.
5. Khi mới xả lũ xuất hiện vận tốc tức thời ở chõn mỏi đờ quai hạ lưu, chõn mỏi hạ lưu đập đỏ đổ khoảng 7 m/s, sau mực nước dõng lờn thỡ vận tốc giảm đi.
6. Vận tốc ở cỏc vị trớ chủ yếu tại một số vị trớ của ∇45m so với ∇48m và
∇50m cú sự chờnh lệch như sau: 6.1. Với Q=4500 m3/s
- Vận tốc dũng chảy tại cuối đỉnh đập tăng tương ứng 0.78 m/s và 1.48 m/s. - Vận tốc dũng chảy vựng nước nhảy hạ lưu tăng tương ứng 0.9m/s và 2.56m/s.
6.2. Với Q=6500 m3/s
- Vận tốc dũng chảy tại cuối đỉnh đập tăng tương ứng 0.8 m/s và 1.1 m/s. - Vận tốc dũng chảy tại vựng nước hạ lưu dao động (nước nhảy) trờn cỏc bậc tăng tương ứng 2.0 m/s và 4.5 m/s.
Túm lại: dự bậc dài 4m thỡ dũng phun vẫn vượt ngoài mũi bậc, khụng tạo được nước nhảy trờn bậc so với cao trỡnh đỉnh đập ∇45m, cao trỡnh đỉnh ∇48 và
∇50m cú vận tốc lớn hơn nhiều, do đú gia cố bảo vệ đều khú khăn, tốn kộm kinh phớ hơn.
3.5.2. Những đúng gúp của tỏc giả
3.5.2.1. Những kết quả thực hiện của Trung tõm thủy lực và đề tài
Tỏc giả tham gia thớ nghiệm xỏc định cỏc thụng số thủy lực chớnh như: Vận tốc, dũng phun, xỏc định đường kớnh đỏ gia cố,... cho 3 cao trỡnh đỉnh đập: 50, 48 và 45, chiều dài bậc 2,25 m và 4 m.
Từ đú trớch dẫn một phần kết quả tỏc giả đó thực hiện chớnhnờu ở dưới đõy.
3.5.2.2. Kết quả chớnh tỏc giả thực hiện
Xỏc định đường kớnh đỏ gia cố mặt đập từ cụng thức (3.1) của X.V.IZBAS [2] nờu ở bảng 3.10.
Cho thấy nếu cựng cấp lưu lượng Q = 4500 m3/s nếu cao trỡnh đỉnh đập 45 m thỡ đường kớnh đỏ gia cố mặt đập là 0,65 m, cũn cao trỡnh đỉnh đập 50 m thỡ đường kớnh đỏ là 1,05 m. Như vậy đường kớnh đỏ lớn gấp 1,6 lần, khai thỏc vận chuyển và thi cụng đều khú khăn phức tạp và tốn kinh phớ hơn nhiều.
3.5.3. Đề nghị
Qua cỏc thụng số thớ nghiệm và nhận xột trờn cú thể đưa ra cỏc đề nghị sau: - Chọn cao trỡnh đỉnh đập đỏ đổ đắp dở là ∇45m để nghiờn cứu giải phỏp xả lũ thi cụng qua đập.
- Chọn chiều dài bậc 2.25m để làm kớch thước bậc nước bảo vệ mỏi đập.
- Trờn đõy là cỏc kết quả nghiờn cứu trờn mụ hỡnh lũng cứng cần nghiờn cứu trờn mụ hỡnh lũng mềm với cỏc kết cấu gia cố khỏc nhau phự hợp với cỏc cấp lưu lượng xả lũ thi cụng khỏc nhau.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIấN CỨU
Luận văn đó tập hợp được những kiến thức về tớnh toỏn thủy lực cho dẫn dũng thi cụng, phõn tớch những trường hợp và phương phỏp tớnh toỏn cho cỏc phương ỏn dẫn dũng qua: cống, tuynen…
Đó thu thập, phõn tớch khối lượng khỏ lớn về tổng quan dẫn dũng thi cụng núi chung và xả lũ thi cụng qua đập đang thi cụng (bờ tụng và đỏ đổ).
Thu thập, phõn tớch cỏc dạng gia cố bảo vệ đờ quai đỏ đổ và đập đỏ đổ đang thi cụng (đắp dở).
Đó tiến hành nghiờn cứu thớ nghiệm mụ hỡnh lũng cứng xỏc định cao trỡnh đỉnh đập hợp lý là ∇45m hơn cao trỡnh 48 và 50 m.
Đó xỏc định bậc nước bảo vệ mỏi hạ lưu đập dài 2.25m đảm bảo KT-KT hơn bậc dài 4m.
Đó nghiờn cứu trờn mụ hỡnh cho thấy dũng chảy trờn cỏc bậc là dũng chảy trượt (dũng chảy phúng xa đỉnh mũi bậc), khụng tạo nước nhảy trờn bậc được.
4.2. TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ
Trong khuụn khổ luận văn chỉ nghiờn cứu trờn mụ hỡnh lũng cứngvà mặt cắt, chưa nghiờn cứu được kết cấu gia cố và xúi lở hạ lưu đập (lũng mềm) và mụ hỡnh tổng thể.
4.3. KIẾN NGHỊ
Trong thời kỳ nước ta đang và sẽ xõy dựng nhiều cụng trỡnh thủy lợi, thủy điện; nghiờn cứu ứng dụng giải phỏp xả lũ thi cụng qua cống và đập đang thi cụng (bờ tụng, đỏ đổ) đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật, nờn mở rộng giải phỏp dẫn dũng này.
4.4. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIấN CỨU TIẾP:
- Nghiờn cứu mụ hỡnh lũng mềm, cỏc kết cấu gia cố khỏc nhau bảo vệ mỏi hạ lưu đập đỏ đổ.
- Cỏc cụng trỡnh trờn thế giới và ở Việt Nam hầu như chỉ tớnh toỏn, thớ nghiệm cho từng cụng trỡnh cụ thể, cần cú cụng trỡnh nghiờn cứu tổng quỏt.