Tài liệu Sổ tay Kỹ Thuật Thuỷ Lợi -Phần 2-Tập 2 - Chương 7 pdf

B - công trình tháo lũ 275






Ch"ơng 7

Công trình tháo lũ ngoài thân đập


!"#$ %&'$( )*+ ,*+ / ,01 2"3$.
4)*+ ,*+ 45'6 78 9:;


7.1. Phân loại
Công trình tháo lũ ngoài thân đập là những công trình tháo lũ bố trí ở vai đập
chắn hoặc ở gần đập chắn khi điều kiện cho phép.
Có thể phân loại công trình tháo lũ ngoài thân đập theo nhiều cách khác nhau.

1. Theo hình thức có hay không có cửa van
Công trình tháo lũ ngoài thân đập đKợc chia ra:
a) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có cửa van
Cao trình ngKỡng tràn thấp hơn MNDBT từ 3 đến 7 mét.
Ưu điểm chính của loại này: giảm chiều cao đập, giảm diện tích ngập lụt; Lợi
dụng một phần dung tích hữu ích làm nhiệm vụ cắt lũ, giảm chiều rộng tràn nKớc; khi
có dự báo lũ chính xác thì loại này có độ an toàn cao.
NhKợc điểm của loại này là thKờng có cột nKớc tràn và lKu lKợng đơn vị lớn; Công
trình nối tiếp và tiêu năng phức tạp hơn; quản lý, bảo dKỡng, vận hành khó khăn hơn và
chi phí quản lý lớn.

Tháo lũ cửa van thKờng dùng ở những công trình từ cấp III trở lên.
b) Công trình tháo lũ ngoài thân đập không có cửa van
Cao trình ngKỡng tràn bằng mực nKớc dâng bình thKờng. Tuy có nhKợc điểm nhK
bề rộng tràn lớn, mực nKớc lũ cao, diện tích ngập lụt lớn, loại tràn không có cửa van có
nhiều Ku điểm nhK tự động tháo lũ, quản lý vận hành thuận tiện, chi phí quản lý nhỏ.
Công trình không có cửa van thKờng dùng với công trình cấp IV, V và một số công
trình cấp III.

2. Theo hình thức ng"ỡng tràn
a) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có ng-ỡng đỉnh rộng
Loại này thKờng dùng khi địa hình tuyến tràn đủ rộng, cao trình tự nhiên lớn hơn
cao trình ngKỡng tràn; không yêu cầu hệ số lKu lKợng lớn.
276 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
b) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có ng-ỡng thực dụng
Dùng khi địa hình không rộng hoặc cần hệ số lKu lKợng lớn, hoặc khi địa chất
kém phải xử lý hoặc cần hạ tạm thời cao trình ngKỡng tràn để dẫn dòng và tháo lũ
thi công.

3. Theo hình thức nối tiếp sau ng"ỡng tràn
a) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có nối tiếp dốc nKớc.
b) Công trình tháo lũ ngoài thân đập nối tiếp bậc nKớc.
c) Công trình tháo lũ ngoài thân đập nối tiếp kết hợp dốc nKớc, bậc nKớc.

4. Theo hình thức tiêu năng
a) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có tiêu năng đáy
(đào bể, xây tKờng hoặc bể tKờng kết hợp).
b) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có tiêu năng mặt.
c) Công trình tháo lũ ngoài thân đập có tiêu năng phóng xa.

5. Theo hình thức cấu tạo

a) Đ-ờng tràn dọc:
Là loại công trình tháo lũ có phKơng của dòng chảy trên ngKỡng tràn gần nhK
song song với dòng chảy trong sông.
b) Đ-ờng tràn ngang:
Là loại công trình tháo lũ có phKơng của dòng chảy trên ngKỡng tràn gần nhK
vuông góc với dòng chảy trong sông.
c) Giếng tháo lũ:
Là loại công trình tháo lũ mặt có tuyến ngKỡng tràn dạng tròn và dòng chảy qua
ngKỡng tràn tập trung vào giếng đứng xuống đKờng hầm ngang và về hạ lKu.
d) Xi phông tháo lũ:
Là loại công trình tháo lũ có mặt cắt ngang kín, lợi dụng chân không trong ống
kín để tăng lKu lKợng xả và tự động tháo, ngắt.


7.2. Nguyên tắc bố trí - đặc điểm sử dụng

I. Nguyên tắc bố trí
1. Triệt để lợi dụng địa hình (eo núi, yên ngựa, vai đập) để bố trí công trình tháo
lũ ngoài thân đập, nhằm giảm khối lKợng đào, đắp, giảm khối lKợng xây lắp.
2. Chú ý đến điều kiện địa chất để đảm bảo ổn định của từng hạng mục công
trình, giảm khối lKợng xử lý nền móng, tránh sụt lở mái đào, mái đắp.
3. Cửa vào tràn đKợc thuận, cửa ra không gây bất lợi cho sự làm việc an toàn và
hiệu quả của các hạng mục công trình khác nhK đập, cống, âu tầu, nhà máy thủy điện.
B - công trình tháo lũ 277


4. Đảm bảo nối tiếp tốt giữa công trình tháo lũ ngoài thân đập với bờ và vai đập.
5. Đảm bảo thi công đKợc và chất lKợng.
6. Quản lý, vận hành, sửa chữa thuận lợi; tạo điều kiện để các hoạt động dân sinh
kinh tế, x hội đKợc an toàn và tiện lợi.

7. Tạo thuận lợi cho sự bố trí hài hoà cụm công trình đầu mối và tăng mỹ quan
cho công trình thủy lợi.

II. Đặc điểm sử dụng

1. Xét về địa hình thì nơi có eo núi, yên ngựa ở gần cụm đầu mối hoặc nơi đồi
thỏai ở vai đập, sử dụng công trình tháo lũ ngoài thân đập sẽ kinh tế hơn các loại khác.
Khi địa hình chật hẹp vẫn dùng đKợc một số hình thức công trình tháo lũ ngoài thân đập
nhK giếng tháo lũ, xi phông tháo lũ, đKờng tràn ngang
2. Công trình tháo lũ ngoài thân đập đKợc bố trí trên nền đá là tốt nhất, tuy nhiên
vẫn có thể bố trí trên nền đất với cột nKớc tràn, lKu lKợng tháo không lớn.
3. Tuyến tràn (theo phKơng dòng chảy trở về sông chính) là thẳng hoặc cong với
bán kính cong hợp lý không gây bất lợi cho chế độ thủy lực, nhKng cũng không làm
tăng khối lKợng đào đắp.
4. Dòng chảy trong công trình tháo lũ là dòng cao tốc vì vậy cần lựa chọn lKu tốc
lớn nhất hợp lý và chú ý những hiện tKợng thủy lực bất lợi hoặc phức tạp.
5. Vì điều kiện địa chất nơi tuyến tràn đi qua yếu hoặc vì phải hạ thấp cao trình
ngKỡng tràn để tháo lũ thi công, cũng sử dụng công trình tháo lũ ngoài thân đập. Trong
trKờng hợp này ngKỡng tràn có thể sử dụng loại thực dụng hoặc sử dụng cửa van.
6. Nguyên tắc sử dụng tổng hợp đối với công trình thủy lợi đKợc vận dụng triệt để
khi thiết kế, thi công công trình tháo lũ. Công trình tháo lũ là một điểm nhấn về kiến
trúc trong tổng thể đầu mối; là hạng mục công trình có ảnh hKởng mạnh đến môi trKờng
sinh thái, môi trKờng x hội, môi trKờng kinh tế, là một điểm sáng của du lịch vùng hồ.
7. Công trình tháo lũ ngoài thân đập đKợc sử dụng nhiều còn vì nó có hiện trKờng
thi công rộng (và đôi khi độc lập), quản lý khai thác thuận tiện; bảo dKỡng, sửa chữa ít
gây ảnh hKởng đến sự làm việc bình thKờng hoặc an toàn của các công trình khác.


7.3. Đ-ờng tràn dọc

I. Điều kiện sử dụng

ĐKờng tràn dọc tháo lũ là loại công trình tháo nKớc kiểu mặt và thKờng gặp nhất.
Nó đKợc dùng khi không thể sử dụng công trình tháo lũ trong thân đập hoặc dùng nó
kinh tế hơn. Đặc điểm chủ yếu của nó là phần ngKỡng tràn thông thKờng nhK mọi hình
thức tràn khác, đặt ở eo núi (hình 7-1) hoặc ở một vai đập (hình 7-2) hoặc ở cả hai vai
đập (hình 7-3).
278 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
Sông sào cái
Đ
,
ờ
n
g
q
u
ả
n

l
ý
6
5
7
4
1
2
3

<=$5 >?@

.
!A B01 CDE$. B0F$ G78 H:I J& $K" L 5M NO )P
1- đập chính; 2- tràn xả lũ chính; 3- tràn sự cố; 4- cống lấy nKớc; 5- nhà máy thủy điện; 6- kênh dẫn nKớc; 7 nhà quản lý.
B - c«ng tr×nh th¸o lò 279





88°
51°
S
«
n
g

c
«
n
g
27.50
28.00
5
0
0
0
3
0
0
0

3
3
.7
0
25.50
33.70
25.50
2
4
2
.0
0
1:3.50
1:3.50
4
9
.0
0
1:3.50
3
29.72
B
30.15
30.30
20.06
26.09
7
21.32
20.00
21.02

6
Khu
Lý
Qu¶n
30.29
31.00
37.61
5
1
4
1:3.50
32.00
42.00
1:3.50
1:3.50
49.00
42.00
35.00
1:2
Hå nói cèc
33.12
21.20
30.12



<=$5 >?Q+ RDE$. B0F$ G78 8'$5 CST GU$. VW#$ XI" CSTY L 5M -K" ZA8
1- ®Ëp chÝnh b»ng ®Êt; 2- trµn x¶ lò sè 1; 3- trµn x¶ lò sè 2; 4- cèng lÊy nKíc; 5- nhµ m¸y thñy ®iÖn;
6- kªnh dÉn nKíc; 7- ®Kêng giao th«ng lªn ®Ëp.
280 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2

Loại công trình này có những -u điểm sau đây:
1. Thi công và quản lý đơn giản vì là công trình hở.
2. Xây dựng đKợc trong điều kiện địa hình khác nhau, có thể bố trí ở đầu đập, sát
ven bờ hoặc ở những vùng eo núi khác trong lKu vực, cách xa thân đập.
3. Yêu cầu về địa chất không cao, có thể xây trên nền đá, nền đá xấu và cả trên
nền đất.
4. LKu lKợng tháo có thể từ hàng chục m
3
/s đến hàng vạn m
3
/s, chiều dài diện tràn
từ hàng chục đến hàng trăm mét, tùy theo yêu cầu của công trình, phụ thuộc vào
tình hình địa chất của nền và hạ lKu công trình (do trị số lKu lKợng riêng q quyết định).
Bảng 7-1 giới thiệu một số đKờng hầm đ xây dựng ở Việt Nam.
5. Việc sử dụng hoặc tăng khả năng tháo lũ của công trình không phức tạp nhK
công trình ngầm, độ an toàn về dự phòng tháo lũ lớn, do đó đKờng tràn tháo lũ là loại
công trình tháo lũ an toàn.
6. Là loại tràn hở nên dễ quan trắc; quản lý khai thác thuận lợi; bảo dKỡng sửa
chữa đại tu dễ; tạo cảnh quan đẹp và hùng vĩ.

![$. >?@+ \]B %A CDE$. B0F$ C^ CD_8 `Ua Gb$. L 2"cB -I6


!
"#$%!&'($)!*
+,
! /
0
1!
Thiếtkế

maxxả
Q -/
2
341!
5
'6$
!-/1!7!-/
2
34/1!8)9!:);!
<!=>! )?:!56!@A2B!202B!2B!<BCDC!!
=>!E;9!"F:!G2G!!!!!
!! '6$!")H$)!!IGB!0A!2ADA!!
0!
!! '6$!JK!4L$%!!GIG!<@!2@D@!!
2!=>!MN$!+OP!<I2!I2B!0A!2AD@!!
A!=>!MN$!QR!<2C!20B!<I!<CDI!!
=>!.S!8T!002!!!!!
!! '6$!:)H$)!!<B@G!0B!G2D2!!
G!
!! '6$!4U!:F!!@VV!@G!<BDI!!
@!=>!W#$%!X?:!<GG!<0GB!0C!A@D2!!
=>!Y);!E9$)!02G!!!!!
!! '6$!<!!AB<!2C!<BDI!!
!! '6$!0!!<BG2!0B!G0D@!!
C!
!! '6$!4U!:F!!@V@!0A!0VDB!!
I!=>! Z!W#$%!=9$)!CC0!@VG0!C0!V@D@!!
V!=>! Z! '[!\$!<A]@BB!<I]AAI!<0B!<G2DC!!
<B!=>! Z!M^_`!CAGG!<C]ABB!VB!<V2D2!!
<<!=>!abL! 9c$%!0CBB!0IBB!@B!A@DC!!

B - công trình tháo lũ 281


II. Đặc điểm làm việc
ĐKờng tràn dọc là loại công trình tháo lũ có chế
độ làm việc ổn định, an toàn hơn các loại công trình
tháo lũ khác. Các kết cấu của công trình là kết cấu hở
nên thi công, quản lý và sửa chữa thuận lợi.
Chế độ thủy lực của đKờng tràn bao gồm hầu hết
những vấn đề tính toán của đập tràn, kênh hở và tiêu
năng. Do đó trong thiết kế đKờng tràn, sau khi đ xác
định đKợc chiều dài tràn nKớc B
t
và cột nKớc tràn H
theo so sánh kinh tế - kỹ thuật, phải lần lKợt thiết kế các
thành phần của công trình theo trình tự từ thKợng lKu
đến hạ lKu hợp lý nhất.

III. Các bộ phận của đ-ờng tràn
1. Kênh dẫn và cửa vào
Kênh dẫn vào đKợc thiết kế để hKớng dòng chảy vào ngKỡng tràn đKợc thuận, góp
phần tăng hệ số lKu lKợng, giảm những bất lợi sinh ra ở cửa vào. Kênh thKờng có độ dốc
bằng không và đôi khi có dốc ngKợc. Chiều dài kênh có thể lớn hay nhỏ tùy theo địa
hình. Mặt cắt ngang của kênh có thể chữ nhật hoặc hình thang. Trên mặt bằng, tuyến
kênh dẫn vào có thể thẳng hoặc cong, đối xứng hoặc không đối xứng (hình 7-4).
TKờng cánh cửa vào có thể sử dụng loại tKờng trọng lực, tKờng sKờn, tKờng hộp
bằng gạch, đá xây hay bằng bê tông, bê tông cốt thép. Mặt bằng các loại tKờng cánh
thKợng lKu nhK hình 7-5. Sân thKợng lKu cửa vào bằng đá xây hoặc bê tông, bê tông cốt
thép. Chiều dài sân thKợng lKu có thể lấy bằng (3 á 5)H, với H - cột nKớc thKợng lKu

ngKỡng tràn.
Tiết diện kênh tKơng đối lớn và thu hẹp dần về phía ngKỡng tràn. Khối lKợng công
trình kênh thKờng lớn.

1
1
b)a) c)


<=$5 >?d+ N#$5 Ge$ XF B:af$ 5Dg$. Gh$. T51I B5D_$. iD:
1- ngKỡng tràn; 2- kênh dẫn; 3- bờ kênh; 4- tKờng hKớng dòng.
7
0
6
0
5
0
4
0
3
0
2
0
1
0
1
0
2
0
3

0
4
0
5
0
6
0
7
0
<=$5 >?j+ RDE$. B0F$ G78
L 5I" Ck: CST
282 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2

1
8

1
9

6
7

c)
b)
a)
f)
6
7

e)

d)


<=$5 >?l+ Zm8 i&'" BDE$. 8m$5 B0Dg8 $.Dn$. B0F$
a) TKờng cánh thẳng;
b) TKờng cánh nghiêng nKớc không tràn qua;
c) TKờng cánh có góc xiên và uốn cong;
d) TKờng cánh mở rộng hình cung tròn;
e) TKờng cánh mở rộng theo dạng elip;
f) TKờng cánh cong gồm nhiều cung tròn không đồng tâm.

2. Ng"ỡng tràn

NgKỡng tràn là một bộ phận quan trọng nhất của đKờng tràn. NgKỡng có thể dạng
đỉnh rộng hoặc thực dụng: Trên ngKỡng có thể bố trí cửa van hay không cửa van, có thể
có mố trụ, cầu giao thông, cầu công tác, khe van, khe phai, khe lún, khớp nối, thiết bị
quan trắc v.v
Nói chung tuyến ngKỡng tràn là thẳng và bố trí trùng tuyến đập chắn (khi tràn xả
lũ ở vai đập). Khi điều kiện địa hình, địa chất thuận lợi và qui mô tràn không lớn có thể
bố trí tuyến ngKỡng cong hoặc gy khúc (dạng chữ V, dạng zích zắc hoặc dạng hình
thang v.v ). Nguyên tắc bố trí sao cho dòng chảy vào ra đKợc thuận lợi; phù hợp với
chế độ quản lý, khai thác công trình sau này (hình 7-6).
Chiều rộng tràn nKớc qua tính toán thủy lực xác định ra. Chiều dài (theo chiều
nKớc chảy) của ngKỡng tràn đKợc xác định tùy thuộc vào việc bố trí các thiết bị phía
trên; đảm bảo đKờng viền chống thấm và phân bố áp lực đáy móng; chế độ thủy lực của
dòng chảy trên ngKỡng.

3. Nối tiếp hạ l"u

Sau ngKỡng tràn là bộ phận nối tiếp hạ lKu bao gồm kênh tháo (có thể là dốc nKớc

hoặc bậc nKớc); thiết bị tiêu năng cuối kênh tháo và có thể có kênh dẫn nKớc ra lòng
sông cũ, kênh tháo đKợc bố trí theo địa hình (thẳng hoặc cong) để giảm khối lKợng
kênh tháo có thể là dốc nKớc hoặc bậc nKớc hoặc phối hợp cả dốc nKớc, bậc nKớc.
B - công trình tháo lũ 283


a) Dốc n-ớc
Thực chất dốc nKớc là kênh có độ dốc lớn, là loại công trình nối tiếp đơn giản
(hình 7-6)

!"






#"








<=$5 >?o+ Zm8 5=$5 B5p8 GA8 $Dg8
a) Trên nền đá; b) Trên nền đất (kích thKớc trong hình ghi theo m).

Trên mặt bằng, tuyến dốc nKớc có thể thẳng hoặc cong, đoạn đầu dốc thKờng là

đoạn thu hẹp với gốc thu hẹp q thKờng chọn theo kinh nghiệm là 22
0
. Kích thKớc và
độ dốc của dốc nKớc xác định theo lKu tốc trung bình cho phép của vật liệu làm
dốc nKớc: [V] (m/s). Độ dốc của dốc nKớc có thể là hằng số trên toàn dốc hoặc thay đổi
theo từng đoạn dốc cho phù hợp địa hình. Cũng trong trKờng hợp sau ngKỡng tràn bố trí
dốc nKớc mở rộng dần để khuếch tán dòng chảy cho tốt. Ví dụ nhK dốc nKớc tràn số 2
(hồ Phú Ninh) chiều rộng dốc từ 22m ở đầu dốc mở rộng tới 36m, trên độ dài dốc 63m
với i = 0,1 (hình 7-7).
Dùng dốc nKớc khi: độ dốc địa hình tự nhiên i
0
nhỏ hơn độ dốc cho phép [i
d
]:
[i
d
] =
[
]
RC
V
2
2
, (7 - 1)
trong đó: C- hệ số Sêzi;
R- bán kính thủy lực.

Khi i
0
> [i

d
] nếu dùng dốc nKớc thì cần có biện pháp xử lý ví dụ nhK sử dụng mố
nhám gia cKờng, hoặc thay vật liệu làm dốc nKớc.
7
8
1
I
8
2
3
I
4
I - I
7
6
6
9
9
6
2
1
2
I
113,8
125,0
38,5
0,76
2,16
2
3

4
I
48,3
109,0
82,3
5
6
284 sæ tay KTTL * PhÇn 2 - c«ng tr×nh thñy lîi * TËp 2
3 2.5 5
1 9.0 0
160
1 500
1 000
2 4.0 0
2 2.0 0
3 1.6 0
2 2.0 0
2 6.8 0
1 500
1 000
1 700
200
100
300
100 90
R
=
1
0
0

0
2 4.0 0
To
2 0.5 0
2 0.0 0
2 6.0 0
160
1 500
1 4.0 0
1 6.6 0
2 0.5 0
2 4.1 0
1 8.5 0
355
40
24 .675
40
335
40
$!%& '()( *+ ',-
1 100
1 500
1 7.5 0
i

=

0
.
1

0
300
1 7.2 0
1 4.5 0
1 1.3 0
1 3.4 0
6.0 0
1 6.2 0
i

=

0
.
1
2
800
1 7.5 0
1 5.7 0
1 6.6 0
2 0.0 0
400
200
MNDB T = 32.00
MNGC = 35.4 0
3 7.4 0
4 1.6 0
600
32 .872
360

4 1.6 5
./0 *10 0&(2% %&(2%

<=$5 >?>+ ZqB G78 B0F$ `[ ir %A Q 8sI 5M 45K -"$5 V9:[$. -I6Y

B - công trình tháo lũ 285


Vật liệu làm dốc nKớc là đá xây, bê tông, bê tông cốt thép. Mặt cắt ngang là chữ
nhật hoặc hình thang. Mặt cắt ngang đKợc xác định theo điều kiện thủy lực. Bản đáy có
thể dạng bản hoặc bản sKờn; liền khối hoặc tách rời với bản đáy tKờng cánh. TKờng
cánh hai bên dốc nKớc có chiều cao đKợc xác định từ mực nKớc lớn nhất trong dốc có
kể đến hàm khí khi lKu tốc trong dốc nKớc V > 3 m/s. TKờng có thể chọn dạng tKờng
trọng lực, tKờng sKờn hoặc tKờng tựa nghiêng trực tiếp lên mái đào.
Hình 7-8 giới thiệu dốc nKớc tràn xả lũ hồ Dầu Tiếng (Tây Ninh) có độ dốc 8%,
cuối dốc là mũi phun. Dốc nKớc tràn xả lũ Hồ Truồi (Thừa Thiên Huế) có i = 15%, tiêu
năng bằng hình thức mũi phun có ngKỡng mũi lệch thể hiện trên hình 7-9.


7
14.00
3 4
i

=
0
,
0
8
MNL 25.03

MNC 17.00
20.00
MNBT 24.40
28.0
19.50
20.50
5
2
1
6

<=$5 >?t+ *u CM 5=$5 8qB B0F$ `[ ir 5M vk: ,"f$. V,Ua -"$5Y
1- tKờng ngực; 2- cầu công tác; 3- cửa van; 4- tâm quay;
5- dốc nKớc; 6- mũi phun; 7- mái hố xói dự kiến.


1
0
0
3
$!%& '()( *+ '4!%(0 056(
72 08%' 9: .;<<
32.0
36.0
8
0
33.7
29.0
(
=

>
?
@
A>
B!: %"&C
g
A
13.70
1
2
0
11.00
-1.0
5.60
:D( 0(E 04F%
G5H%' E/0 *10 0&(2% %&(2%

<=$5 >?w+ ZqB G78 B0F$ `[ ir <M ,0:M" V,5xI ,5"#$ <:fY

b) Bậc n-ớc
- Điều kiện xây dựng và đặc điểm cấu tạo: Khi kênh tháo nằm trên nền đất dốc,
nếu làm dốc nKớc thì không đảm bảo ổn định trKợt và tiêu năng cuối dốc nKớc gặp khó
khăn, nên xây dựng nhiều bậc nKớc nối tiếp nhau để đKa nKớc từ ngKỡng tràn xuống hạ
lKu. Các bậc nKớc đó còn có tác dụng tiêu hao năng lKợng trong suốt chiều dài dòng
chảy và bộ phận tiêu năng cuối kênh tháo sẽ thiết kế đơn giản hơn (hình 7-10).
286 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
8
1
P
o

5
I
7
8
B
5
4
I - I
1
2
I
3
7
d
9
4
4
5
Po/4
Po/4



<=$5 >?@y+ !S8 $Dg8

So với dốc nKớc, khối lKợng công trình của bậc nKớc lớn hơn do đó loại công trình
này chỉ đKợc xem là hợp lý khi xây trên nền đất địa hình tự nhiên có độ dốc lớn, không
thuận lợi cho việc xây dựng dốc nKớc. Cũng có trKờng hợp, kênh tháo gồm một đoạn là
dốc nKớc và một đoạn tiếp theo là nhiều bậc nKớc.
Bậc nKớc trong đKờng tràn dọc tháo lũ thKờng là loại nhiều bậc.

- Phần vào: Phần vào (tức là ngKỡng tràn vào bậc nKớc thứ nhất) là đập tràn đỉnh
rộng, do đó dòng chảy vào bậc này sẽ ổn định và dễ nối tiếp. Phần vào có tKờng cánh
(hình 7-10) kéo dài về phía thKợng lKu (1 á 1,5)H. TrKờng hợp xây trên nền đất, phía
trKớc ngKỡng tràn cũng có thể thiết kế sân phủ chống thấm, phía trên có gia cố chống
xói lở do lKu tốc lớn gây nên. Chiều dài sân phủ không ngắn hơn 3H.
Dạng của tKờng cánh và của kênh dẫn vào (nếu có) đKợc thiết kế giống nhK của
đKờng tràn nói chung.
Thông thKờng ngKỡng tràn của bậc nKớc là loại tự tràn, và cột nKớc tràn không
quá lớn, để cho điều kiện nối tiếp trong mỗi bậc đKợc dễ dàng.
- Bậc: Bậc nKớc gồm nhiều cấp. Phải thiết kế thế nào để cho trong mỗi cấp đều có
nKớc nhảy ngập ổn định. Vì vậy cuối mỗi cấp thKờng có tKờng tiêu năng, làm việc nhK
một bể tiêu năng. Trong tính toán thủy lực cũng đề cập đến loại bậc nKớc không có
tKờng tiêu năng ở mỗi cấp, nhKng thực tế thiết kế nhK vậy không kinh tế, và về mặt kỹ
thuật cũng không có lợi.
Trong một hệ thống bậc nKớc, chiều dài và chiều cao mỗi cấp đều bằng nhau để
dễ dàng cho tính toán và thi công, tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao mỗi cấp không nhỏ
hơn 2.
B - công trình tháo lũ 287


Chiều cao mỗi cấp đKợc tính theo biểu thức:
d
N
P
P
0
+= (7 - 2)
trong đó:
P
0

- tổng độ chênh về địa hình từ đầu cấp thứ nhất đến cấp cuối cùng;
N - số cấp;
d - chiều sâu bể (chiều cao ngKỡng cuối bậc) của mỗi cấp.


Chiều dài lớn nhất của mỗi cấp không nên quá 20 m (để thuận lợi cho bố trí
khe lún).
Mỗi cấp gồm có tKờng đứng, bản đáy và tKờng biên. TKờng đứng làm việc nhK
một đập tràn, nKớc từ cấp phía trên tràn vKợt qua tKờng đứng rơi xuống cấp dKới. Vì
vậy, tKờng đứng là một loại tKờng trọng lực, có khe lún tách khỏi bản đáy. Trong mỗi
cấp đều có bố trí lỗ thoát nKớc kích thKớc 10x10(cm) đến 20x20(cm) bên trong có tầng
lọc ngKợc để giảm áp lực thấm và lực đẩy nổi.
Bản đáy trong mỗi cấp làm nhiệm vụ nhK bản đáy của bể tiêu năng, chiều dày có
thể tính sơ bộ theo công thức:
t = 0,25
0
Pq (7 - 3)
TKờng biên của bậc nKớc thKờng là tKờng trọng lực (đôi khi cũng có thể các loại
tKờng khác).
- Phần raI Phần ra là cấp cuối cùng. Cấu tạo của nó về cơ bản giống các cấp ở
giữa. Để thuận lợi cho tiêu năng, bể tiêu năng cuối cùng làm theo dạng khuếch tán và
trong bể có thể đặt mố, hoặc làm tKờng cuối bể, tùy theo tình hình cụ thể. PhKơng pháp
tính toán và cấu tạo giống nhK bể tiêu năng sau đập tràn.

c) Thiết bị tiêu năng
Cuối kênh tháo là thiết bị tiêu năng. Có thể áp dụng các hình thức: tiêu năng đáy,
tiêu năng phóng xa, tiêu năng mặt và các thiết bị tiêu năng phụ trợ.
Nối tiếp bậc nKớc thì có thể mỗi bậc là một bể tiêu năng hoặc năng lKợng thừa
dồn xuống cả cho bậc cuối cùng và bậc cuối cùng đKợc sử dụng nhK thiết bị tiêu
năng đáy.

Nối tiếp dốc nKớc thì có thể sử dụng các loại thiết bị tiêu năng khác nhau.
Với mỗi công trình cụ thể cần căn cứ vào: địa hình, địa chất, cột nKớc tràn, lKu lKợng
đơn vị, mực nKớc hạ lKu, bố trí tổng thể cụm công trình đầu mối, tính kinh tế để chọn
hình thức tiêu năng cho hợp lý.
288 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
Tiêu năng đáy là hình thức lợi dụng nội ma sát để tiêu hao năng lKợng thừa. Sau
thiết bị tiêu năng vẫn phải gia cố tiếp (thKờng gọi là sân sau thứ 2). Hình thức này dùng
với trKờng hợp cột nKớc thấp, nền đất, nền đá yếu. Thuộc về hình thức này có: đào bể,
xây tKờng hoặc bể tKờng kết hợp. Ngoài ra còn áp dụng cách giảm độ sâu sau nKớc
nhảy bằng bố trí mố nhám, dầm tiêu năng; tạo tKờng phân dòng để khuếch tán đều ở hạ
lKu, làm đáy dốc ngKợc khi mực nKớc hạ lKu nhỏ, làm đáy dốc thuận khi mực nKớc hạ
lKu lớn. Đáy bể thKờng dùng bê tông cốt thép, có bố trí lỗ thoát nKớc, chiều dày bản đáy
bể từ 0,8 á 1,5(m). TKờng cánh bể tiêu năng thKờng mở rộng dần và dùng đá xây, bê
tông, bê tông cốt thép. Sân sau thứ hai thKờng có kết cấu mềm, thích hợp với sự biến
dạng của nền.
Tiêu năng mặt là hình thức tiêu năng ứng với trạng thái chảy mặt. Kinh nghiệm
cho biết, hiệu quả tiêu năng mặt so với tiêu năng đáy không kém hơn nhiều, nhKng
chiều dài sân sau ngắn hơn. Chiều dày của sân sau cũng nhỏ hơn. Dùng hình thức tiêu
năng mặt khi mực nKớc hạ lKu ổn định và lớn hơn độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp;
lKu lKợng xả lớn nhKng chênh lệch mực nKớc thKợng hạ lKu không lớn; bờ hạ lKu ổn
định và chống xói tốt.
Tuy vậy tiêu năng mặt gây trở ngại cho thuyền bè đi lại ở hạ lKu và đe doạ mất
ổn định bờ; dễ sinh nKớc nhảy phóng xa; sân sau làm việc với chế độ thủy lực thay đổi
liên tục.
Khi chọn chiều cao nhỏ nhất của bậc để tạo dòng mặt cần thỏa mn các yêu cầu:
- Không có dòng phun với lKu lKợng nhỏ nhất.
- Không có dòng hồi lKu với lKu lKợng lớn nhất.
- Chiều cao bậc nhỏ hơn độ sâu nKớc hạ lKu.
- Góc nghiêng ở đỉnh bậc
q

= 10
0
á
15
0
hoặc đỉnh bậc nằm ngang.
- Bán kính cong ở đỉnh bậc R = 10
á
25 m với tràn có cột nKớc trung bình và
lớn; R = 5
á
12 m với tràn có cột nKớc nhỏ.
Tiêu năng phóng xa là hình thức lợi dụng ma sát với không khí để tiêu hao một
phần năng lKợng, phần còn lại sẽ đKợc tiêu toán bởi lớp đệm nKớc hạ lKu. Nó đKợc dùng
khá phổ biến ở công trình thủy lợi và có mức độ áp dụng cao. Điều kiện để thực hiện
đKợc hình thức tiêu năng phóng xa là: đỉnh mũi phun phải cao hơn mực nKớc lớn nhất
hạ lKu, chiều cao cột nKớc trKớc đập đủ lớn để tạo ra dòng phun phóng xa; chiều sâu cột
nKớc hạ lKu cũng đủ lớn để chiều sâu hố xói không quá lớn.
Hình thức tiêu năng này thKờng dùng với công trình có cột nKớc trung bình và
lớn. Tuy vậy hình thức này cũng có những hạn chế nhất định: hố xói do dòng phun tạo
ra có thể hạ mực nKớc hạ lKu ảnh hKởng đến các yêu cầu dùng nKớc; xung kích của
dòng phun tạo thành dòng cuộn ngKợc hoặc sóng vỗ mái đập; ở mũi phun có thể xảy ra
khí thực; dòng phun tạo ra sKơng mù ảnh hKởng đến giao thông và môi trKờng.

d) Kênh dẫn n-ớc ra lòng sông cũ
Có chiều dài lớn hay nhỏ; mặt cắt ổn định hay mở rộng dần; độ dốc lớn hay
nhỏ tùy vào địa hình, địa chất để lựa chọn. Quan hệ mực nKớc với lKu lKợng ở kênh
sau thiết bị tiêu năng đKợc xác định qua tính toán thủy lực hay từ tài liệu thực đo
B - công trình tháo lũ 289

IV. Khả năng tháo n-ớc
Khả năng tháo nKớc qua đKờng tràn dọc có thể tính theo sơ đồ chảy qua đập tràn
ngKỡng thực dụng hoặc qua đập tràn ngKỡng đỉnh rộng.
Đập tràn đỉnh rộng là loại đập có chiều rộng đỉnh ngKỡng C theo chiều nKớc chảy
trong phạm vi:
(8
á
10) H > C > (2 á 3)H
Nếu C 10H thì dòng chảy qua đập giống nhK qua kênh hở đáy nằm ngang.
Nếu C < 2H, hệ số lKu lKợng của đập không ổn định và lớn hơn của đập tràn đỉnh
rộng (biến thành đỉnh nhọn).
Dòng chảy từ kênh dẫn qua ngKỡng tràn có thể phát sinh hai xoáy nKớc trục
ngang: xoáy nKớc ở mép trKớc ngKỡng và phía trên ngKỡng (trKờng hợp P > 0). Nếu
ngKỡng tràn có trụ biên và trụ giữa, tại các mép trụ còn có thể phát sinh xoáy nKớc trục
đứng. Những hiện tKợng trên làm tăng tổn thất do co hẹp đứng và ngang gây nên và làm
giảm khả năng tháo.
Đập tràn đỉnh rộng làm việc có thể theo chế độ chảy không ngập hoặc chảy ngập.
Trong trKờng hợp chảy ngập, khả năng tháo sẽ giảm rất nhiều. Do đó đối với ngKỡng
tràn của đKờng tràn tháo lũ cần có những biện pháp thiết kế để tăng khả năng tháo và
thông thKờng ngKỡng tràn làm việc theo chế độ chảy không ngập.
Có nhiều phKơng pháp tính toán đập tràn đỉnh rộng:
1. PhKơng pháp của P.K. Kixêlep;
2. PhKơng pháp của A.R. Bêrêzinxki;
3. PhKơng pháp của N.N. Paplôpxki;
4. PhKơng pháp của R.R. Tsugaep;
Chúng tôi sẽ trình bày hai phKơng pháp thông dụng của: P.K. Kixêlep và của
R.R. Tsugaep.

a) Tính toán ng-ỡng tràn đỉnh rộng chảy không ngập (hình 7-11)

- Tiêu chuẩn không ngập
Theo Beklonjê thì tiêu chuẩn không ngập nhK sau: h
n
<
3
2
H
o

Theo Bahmêđep: h
n
< h
pg
hoặc h
n
< P + h
pg
;
Theo P.K. Kixêlep: h
n
< (h
pg
+ Z'') và h
n
< 1,25h
pg
;
Theo R.R. Tsugaep: h
n
< nH

o
hoặc h
n
< (P + nH
o
),
trong đó: Z''- độ sâu hồi phục sau ngKỡng tràn
Z'' =
g
VVV
2
nnpg
-
;
290 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
V
pg
, V
n
- lKu tốc phân giới và lKu tốc ở sau đập;
h
n
- chiều sâu mực nKớc hạ lKu so với ngKỡng tràn;
h
pg
- chiều sâu phân giới, lấy bằng 0,66 H
o
;
H
o

- cột nKớc tràn;
n - hệ số, n = 0,85
á
0,75;
P - chiều cao ngKỡng đập so với đáy kênh dẫn.



<=$5 >?@@+ *u CM B1$5 B&m$ CST B0F$ Cz$5 0]$. {5/$. $.ST

- Tính khả năng tháo n-ớc
Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập có hai chỗ hạ mực nKớc Z
t
và Z
h
J Vì tổn thất
cột nKớc trên chiều dài ngKỡng tràn không đáng kể nên sau chỗ hạ Z
t
, mặt nKớc trên
ngKỡng coi nhK nằm ngang.
Theo P.K. Kixêlep, độ sâu nKớc trên ngKỡng tràn lấy bằng độ sâu phân giới
(chứng minh từ giả thiết tỷ năng dòng chảy nhỏ nhất):
h = h
pg
=
2
2
21
2
j+

j
H
o

ằ
0,6H
o

LKu lKợng tính theo biểu thức
Q = mb
2
3
0
Hg2 (7 - 4)
hoặc: Q = Mb H
2
3
0
, (M = m g).2
Các hệ số j (lKu tốc), m (lKu lKợng) tra theo bảng của N.N. Paplôpxki (bảng 7-2).
B - công trình tháo lũ 291


![$. >?Q+ Zm8 B0| %A
j
} 6} \ 8sI CST B0F$ Cz$5 0]$.
Z9dL!e9f$!:)g`!h6i!jOP!
j!
/!Q!
.)#$%!:k!4l:!:g$!&)m`!_U:!!<!BD2IG!<DCB!

Z9dL!e9f$!:)g`!h6i!&)LO$!_n9!BDVG!BD2@G!<D@0!
E%op$%!:k!/qP!h6i!&'r$!:i$%!!BDV0!BD2GB!<DGG!
E%op$%!:k!/qP!$%)9N$%!BDII!BD22G!<DAI!
E%op$%!:k!/qP!hL#$%!%k:!!BDIG!BD20B!<DA0!
Z9dL!e9f$!:)g`!h6i!e)#$%!&)LO$!!BDIB!BD2BB!<D22!


Cần chú ý rằng theo kết quả thí nghiệm, nếu làm ngKỡng tràn có mép nghiêng,
trong trKờng hợp có kênh dẫn vào tuyến cong, thì loại mép nghiêng 45
0
có hệ số lKu
lKợng lớn nhất.
Theo R.R. Tsugaep, độ sâu nKớc trên ngKỡng tràn phải là:
h < h
pg
<
3
2
H
o

LKu lKợng cũng tính theo biểu thức (7 - 4).
Nếu W
t
> 4 (bH), (W
t
- mặt cắt Kớt của kênh dẫn vào phía trKớc ngKỡng) thì v
0
rất
nhỏ có thể bỏ qua và lKu lKợng tính theo biểu thức:

Q = mb g2 H
3/2

Hệ số m tra theo bảng của Đ.I. Kumin, có kể đến co hẹp bên do thay đổi chiều
rộng và co hẹp đứng do chiều cao P và dạng ngKỡng. Khi không có co hẹp bên hoặc
không có ngKỡng (tức là B
K
= B
T
hoặc P = 0); m tra theo bảng 7 - 3 và bảng 7- 4.
Khi co hẹp bên (B
t
< B
k
) hoặc có ngKỡng (P > 0) hệ số lKu lKợng m xác định theo
biểu thức:
m = m
h
+ (m
b
- m
h
) F
h
+ (0,385 - m
b
) F
h
F
b

(7 - 5)
hoặc: m = m
b
+ (m
h
- m
b
) F
b
+ (0,385 - m
h
) F
h
F
b
(7 - 6)
ở đây m
h
lấy theo hàng cuối (bảng 7 - 2) (h = Ơ) và m
b
lấy theo hàng đầu (bảng 7 - 3)
(b = 0) tùy theo điều kiện co hẹp bên. Hệ số m sẽ đKợc tính theo biểu thức (7 - 5)
nếu m
b
> m
h
, theo biểu thức (7 - 6) nếu m
b
< m
h

.
Các giá trị F
h
và F
b
tính theo các biểu thức sau đây:
F
h
=
P2H
H
+
(7 - 7)
F
b
=
T
T
B5,25,3
B
-
(7 - 8)
292 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
![$. >?j+ <c %A 6 8sI CST B0F$ Cz$5 0]$. {5" {5/$. 8~ 8& 5T W#$
VB5J& R+I+ N:6"$Y

H
P
a

H
P

H
45
P

cotga
r/H
a/H
h =
H
P


B!<!0!0DG!BDB0G
!
BD<B!BDA!BDI!<!BDB0G
!
BD<!
BD0!
BD0!
BD2@@
!
BD2CC
!
BD2I0
!
BD2I0
!

BD2C0
!
BD2CG
!
s!s!s!BD2C<
!
BD2C@
!
s!
BD@!
BD2GB
!
BD2CB
!
BD2CV
!
BD2IB
!
BD2@<
!
BD2@C
!
BD2CA
!
s!s!BD2GV
!
BD2@C
!
s!
<DB!BD2A0

!
BD2@C
!
BD2CC
!
BD2CI
!
BD2GG
!
BD2@0
!
BD2C<
!
BD2C@
!
s!BD2G2
!
BD2@2
!
s!
0DB!BD222
!
BD2@2
!
BD2CG
!
BD2CC
!
BD2AV
!

BD2GI
!
BD2@I
!
BD2CG
!
BD2I0
!
BD2AC
!
BD2GI
!
s!
@DB!BD20G
!
BD2@B
!
BD2CA
!
BD2C@
!
BD2AA
!
BD2GA
!
BD2@@
!
BD2C2
!
BD2IB

!
BD2A<
!
BD2GA
!
BD2@!
Ơ
!
BD20B
!
BD2GI
!
BD2C2
!
BD2CG
!
BD2AB
!
BD2G<
!
BD2@A
!
BD2C0
!
BD2CG
!
BD22C
!
BD2G0
!

BD2G!


![$. >?d+ <c %A 6 {5" {5/$. 8~ $.Dn$. V4 = yY XF 8~ 8& 5T VB5J& R+I+ N:6"$Y

q
q
B
k
B
t

r
B
B
k
t

B
B
k
a
a
t

cotgq
r/B
T
a/B
T

k
t
B
P
=
!
!
B!<!0!2!B!BD<!BD2!BDG!B!BDBG!BD<!BD0!
BDB!BD20B
!
BD2G!BD2G2
!
BD2GB
!
BD20B
!
BD2A0
!
BD2GA
!
BD2@B
!
BD20B
!
BD2AB
!
BD2AG
!
BD2GB
!

BD0!BD20A
!
BD2G0
!
BD2GG
!
BD2G0
!
BD20A
!
BD2AG
!
BD2G@
!
BD2@0
!
BD20A
!
BD2A2
!
BD2AI
!
BD2G0
!
BDA!BD22B
!
BD2G@
!
BD2GI
!

BD2G@
!
BD22B
!
BD2AV
!
BD2GV
!
BD2@A
!
BD22B
!
BD2AC
!
BD2G<
!
BD2G@
!
BD@!BD2AB
!
BD2@<
!
BD2@2
!
BD2@<
!
BD2AB
!
BD2GA
!

BD2@2
!
BD2@I
!
BD2AB
!
BD2GA
!
BD2GC
!
BD2@<
!
BDG!BD2GG
!
BD2@V
!
BD2CB
!
BD2@V
!
BD2GG
!
BD2@G
!
BD2C<
!
BD2C2
!
BD2GG
!

BD2@A
!
BD2@@
!
BD2@V
!
<DB!BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!
BD2IG
!

Trong trKờng hợp chảy không ngập, chiều sâu nKớc trên ngKỡng tràn đKợc tính
theo biểu thức (R.R.Tsugaep):
Q =
j
h
1
b )hg(H2
10
- (7 - 9)
ở đây j đKợc xác định phụ thuộc vào hệ số m đ nêu ở trên và tra theo bảng của
Đ.I. Kumin (bảng 7 - 5).
B - công trình tháo lũ 293


![$. >? l+ 9:I$ 5c ."ữI
j
XF 6
/!BD2B!BD2<!BD20!BD22!BD2A!BD2G!BD2@!BD2C!BD2I!
j!
BDVA2!BDVGB!BDVG@!BDV@2!BDVCB!BDVC@!BDVI2!BDVVB!BDVV@!


b) Tính toán ng-ỡng tràn đỉnh rộng chảy ngập (hình 7 - 12)

H
o
d
P

h
n
Z
h
p
g
vo
h
1
v
P
1
d
c
2
c
c
2
h = h
Z
Z
"
=

Z



<=$5 >?@Q+ *u CM B1$5 B&m$ $.Dn$. B0F$ Cz$5 0]$. 85[a $.ST

Chảy ngập xảy ra khi h
n
> 1,25h
pg
,
hoặc: H
n
> nH
0
với n = 0,85 á 0,75.
LKu lKợng tính theo biểu thức:
Q = m.
s
n
.
2/3
0
H.g2b ; (7 - 10)
trong đó: s
n
- hệ số ngập, tra theo bảng N.N. Paplôpxki (bảng 7 - 6).

![$. >?o+ <c %A $.ST
s
$
8sI CST B0F$ Cz$5 0]$.

)
$

3=
B!
s
$!
)
$
3=
B!
s
$!
)
$
3=
B!
s
$!
BDCB!<DBBB!BDVB!BDC2V!BDVIB!BD2@B!
BDCG!BDVCA!BDV0!BD@C@!BDVVB!BD0GC!
BDIB!BDV0I!BDVA!BDGVI!BDVVG!BD<I2!
BDI2!BDIIV!BDVG!BDGG0!BDVVC!BD<A0!
BDIG!BDIGG!BDV@!BDAVV!BDVVI!BD<<@!
BDIC!BDI<G!BDVC!BDA2@!BDVVV!BDBI0!

Theo quy phạm C8-76 (phKơng pháp của R.R. Tsugaep và Đ.I. Kumin), lKu lKợng
tháo đKợc tính theo biểu thức (7 - 9), nhKng hệ số lKu tốc j đKợc hiểu là j
n
phụ thuộc
vào m theo số liệu của Đ.I. Kumin (bảng 7-7).
![$. >?>+ <c %A
j

$
8sI CST B0F$ Cz$5 0]$. 85[a $.ST

/!BD2B!BD2<!BD20!BD22!BD2A!BD2G!BD2@!BD2C!BD2I!
j
$!
BDC@sBDCI!BDI<!BDIA!BDIC!BDVB!BDV2!BDV@!BDVI!BDVV!

294 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
Chiều sâu h
1
trên ngKỡng tính bằng h
1
= h
2
= h
n
- Z". ở đây h
n
đ biết, trị số
Z" = xh
pg
(x xác định theo biểu đồ, xem Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn).

c) Trị số co hẹp ngang do trụ pin
Trị số độ co hẹp ngang e do ảnh hKởng của trụ pin có thể xác định theo biểu thức
(7- 11).

e
=

B
dB
-
(7 - 11)
với B là chiều rộng lòng dẫn cửa vào tràn.

Chú ý: Việc sử dụng các bảng ở trên, khi kênh dẫn dòng và tKờng hKớng dòng hai
bên theo dạng đKờng dòng, do ảnh hKởng của thu hẹp kênh dẫn hoặc tKờng hKớng dòng
không đáng kể, nên m
b
= 0,385.

V. Tính toán thủy lực và tiêu năng hạ l-u
1. Tính toán thủy lực kênh dẫn vào ng"ỡng tràn
a) Kênh dẫn vào ng-ỡng tràn có đ-ờng viền hai bờ dạng cong tròn

Bờ lồi và bờ lõm của kênh là hai đKờng cong có bán kính r
1
, r
2
không đồng tâm,
vì vậy tiết diện kênh dẫn thu hẹp dần về phía ngKỡng (hình 7-13).


H
P
i = 0
I - I
r
2

o
r
1
r
I
I
S S O O2 1 1 2
V
o

<=$5 >?@j+ *u CM B1$5 B&m$ {#$5 Ge$ B:af$ 8&$.


Tính toán dạng bờ kênh loại này phải đảm bảo thỏa mn hai yêu cầu: không có
xoáy nKớc ở phía do lực ly tâm gây nên, tức là dòng chảy phải bám sát bờ; mặt khác
bán kính bờ lồi không đKợc quá lớn, vì nếu r
1
quá lớn, tuy lực ly tâm của dòng chảy
giảm, nhKng khối lKợng đào kênh sẽ lớn, và do kênh dẫn dài tổn thất cột nKớc trong
kênh cũng tăng thêm.
B - công trình tháo lũ 295


Qua nghiên cứu, tìm đKợc quan hệ giữa các yếu tố hình học của kênh (bán kính r
1
,
r
2
, chiều cao ngKỡng P) với các yếu tố thủy lực nhK sau:

2
1
2
r
1
)
r
r
1(F4,1
h
r
+= , (7 - 12)
trong đó: r
1
, r
2
- bán kính cong của bờ lồi và bờ lõm;
h - chiều sâu dòng chảy của mặt cắt ngKỡng tràn;
F
r
- hệ số Frut =
2
v
gh
.
Biểu thức (7 - 12) chKa thể dùng để xác định đKợc r
1
và r
2
(hai ẩn số).

Công trình tháo lũ có hệ số lKu lKợng lớn nhất tùy thuộc độ động học của kênh
tháo, biểu thị qua tỷ số
o
P
H
. Với mỗi trị số
o
P
H
nhất định, nếu bán kính kênh dẫn nhỏ,
tại ven bờ lồi sẽ sinh hiện tKợng tách dòng, hệ số lKu lKợng của công trình tháo lũ sẽ
giảm, mặc dù khối lKợng công trình giảm. NgKợc lại, nếu bán kính kênh lớn, khối lKợng
công trình tăng lên, mặt khác tổn thất cột nKớc theo chiều dài cũng tăng, do đó hệ số
lKu lKợng sẽ giảm.

0
0,1
0,2
0,3
P/Ho
10 20
r
T
/B
o

<=$5 >?@d+ !"ể: CM H:I$ 5c
o
to

r
P
f
B H
ổử
=
ỗữ
ốứ

Qua nhiều thí nghiệm tìm đKợc đKờng cong quan hệ
o
to
r
P
f
B H
ổử
=
ỗữ
ốứ
để cho hệ số
lKu lKợng lớn nhất và khối lKợng kênh là hợp lý nhất (hình 7-14), trong đó:
P - chiều cao ngKỡng tràn;
H
o
- cột nKớc trKớc ngKỡng tràn;
r
o
- bán kính của trục kênh, r
0

=
2
rr
21
+
;
B
T
- chiều rộng tràn nKớc.
296 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
Quan hệ trên cho biết nếu độ động học, biểu thị qua tỷ số
o
P
H
lớn, lKu tốc trong
kênh nhỏ, hệ số Frut nhỏ, bán kính kênh sẽ nhỏ, phù hợp với ý nghĩa vật lý, do lực ly
tâm của dòng chảy giảm, hiện tKợng tách dòng không xảy ra.
Dùng biểu thức (7-12) và trị số r
o
tra đồ thị ở hình 7-14 sẽ giải đKợc r
1
, r
2
hợp lý.

b) Kênh dẫn tuyến cong dạng đ-ờng dòng

Kênh dẫn tuyến cong dạng bờ là cung tròn tuy thi công dễ dàng, nhKng tổn thất
cột nKớc vẫn còn lớn do dòng chảy trong đoạn cong gây nên và phân bố lKu lKợng trong
các khoang đập vẫn không đồng đều.

ĐKờng viền hai bờ kênh và tuyến của trục kênh dẫn lý tKởng nhất là có dạng
đKờng dòng và ngKỡng tràn đặt trùng với đKờng thế. Với điều kiện biên nhK vậy, dòng
chảy trong kênh sẽ là dòng thế, không tách khỏi bờ và vuông góc với ngKỡng tràn.
Trong trKờng hợp này lKu lKợng của đập tràn có thể gần đạt tới trị số trong trKờng hợp
bài toán phẳng và sự phân bố lKu lKợng trong các khoang đập là đều nhất.

2. Tính toán thủy lực dốc n"ớc sau ng"ỡng tràn và tiêu năng cuối dốc

Mục đích tính toán thủy lực dốc nKớc là tìm đKờng mực nKớc cao nhất; xác định
cột nKớc, lKu tốc dòng chảy tại những mặt cắt điển hình ứng với nhiều cấp lKu lKợng
khác nhau; kiểm tra sự xuất hiện và xử lý những hiện tKợng thủy lực bất lợi trên
dốc nKớc.

a) Đối với dốc n-ớc có chiều rộng đáy không đổi
Độ dốc trong dốc nKớc lớn hơn độ dốc phân giới (i > i
pg
), do đó dòng chảy trong
dốc nKớc là dòng chảy xiết. Tùy theo chiều sâu dòng chảy tại đầu dốc nKớc, đKờng mặt
nKớc có thể là đKờng nKớc đổ b
II
hoặc đKờng nKớc dâng c
II
trong vùng xiết.
Xét các tr-ờng hợp sau đây
- TrKờng hợp không có ngKỡng tràn (hình 7 - 15a): phía sau ngKỡng tràn là dốc
nKớc, chiều sâu tại đầu dốc nKớc, cuối ngKỡng tràn sẽ là độ sâu phân giới h
pg
, do đó
đKờng mặt trong dốc sẽ là đKờng nKớc đổ b
II

. Nếu dốc nKớc dài, độ sâu tại đoạn cuối sẽ
dần dần tiệm cận với đKờng N - N, tức là gần bằng độ sâu chảy đều.
- TrKờng hợp có ngKỡng tràn thấp (hình 7 - 15b): trong trKờng hợp này, độ sâu co
hẹp sau ngKỡng h
c
> h
o
, nên trong dốc có đKờng nKớc đổ b
II
.
- TrKờng hợp có ngKỡng tràn cao (hình 7 - 15c): ngKỡng tràn có thể là đập tràn
đỉnh rộng, ngKỡng cao nên có luồng nKớc đổ xuống đầu dốc, hình thành đoạn co hẹp
h
c
< h
o
, do đó dốc có đKờng nKớc dâng c
II
.
Nếu ngKỡng tràn là đập tràn thực dụng thì điều này là chắc chắn.
B - công trình tháo lũ 297


- TrKờng hợp có cửa van điều tiết (hình 7 -16): nếu phần vào của dốc nKớc làm
theo sơ đồ chảy dKới cửa van, và có một đoạn chuyển tiếp i = 0, tùy theo độ sâu ở đoạn
cuối chuyển tiếp, trên dốc nKớc sẽ hình thành đKờng nKớc đổ b
II
(khi h
1
> h

o
), hoặc
đKờng nKớc dâng c
II
(khi h
1
< h
o
). Khi h
1
> h
o
, trong đoạn này có nKớc nhảy.
ĐKờng mặt nKớc trong dốc nKớc có thể tính theo phKơng pháp cộng trực tiếp hoặc
phKơng pháp số mũ thủy lực của B.A. Bahmêtep.

h
h
o
h
c
h
1
h
o
a)
h
o
h
c

b)
h
1
a)
b)
c)


<=$5 >?@l+ *u CM B1$5 B&m$ CDE$.
6ặB $Dg8 %I: $.Dn$. B0F$
a) Không có ngKỡng tràn;
b) NgKỡng tràn thấp; c) NgKỡng tràn cao.
<=$5 >?@o. *u CM B1$5 B&m$ CDE$. 6ặB
$Dg8 %I: $.Dn$. B0F$ 8~ 8ửI
a) Đoạn chuyển tiếp dài;
b) Đoạn chuyển tiếp ngắn.

* Ph-ơng pháp cộng trực tiếp

D
L =
Ji

-
'
(7 - 13)
với:
22
21
21

vv
hh
2g2g
ổửổử
aa
D'=+-+
ỗữỗữ
ỗữỗữ
ốứốứ
;
i - độ dốc của dốc nKớc;

ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
+=
2
2
2
2
2
2
1
2
1

2
1
2
RC
Q
RC
Q
2
1
J .

Chỉ số "1" là của mặt cắt đầu, chỉ số "2" là của mặt cắt cuối của đoạn dốc nKớc
tính toán (hình 7 - 17).
Việc tính toán đKợc thực hiện tuần tự từ đoạn đầu đến đoạn cuối dốc nKớc.


298 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 2
1
D
L
i
1
V
1
1
h
2
V
2
2

2
h


<=$5 >?@>+ *u CM B1$5 B5sa ib8 GA8 $Dg8

* Ph-ơng pháp số mũ thủy lực
Từ phKơng trình vi phân cơ bản viết cho dòng chảy ổn định trong kênh hở có độ
dốc đáy i (hình 7-17) ta có phKơng trình (7-14):

Fr1
Ji
g
BQ
1
K
Q
i
dl
dh
3
2
2
2
-
-
=
-
-
= , (7 - 14)

trong đó: K = f(h) = Cw R .

Nếu thay hàm K = f(h) bằng hàm số mũ K
2
ằ Ah
x
, nhận thấy trong một đoạn dòng
không đều, h thay đổi thì x cũng thay đổi theo, nhKng rất ít, do đó có thể chọn một trị
số x trung bình:
x = 2
h"lgh'lg
K"lgK'lg
-
-

Đặt J =
x
BC
.
y
i
2
và biến đổi sẽ đKợc phKơng trình đKờng mặt nKớc sau đây:
- Khi i > 0: )]()()[j1()(l
h
i
121221
0
j-j =
-

(7-15)
- Khi i = 0: )]()[()i)(j(l
h
i
1212
k
21
k
k
=
-
(7-16)
trong đó:
o
h
h
=h ; h
0
- độ sâu chảy đều;

j
(
h
) - hàm số phụ thuộc x, có trong các giáo trình thủy lực hoặc sổ tay thủy lực;
i
x
, h
k
- độ dốc và độ sâu phân giới;

y
(
x
) - hàm số phụ thuộc x, có cho trong các giáo trình thủy lực.

x
BC
.
g
i
j
2
k
k
=
B - công trình tháo lũ 299


b) Đối với dốc n-ớc có chiều rộng đáy thay đổi dần
Trong trKờng hợp này có thể dùng phKơng pháp cộng trực tiếp để tính toán song
cần chú ý tại mặt cắt tính toán nào thì lấy bề rộng đáy chính tại mặt cắt đó.
Dốc nKớc có chiều rộng đáy thay đổi dần có thể có các điều kiện sau đây:
- Chiều rộng thay đổi dần nhKng chiều sâu không thay đổi, tức là đKờng biên có
chiều cao không đổi. TrKờng hợp này có thể tính nhK trên, hoặc có thể dùng phKơng
pháp của V.Đ. Zyurin:

( ) ( )
[ ]
12
21

21
tb
2


bb
g
c
l j-j
-
-
ữ
ữ
ứ
ử
ỗ
ỗ
ố
ổ
=D (7 - 17)
trong đó:
(
)
hj - hàm số xác định theo bảng của phụ lục các giáo trình thủy lực
với số mũ thủy lực x = 2.
,
K
K

0

1
1
= ,
K
K

0
2
2
=
i
Q
K
0
= .
- Dốc nKớc có chiều rộng thay đổi, còn chiều sâu có thể thay đổi theo quy luật
đKờng thẳng, hoặc cột nKớc lKu tốc thay đổi theo quy luật đKờng thẳng. Trong thiết kế
dốc nKớc, thực tế ít dùng những điều kiện biên phức tạp nhK vậy, nhKng có thể dùng
phKơng trình B.T. Emtxep để tính.

c) Tính toán đoạn thu hẹp ở đầu dốc n-ớc

Dốc nKớc có chiều rộng thay đổi dần tuy tiết kiệm đKợc khối lKợng công trình,
nhKng thi công trên tuyến dài phức tạp. ThKờng thiết kế đKờng tràn tháo lũ có đoạn thu
hẹp sau ngKỡng tràn, trKớc khi đi vào dốc nKớc (hình 7-18) còn nhằm khắc phục một số
hiện tKợng thủy lực bất lợi trên dốc nKớc.

I
1
pg

h
1
2
pg
h
i

>

i
p
g
4
2
b)
1
B
1
2
I - I
3
2
a
v
2g
2
B
43
BB
a)

3
4
+h
$=
2g
a
v
pg
2
q
I


<=$5 >?@t+ *u CM B1$5 B&m$ C&'$ B5: 5T L Ck: GA8 $Dg8
a) Mặt bằng; b) Cắt theo trục;
1- kênh dẫn; 2- ngKỡng tràn; 3- đoạn thu hẹp; 4- dốc nKớc.