Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu thực nghiệm chế độ nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tràn xả lũ Bình Điền

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.74 MB, 141 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRAN TRUNG DUNG

Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thuỷ Ma số: 60.58.40

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Thi Nhật

GS.TS Phạm Ngọc Quý

HÀ NỘI - 2013

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Luận văn Thạc sĩ kỹ thu:chuyên nghành Xây dựng cơng trình thuỷ với

dé tài: “Nghién cứu thực nghiệm chế độ nối tiếp và năng hạ lưu cơng.

trình tràn xã lũ Bình Điền” được hồn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu

quả của Phịng dao tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Cơng trình, cùng các

thầy cơ giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Tác giá xin tỏ lòng biết ơn chân thành cơ quan đơn vị và các cá

nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tải liệu đã công bé cũng như. tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoan thành luận văn.

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết on sâu sắc đến GS.TS. Phạm Ngọc Quý và TS. Lê Thị Nhật đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tinh cho tác giả

trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả có được kết quả như hơm nay là nhờ vào sự chỉ bảo ân cẳn của.

các thầy cô giáo, cũng như sự động viên cỗ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè va đồng nghiệp trong thời gian qua.

Với thời gian và trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến. của các thầy cơ giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bẻ đồng nghiệp.

Luận văn được hồn thành tại Khoa cơng trình và Phịng đào tạo Đại họcvà sau Đại hoe, Trường Đại học Thuỷ Lợi

Hà Nội, Ngày tháng năm 2013Hoe viên cao học

Trần Trung Dang

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Ho và tên học viên: Trin Trung Dũng

Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu thực nghiệm chế độ nối tiếp và tiêu năng hạ lưu cơng trình tràn xả lũ Bình Điền”

Tơi xin cam đoan dé tài luận văn của tơi hồn tồn do tơi làm. Những kết

quả nghiên cứu, tính tốn là trung thực, khơng sao chép từ bắt cứ nguồn thôngtin nao khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toản chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ

inh thức ky luật nào của Khoa và Nhà trường

‘Tran Trung Dũng.

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

"Ngày nay, ở Việt Nam việc xây dung các hd chứa nước phục vu cho việc cấp nước sinh hoạt, phát điện, nuôi trồng thủy sản, đáp ứng nhu cầu nước tưới cho nông nghiệp... ngày càng phd biến. Trong cơng trình đầu mối hé chứa.

nước ngoài các hạng mục như đập, cổng lấy nước... thi tràn xã lũ là một hang

mục quan trọng trong hệ thống. Tran có nhiệm vụ tháo nước thừa về mia lũ, khống chế mực nước thượng lưu không cho vượt quá mức nước cho phép tương ứng với tần suất xả lũ thiết kể. Dé đảm bảo cho tràn xả lũ làm việc bình. thường là rắt quan trong, khơng những đảm bảo an tồn cho bản thân của cơng trình đầu mối ma cịn cho cả lưu vực hạ lưu.

Nước chảy qua cơng trình tháo thưởng là đồng chảy xiết có lưu tốc lớn,dong chảy đó có năng lượng thừa lớn. Khi chảy xuống hạ lưu, dịng chảy có

thé gây ra x6i lỡ lịng dẫn nếu khơng được gia cỗ đẩy đủ. Từ đó có thé làm. mat én định của cơng trình. Bởi vậy phải chuyển dịng chảy xiết thành dong chảy êm nghĩa là tạo ra nước nhảy ở hạ lưu. Trang thái thủy lực nối tiếp có nước nhảy diễn ra rit phức tạp, gây nên các sự cổ lớn và phổ biến, ảnh hưởng tram trọng đến độ bền và tuổi thọ của cơng trình.

Khi xây dựng cơng trình dâng nước mục nước trước cơng trình tăng lên

dẫn đến thé nang dịng nước tăng lên. Khi dong chảy đồ từ thượng lưu về hạ

lưu thé nang đó chuyển hóa thành động năng, một phần động năng phục hồi. thành thé năng (bằng mye nước hạ lưu), phần còn lại (gọi là năng lượng thửa) nếu khơng có giải pháp thiêu hao hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm trọng gây ảnh hưởng đến an tồn cơng trình. Thêm vào đó việc xây dựng cơng trình

thủy lợi t sơng đã phá hủy trạng thái ig tự nhiên của lịng dẫn và có iy mắt an tồn cho cơng trình.

y xói lở ở hạ lưu

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

thường được đặt ra trong thực tiễn, cần sự nghiên cứu dé ứng dụng giải quyết. Với lý do trên, việc lựa chọn dé tai: “Nghién cứu thực nghiệm chế độ. nối tiếp và tiêu năng hạ lưu cơng trình tràn xả lũ Bình Điền” nhằm tìm ra.

được hình thứcu năng phịng xói hợp lý cho một số cơng trình cụ thể là

tràn xa lũ Bình Điều — Thửa Thiên Huế. Từ kết quả nghiên cứu cơng trình cụ thể nay, có thể rút ra được những kết luận chung cho những cơng trình có điều kiện tương tự.

IL. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CUU

1.Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng hợp các kiến thức,kết qua nghiên cứu về nổi tiếp và tiêu năng

- Phân tích đánh giá lựa chọn hình thức nối tiếp va tiêu năng cho trần xả lũ Bình Điền đảm bảo an tồn

~ Kiến nghị việc sử dụng giải pháp nối tiếp và tiêu năng hữu hiệu nhất cho

khu vực nghiên cứu.

2. Phương pháp nghiên cứu

~ Điều tra, thống kê và tổng hợp thu thập tải liệu nghiên cứu đã có ở trong.

và ngồi nước có liên quan đến đề ti.

- Phân tích thực nghiệm

~ Áp dụng mơ hình thủy lực

3. Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nối tiếp và tiêu năng.

~ Các yếu tổ ảnh hưởng đến nối tiếp và tiêu năng.

- Nghiên cứu mơ hình thực nghiệt

í nghiệm

- Phân tích đánh giá kết quả

THỊ. NỘI DUNG CUA LUẬN VĂN GOM:

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Chương II. Cơ sở ly luận về tính tốn nồi tiếp và tiêu năng.

Nghiên cứu thực nghiệm nối tiếp và tiêu năng tràn xả lũ Bình

Chương IV. Kết luận và ki nghị“Tài liệu tham khảo.

Phụ lục

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

1.4.Tẳng quan vỀ n tị

iép và tiêu năng.

sTéng quan:

Khi xây dựng cơng trình trang, trên kênh thi mực nước phía trướccơng trình sẽ dâng lên nghĩa là thé năng của dong nước sẽ tăng lên, Khi

đông chảy đồ từ thượng lưu về hạ lưu thé năng đó chuyển hóa thành động năng, một phần động năng phục hơi thành thé năng (bằng mye nước hạ lưu),

còn lại (gọi là năng lượng thừa).

Hình 1.1, Các hình thức nổi tiếp dịng cháy ở hạ lưu.

Ví dụ: nếu dịng chảy đó có lưu lượng riêng q, lưu tốc ở chân đập v = Ø2, lưu tốc ở mặt cắt gặp sông thiên nhign là vo thì phần năng

lượng từ chân đập đến khi gặp sơng thiên nhiên dưới tính bằng:

E=yq (q,H) (trên Im chiề

dai) (1.9)

Phin năng lượng đó được tiêu hao một phần do. khắc phục những lực cản trong nội bộ ding chảy ( ma sát nội bộ, khuyếch tin dịng chảy, hình thành nước quản, xốy nước, nước va...) một phần do ma sát giữa mặt dong

chảy với khí trời, và một phần khá lớn sẽ tiêu hao trong việc bào mịn đáy,

xơng và hai bờ hạ lưu đập, gây nên xói lở cục bộ. Nếu khơng có giải pháp

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hiện tượng xói lở đó không chỉ xây ra trên nên đất mà ngay cả đối với nên đá, thậm chí nền đá tốt. Bởi vì trong nền đá thường có các khe nứt phân nền đá thành những khối nhỏ, dưới tác dụng của dịng chảy, có lưu tốc lớn,

nền đá sẽ bị bảo mịn thành hồ xói. Vấn đề x6i lở ở hạ lưu cơng trình là một

trong những ngun nhân chủ yếu nhất làm sạt lở cơng trình. Nhưng nếu

những trở lực trong nội bộ dòng chảy tăng lên, phần năng lượng bị tiêu hao

cảng nhiễu, việc xói lở cục bộ ở hạ lưu cơng trình sẽ bị hạn chế.

Tap hợp mọi hiện tượng thủy lực nay sinh trong quá trình nước nhảy từ

thượng lưu về chân hạ lưu cơng trình thủy lợi gọi là nói tiếp thượng hạ lưu.

cơng trình thủy lợi. Dịng chảy từ thượng lưu qua ngường trằn(có hoặc

khơng có cửa van) nổi tiếp với dịng chảy ở hạ lưu cơng trình bằng các hình.

thức khác nhau: nỗi tiếp chay đáy, nối tiếp chảy mặt, nồi tiếp dòng phun.

Bang 1.1. Các hình thức tiêu năng của một số cơng trình thuỷ lợi, thủy

điện nước ta

TT 'Tên cơng trình Hình thức tiêu năng

1 | Hỗ chứa nước Ngàn Trươi - Hà Tinh Tiêu năng đáy. 2. | Hỗ chứa nước Khe Dita - Thanh Hoá Tiêu năng đáy.

3 | Hỗ chứa nước Khe R6 I và 2 - Quảng Trị “Tiêu năng diy

4 | Hỗ chứa nước Chúc Bai Sơn - Quảng Ninh Tiêu năng đáy. 5_ | Hỗ chứa nước Đồng Bò - Quảng Nam. Tiêu năng đáy.

6 | Hỗ chứa nước ALưới - Thừa Thiên Huế “Tiêu năng diy

7_ | Hỗ chứa nước Khuôn Pin - Lạng Sơn Tiêu năng đáy.

8 | Cơng trình thủy điện Đại Ninh ~ Bình Thuận Tiêu năng phóng xa9 Cơng trình thủy điện Valy = Gia Lainăng phóng xa

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

12 | Hồ chứa nước Dau Ting - Tây Ninh. "Tiêu năng phóng xa“Tiêu năng mặt và tiêu13 | Cơng trình thủy điện Sơn La ~ Sơn La

năng day

“Tiêu năng mặt và14 | Cơng trình thủy điện Định Bình - Binh Định.

năng day

15 | Hỗ chứa nước Suối Chi - Quảng Ngãi “Tiêu năng mặt

Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau cơng trình.

* Cơng trình thuỷ điện Tun Quang:

Hình 1.2. Cơng trình thuỷ điện Tun Quang ~ Tiêu năng phóng xaCơng trình thủy điện Tun Quang

(khơng tràn) cao 97,3m; trần xã lũ có 2 phần xả mặt 4(15x15,15m) và xả đây 8(4,5x6m); nhà máy thủy điện có 3 tổ máy.

có 3 hạng mục chính: Đập chính

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

ở cao trình +499,12 ( thấp hơn MNDBT 15,88 m ). Hình thước ngưỡng tràn

Ofixérop, p sau ngưỡng trin là đốc nước có độ dốc thay đổi và tiêu

năng mũi phun. Lưu lượng xả lớn nhất la 17.400 m3/s

* Cơng trình thuỷ điện Đại Ninh ~ Bình Thuận:

Hình 1.4. Hình thức tiêu năng phơng xa

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 1.5. Hình thức tiêu năng phỏng xa

Đập tràn: Đập tran trọng lực, tiêu năng bằng mũi phun. Cao trình ngưỡng, tran +574m (thấp hon MNDBT 16m), có 5 cửa kích thước, mỗi cửa b x h = 15 x 16 (m). Cửa van hình cung có b x h = 15 x 16,5 (m). Đóng mé bằng

xilanh thủy lực với sức nâng: 2 x 160T mỗi cửa

* Công trình thủy điện Sơn La:

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

6x(15x13)m (6 cửa xa mặt ở phía trên bên trái anh),

Hình 1.7. Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng day

Dung tích hữu ích: 170 x 106 m3. Đập chính L: 380 m. Chiềucao đập: 54 m. Dich tưới: 7.800 Hạ,

*Cơng trình thủy điện Bình Điền - Thừa Thiên Huế

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 1.9, Tràn xả lũ ho chứa nước Đá Den

Dap tràn mặt cắt thực dụng Ophixérép, tiều năng day với các thông số:

- Cao độ đỉnh trần :+39.0m

- Chiều rộng tran :nx(BxH) = 2x(7x7)m_ ~ Kết cấu tiêu năng : Bé tiêu năng, bậc thụt.

1.1.2.Các dang nối iếp dòng chảy từ đập tràn xuống hạ lưu:

Hình 1.10. Các hình thức nỗi

tiếp dòng chảy ở hạ lưu.

dong mặt ngập,

d. Nối tiếp phóng xa 1.1.2.1.Nấi tiếp dịng chảy đáy:

Là dong chảy từ mat tràn xuống (hoặc từ cổng tháo ra) chảy sát vào đáy

sân sau và khuyếch tán dan theo trục đứng lên phải mặt, hình thành xốy.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

nước trên mặt. Lưu tốc của phan đáy lớn. Trường hợp này thường xây ra khi chân đập nồi tiếp bằng bán kính cong tiếp tuyến với bé mặt sân sau.

Hình 1.11. Sơ đồ tính tốn nổi tiếp chảy đáp

Trường hợp I: Dòng chảy ở hạ lưu là đồng chảy êm

"Trong trường hợp nay đồng chảy qua ngưỡng tràn đỗ xuống hạ lưu xuất hiện mat cat co hẹp C-C, Tại mặt cắt co hẹp, độ sâu dòng chảy (h.) là nhỏ.

nhất và lưu tốc đạt giá trị lớn nhất. Khi đó có h,< hy do vậy nổi tiếp chảy đáy

trong trường hợp này bắt buộc phải qua nước nhảy. Gọi hZ là độ sâu liên hiệp với h, và h là độ sâu liên hiệp với hạ

Nếu hệ = hạ (hay hj, = h„) có nước nhảy tại chỗ, năng lượng thừa sẽ

tiêu hao một phần lớn bởi nước nhảy. Dạng nước nhảy này không én định.

! > hạ (hay he < hị) có nước nhảy phóng xa, năng lượng thừa sẽ

tiêu hao bằng tổn thất dọc đường ở đaonj nước dâng và bằng nước nhảy.

Nếu hệ < hy (hay he > hj) ta cô nước chảy ngập. Mức độ ngập được

đặc trưng bởi hệ số ngập ¢ =

Trong trường hợp này dịng chảy ở hạ lưu khơng qua nước nhảy. So

sánh độ sâu hẹp h. với độ sâu bình thường của dịng chảy trong kênh dẫn hạ lưu, có các dạng nổi

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Nếu h, = ho ngay tại mat cắt co hẹp thi có dịng chảy đều (với hạ là độ sâu chảy đều).

Nếu h, > ho sau mặt cắt co hẹp độ sâu dòng chảy sẽ giảm dan và hình.

thành đường nước đổ b„

Nếu h, < ho sau mặt cắt co hẹp, độ sâu dịng chảy tăng din và có đường nước dâng c;

1.1.2.2.N6i tiép dòng chảy mặt

Là dòng chảy từ chân đập nằm cao hơn nén dé xuống, khuyếch tán theo trục đứng xuống phía dưới, hình thành xốy nước ở day sát chân đập. Lưu tốc ở phần mặt lớn. Trường hợp này thường xây ra nếu mũi phun ở chân đập

làm cao hơn nền, nhưng cao trình tại đó thấp hơn mực nước hạ lưu.

Hình 1.12. Nỗi tiếp chảy mặt

Tay theo mức nước ở hạ lưu, lưu lượng, kích thước va hình dạng bậc có

thể xuất hiện nhiều dang nồi tiếp khác nhau:

Khi độ sâu mực nước hạ lưu không lớn, ding chảy ra khỏi bậc vẫn ở,

trạng thái chảy day.

Khi độ sâu mye nước ha lưu tăng lên mức độ nào đó thi dịng chảykhơng đi xuống đáy nữa ma phóng xa theo hướng lên mặt thống hình thành.

đồng chảy mặt không ngập. Dạng này tồn tại trong phạm vi hy thay đổi khá.

Khi hạ tiếp tục tăng đến một lúc nào đó thì có dạng nối tiếp mặt đáy

khơng ngập. Ở khu vực đầu là trạng thái chảy mặt, khu vực sau là trạng thái

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

chảy đáy. Dạng này là trung gian, không ổn định, chi tổn tai trong phạm vi thay đổi rất nhỏ của độ sâu hạ lưu.

Nối tiếp chảy mặt ngập: Khi trên bậc có khu chảy cuộn và lưu tốc lớn nhất của dòng chảy xuất hiện ở trên mặt. Đây là dạng nối tiếp én định và tồn

tại trên phạm vi thay đổi độ sâu hạ lưu khá lớn.

Trong nỗi tiếp chảy mat, khi bậc có bản kính cong ngược khá lớn sẽ

hình thành cuộn nước dang phéu gọi là dịng phéu. Nồi tiếp dang này tiêu hao năng lượng khá lớn. Nối tiếp dịng phéu có: dịng phéu giới hạn (ngồi

bộ phận xốy cuộn ở đáy cịn có xốy quản theo chiều ngang); đồng phẫu

chìm (khí hạ tiếp tục tăng cao, vượt quá giới hạn trên của én định dòng phéu, nước trong khối phéu cảng xoáy cuộn). Trạng thai dong phẫu là q trình

chun hóa của dịng chảy mặt khi lưu lượng qua trin thay đổi.

Nổi tiếp chảy đáy hồi phục: Trong trường hợp này bậc nước khơng cịn

tác dụng,

Nói chung nối tiếp chảy mặt có khả năng tiêu hao năng lượng rất lớn ‘qua khu nước nhảy cuộn của day và ở mặt, lưu tốc ở đáy bé khơng gây xói lở nghiêm trọng. Trong các dạng nối tiếp nêu trên thì tốt nhất là nối tiếp chảy. mặt khơng ngập, cịn chế độ chảy mặt ngập cũng tốt cho việc chống xói ở hạ

ưu nhưng có nhược điểm là có khu xốy cuộc trên mỗi bậc, làm cho các vật

rin lẫn trong dong nước khơng thốt ngay được xuống hạ lưu mà bị cuốn

trong khu xoáy cuộn và đập vào cơng trình.

1.1.2.3.Néi tiếp đồng chảy phun xe.

Là một trường hợp của dòng chảy rơi tự do, khi mũi phun nằm cao hon

mực nước hạ lưu, phía dưới dịng nước phun là khơng khí

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Các công thức lý luận xác định L sai khác với thực tế vì:

= Các giá trị Ø,đọ, V chỉ là giá trị gin đúng

- Chưa tính đến bán kính cong ngược R của mũi phun

‘hua dé cập đến khoảng cách từ điểm thấp nhất của đoạn cong đến

đình mũi phun, mức độ mở rộng của dòng phun, hiện tượng trộn khí, sức cảncủa khơng khí

Để tinh giá t gần đúng của chiều dai đơng phun, hiện nay có nhiều cơng thức. Mỗi công thức đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng khác nhau do đó mức độ chính xác cảu mỗi công thức phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thé. Vì

vậy khi tính tốn phái phân tích và lựa chọn cơng thức tính phù hợp.¥ Xung vỗ hạ lưu

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Dòng chảy tir trên cao đỗ xuống tạo xung vỗ vao các tảng đá hạ lưu, vỗ mạnh xuống tận nền va bờ, làm cho nén bị rạn, rồi nứt lở và cuối củng dẫn. đến phá hoại từng chỗ. Q trình đó lặp lại và phát triển dẫn đến vết nứt mở

rộng và nền bị phá hoại. Đó là giai đoạn đầu của sự hình thành xói.

“Xung vỗ mạnh có thể kéo theo những ting đá bị bóc lên, thốt khỏi vị trí và bị dong chảy mang về bạ lưu, tạo cho hồ xói phát triển.

Xung vỗ kéo dai, hỗ xói sâu rộng dan, động nang của nước giảm nhỏ đến mức không phá hoại nền được nữa. Khi đó hình thành trang thái cân bằng của hồ xói.

Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển hồ xói là địa hình, địa chat, hình thức cơng trình nối tiếp, mực nước hạ lưu, quy trình vận

hành. Chưa có nghiên cứu nhiều về sự hình thành, phát triển hồ xói trong, nên đá dưới tác dụng của xung vỗ.

* Chiều sâu hỗ x6i

Khó có thể có cơng thức thuần túy lý luận xác định chiều sâu hố xói.

Chi có thể có các công thức thực nghiệm được thiết lập trong những điều

kiện nhất định và một phạm vi ứng dụng nhất định.

Dang chung thường gặp của công thức thực nghiệm xác định chiều sâu hồ xi là:

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

T=KqTMH" qay

'Với:. T- chiều sâu hồ xói tinh từ mực nước hạ lưusạc lưu lượng đơn vị

He chênh lệch mực nước thượng hạ lưu

mụn ~ các số mũ, có thể xác định được bằng thực nghiệm

K — hệ số địa chất nền. Khi đá có kết cấu sa thạch hồn chỉnh,

khoảng cách các vân lớn, ít rạn nứt, rắn chắc, khả năng

kháng xung tốt thì K nhỏv Vị trí của hỗ xói

u nhất của hỗ xói bình thường là tại nơi dịng nước va đập

xuống nên. Nhưng có thể diễn ra khơng ứng với nước rơi xuống mà la nơi có.

địa chất yêu,

1.1.3. Các dạng tiêu năng ở hạ lưu đập.

Các nguyên tắc để tiêu năng ở hạ lưu đập: + Nang lượng thừa tiêu tán bằng nội ma sát.

‘+ Năng lượng thừa được tiêu hao bằng xáo trộn với không khí bằng khuyéch tán theo phương đứng và phương ngang.

Các hình thức tiêu năng thường được ap dụng là tiêu năng đáy, tiêu năngphóng xa, tiêu năng mặt và các hình thức tiêu năng đặc biệt. Tiêu năng đáycó các hình thức đảo bị +, xây tường, bể tường kết hợp.

1.1.3.1.Tiéu năng khi có dịng đầy

T năng theo kiểu dịng chảy đáy là loại thường gặp, nhất là trong.

trường hợp đập trần cột nước thấp và trung bình trên nền mềm. Dịng chảy

day là dịng xiết nói tiếp với dịng cháy êm của khúc sơng hạ lưu bằng hình thức nước nhảy (tức xoáy nước trục ngang nằm trên mặt). Trong phạm vi nước nhảy có thể tiêu hao đến 60-65% năng lượng từ thượng lưu chuyển. xuống

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Trong trường hợp dòng chảy đáy, lúc nào cũng phải cố gắng tạo nên nước nhảy ngập để rút ngắt chiều dài sâu sau cần gia cố vì lưu tốc ở phần đáy rất lớn.

- Điều kiện áp dụng: Dùng với cột nước thấp; nền hạ lưu cơng trình tương đối kém; độ sâu hạ lưu hạ thay đồi trong phạm vi lớn.

- Các hình thức tiêu năng dịng day: Hình thức bé tiêu năng (hình 1-15a),

tường tiêu năng (hình 1-15b), bể tường kết hợp (hình 1-15c).

- Ưu điển

~ Nhược điểm: Khi cột nước cao, he" rat lớn, yêu cầu chiều sâu nước ở : Biện pháp này có hiệu quả tốt và được ứng dụng rộng rai. hạ lưu tương đối lớn, như vậy sân sau cần phải đào sâu và gia cổ nhiều. Trong. trường hợp này hình thức tiêu năng đáy khơng kinh tế.

Điều kiện ứng dụng của tiêu năng dong mặt, dòng phéu là chiều sâu.

mặc nước hạ lưu én định và lớn hơn độ sâu liên hiệp thứ hai (h.>h, `; dùng

với lưu lượng lớn nhưng chênh lệch đầu nước thượng hạ lưu không lớn, bờ ở hạ lưu có khả năng én định, chống xói tốt.

Bé trí và tính tốn tiêu nang dịng mat

- Điều kiện áp dụng:

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

+ Nén hạ lưu cơng trình bình thưởng; bậc thụt ở hạ lưu cơng trình có đình bậc thấp hơn mực nước hạ lưu (MNHL)

+ Để chế độ nối tiếp chảy mặt được ổn định thi:

4.202 (a: chiều cao bậc, P: chiều cao tein) (1.4)

+ Lưu lượng qua cơng trình vừa và lớn nhưng chênh lệch mực nướcthượng hạ lưu không lớn;

+ Bờ sơng ở hạ lưu cơng trình tương đối ồn định.

- Các hình thức tiêu nang dong đáy: Hình thức nối tiếp cháy mặt không

ngập, nối tiếp chảy mặt ngập tạo ra khu xốy cuộn tác động xấu vào mặt

cơng trình.

~ Ưu điểm: Biện pháp này có hiệu quả tiêu năng khơng kém hơn nhiều so với tiêu năng dịng day. Chiều dài sân sau thường ngắn hơn (1/5 +1⁄2) lần,

đồng thời lưu tốc ở đáy nhỏ nên chiểu dày gia cố bé, thậm chí trên nền đácứng khơng cẳn làm sân sau, Ngồi ra, có thé tháo vật nỗi ma không sợ hỏng

ân sau.

~ Nhược điểm: Làm việc không én định khi MNHL thay đổi nhiều; ở hạ

ưu có sóng nên ảnh hưởng đến sự làm việc của các cơng trình khác như thủyđiện, âu tàu... và gây xói lở bờ sơng.

1.1.3.3.Tiéu năng khi có đồng phun xa.- Điều kiện áp dụng

+ Cơng trình có cột nước trung bình và lớn, địa hình thuận lợi

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

+ Đỉnh mũi phun phải cao hon MNHL ax

+ Chiều cao cột nước trước đập phải đủ lớn dé tạo ra dịng phun phóng xa

+ MNHL đủ lớn dé chiều sâu hồ xói khơng lớn q.

- Các loại mũi phun: Mũi phun liên tục (hình 1-17a), mũi phun khơngliên tục (hình 1-17b)

~ Ưu điểm: Dòng chảy được tiêu hao năng lượng rit lớn trong khơng khí

nên giảm năng lực xối long sơng và giảm ảnh hưởng nguy hại đến an tồn đập. - Nhược điểm: Khi đập thấp chiều dai phóng xa ngắn, dùng hình thức. tiêu năng nay sẽ bị hạn chế.

Ð) Mũi phun khơng liên tục

Hình 1.17. Cúc hình thức mai phun trong tiêu năng phống xa1.2.Các nghiên cứu trong nước

G nước ta việc khai thác sử dụng cơ năng của dong nước đã có từ lâu, nhưng chi từ đầu thé ky 20 mới phát triển mạnh mẽ. Hàng nghìn năm về

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

trước, tổ tiên ta cũng như một số dân tộc Ai cập, Trung Quốc đã biết lợi

dung cơ năng của đồng nước để xay lúa, giã gạo và làm con nước lên caophục vụ nông nghiệp

Ở nước ta, từ sau năm 1975, việc xây dựng các hồ và đập chứa phát

triển khá mạnh. Tính đến hết năm 2011, cả nước có 6830 hồ chứa nước thủy.

lợi các loại và hơn 10.000 đập dâng. Các hỗ, đập chứa đa mục tiêu, chủ yếu.

phục vụ phát điện và chống lũ lụt.Trong các hang mục của hồ chứa, tran xả

lũ của cơng trình thủy điện, thuỷ lợi là hạng mục cơng trình quan trọng,thường có tỷ lưu lớn, hạ lưu train là sơng cong, có đường giao (hơng và dân

sinh sống ở bờ sơng. Để có giải pháp tối ưu cho hệ thống, vấn đề đặt ra là nghiên cứu khoa học phục vụ cho an tồn hồ chứa đạt hiệu quả tối ưu và chỉ

phí bỏ ra thấp nhất

Hiện nay các biện pháp nghiên cứu đều dựa trên phương pháp lý thuyết và công thức thực nghiệm tính tốn chung cho tất cả các cơng trình. Trong

khi, thực tế mỗi cơng trình có những điều kiện về địa hình, địa chat... là rất

khác nhau, nên việc áp dụng hình thức tiêu năng sau dịng phun của từngcơng trình cũng khác nhau, nên việc nghiên cứu tiêu năng sau đồng phun chỉ

đúng khi ta nghiên cứu với mỗi cơng trình cụ thể. Ở Việt Nam, có thể nói là nghiên cứu cịn rit íLỏi và hạn chế ở một vai cơng trình cụ thé.

Trên cơ sở các nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế cũng như tham khảo

các tiêu chuẩn của nước ngoài, căn cứ vào điều kiện thực tế trong nước, hang

loạt các tiêu chuẩn tính tốn đã được đưa ra

Tac giả xin đưa ra một kết quả nghiên cứu được trích dẫn từ dé tải cắp

Bộ năm 2011

Tên dé tài: Một số kiến nghị lựa chọn kết cấu tiêu năng diy đổi với tràn

xả lũ các cơng trình thủy lợi và thủy điện

Nghiên cứu dựa trên số liệu thí nghiệm mơ hình 3 cơng trình thuỷ lợi

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

gồm: hồ chứa nước Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), hồ chứa Nước Trong (Quảng Ngãi), hồ chứa Ngân Trươi (Hà Tĩnh) và 4 công trình thuỷ điện

Sơng Tranh 3 (Quảng Nam), Sơng Bung 5 (Quảng Nam), A lưới (Thừa

Thiên Huế), Khe Bồ (Nghệ An).

Thông số thiết kế ban đầu bé tiêu năng các công trình xem bảng Phụ lục...

ie mặt

Qua số liệu đo vận tốc và thiết lập phương trình năng lượng cho

cắt trước và sau bé tiêu năng, năng lượng tiêu hao được qua bẻ tiêu năng của các cơng trình theo thiết kế ban đầu xem bảng 1.2.

Bảng 1.2. Hiệu quả tiêu năng (%) của bể tiêu năng các cơng trình theo

thiết kế ban đầu

Sông | Sông „ | Nước

QIN ALưới | Khe BS Tả Trach

Tranh 3 | Bung 5 Trong

"Nhận xét kết quả thi nghiệm phương án thiết kế ban đầu các cơng trình:

1, Số liệu đo thí nghiệm tương đối phủ hợp với số liệu thiết kế bể tiêu năng theo tính tốn lý thuyết.

2. Với các bể tiêu năng khơng có thiết bị tiêu năng phụ thi khả năng

tiêu hao năng lượng chỉ khoảng từ 30% đến 40% năng lượng dư thừa.

3. Với các bé tiêu năng có thêm các thiết bị tiêu năng phụ thì năng

lượng tiêu hao có thẻ lên đến 60%.

4. Do điều kiện lam việc của các cơng trình thuỷ lợi, thủy điện phức tạp: phía sau hạ lưu trin xã lũ thường có cầu giao thông, kênh xả nhà máy.

nên clin nghiên cứu, thiết kế bé tiêu năng hợp lý hơn nhằm đảm bảo các hang

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

mye cơng trình đó làm việc hiệu quả va an tồn.

Két quả thí nghiệm các phương án sửa đổi

Sự khác biệt giữa phương án sửa đổi và phương án thiết kế các bể tiêu nang:

~_ Cơng trình thủy điện Sơng Tranh 3: cao trình day bể nâng lên 4.0m;chiều dai và chiều rộng bé giữ ngun.

-__ Cơng trình thủy điện Sơng Bung 5: cao trình đáy bể hạ xuống 3,0m;

trong bể có bé trí thêm thiết bị tiêu năng phụ; chiều dai và chiều rộng bể giữ.

~ Cơng trình thủy điện A lưới: chuyển từ phương án tiêu năng mặt sangphương án tiêu năng day.

-_ Cơng trình thủy điện Khe Bố: chiều dài bể ngắn lại 6.0m; cao độ day

bể và chiều rộng bé giữ ngun.

= Cơng trình hồ chứa Nước Trong: cao độ đáy, chiều dài, chiều rộng bể

giữ nguyên; tường tiêu năng cao hơn PATK 1,Šm và chiều dai sân sau thứ"hai đài hơn 1.4m.

~ Céng trình hỗ chứa nước Tả Trach: cao độ đáy, chiều dai, chiều rộng bể giữ nguyên; thay 1 hàng mồ tiêu năng cho tường tiêu năng ở cuối bể.

Thơng số b tiêu năng các cơng trình theo phương án sửa đổi xem bảngPhụ lục 1.3

Tir số liệu đo trên mơ hình, phân tích, tính tốn và đánh giá hiệu quả tiêu

năng giữa phương án thiết kế ban đầu va phương án sửa đổi (xem bảng Phy

lục L4),

hận xét:

“Cơng trình thuỷ điện Sơng Tranh 3: khi nâng cao trình đáy bé tiêu năng

thì hiệu quả tiêu năng giảm.

Cong trình thuỷ điệnSơng Bung 5: sau khi đào sâu bé thêm 3,0m vàthêm 2 hàng răng tiêu năng thì hiệu quả tiêu năng qua tính tốn từ số liệu thí

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

nghiệm mơ hình nhận thay vẫn khơng thay đổi nhiều.

Cong trình thủy điện A lưới: sau khỉ chuyển từ phương án tiêu năng

nước mặt về phương án tiêu năng đáy thì hiệu quả tiêu năng đã được cải thiện

đáng kế.

Cơng trình thủy điện Khe Bỏ: chiều đài bé tiêu năng được rút ngắn tir

62,3m về 57,0m tuy nhiên hiệu quả tiêu năng gần như vẫn không thay đổi.

Cơng trình hơ chứa Nước Trong và hỗ Tả Trạch: khi thêm các hàng

răng tiêu năng va tường tiêu năng, hiệu quả tiêu năng được cải thiện rõ rột.

Trén cơ sở số liệu của các đơn vị tư van thiết kế, số liệu thí nghiệm mơ. hình thủy lực các phương án thiết kế và sửa đổi; nhóm nghiên cứu đã phân

tích, đánh giá hiệu quả tiêu năng của các dạng bé và đưa ra nhận xét như sau:1.. Công trình thủy lợi, thủy điện sử dụng hình thức tiêu năng đáy nối

tiếp sau tràn xả lũ thường có cột nước thấp (AZ < 30m); lưu lượng xả lũ tương đối lớn, tỷ lưu lượng có thể lên đến vải trăm mỶ/s/m. Hình thức tiêu

năng day thích hợp khi địa hình vùng cơng trình có lịng sơng rộng, hai bờ

thoải, lịng khơng ngoằn ngo, địa chất nền đá yếu,

2. Với các bé tiêu năng mặt cắt ngang khơng đổi, kích thước bể được.

tính tốn theo lý thuyết, trong bể khơng có các thiết bị tiêu năng phụ thỉ khả năng tiêu hao năng lượng chỉ được từ 30 | 40%. Khi bé có thêm thiết bị tiêu

năng phụ thi năng lượng tiêu hao tăng lên đóng kể từ 40 ~ 60%. Đối với cáccơng trình thuỷ lợi, cơng trình tiêu năng thường thiết kế theo hướng cảng tid

năng được nhiều năng lượng cảng tốt để giảm gánh nặng cho việc gia cổ bởi

sau cơng trình. Tuy nhiên, đối với cơng trình thuỷ điện nhất là các cơng trìnhthuỷ điện vừa và nhỏ, ngay sau hạ lưu thường là kênh xả của nhà máy, việcdang mức nước trong bể có thé ảnh hưởng đến năng lượng của nha máy thuỷđiện, hoặc gây ra sóng lớn hay dịng quan lại trong kênh xả, hoặc kéo theo

tường phân dòng giữa kênh xả nhà máy và bể tiêu năng quá cao nên bể tiêu

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

năng có thé phải thiết kế theo hướng day bớt năng lượng dong tran ra phía

3. Các bể tiêu năng có thêm thiết bị tiêu năng phụ: số liệu thí nghiệm cho thấy chiều cao sóng hạ lưu giảm tới gần 50% so với bể khi chưa có thiết bị tiêu năng phụ. Khi thiết kế các thiết bị tiêu năng phụ, việc lựa chọn hình

dang, kích thước, vị trí của các chỉ tiết nay theo các hướng dẫn hiện hành chỉ

mang tính định hướng. Để có được tính hợp lý cũng cần phải tiến hành thí

nghiệm mơ hình để lựa chọn vi bai tốn trong trường hợp nảy là bai tốn 3

chiều rit phức tap, khơng thể giải quyết trên cơ sở lý thuyết.

4, Do đồng chảy qua bể tiêu năng có 2 tường bên thẳng đứng không được khuếch tán theo phương ngang nên bể có dạng mặt cắt ngang chữ nhật

có hiệu quả tiêu năng kém hon so với bể có hai tường bên vat mái nghiêng.

Việc lựa chọn mặt cắt ngang của bể phụ thuộc vào điều kiện địa hình,

địa chất nên và bố trí tổng thé cơng trình, Do đó đối với bể có mat cắt ngang chữ nhật, để tăng hiệu quả tiêu năng của bẻ thi cần tăng chiều dày lớp nước

trong bé.

5. Với các cơng trình có dạng bé trí mặt bằng có kênh xả nhà máy thuỷ điện ngay sát cạnh cơng trình trần ở hạ lưu, mấy năm gin đây, tiêu năng bể

vẫn được lựa chọn với các cơng trình xả có cột nước cao, lưu lượng đơn vị

lớn, nền hạ lưu là nền đá cứng chắc thay cho tiêu năng dòng phun như vẫn thường lựa chọn trước đây nhất là ở những cơng trình có mặt bằng hạ lưu

hẹp (ví dụ như cơng trình Thuỷ điện Xaiano-Susenk ở Liên Bang Nga...).

Trong trường hợp này, tiêu năng bể có thể có nhiều ưu thé hơn như giảm dao

động sóng, giảm nước dénh ở hạ lưu sau nhà máy thuỷ điện, giảm đáng kểlưu tốc dòng chảy trong khoảng 1000m ở hạ lưu (giảm gia cố bd), khơng,hình thành bai trim tích sau cửa ra nhà máy, giảm khối lượng chốc tường,

phân dịng trên trần cũng như ở hạ lưu... Tuy nhiên, do cột nước cao dẫn đến

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

chiều day bản đáy bể lớn có thé đến hơn 10m bê tơng cốt thép, bởi vậy trong. trường hợp này yếu tế kinh tế thường quyết định cho việc lựa chọn hợp lý sau

khi đã tiến hành thí nghiệm mơ hình thuỷ lực để lựa chọn giải pháp hợp lý. 6. Với các bể nối tiếp bởi đốc nước: lưu tốc dòng chảy day trong bể rất lớn nên kiến nghị cẳn có bigp pháp gia có đáy bé và bắt buộc thiết kế thiết bị

tiêu năng phụ như răng, mé hoặc tường tiêu năng (xem thiết kế của cơng

trình hồ chứa nước Tả Trạch). Điều này hoàn toàn phủ hợp với quy phạm thiết kế đập bé tông trong lực (DL 5108 -1999) của Trung Quốc.

7. Việc đóng mở các cửa van trin cũng là yếu tổ quan trọng giữ cho việc tiêu năng trong bể được hiệu quả và an tồn. Nhiều cơng trình tiêu năng bể bị hư hỏng phá hoại do vận hành khơng đều các cửa van. Ví dụ như ở Trung

Quốc có các cơng trình Phổ Kỳ, Lãng Than Tân, Đại Hiệp, Mã Tính

Than..đều bị hư hỏng cục bộ khi thao tác vận hành không đồng bộ, đồng

đều, không đối xứng gây ra dòng chảy lệch quá lớn trong bề và hạ lưu.

Trén đây là một kết quả nghiên cứu trong số hàng ngàn các nghiên cứu về nối tiếp và tiêu năng ma trong phạm vi của luận văn này khơng thé nhắc hết được Lý thuyết tính tốn, thiết kế cơng trình tiêu năng khá đầy đủ, tuy nhiên chỉ được áp dụng trong điều kiện bai tốn phẳng. Đặc điểm cơng trình xa lũ

nối tiếp tiêu năng thường rit phúc tạp và liên quan đến công trình phụ trợ, Do

đó địi hỏi cdn có thêm thí nghiệm mơ hình dé tim ra kết cấu tiêu năng hợp ly đối với các cơng trình quan trọng hoặc có đặc điểm bố trí phức tạp.

1.3.Các nghiên cứu ngoi

Việc phát trié

š thủy lợi đã có từ rất lâu nhưng việc đưa ra các cơng. thức tính về nối tiếp và tiêu năng, phát triển những cơng thức đó chỉ bắt đầu

từ giữa thé ky 20 khi các ngành khoa học công nghệ phát triển bùng nỗ mộtcách mạnh mẽ.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

1.3.1.Các hình thức nối tiếp:

- Nối tiếp hạ lưu đập với sin sau bằng mặt cong có bán kính R:

R=(0220,5)(P+H) (as)

“Trong đó: P - Chiều cao dap

H- Cột nước trên định trân

- Nồi tiếp mặt hạ lưu đập với sân sau bằng mũi phun có bán kính R:

R=(6+10)h. q6(h. - Độ sâu co hẹp trên mũi phun)~ Nối tiếp mặt ha lưu đập tran bằng đốc nước:

Mặt tran có thể làm theo hình thức khơng chân khơng có đỉnh là hình

trịn hoặc clip . Hình thức này có lưu lượng tương đối lớn, có thể dat từ.

0,55+0,57. Khi cùng tháo một lưu lượng thì cột nước trên dinh tràn của loại

này cũng nhỏ hơn, vì vậy có thể hạ thấp một phần độ cao đập không tràn.

Nhưng loại nay khi nước chảy qua dễ sinh áp lực chân không gây chin độngvà khi áp lực chân không đạt q 6m cột nước có thé sinh ra khí thực phá hoạimặt tran nên ít dùng loại này.

1.3.2.Tiêu năng sau đập trần:

Nguyên lý cơ bản của các hình thức tiêu năng là Lim cho năng lượng tiêu

hao bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu dòng chảy bằng xáo trộn với khơng khí, khuếch tán để giảm lưu lượng đơn vi.

+ đồng day:a. Bé tiêu nang:

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

‘Sau khi xây bé làm tăng mực nước trên sân sau và thỏa mãn yêu cầu: ` Ô

Chiều dai sân sau có bể hoặc tường tiêu năng được tinh từ mặt cắt co hẹp.

sát chân đập trần. Trong thực tế trên sân sau khi có bể hoặc tường sẽ hình

thành nước nhảy khơng tự do nên chiều dài của nó nhỏ hơn chiều dài nước

nhảy tự do (I,). Theo đề nghị của Trextouxob như sau:

Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thing đúng là hình chữ nhật thìhiệu quả tiêu năng tốt. Nhưng trong thực tế, dòng chảy có thể bào mịn cạnh.

và góc nhất là dịng chảy có nhiều bùn cát nên thường thiết kế bể có dạng,

hình thang.

b.. Tưởng tiêu năng:

Hình 1.19. Hình thức trờng tiêu nang

Nếu do điều kiện kết cất và thi công, bể tiêu năng khơng thích hợp thinên dùng tường tiêu năng. Tường có thể dâng mực nước hạ lưu và làm giảm

khối lượng đào. Sau tường tiêu năng không cho phép nước nhảy xa. Chiểu. cao của tường cũng như chiều sâu của bể được tính với nhiều cấp lưu lượng

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

khác nhau dé tìm ra chiều cao tường lớn nhất. Sau khi xác định được kích thước của tường cần kiểm tra lại xem sau tường có nước nhảy xa nữa khơng. "Nếu có phải tính thêm tưởng thứ hai. Hình dạng tường tiêu năng thưởng làm mặt cắt trơn và thuận để tránh phá hoại do bảo mịn.

do đồ khối lượng đập tăng lên; nếu dùng tường tiêu năng thi phải quá cao sautường có thể sinh nước nhảy xa và phải thêm tường thứ hai, làm tăng khối

lượng bảo vệ. Lúc đó cin dùng bể tường kết hợp dé giảm khối lượng đảo,

khối lượng đập và thiết bị bảo vệ.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Khi hghI<hh<hgh2 có dong chảy mặt khơng ngậpKhi h,>h,a; có dong chảy mặt ngập

Trong đó: hạ, và hyo gọi là độ sâu giới hạn thứ nhất và độ sâu giới han

thứ hai

Dang mặt không ngập yêu cầu hạ > h, của nước chảy đáy, đồng thời

h,>a thường dùng chiều cao a = (0,25+0,35)P. Góc nghiêng 0 ở chân đập có

liên quan đến trạng thái chảy, 0 lớn quá có thé sinh chảy phóng xa, bé quá có thé xuất hiện dòng chảy đáy. Thường dùng 6 < 10+15” là thích hợp.

+ Tiêu năng phóng xa:

Để đạt hiệu quả tiêu năng cao thì chiều dài phóng xa lớn mà u cầu xói 16 lai ít, nhưng trong thực tế điều này lại mâu thuẫn. Do đó, trong thiết kế

thường dùng tỷ số “2 làm tiêu chuẩn khống chế, trong đó t, - chiều sâu lớn

nhất của hé xói, L - khoảng cách tir đáy hỗ x6i đến chân đập. Tốt nhất chọn ty

Hình 1.22, Sơ đồ tỉnh tốn thủy lực tiêu năng phóng xa

Độ phóng xa của dịng phun chủ yếu phụ thuộc: Lưu tốc trên mũi phun,

góc phun, cao trình mũi phun, bán kinh cong mặt tran gần mũi phun... Chiểu

sâu và phạm vi xói lở phụ thuộc: độ sâu nước hạ lưu, địa chất lịng sơng, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (lưu tốc), lưu lượng đơn vị, tinh hình khuếch tán của địng chảy.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

1.4.Các vấn đề đặt ra và chọn hướng nghiên cứu. 1.4.1. Vấn dé xói sau tran xã lũ

Việc xây dựng cơng trình thủy lợi trên sơng đã phá hủy trạng thái cân

bằng của lịng dẫn và có thé din đến xói ở hạ lưu. Xói xuất hiện ở ngay chân. cơng trình, nơi có lưu tốc rit lớn lại phân bố không đều. Dat được một phần.

cuốn lốc vào trong các xoáy nước, phần khác được mang về hạ lưu rồi lắng

đọng tao thành các bãi bơi.

‘Qua trình xói có thé chia lâm ba giai đoạn:

(1) Giai đoạn đầu: Xói trong khoảng thời gian tương đối ngắn, hỗ xói được tạo nên rất nhanh ( các kích thước hình học của hố xói tăng rất nhanh

theo thời gian)

(2) Giai đoạn hai: Tiếp theo giai đoạn đầu, xói trong giai đoạn này diễn

ra từ từ. Sự phá hủy lòng dẫn diỄn ra tương đối chậm. Thời gian của giai đoạn

này rất lớn

(3) Giai đoạn ba: Sự mở rộng của xói dan đến một chiều dài nhất định ở. hạ lưu dẫn đến giảm cao trình đáy của lịng dẫn. Giai đoạn nay kéo dai bao lâu tùy vào độ dốc của lịng dẫn.

Những ngun nhân dẫn đến xói cục bộ ngay sau chân cơng trình: (1) Do khơng tiêu hao hết năng lượng thừa của ding nước ở hạ lưu.

(2) Việc co hẹp lòng dẫn ( do xây dựng cơng trình) đã dẫn đến việc tăng

lên một cách đáng kẻ lưu lượng đơn vị và lưu tốc dòng chảy sau cơng trình. trong sự so sánh với lưu lượng, lưu tốc trong những điều kiện tự nhiên. Ở hạ. lưu cơng trình xuất hiện dịng mạch động rất lớn của lưu tốc và áp lực. Chính. mạch động này làm tăng khả năng xói của dịng chảy lên nhiều lan,

(3) Do hình thức, kích thước, và vật liệu khơng hợp lý ở nhiều bộ phận

cấu cơng trình tạo những hiện tượng thủy lực có lợi cho sự xuất hiện xói.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

(4) Sử dụng cơng trình khơng theo quy trình cá biệt lại khơng có quytrình. Khơng kịp thời bảo dưỡng, tu sửa nhỏ cơng trình.

gây xói cục bộ sau cơng trình thủy lợi(1) Các yếu tổ của cơng trình:

~ Chiều cao ngưỡng tràn

~ Hình dang kích thước và vị trí cửa van~ Hình thức và kích thước thiết bị tiêu năng,

~ Chiều rộng trin nước và chiễu rộng long dẫn hạ lưu

(2) Các yếu tổ thủy lực, thủy văn:

~ Khối lượng riêng của nước, hệ số nhớt động học ~ Lưu tốc trung bình mặt cắt

~ Sự phân bố của lưu tốc biểu thị qua hệ số Corilis: &

~ Mức độ chảy rồi của dòng chảy.~ Mực nước hạ lưu.

- Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.= Lưu lượng đơn vị.

- Hàm lượng bùn cát trong dòng nước.- Đường cong cấp phối hạt- Các chỉ tiêu cơ lý của đắt nền

Các yếu tố trên đồng thời ảnh hưởng đến xói sau cơng trình. Nên có thé

nói xói là tác động tương hỗ của cơng trình, dịng chảy và đất nên

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Phân loại x6i cục bộ sau cơng trình:~ Xơi ơn định và xói khơng én định

~ Xói trên nền đất và nén đá,

- X6i có bai bai và xói khơng có bai bồi

~ Xói khơng có bai hồn và xói có bai hồn trở lại

~ Xơi có dự báo trước và xói khơng có dự báo trước,

Việc nghiên cứu về xói để có biện pháp khơng cho xói xuất hiện hoặc khắc phục hồ xói khơng có dự bóa trước. Lựa chịn các kích thước, hình thức

thích hợp khi chủ động cho xói xuất hiện.

1.4.2. Vẫn đề về tinh toán thủy lực tiêu năng phịng xói sau tran xả lũ

Dong chảy qua tràn chịu tác động của điều kiện biên thay đổi. Nên sựtương tác của đồng chảy đối với trin cũng như đổi với cơng trình khác sẽ tạo

ra các hiện tượng thủy lực phức tạp. Vì vậy tính tốn thủy lực trong thiết kế

tran là vấn đề quan trọng, bao gồm các tính tốn sau:

~ Tính khả năng tháo để quyết định hình dang và kích thước của tháo. ~ Tính toán tiêu năng để quyết định các kết cấu tiêu năng và kết cấu bảo.

vệ lịng dẫn

- Phân tích các yếu tổ thủy động lực của dòng chảy để xác định các tải trọng của dòng chảy tác động lên kết cầu cũng như làm căn cứ dé sửa đôi kết cấu tác động lại dong chảy nhằm hạn chế những bat lợi do dịng chảy gây ra.

~ Phân tích những tác động đặc biệt của dịng chảy lên cơng trình như

các hiện tượng khí thực, hiện tượng xói lịng dẫn.

Vé bản chất thủy lực p thượng và hạ lưu đập tràn có tinh chấ

khơng gian, nhưng khi thiết kế thì tính theo bài tốn phẳng cho nên sẽ có nhiều sai số về tính tính tốn thủy lực dẫn đến việc lựa chọn kích thước, kết

cấu tiêu năng đơi khi khơng phủ hợp.

Trong q trình thiết kế các cơng trình thủy lợi, thủy điện, khi tính tốn.

thủy lực thường ding các cơng thức kinh nghiệm, do đó có những sai số nhất

định. Mặt khác có những yếu tổ thủy lực khi tinh tốn lý thuyết khơng xác.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

định được, như: dòng chảy xiên trên đốc nước, dong chảy quan va sóng ở ha

lưu cơng trình... Do đó, thường thơng qua thí nghiệm mơ hình thủy lực dé xác

định các thông số thủy lực phục vụ cho thiết kế các cơng trình thủy lợi, thủy.

điện. Qua thí nghiệm mơ hình đã giải quyết những vẫn đẻ kỹ thuật khó khăn,

như: Giải pháp bố trí cơng trình, biện pháp tiêu năng phịng xói, tăng khả. năng tháo, tiệt tiêu dòng xiên ở đốc nước, biện pháp giảm vận tốc dong quản và chiều cao sóng ở hạ lưu... ma chỉ qua thí nghiệm mơ hình thủy lực mới đề xuất được. Thí nghiệm mơ hình thủy lực đã tiết kiệm được nhiều tý đồng.

1.43. Chọn hướng nghiên cứu

Trong những năm gin đây, các cơng trình thủy điện, thủy điện kết hợp.

thủy lợi lớn được phát triển xây dựng nhanh, trong lúc kinh nghiệm thiết kế nghiên cứu của ta cịn han chế. Nhiễu nghiên cứu của nước ngồi chưa được

cập nhập hướng dẫn sử dụng trong nước. Riêng việc tính tốn, dự báo khả năng xói hạ lưu cũng đã có rất nhiều cơng thức và đưa đến những kết quả

cũng rất khác nhau. Do đó việc áp dụng cơng thức tính tốn như thé nào đẻ kết quả tính tốn là chỉ tiêu kỹ thuật tin cậy, an tồn và kinh tế cho cơng trình

là một bài tốn cho mỗi cơng trình cụ thé

Đặciệt trong việc nghiên cứu tính tốn chế độ nồi tiếp và tiêu năng hạ

lưu công tỉnh thủy lợi = thủy điện là hết sức cần thế. Việc xây dựng cơng

trình thủy lợi ~ thủy điện trên sông đã phá hủy trạng thái cân

của lịng din và có tt

ự tự nhiên

gây xói lở ở hạ lưu gây mat an tồn cho cơng trình,

cây nguy hiểm cho vùng hạ du

Việc tính tốn lựa chọn hình thức nối tiếp và u năng cho cơng trình

sao cho hợp lý đảm bảo an toàn và kinh tế. Dé gi

hợp phân tích, đ

cứu thực nghiệm mồ hình đang là hướng đi hợp lí và ngày cảng phổ biến.

quyết vin đề này, việc kết

chứng, so sánh giữa lý thuyết tính toán và kết quả nghiên

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

CO SỞ LÝ LUẬN VE TÍNH TỐN NĨI TIẾP VÀ TIÊU NĂNG 2.1.Các hình thức nối tiếp và tiêu năng.

2.1.1.Khái niệm chung

Một trong những hạng mục quan trọng ở đầu mối công trình thuy lợi,

thay điện là cơng trình tháo lũ. Dịng chảy qua cơng trình tháo lũ thường là

dịng chảy xiết có lưu tốc cao, năng lượng dư thừa lớn. Khi chảy xuống hạ. lưu, nó có thé gây ra xói lở lịng dẫn nếu khơngđược gia cố đầy đủ dẫn đến làm mắt 6n định cơng trình. Có nhiều giải pháp tiêu năng dé đảm bảo an toan

cho cơng trình đầu mồi cũng như hạn chế xlở hạ lưu công trình.

~ Nối tiếp và tiêu năng dong đáy: có thé dùng bể, hay bể tường kết hop.

Hinh 2.1. Nỗi tiếp và tiêu năng dong day

: dịng chảy của hình thức tiêu năng này li dong mặt.

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

- Nối tiếp và tiêu năng dòng phun: là lợi dụng mũi phun ở chân đập hoặc. cuối đốc nước để dịng chảy với vận tốc lớn phóng xa xuống lịng sơng hạ lưu dé hình thành hồ xói cách xa châncơng trình, khơng ảnh hưởng tới an tồn

của hỗ chứa

Có 3 hình thức tiêu năng ứng với 3 hình thức nối tiếp ding chảy ở hạ

lưu. Khi mực nước hạ lưu thay đổi các hình thức đó có thể chuyển hóa lẫn

2.1.2. Nhiệm vụ tính tốn tiêu năng sau tràn

Phải tìm được biện pháp tiêu hủy tồn bộ năng lượng thừa, điều chỉnh lại

sự phân bố lưu tốc và làm giảm mach động dé cho dòng chảy trở về trạng thai tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu,

2.1.3.Phương pháp nghiên cứu tiêu năng

Chọn hình thức tiêu năng phịng xói hạ lưu, xác định các thông số củagiải pháp tiêu năng cụ thể chưa có lời giải chính xác hoản toàn. Viay hiện

nay áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Có thể áp dụng độc lập hoặc phối

hợp các phương pháp khác nhau như:2.1-3.1.Phương pháp luận.

Đông chảy hạ lưu khu vực tiêu năng rất phức tạp nên chưa có phương

pháp lý luận chính xác, hiện nay vẫn dùng các cơng thức suy diễn từ lý luận

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

kết hợp với các hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm. Cũng có thé dùng cơng thức. ‘ban thực nghiệm sau đó tiến hành phân tích định tính cuối cùng mới dùng

cơng thức kinh nghiệm để tính tốn.

Với các cơng trình nhỏ, bổ trí các bộ phận chủ yếu gần với sơ đồ lý

thuyết có thé dùng các cơng thức thủy lực học để tính. Đối với các cơng trìnhlớn và vừa, sau khi dùng cơng thức thủy lực tính tốn phải tiễn hảnh nghiệm

chứng bằng mơ hình thủy cơng.

2.1.3.2.Phuong pháp thực nghiệm mơ hình

Mơ hình thí nghiệm mơ phỏng được cơng trình thực kể cả trong điều kiện phức tạp mà kết quả rất gần thực tế. Bằng thực nghiệm giải quyết những. vấn đề thực tế của thiết kế, xây dựng và khai thác sử dụng cơng trình thủy lợi

mà những vấn để đó khơng được giải quyết thỏa đáng bằng con đường lý

luận. Từ thực nghiệm mơ hình thuỷ lực xây dựng các công thức thực nghiệm,

kiếm tra, bo sung và chính xác hóa các cơng thức lý thuyết, kiểm tra các kết quả của mơ hình tinh tốn. Ngồi ra phương pháp nảy cịn ding để kiểm chứng các kết quả có được từ phương pháp lý luận. Có thể nói mơ hình thí nghiệm là mẫu của cơng trình thực tế, khí mơ hình thí nghiệm sắt với thực tế sẽ có điều kiện tin cậy.

Tuy nhiên các cơng thức này có phạm vi ứng dụng nhất định và có giá trị

gin đúng, bằng thực nghiệm mơ hình có hiện tượng chưa thé hiện chính xác được như hiện tượng sóng vỗ, dong chảy có hiện tượng trộn khí thường thi nghiệm khơng mơ ta được. Căn cứ vào thực nghiệm mơ hình dé quyết định.

kích (hước cơng trình tiêu năng đơi khi hồn tồn khơng chính xác, bởi vi

giữa mơ hình và dịng chảy thực tế có những khác biệt, trạng thái dịng chảy và dong phát sinh có trang thai thường khơng thống nhất. Do đó thực nghiệm

mơ hình cũng khơng phải là phương pháp chính xác tuyệt đối.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

2.1.3.3.Nghién cửu trên ngun hình

Ngun hình chính là mơ hình có tỷ lệ 1:1. Moi điều kiện tương tự được. đảm bảo. Tuy nhiên dòng chảy trong thực tế lại diễn ra theo một q trình

ngồi ý chủ quan của con người, trên ngun hình khơng phải lúc ndo cũng

thể nghỉ. sit và đo đạc các thông số được, đồng thời khi xây dungcứu quan.

xong cơng trình và nếu có sự cố gây mắt an tồn đổi với cơng trình thì vi

sửa đối lại các kết cấu cơng trình va hình thức tiêu năng là van dé khó khăn và

tốn kém.

Do vậy khi nghiên cứu về tiêu năng sẽ không đủ nếu chi sử dụng một trong ba phương pháp trên và người ta sử dụng cả ba phương pháp kết hợp

với nhau để tìm ra phương pháp hữu hiệu. Độ chính xác của phương pháp mơ.hình và tính tốn đảm bảo tính hợp lý của thiết kế. Tỉnh thực tiễn là kiểm

nghiệm về độ an tồn của cơng trình. Từ các số liệu quan sát ngun hình

ngồi thực tế có được các loại số liệu và có thẻ xây dựng được cơng thức kinh.

2.1.4. Nhận xét

Hiện nay, các cơng trình thuỷ lợi và thủy điện đang phát triển mạnh,trong đó nhiều cơng trình có cột nước khơng cao nhưng lưu lượng qua cơngtrình tháo lũ lại khá lớn, địa chất nền hạ lưu là nền đá yếu. Các cơng trình này

có hình thức tiêu năng đáy sau tran được sử dụng khá rộng rãi và phổ biển. Theo thống kê: cơng trình tiêu năng nỗi tiếp bởi đốc nước thường có chiều cao đập từ 30 + 50m, Những cơng trình có chiều cao đập Hd < 30m thường

</div>