Giáo trình Thủy Công tâp 2 part 2 pptx

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

42
Đ12.6. Xi phông tháo lũ
I. Điều kiện sử dụng
Khi xây dựng hồ chứa nớc, vốn đầu t xây dựng công trình tháo lũ khá lớn. Các công
trình tháo lũ phải lm việc lâu di, vững chắc, đơn giản trong quản lý v thoả mãn điều kiện
kinh tế. Một trong những công trình thoả mãn điều kiện đó l xi phông. ở những nơi nớc lũ
về nhanh khi có ma, việc ứng dụng xi phông tháo lũ có tác dụng lớn vì nó lm việc tự động
v đảm bảo tháo lũ nhanh chóng (hình 12-34).
Xi phông đợc ứng dụng rộng rãi v đợc xây dựng trong các đập bêtông, trong những
đập đất không lớn lắm. Xi phông có những u điểm sau đây:
- Tự động tháo nớc: khi lũ về, mực nớc trong hồ vợt quá mức nớc dâng bình
thờng một trị số no đó, xi phông có thể bắt đầu lm việc có áp hon ton.
- Rẻ tiền: lu lợng tháo của xi phông lớn nên chiều rộng xi phông nhỏ hơn so với các
công trình tháo lũ kiểu hở. Sự chênh lệch đó cng lớn khi công trình có lu lợng lũ thiết kế
lớn.
- Không cần có cửa van v các thiết bị đóng mở, do đó không cần nhân viên phục vụ.
2
4
I - I
1
2
3
4
7
2
I
I
5

1
4
6
2
3
a)
b)


Hình 12-34. a) xi phông tháo lũ trong đập bêtông;
b. xi phông trong đập đất.
1. đỉnh ngỡng tràn; 2. lỗ thông khí; 3. tấm che; 4. cửa vào;
5. lỡi gà hắt nớc; 6. ống dẫn; 7. bể tiêu năng.
II. Đặc điểm cấu tạo và làm việc
Xi phông l một loại công trình tháo lũ kiểu kín. Do tự động lm việc v lu lợng
đơn vị lớn so với công trình tháo lũ kiểu hở nên đợc ứng dụng rộng rãi.
Trên thế giới, xi phông tháo lũ có nhiều hình dạng kết cấu khác nhau. Sự phát triển về
kết cấu với mục đích tìm hình dạng hợp lý về mặt thuỷ lực, đồng thời đảm bảo chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật của công trình.
Mặt cắt ngang của xi phông thờng l hình chữ nhật, hình vuông hay hình tròn.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

43
Cửa vo xi phông đợc thu hẹp dần theo mặt phẳng thẳng đứng để lu tốc vo nhỏ,
giảm tổn thất cột nớc. Diện tích cửa vo thờng bằng 2 - 3 lần diện tích mặt cắt ngang ở đỉnh.
Mép trên của miệng vo đặt dới mực nớc dâng bình thờng khoảng 0,7 ữ 1,0m để xi phông
lm việc ổn định, khi tháo lũ thì trớc cửa không có xoáy, không khí không bị lọt vo miệng
đồng thời tránh đợc các vật nổi không trôi vo xi phông. Phía trên của mép vo, ngang với mực
nớc dâng bình thờng, bố trí lỗ thông khí (hình 12-35a) hoặc dùng ống thông khí riêng thông

với đỉnh xi phông (hình 12-35d) v miệng vo của ống thông khí đặt ngang với mực nớc
dâng bình thờng. Diện tích lỗ thông khí bằng 3 - 10% diện tích mặt cắt ngang ở đỉnh xi
phông. Lỗ thông khí có tác dụng lm cho xi phông ngừng lm việc. Khi mực nớc lũ hạ xuống
bằng mực nớc dâng bình thờng thì miệng lỗ thông khí đợc lộ ra tiếp xúc với không khí v
dẫn khí từ ngoi vo lm cho xi phông ngừng lm việc.
8
6
7
1
b)
a)
2
3
2
y
c)
3
2
I
d)
I
3
1
3
x
8
4
2
I - I
5

Hình 12-35. Kết cấu các bộ phận xi phông
1. đỉnh tràn; 2. lỗ thông khí; 3. cửa vào; 4. lỡi gà hắt nớc; 5. đờng dẫn nớc; 6. đoạn ống
cong ngợc; 7. bể tiêu năng; 8. cửa ra.
Đỉnh xi phông đặt ở cao trình mực nớc dâng bình thờng. Khi lũ về, nớc trong hồ
bắt đầu dâng cao hơn mực nớc dâng bình thờng, nớc bắt đầu trn qua đỉnh v ngập lỗ
thông khí. Mực nớc trong hồ tiếp tục dâng, nớc chảy trong ống cuốn theo không khí đi
ra ngoi tạo thnh chân không trong xi phông, nớc sẽ chảy đầy ống, xi phông thực sự bắt
đầu lm việc có áp.
Muốn xi phông nhanh chóng bắt đầu lm việc có áp hon ton, khi mực nớc thợng
lu dâng quá đỉnh không lớn lắm, cần phải tạo trong xi phông một độ chân không cần thiết.
Bằng biện pháp thuỷ lực đẩy không khí từ trong ống ra ngoi, đồng thời ngăn không cho
không khí ở hạ lu vo bằng cách tạo thnh lớp nớc đệm hoặc mng nớc chắn trong giới
hạn nhánh ống hạ lu ngăn cách với không khí. Việc đẩy không khí trong ống ra ngoi đợc
thực hiện do nớc chảy trong xi phông tự động kéo theo không khí đi ra hạ lu. Thiết bị để tạo
mng nớc chắn không cho không khí ở hạ lu vo thờng l
lỡi g hắt nớc cố định hoặc di
động 4 (hình 12-35a), đờng dẫn nớc riêng 5 tạo nên lớp nớc chắn khí (hình 12-35b), đoạn
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

44
ống cong ngợc 6 tạo thnh lớp nớc ngăn cách không khí (hình 12-35c), hoặc cửa ra hạ lu ngập
trong bể tiêu năng (hình 12-35d) v.v
III. Khả năng tháo nớc
Xi phông tháo lũ cần đảm bảo tháo lu lợng thay đổi từ không đến Q
max
ứng với mực
nớc thợng lu từ mực mức dâng bình thờng đến mực nớc lớn nhất trong hồ.

Có nhiều yếu tố ảnh hởng đến khả năng tháo nớc của xi phông, trong đó chủ yếu l
kết cấu v kích thớc, cột nớc, tỷ số giữa lu lợng tháo v Q
max
, điều kiện vo v ra của
dòng chảy, áp lực khí trời v.v
Kết cấu v kích thớc, độ cong ở đỉnh, tính chất thay đổi mặt cắt ngang của ống l
những yếu tố chủ yếu ảnh hởng đến sự phân bố áp lực v lu tốc trong mặt cắt ngang v theo
chiều di của ống, do đó ảnh hởng đến trị số chân không v khả năng tháo nớc.
Lu lợng chảy qua xi phông đợc tính nh sau:
Q =
r
0
gH2 , (12-42)
trong đó:
- hệ số lu lợng;

r
- diện tích mặt cắt ra của ống xi phông;
H
0
- cột nớc có kể đến lu tốc tiến gần.
H
0
= H +
g2
v
2
0

Cột nớc H v đợc tính nh sau:
- Trờng hợp cửa ra của ống xi phông không ngập;
H l độ chênh mực nớc thợng lu v trung tâm mặt cắt ra của ống xi phông.
=
2
ii
K1
1
+
, (12-43)
trong đó K
i
=
i
r


- tỷ số giữa diện tích mặt cắt cửa ra v diện tích mặt cắt đang xét, tại vị trí
có hệ số tổn thất cột nớc
i
.
- Trờng hợp cửa ra của ống xi phông ngập dới mực nớc hạ lu:
H l độ chênh cột nớc thợng hạ lu;
=
2
ii
2
h
KK
1

+
, (12-44)
K
h
=
h
r


- tỷ số giữa diện tích mặt cắt cửa ra v diện tích mặt cắt dòng chảy ở bể tiêu
năng;

i
, K
i
nh trên, nhng có kể đến hệ số tổn thất từ mặt cắt ra đến mặt cắt dòng chảy ở hạ
lu.
Khi mặt cắt ngang của ống xi phông không thay đổi, công thức (12-43) sẽ l:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

45
=
i
1
1
+
(12-45)
v công thức (12-44) l:
=

i
2
h
K
1
+
(12-46)
IV. Biện pháp giảm áp lực chân không và tránh xâm thực
Khi chênh lệch cột nớc thợng hạ lu lớn, muốn giảm nhỏ lu tốc trong xi phông
không vợt quá lu tốc cho phép, có thể dùng các biện pháp nh mở rộng diện tích trong ống,
thu hẹp cửa ra hoặc cho cửa ra không bị ngập để giảm chênh lệch cột nớc, hoặc có thể hạn
chế độ chân không lớn nhất có thể sinh ra ở đỉnh xi phông (lu tốc cng lớn, độ chân không
cng cao). Lu tốc trong xi phông thờng không nên vợt quá 15 - 20 m/s v lu lợng đơn vị
không nên vợt quá 20 - 25 m
3
/s.m.
Để trong xi phông không xuất hiện khí thực, khi thiết kế phải khống chế độ chân
không luôn luôn nhỏ hơn độ chân không cho phép. Trị số chân không cho phép phụ thuộc
nhiều yếu tố, trong đó có áp lực khí trời. áp lực khí trời phụ thuộc cao độ địa hình v các yếu
tố khí tợng khác. Ví dụ, tại độ cao địa hình + 0,00, độ chân không không nên vợt quá 3,5m
cột nớc, tại độ cao + 3000m thì độ chân không không đợc vợt quá 6m cột nớc.
Để điều tiết hồ chứa tốt v điều ho tháo lũ cũng nh tránh hiện tợng rung động mạnh
khi xi phông lm việc, ngời ta có thể thiết kế nhiều ống xi phông v cho các ống đó bắt đầu
lm việc ở những thời điểm khác nhau. Khi lu lợng lũ đến nhỏ thì cho một hoặc hai ống lm
việc, khi lu lợng lũ đến lớn thì cho nhiều ống lm việc. Với mục đích đó, cao trình các lỗ
thông khí v đỉnh các ống đợc đặt ở các cao độ khác nhau. Cũng có thể thiết kế hệ thống
thông khí thích hợp để điều chỉnh lợng không khí vo xi phông v đảm bảo xi phông tháo với
lu lợng tơng ứng với lu lợng đến trong hồ.
Ngoi các biện pháp trên để đảm bảo độ chân không nhỏ hơn độ chân không cho phép,
kết cấu phần vo v thiết bị thông khí hợp lý, độ cong ở đỉnh xi phông không đợc lớn quá.

Xi phông có nhiều u điểm, nhng nó cũng có những nhợc điểm: độ chân không lớn
dễ gây xâm thực, khi tháo lũ sinh ra chấn động ảnh hởng tới ổn định công trình, cấu tạo
tơng đối phức tạp.

Đ12.7. Giếng tháo lũ
I. Điều kiện sử dụng
Giếng tháo lũ l công trình tháo lũ trên mặt, thờng đợc xây dựng ngoi thân đập,
nằm ở ven bờ hồ chứa. Nớc chảy vo miệng trn, qua phần giếng đứng xuống đờng hầm
nằm ngang v chảy ra hạ lu. Giếng tháo lũ đợc xây dựng trong những trờng hợp sau đây:
- Bờ hồ l đá, có địa hình dốc v hẹp không thuận lợi để xây dựng các công trình tháo
lũ khác.
- Bản thân đờng hầm tháo lũ l đờng hầm dẫn dòng lúc thi công.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

46
Giếng tháo lũ thờng đợc xây dựng trong đầu mối công trình có đập dâng bằng vật
liệu địa phơng (hình 12-36), cũng có trờng hợp đập dâng l đập vòm hay trụ chống v phải
tháo lũ thi công bằng đờng hầm.
Giếng tháo lũ không những xây dựng ở bờ hồ m có trờng hợp xây dựng trong thân
đập đất.
H
H
1
A
B
C
A
B
C

H
1
a)
b)
c)

Hình 12-36. Giếng tháo lũ
a) mặt bằng; b) cắt ngang tuyến đập; c) mặt cắt dọc giếng.
II. Các bộ phận
Giếng tháo lũ gồm các bộ phận sau đây (hình 12-37)
1. Miệng tràn: trên mặt bằng, miệng trn có dạng hình tròn đồng tâm với giếng đứng.
Trong một số trờng hợp, do địa hình hạn chế, phải bố trí lệch tâm. Lúc bờ rất dốc, miệng trn
có thể l hình dạng bầu dục hoặc l một phần của hình tròn.
Miệng hình loa, l đập trn tuyến tròn kiểu
thực dụng hoặc đỉnh rộng.
2. Giếng đứng: l phần nối tiếp loa trn có
trục thẳng đứng kiểu giếng tròn, chỉ có lúc do điều
kiện bố trí đờng trn, hoặc sự nối tiếp giữa giếng
với đờng hầm dẫn nớc có khó khăn mới bắt buộc
đặt giếng hơi nghiêng.
3. Đờng hầm: thờng bố trí nằm ngang v
nối tiếp với giếng đứng bằng đoạn cong có bán kính
r > (2,5 ữ 4)d (d - đờng kính của đoạn nối tiếp).
Đờng kính của đờng hầm đợc thiết kế theo yêu
cầu dẫn dòng thi công v đợc kiểm tra lại với lu
lợng tháo lũ.
y
y
R
H

Đoạn cong
d
y
n
max
T
i
ệ
m

b
iê
n
d
h
G
i
ế
n
g

đ
ứ
n
g
P
d
g
L
o

a
tr
à
n
x
O
R
o
o
Đờng hầm


Hình 12-37. Các bộ phận của giếng
tháo lũ
Ngoi ra có đoạn nối tiếp từ loa trn với giếng đứng theo dạng hình nón cụt. Cũng
giống nh các công trình tháo lũ khác, giếng tháo lũ còn có kết cấu hớng dòng ở thợng lu
v tiêu năng sau đờng hầm.
Trên đỉnh trn có thể không có cửa van hoặc có cửa van; cửa van thờng dùng l van
phẳng, van cung, van trụ vòng; đa số trờng hợp dùng không có cửa van vì tuyến trn tròn,
chiều di trn nớc lớn, có khả năng tháo lu lợng lớn với cột nớc thấp.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

47
III. Khả năng tháo nớc
Khả năng tháo nớc của giếng tháo lũ trớc hết phụ thuộc chế độ lm việc của miệng
loa trn. Nếu miệng loa lm việc theo chế độ trn không ngập, khả năng tháo phụ thuộc vo
dạng v kích thớc loa trn, nếu giếng lm việc theo chế độ ngập thì đợc tính nh trờng hợp
đờng hầm có áp hoặc bán áp.
1. Trờng hợp chảy không ngập: lu lợng tháo qua giếng đợc tính theo công thức (12-6)

với
n
= 1 v chiều di trn nớc 2R (R - bán kính của loa trn):
Q = m2R
2/3
0
Hg2 , (12-47)
2. Trờng hợp chảy ngập: khi loa trn chảy ngập thì lu lợng chảy qua giếng nh
chảy qua ống có áp theo công thức (12-42):
Q =
h
0
gH2 , (12-48)
trong đó:
- tính theo công thức (12-45) v (12-46);

h
- diện tích mặt cắt ngang của đờng hầm;
H
0
- tính theo chỉ dẫn của công thức (12-42).
IV. Đặc điểm làm việc và hình thức kết cấu
1. Loa tràn: l đập trn tuyến tròn, ngỡng trn thực dụng hoặc đỉnh rộng. Việc thiết
kế loa trn không những xác định dạng ngỡng, m phải tính đến nối tiếp từ ngỡng đến
giếng. Giếng tháo lũ có 2 loại loa trn: ngỡng có mặt phẳng nghiêng (hình 12-38a) v
ngỡng không có mặt phẳng nghiêng (hình 12-38b).
O
O
x
n

n
o
H
o
a)
x
b)
n
y
h
y
n
n
R
r
y
L

R
H
h
x
x
y

Hình 12-38. Hình dạng loa tràn
a) ngỡng có mặt phẳng nghiêng; b) ngỡng không có mặt phẳng nghiêng.
a) Loa tràn có mặt phẳng nghiêng (hình 12-38a)
Đoạn phẳng nghiêng có tác dụng nh đập trn đỉnh rộng, đặt nghiêng một góc = 60
0

ữ 80
0
để đa nớc vo thuận, hệ số lu lợng giống đập trn đỉnh rộng m = 0,36. Bán kính
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

48
ngoi R của mép trn, thờng R (6 ữ 8)H, chiều di của đoạn nghiêng L = (3 ữ 4)H (0,4 ữ
0,5)R,
R =
2/3
0
H.g22m
Q

(12-49)
nếu trên đỉnh có n trụ pin, chiều dy mỗi trụ
R =








+

n
Hg2m
Q
2
1
2/3
0
(12-50)
Chiều sâu dòng chảy ở cuối đoạn phẳng nghiêng bằng 0,6H
0
v lu tốc ở đó l:
()
,
H65,0r2
Q
v
00
0

=
(12-51)
trong đó: r
0
- bán kính của loa,
= sin
2
h
LRr
0
0

(12-52)
Đờng viền của loa thoả mãn yêu cầu không có hiện tợng tách dòng khỏi đáy. Đờng
viền đó có thể l dạng hình elíp, nhng thích hợp nhất l dạng parabôn theo phơng trình
đờng tia nớc với lu tốc ban đầu v
0
có xét tới hớng của véctơ lu tốc nghiêng một góc so
với mặt nằm ngang.
b. Loa tràn không có mặt phẳng nghiêng (hình 12-38b):
Trờng hợp ny thờng gặp khi có ngỡng trn cao, dạng đập trn thực dụng, dùng
trong trờng hợp R 5H, hệ số lu lợng sơ bộ lấy m = 0,46. Chiều sâu trên ngỡng trn
0,75H
0
, lu tốc tại đó l:
()
00
0
H75,0r2
Q
v

=
, (12-53)
trong đó:
r
0
= R v véctơ lu tốc có hớng ngang.
Đờng viền của loa trn cũng đợc tính toán nh trờng hợp trên, nhng đơn giản hơn.
2. Đoạn tiệm biến: thông thờng đờng kính giếng đứng bằng đờng kính của đờng
hầm (d
g

= d
h
). Nếu đờng kính tại mặt cắt tận cùng của loa trn d
0
lớn hơn của giếng đứng d
g

(d
0
> d
g
) sẽ có đoạn tiệm biến thu nhỏ dần từ d
0
đến d
g
. Góc thu hẹp không nên quá đột ngột
trong phạm vi 8
0
ữ 10
0
, v trong phạm vi đoạn tiệm biến ngắn, dòng chảy đợc xem l dòng
không áp.
3. Giếng đứng: l phần từ cuối đoạn tiệm biến đến phần uốn cong sang đờng hầm.
Nớc trong giếng chảy với lu tốc lớn, gần nh rơi tự do v xem nh trong giếng tổn thất năng
lợng không đáng kể, vì vậy lu tốc sẽ tăng dần. Có trờng hợp giếng đợc thiết kế có tiết
diện thu hẹp dần.
4. Đờng hầm: nằm ngang có đờng kính bằng đờng hầm thi công.
Chế độ dòng chảy trong đờng hầm có thể có áp, không áp hoặc bán áp. Thông
thờng đợc thiết kế cho dòng chảy có áp hoặc không áp hon ton.
www.vncold.vn

www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

49
Đ12.8. Đờng trn lũ kiểu gáo

Đây l công trình tháo lũ kiểu kín, có thể đặt ở bờ sông hay thân đập. Các bộ phận của
công trình ny bao gồm: Ngỡng trn, các ống tháo v thiết bị tiêu năng hạ lu (hình 12.39).
Ngỡng trn ba phía có dạng mặt cắt thực dụng hoặc mặt cắt hình thang đỉnh mỏng.
Qua ngỡng trn, nớc chảy vo gáo rồi đợc tháo theo các ống xuống hạ lu. Cao trình đỉnh
ngỡng trn bằng mực nớc dâng bình thờng. Cột nớc trên đỉnh trn thờng từ 1 - 1,5m nên
chiều di ngỡng trn tơng đối di.
Ngỡng trn ở mặt chính diện phải đủ di để có thể bố trí miệng vo của các ống tháo
nớc. Miệng vo của các ống đợc mở rộng dần để dòng chảy vo thuận. Mặt cắt các ống tháo
có dạng tròn hoặc vuông. Các ống ny thờng lm bằng bêtông cốt thép. Tại cửa ra của ống,
bố trí các thiết bị tiêu năng.

6
2
I
I
II
5
3
4
II
1
2
3
6
4

3
7
2
6
H
I - I
II-II
a)
b)
c)


Hình 12.39. Đờng tràn kiểu gáo
1. đập đất; 2. ống tháo; 3. gáo; 4. tờng hớng dòng; 5. ngỡng tràn;
6. lớp bảo vệ; 7. đoạn quá độ.
Chiều di ton bộ ngỡng trn có thể tính theo công thức đập trn. Từ chiều di ton
bộ, ta có thể xác định đợc chiều di của phần chính diện v chiều di của hai phần bên hông
để tiện bố trí miệng vo các ống tháo.
Kích thớc v số lợng ống tháo, dựa vo công thức tính cho đờng ống có áp:
Q =
,gZ2
0
(12-54)
trong đó:
- diện tích mặt cắt ống tháo;
Z
0
- độ chênh mực nớc trong gáo v sau ống;
- hệ số lu lợng, tính theo công thức (12-45) v (12-46)
Đờng trn lũ kiểu gáo chỉ dùng đối với các công trình loại nhỏ v vừa.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

50
Chơng 13 - Công trình lấy nớc
Đ13.1. Mục đích, yêu cầu, phân loại
I. Mục đích xây dựng công trình lấy nớc:
Công trình lấy nớc đợc xây dựng để lấy nớc từ sông, kênh, hồ chứa phục vụ các
yêu cầu dùng nớc khác nh nhau: tới, phát điện; cung cấp nớc cho sinh hoạt, cho công
nghiệp, du lịch, v.v Công trình lấy nớc thờng đợc xây dựng cùng với các công trình khác
nhau nh đập, bể lắng cát, cống xả cát, các công trình điều chỉnh dòng sông tại vị trí đặt cửa
lấy nớc v gọi đó l đầu mối công trình.
II. Yêu cầu:
Các công trình lấy nớc từ sông, suối phải đạt đợc các yêu cầu cơ bản sau:
1. Thờng xuyên lấy đủ nớc theo yêu cầu của các hộ dùng nớc.
Hộ dùng nớc ở đây có thể l trạm thuỷ điện, nh máy, xí nghiệp, cụm dân c, khu
tới, trại chăn nuôi gia súc, khu du lịch, dịch vụ.
Yêu cầu dùng nớc của hộ l bao gồm cả về số lợng v chất lợng. Mỗi mỗi hộ dùng
nớc có yêu cầu chất lợng v số lợng khác nhau. Ngay trong một hộ dùng nớc, yêu cầu đó
cũng thay đổi theo thời gian. Hơn nữa yêu cầu dùng nớc cũng luôn đợc phát triển theo đòi
hỏi của sự phát triển kinh tế, xã hội, đời sống con ngời. Mặt khác sự đáp ứng yêu cầu đó còn
phải tính đến nguồn nớc đ
ợc bảo vệ chống ô nhiễm, khai thác bền vững trong mối liên quan
hi ho với các nguồn ti nguyên khác.
2. Đảm bảo ổn định cho công trình lấy nớc, chống bùn cát lắng đọng.
Công trình lấy nớc chỉ có thể đảm bảo yêu cầu lấy đủ nớc nếu từng hạng mục công
trình cũng nh ton bộ công trình không bị dịch chuyển, không bị nghiêng hoặc lún vợt quá
cho phép, không bị nứt hoặc biến dạng quá giới hạn cho phép.
Đặc biệt l cửa lấy nớc không bị bùn cát lấp đầy, dẫn đến chất lợng lấy nớc không

đảm bảo.
3. Ngăn chặt vật nổi vo kênh.
4. Thuận lợi cho thi công, quản lý, áp dụng đợc các tiến độ kỹ thuật nh điện khí hoá, tự
động hoá, v.v
5. Tạo cảnh quan điều ho, giữ gìn bảo vệ môi trờng, phát triển du lịch, sử dụng tổng hợp
nguồn nớc.
6. Kết cấu đơn giản v kinh tế.
III. Phân loại công trình lấy nớc.
Trong thực tế có nhiều cách phân loại công trình lấy nớc khác nhau.
1. Theo phơng tách dòng chảy khỏi dòng chính vào công trình lấy nớc:
- Công trình lấy nớc bên cạnh: phơng của dòng chảy vo công trình lấy nớc hợp với
phơng của dòng chảy trong sông chính một góc xấp xỉ 90
0
.
- Công trình lấy nớc chính diện: phơng của dòng chảy vo công trình lấy nớc gần
nh song song với phơng của dòng chảy trong sông chính.
2. Theo hình thức có đập hay không có đập:
- Công trình lấy nớc có đập (ví dụ nh công trình lấy nớc Thạch Nham).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

51
- Công trình lấy nớc không đập (nh công trình lấy nớc Liên Mạc).
3. Theo khả năng điều tiết lu lợng:
- Công trình lấy nớc không cống.
- Công trình lấy nớc có cống.

Đ13.2. công trình lấy nớc không đập
I. Khái niệm:
Công trình lấy nớc không đập l công trình lấy nớc đặt trực tiếp trên một bờ sông

m không cần đắp đập ngăn sông. Công trình lấy nớc không đập thờng đợc dùng rộng rãi
trong các hệ thống thuỷ lợi phục vụ các nhu cầu dùng nớc khác nhau (nh tới, phát điện,
cấp nớc sinh hoạt, cấp nớc công nghiệp,v.v ). Dọc theo sông Hồng, chúng ta có rất nhiều
công trình lấy nớc không đập (chiếm tới 40% các công trình trên đê), trong đó có cống lấy nớc
Liên Mạc - H Nội (hình 13-1). Cống xây dựng năm 1941 với bề mặt rộng 18 mét đợc chia thnh 5
cửa (trong đó có một cửa qua thuyền rộng). Nhiệm vụ của cống l lấy nớc vo sông Nhuệ để tới
6.100 ha với lu lợng lớn nhất Q
max
= 41m
3
/s.
Công trình lấy nớc không đập đợc dùng trong trờng hợp lu lợng v mực nớc
sông đảm bảo lấy đủ lợng nớc yêu cầu vo kênh.
Công trình lấy nớc không đập (có thể có hoặc không có cống) có kết cấu đơn giản,
giá thấp, song chịu ảnh hởng trực tiếp của dòng chảy tự nhiên, chất lợng nớc lấy tơng đối
thấp, quản lý khai thác khó khăn, tốn kém.

Hình 13-1. Sơ đồ mặt bằng cống lấy nớc Liên Mạc
1.Sông Hồng; 2. Sông Nhuệ; 3. Đê sông Hồng;
4. Bãi sông Hồng; 5. Cống Liên Mạc
II. Điều kiện làm việc của công trình lấy nớc không đập:
1. Cửa lấy nớc ở đoạn sông cong.
Dòng nớc trong sông thờng mang theo bùn cát, sự phân bố bùn cát trong sông phụ
thuộc vo sự phân bố lu tốc dòng chảy. Trên đoạn sông thẳng có độ dốc trung bình, tính chất
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

52
đất đồng chất v tải với một lu lợng nhất định thì mặt cắt ngang của lòng sông thờng phát
triển thnh dạng cong đối xứng (mặt cắt I - I hình 13-2): phơng lu tốc nói chung song song

với trục sông v trị số lớn nhất của nó ở chỗ giữa sông, do đó tại giữa sông dòng chảy có sức
chuyển bùn cát lớn nhất. Trong thiên nhiên những đoạn sông thẳng rất ít chỉ chiếm khoảng 10
- 20% chiều di sông, phần còn lại l những đoạn sông cong.

Hình 13-2: Hình thái một đoạn sông
1. Đoạn bồi cạn; 2. Vực; 2-1-2-1-2. Tuyến lạch; 3. Bãi bồi
Tại đoạn sông cong hớng chảy luôn thay đổi v khối nớc ở đoạn sông cong chịu tác
động của lực ly tâm (hình 13-3). Lấy một khối nớc đơn vị thì lực ly tâm l:

gR
v H.
R
mv
p
22
lt

=

=
(13-1)
trong đó: m: khối lợng nớc chuyển động ở vị trí uốn cong với lu tốc v.
H: chiều cao cột nớc có diện tích ngang đơn vị.
: dung trọng riêng của nớc.
R: bán kính cong của khối nớc tách ra.
g: gia tốc trọng trờng.
: hệ số phân bố lu tốc.
Có lực ly tâm, bên lõm nớc dâng lên, bên lồi mực nớc hạ xuống. Sự chênh lệch mực
nớc ny tạo nên chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh l
H.H.

, lực ny cân bằng với lực ly tâm.
nghĩa l:
R.g
V H.
2

= H.H.


gR
V
H
2

=

Do đó độ dốc hớng ngang:

gR
V
1
H
J
2
y

=

=
(13-2)
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

53




Hình 13-3. Sơ đồ dòng chảy ở đoạn sông cong
Phân bố của P
h
nh ở hình 13-3c, hợp với sự chênh lệch áp lực nớc hình 13-3d ta có
biểu đồ áp lực tổng hợp ở hình 13-3e. Từ 13-3e ta nhận thấy nớc l chất lỏng khi chịu lực sẽ
chuyển động v biểu đồ lu tốc có dạng tơng tự nh biểu đồ phân bố lực: phía trên dòng chảy
hớng sang bờ lõm, phía dới dòng chảy xô sang bờ lồi. Nghĩa l xuất hiện dòng chảy vòng
hớng ngang. Mặt khác có chảy dọc nên một chất điểm nớc sẽ chuyển động theo hình xoáy
trôn ốc.
Do có dòng chảy vòng, bờ lõm sẽ bị xói v bùn cát theo dòng chảy đáy mang sang bờ
lồi.
Đặc điểm trên của dòng chảy trong đoạn sông cong chính l điều kiện lm việc của
công trình lấy nớc nếu đợc bố trí tại đoạn sông cong.
2. Cửa lấy nớc ở đoạn sông thẳng.
Đối với đoạn sông thẳng khi có cửa lấy nớc đặt ở bờ, do trạng thái thuỷ lực của dòng
sông thay đổi, trớc cửa lấy nớc phát sinh hiện tợng chảy vòng hớng ngang. Dòng chảy
không gian trớc cửa lấy nớc hình thnh các xoáy với trục nằm ở mép thợng lu cửa lấy
nớc. Tại trục xoáy thờng có áp lực thấp, lôi cuốn dòng đáy tới gây nên sự bồi lắng ở mép
thợng lu cửa lấy nớc.
Điều đáng chú ý l phạm vi ảnh hởng của dòng đáy vo cửa lấy nớc lớn hơn phạm vi

ảnh hởng của dòng mặt (hình 13-4). Căn cứ vo kết quả thí nghiệm, giáo s V.A.Saumian đã
tìm đ
ợc bề rộng của dòng chảy đáy B
đ
v dòng chảy mặt B
m
bị lôi cuốn vo cửa lấy nớc khi
góc lấy nớc từ 30 - 90
0
l:



+=
+=
,0,05)B 0,73(K B
;0,40)B 1,17(K B
km
kd
(13-3)
trong đó:
k
s
q
q
K
=

B
k

- chiều rộng cửa lấy nớc
q
s
- lu lợng đơn vị dòng chảy trong sông
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

54
q
k
- lu lợng đơn vị dòng chảy trong kênh

Hình 13-4. Dòng chảy ở đoạn sông thẳng có cửa lấy nớc.
Từ kết quả nghiên cứu nêu trên, ta thấy B
đ
gần gấp đôi B
m
, lợng bùn cát đáy vo kênh
rất lớn, ví dụ nếu lấy từ 12%ữ15% lu lợng của sông vo kênh thì bùn cát đáy vo cửa lấy
nớc có thể tới 25%ữ30% lợng bùn cát đáy của sông.
3. Cửa lấy nớc ở đoạn sông có bờ không ổn định
Khi có công trình lấy nớc ở bờ, dòng chảy vòng hớng ngang trong sông xuất hiện
(với đoạn sông thẳng) hoặc phát triển mạnh hơn (với đoạn sông cong). Điều đó khuấy động
bùn cát ở mép hạ lu cửa lấy nớc, chuyển một lợng bùn cát đáy sang bùn cát lơ lửng v theo
dòng chảy vo kênh hoặc chuyển sang mép thợng lu lắng đọng lại. Do đó nếu cửa lấy nớc
ở những đoạn sông nằm trong vùng đất yếu, cửa lấy nớc sẽ bị biến dạng mạnh. Mép trên cửa
lấy nớc thờng xuyên bị bồi lấp, còn mép dới bị xói lở dần (hình 13-5). Kết quả cửa lấy
nớc không ngừng dịch chuyển về phía hạ lu, đoạn kênh đầu bị uốn khúc gây bất lợi cho khả
năng lấy nớc của công trình v lm mất ổn định công trình lấy nớc.

Hình 13-5: Cửa lấy nớc ở bờ không ổn định
1. Vùng bồi lắng; 2. Vùng xói lở.
4. Chọn vị trí đặt cửa lấy nớc
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

55
Chọn vị trí đặt cửa lấy nớc l công việc đầu tiên v quan trọng trong thiết kế công
trình lấy nớc. Từ đặc điểm lm việc v yêu cầu của công trình lấy nớc không đập, thì tốt
nhất đặt nó ở đoạn sông cong phía bờ lõm, nhng ở vị trí no l có lợi nhất? Chỗ sông bắt đầu
cong có cờng độ chảy vòng nhỏ, sau tăng dần, đến chỗ nớc sâu nhất (vực) của đoạn sông
cong thì cờng độ chảy vòng lớn nhất. Tại đây bùn cát bị khuấy động mạnh. Từ đó trở về sau,
cờng độ dòng chảy vòng yếu dần. Do đó, không nên đặt cửa lấy nớc ở chỗ có cờng độ
dòng chảy vòng lớn nhất m nên bố trí lui về phía hạ lu một đoạn để hạn chế bùn cát có hại
vo kênh, nhng vẫn đảm bảo yêu cầu nớc lấy.
Đã có nhiều tác giả nghiên cứu về vấn đề vị trí đặt cửa lấy nớc nh: Farg, M.V
Pôtapốp, S.T.Altunhin v.v nhng hon chỉnh nhất l công trình nghiên cứu của giáo s N.F.
Danhêliia.
Theo kết quả nghiên cứu của N.F.Danheliia, vị trí đặt cửa lấy nớc đợc xác định nh
sau:
+ Mép thợng lu (điểm 3) của cửa lấy nớc (hình 13-6a) l giao của tiếp tuyến bờ lồi
với bờ lõm ứng với vết lũ có tần suất p = 1%ữ5%.
+ Độ di đoạn cong L
2
ữ
3
xác định theo công thức:

180

R
r
cosar.R.
=
3 - 2
L (13.4)



Hình 13-6: Chọn vị trí đặt cửa lấy nớc theo N.F.Danhêliia
+ Khi lấy nớc chính diện (hình 13-6b) cửa vo bố trí thẳng góc với hớng bán kính 3
- 0.
Góc lấy nớc l góc hợp bởi phơng dòng chảy trong sông v phơng dòng chảy vo
cửa lấy nớc. Góc lấy nớc có ảnh hởng đến lu lợng lấy nớc trong kênh, ảnh hởng đến bùn
cát vo kênh, nói chung tốt nhất chọn = 15
0
ữ30
0
. Sơ bộ có thể xác định theo công thức:

k
s
V
V
cos =
, (13-5)
trong đó: V
s
- lu tốc dòng chảy trong sông.
V

k
- lu tốc dòng chảy vo cửa lấy nớc.
Ngoi những điều kiện trên, cửa lấy nớc cần bố trí trên đoạn sông có điều kiện địa
chất ở bờ tốt v có dòng sông ổn định. Nếu không thoả mãn các yêu cầu đó cần tiến hnh
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

56
chỉnh trị lòng sông đảm bảo cửa lấy nớc không bị xói lở, không bị bồi lấp v cũng không
hình thnh các bãi cát trong đoạn sông có cửa lấy nớc.
III. Các hình thức bố trí công trình lấy nớc không đập
1. Lấy nớc bên cạnh:
Lấy nớc bên cạnh (hình 13-7) đợc sử dụng khi mực nớc sông đủ đảm bảo yêu cầu
dẫn nớc vo kênh v lu lợng lấy vo kênh không vợt quá 20% lu lợng nớc trong sông.
Có hai loại hình thức lấy nớc bên cạnh l không có cống v có cống.
a. Hình thức lấy nớc bên cạnh không có cống (hình 13-7a, b):
Đây l hình thức đơn giản nhất, nó chỉ có một kênh dẫn nớc từ sông đến khu dùng
nớc. Nhợc điểm cơ bản nhất của loại ny l không khống chế đợc lu lợng lấy, đầu kênh
bị bùn cát bồi lắng nhanh, lòng sông bị biến dạng v đầu kênh thờng bị dịch chuyển xuống
hạ lu (hình 13-5). Để khắc phục một phần nhợc điểm đó ngời ta có thể lm nhiều cửa kênh
lấy nớc. Loại ny có thể khống chế phần no lu lợng lấy bằng cách khi có lũ chỉ cho một
cửa lm việc, các cửa khác đắp lại, khi lũ xuống tuỳ yêu cầu lấy nớc ta có thể khơi thêm một
hoặc tất cả các cửa đã bị đắp khi có lũ, ngoi ra còn có thể luân phiên nạo vét bùn cát v sửa
chữa cửa lấy nớc.



Hình 13-7: Sơ đồ các hình thức lấy nớc bên cạnh không đập
1. Kênh lấy nớc; 2. Kênh xả; 3. Cống; 4. Bể lắng cát kết hợp kênh dẫn;
5. Cống luồn: 6. Cầu máng hoặc ống dẫn nớc.

b. Hình thức lấy nớc bên cạnh có cống:
Lấy nớc có cống l hình thức tơng đối hon thiện khống chế lu lợng vo kênh
theo đúng yêu cầu. Hình 13-7c biểu thị cống đặt ở bờ sông. Hình 13-7d biểu thị cống cách bờ
sông một đoạn.
Để hạn chế bùn cát vo kênh, thờng đặt cống xa bờ sông 1ữ2km. Đoạn kênh dẫn vo
kết hợp lm bể lắng cát, thờng lm từ 3 đến 4 bể (hình 13-7e). Trong thời gian lũ chỉ cho một
bể lm việc, khi mực nớc sông thấp các bể còn lại lm việc, còn bể đầu tiên nghỉ để nạo vét.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

57
Sơ đồ hình (13-7e) l do V.V.Saumian đề nghị, nó gồm một số kênh kết hợp bể lắng cát dẫn
nớc đến một cống. Hình (13-8) biểu thị các kết cấu cống lấy nớc của sơ đồ ny.
Ưu điểm của sơ đồ ny l phần lớn bùn cát đợc xói xuống sông bằng phơng pháp
thuỷ lực, hạn chế đợc nhiều bùn cát có hại vo kênh lấy nớc, tuy nhiên khi nớc sông lên
cao thì việc tháo xả bùn cát gặp khó khăn.


Hình 13-8.
1, 2, 3. Kênh dẫn kết hợp bể lắng cát;
4. Kênh lấy nớc; 5. Cống xả cát; 6. Kênh xả cát.
Sơ đồ hình (13-7g) có 3 đoạn kênh dẫn kết hợp 3 bể lắng cát đa nớc vo các nút A,
B, C tại mỗi nút l một cặp cống hở, trong đó một cống để lấy nớc, một cống để xả cát. Mặt
bằng v mặt trớc của nút A v C đợc biểu thị trên hình 13-9.


Hình 13-9: Mặt bằng (a) và chính diện (b) tại nút A và C.
1. Kênh lấy nớc; 2. Kênh xả cát
Tại nút A v C thì cống xả nằm bên phải, cống lấy nớc nằm bên trái, tại nút B thì
ngợc lại.

Sơ đồ ny có u điểm của sơ đồ 13-7e ngoi ra do cống xả cát hở nên tổn thất cột nớc
bé hơn, tăng đợc hiệu quả xói bùn cát.
Sơ đồ hình 13-7h cũng gồm 3 đoạn kênh dẫn kết hợp 3 bể lắng cát đa nớc vo các
nút D, E, F. Tại các nút D, F gồm một cống lấy nớc hở phía trái, một cống xả cát kín ở phía
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

58
phải v một máng chuyển nớc trên cống xả cát đa nớc từ F v E vo kênh chính. Hình 13-
10 biểu thị các công trình tại nút D.

Hình 13-10: Mặt bằng, mặt chính và mặt cắt của các công trình tại nút D.
Cống lấy nớc có thể có một hoặc nhiều khoang tuỳ yêu cầu dùng nớc, điều kiện thuỷ
lực cống v kích thớc cửa van. Nếu cống chỉ có một khoang thì khi xảy ra sự cố cửa van hoặc
máy đóng mở cũng lm cho hệ thống ngừng lm việc. Nếu cống có hai khoang, trong mùa lũ
có thể chỉ có một khoang lm việc v nh vậy sẽ hình thnh dòng xiên trong kênh, không có
lợi cho ổn định bờ v lòng kênh. Vì vậy cống lấy nớc nên lm ba khoang hoặc nhiều hơn.


Hình 13-11: mặt cắt dọc cống lấy nớc.
Để chống bùn cát có hại vo kênh, ngoi việc chỉnh trị lòng sông, cống cũng phải có
những kết cấu thích hợp. Ví dụ trớc cửa van lấy nớc lm thêm một hng phai (hình 13-11).
Trong thời kỳ lũ do mực nớc sông cao để lấy đợc lu lợng yêu cầu ta chỉ cần mở
cửa van với một độ mở no đó v nớc đợc lấy l các lớp nớc đáy mang nhiều bùn cát thô.
Để khắc phục hiện tợng đó ngời ta thả một số phai chắn dòng đáy v lấy lớp nớc phía trên
có chất lợng tốt hơn vo kênh (hình 13-11).
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

59

Để gạt dòng đáy ra khỏi cửa lấy nớc, tăng chất lợng nớc lấy, giảm bồi lắng trớc
cửa lấy nớc v trong kênh, ta có thể lm ngỡng kiểu công son tại chỗ tiếp giáp giữa sân
trớc của cống v bờ sông (hình 13-12). Biện pháp ny rất phù hợp khi cống lấy nớc đặt ở
chỗ sông cong, nó tăng cờng độ của dòng chảy vòng, gạt mạnh dòng đáy sang bờ đối diện v
đa dòng mặt vo cửa lấy nớc.
Hiện nay trong thiết kế cha xét đợc đầy đủ ảnh hởng của bản thân công trình đến
sự thay đổi trạng thái của sông. Bởi vậy, khi thiết kế các công trình lấy nớc lớn, chúng ta phải
kiểm tra sự lm việc của nó trên mô hình để có thể sửa chữa các kết cấu của cống cho gần phù
hợp với điều kiện thực tế của công trình.

Hình 13-12. Cống lấy nớc đặt ở bờ sông có ngỡng ngăn cát
Hình thức lấy nớc không đập bên cạnh có u điểm: đơn giản, khi lu lợng yêu cầu
nhỏ thì kinh tế. Tuy nhiên nó có những nhợc điểm:
- Lu lợng lấy đợc nhỏ (không vợt quá 20% lu lợng tự nhiên trong sông).
- Lợng bùn cát bồi lắng nhiều trớc cửa lấy nớc.
- Hạn chế khả năng điều chỉnh lu lợng lấy vo kênh do mực nớc sông thay đổi
nhiều.
- Cửa lấy nớc có thể bị dịch chuyển lm công trình lấy nớc kém ổn định. Phí tổn nạo
vét kênh lớn.
Để khắc phục nhợc điểm trên, có thể lm hệ thống lái dòng Potapốp, đặt cống lấy
nớc ở bờ lõm, lm ngỡng vo cống, bố trí góc lấy nớc hợp lý.
2. Lấy nớc chính diện:
Hình thức lấy nớc chính diện không đập l hình thức lấy đợc lu lợng lớn hơn so
với hình thức lấy nớc bên cạnh. Nó đợc dùng khi Q
k
lớn hơn 20% Q
s
nhng không lớn hơn
nhiều quá, mực nớc sông không vợt quá cao so với mực nớc yêu cầu.
Các hình thức kết cấu lấy nớc chính diện cũng giống nh hình thức lấy nớc bên

cạnh (hình 13-13) nhng có thêm: xây tờng hoặc đê quai để nâng mực nớc thợng lu
v giảm bùn cát, bố trí tháo nớc thừa dọc đê quai, xây thêm công trình tháo xả bùn cát.
Chiều di tờng hoặc đê quai L
đ
, chiều rộng b
1
từ tờng tới bờ đợc xác định, qua bề rộng
kênh lấy nớc b v theo công thức (13-6):
L
đ
= (1,5ữ3)b
b
1
= 1,5b
(13-16)
So với lấy nớc bên cạnh, lấy nớc chính diện có những u điểm hơn v đợc dùng
khi:
1. Mực nớc sông thấp không đủ khả năng tự chảy vo cửa lấy nớc đáp ứng yêu cầu
dùng nớc.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

60
2. Lu lợng cần lấy vo kênh Q
k
lớn hơn 15%ữ20% lu lợng trong sông Q
s
.
3. Cần giảm bớt bùn cát lắng đọng vo kênh.

Hình 13-13: Các hình thức lấy nớc chính diện không đập.
1. Kênh dẫn; 2. Tờng hoặc đê hớng dòng; 3. Đoạn sông dẫn;
4. Phần tháo nớc; 5. Công trình xả cát; 6. Cửa cống; 7. Đê; 8. Ngỡng ở đáy.


Đ13.3. Công trình lấy nớc có đập
I. Khái niệm và điều kiện sử dụng
Lấy nớc có đập l hình thức lấy nớc đặt ở bờ sông phía thợng lu đập chắn ngang
lòng sông. Nó đợc dùng khi mực nớc sông không cho phép lấy đủ lu lợng yêu cầu bằng
hình thức lấy nớc không đập hoặc đủ để lấy nớc không đập nhng ta vẫn dùng lấy nớc có
đập khi:
1) Lấy nớc theo hình thức có đập kinh tế hơn.
2) Cần lấy nớc ở cả hai bờ v Q
k
khá lớn.
3) Cần đảm bảo giao thông thuỷ.
4) ở nơi lấy nớc, trên sông có thác ghềnh.
5) Cần nâng cao chất lợng lấy nớc vo kênh
Hình (13-14) l sơ đồ lấy nớc có đập ở công trình Thạch Nham xây dựng 2/1985,
hon thnh 5/1990. Đập Thạch Nham xây dựng trên sông Tr Khúc dâng nớc tới 50.000 ha
của tỉnh Quảng Ngãi. Đập dâng trn dạng Ô-phi-xê-rốp bằng bê tông, di 200m, cao trình
đỉnh trn +19,50. Cụm cống bờ Nam có cống lấy nớc (kiểu bên cạnh) 3 cửa với bxh = 2,85 x
3,0(m), cao trình đáy cống +16.00. Cống xả cát (kiểu chính diện) gồm 3 cửa với bxb = 2,5 x
2,5(m), cao trình đáy +13.00. Cụm cống bờ Bắc có cống lấy nớc hai cửa (kiểu chính diện)
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

61
với bxh=2,5 x2,5 (m), cao trình đáy cống +16.00; phía dới l cống xả cát (kiểu chính diện)

gồm 2 cửa với bxh = 2,5 x 2,5(m), cao trình đáy +13,0.


Hình 13 - 14: Sơ đồ mặt bằng tổng thể đầu mối công trình lấy nớc Thạch Nham.
1. Sông Trà Khúc; 2. Đập dâng tràn bê tông trọng lực;
3. Cống lấy nớc bờ Nam; 4. Cống xả cát bờ Nam;
5. Cống lấy nớc bờ Bắc; 6. Cống xả cát bờ Bắc; 7. khe lún của đập
II. Sự diễn biến lòng sông sau khi xây đập
Sau khi xây đập, dòng sông sẽ thay đổi về bản chất. ở thợng lu bùn cát đáy, bùn cát
lơ lửng cỡ lớn v trung bình đều lắng đọng lại trong vùng nớc dâng theo thứ tự hạt thô lắng
đọng trớc, hạt nhỏ lắng đọng sau, cng gần đập bùn cát lắng đọng có kích thớc cng nhỏ
dần; bùn cát rất nhỏ đợc mang xuống hạ lu.
Bùn cát bồi lắng cng nhiều, mực nớc thợng lu cng dâng cao v kéo di thêm khu
nớc dâng về phía thợng lu (hình 13-14). Trong thời kỳ lũ, chiều sâu v độ dốc dòng chảy
tăng lên, một phần bùn cát đã lắng đọng bị xói xuống hạ lu. Kết quả điều tra thực địa đã cho
thấy ở những đập không cao (2 - 3m) trên các sông miền núi khoảng 3 - 5 năm bùn cát đã bồi
lấp đến cao trình đỉnh trn. Do đáy thợng lu đợc nâng cao m mực nớc trớc đập cũng
dâng lên. Do đó khi thiết kế các công trình hoặc chỉnh trị đoạn sông phía thợng lu cần xét
đến sự thay đổi ny. Khi tính toán thuỷ lực đập trn dâng nớc, hệ số lu lợng của đập cũng
phải xét đến ảnh hởng của đáy sông tr
ớc đập sau khi đã bị nâng lên. Hệ số lu lợng của
đập trn trong trờng hợp ny bằng hoặc gần bằng hệ số lu lợng của đập trn đỉnh rộng.
Trên các sông đồng bằng có độ dốc nhỏ, bùn cát lơ lửng v bùn cát đáy tơng đối ít,
cho nên sự bồi lắng ở thợng lu chậm hơn so với các sông miền núi.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

62
Nếu đập trn dâng nớc có cửa van ở đỉnh thì kinh nghiệm quản lý cũng cho thấy rằng
việc lắng đọng ở thợng lu cũng gần nh khi đập trn không có cửa van. Khi nớc lũ đợc

tháo trong thời gian di qua các lỗ ở đáy, sự bồi lắng ở thợng lu sẽ hạn chế đợc nhiều.
Nh đã biết, phía thợng lu bị bồi lắng dần lm cho đáy có độ dốc thoải hơn so với độ
dốc hng ngy trớc khi xây dựng đập (hình 13-15a) do đó các yếu tố thuỷ lực (độ dốc mặt
nớc, chiều sâu, lu tốc, bề rộng, v.v ) v khả năng vận chuyển bùn cát của đoạn nớc dâng
đều thay đổi. Theo A.Sôcôlich, khi độ cao lớp bùn cát đợc dâng lên bằng độ cao nớc dâng
thì khả năng vận chuyển của dòng chảy ở vùng nớc dâng sẽ khôi phục gần giống nh tình
hình trớc khi xây đập. Chiều di L của đờng nớc dâng gần đúng có thể tính theo công thức
của S. T. Antunhin:
L = K
i
H

(13-7)
trong đó :
K - hệ số lấy bằng 10;
H - chênh lêch giữa mực nớc sau khi có đập với mực nớc cạn thờng ngy ở
tuyến đập;
i - độ dốc đáy sông trớc khi xây đập.

Hình 13-15: Mặt cắt dọc sông vùng đập
a) Không có công trình hớng dòng; b) Có công trình hớng dòng;
1. Đập; 2,3. Đáy sông và mặt nớc sông cũ; 4. Bùn cát lắng đọng;
5. Mặt nớc dâng; 6. Xói lở ban đầu; 7, 8. Đáy sông và mực nớc phía hạ lu ở thời kỳ cuối;
9. Đờng mặt nớc tơng ứng với thời kỳ bị xói ban đầu;
10, 11. Công trình hớng dòng ở thợng lu và hạ lu.
Do lòng sông thợng lu đợc nâng lên, các yếu tố thuỷ lực vùng nớc dâng bị thay
đổi, do đó nếu lòng sông thợng lu không đợc chỉnh trị sẽ tự hình thnh lòng sông mới, các
bãi cát, đảo lm cho việc tháo nớc xuống hạ lu gặp khó khăn v việc chống bùn cát bồi lấp
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

63
cửa lấy nớc cũng nh việc hạn chế bùn cát vo hệ thống lấy nớc trở nên phức tạp. Vì vậy
việc tiến hnh cải tạo lòng sông ở thợng lu l cần thiết.
Lòng sông phía hạ lu đập cũng bị biến đổi mạnh, nhất l mấy năm đầu khi công trình
bắt đầu lm việc. Do nớc đổ xuống hạ lu có hm lợng bùn cát nhỏ (vì đã lắng một phần ở
thợng lu), năng lợng lớn, mặt khác do tháo nớc tập trung qua các lỗ của đập, lu tốc của
dòng chảy tăng, lm cho phía hạ lu đập bị xói lở nghiêm trọng. Đối với những đập dâng
không cao, trên các sông miền núi có nhiều cuội sỏi ở lòng sông, quá trình xói lở có thể kéo
di 10-12 năm sau khi xây đập, độ sâu xói có thể đến 3m khi lu lợng đơn vị l 4-5m
3
/s.m v
đến 4 - 6m khi lu lợng đơn vị bằng 12m
3
/s.m.
ở các lòng sông chứa đất cát hạt nhỏ, độ sâu xói lở sau đập có thể đạt tới 3- 4m khi lu
lợng đơn vị bằng 11m
3
/s.m.
Chiều di của lòng sông bị xói mạnh ở sau đập trên các sông miền núi đạt tới
1,0ữ1,5km.
Sau khi thợng lu đập đã bị bồi lắng khá dy, bùn cát đợc mang xuống hạ lu v
lắng đọng lại ở những đoạn đã bị xói v nâng đáy sông sau đập đến vị trí bình thờng. Nếu ở
thợng lu đập có biện pháp chống bùn cát vo kênh đạt hiệu quả tốt thì nớc chảy xuống hạ
lu đập có hm lợng bùn cát lớn hơn thờng ngy khi cha xây đập nên vị trí ổn định của
đáy sông sau đập có thể cao hơn thờng ngy. Phía sau các lỗ xả cát có thể hình thnh các bãi
bồi. Tất cả những thay đổi đó phải đợc xét đến khi định cao trình đáy đập, cao trình ngỡng
các lỗ tháo nớc v cao trình các cống xả cát.
Nói chung sau khi xây đập, lòng sông diễn biến rất phức tạp, cần tiến hnh chỉnh trị
lòng sông, đảm bảo công trình lm việc đợc an ton, đảm nhiệm đợc nhiệm vụ m quy

hoạch, thiết kế đã đề ra.
III. Các hình thức bố trí công trình lấy nớc có đập.
1. Lấy nớc bên cạnh.
Hình thức ny thờng bố trí cạnh đập, sát bờ hoặc cuối đoạn dẫn cong trớc đập. Bùn cát
đợc tháo xả theo các lỗ trong thân đập hoặc đáy cửa lấy nớc.
Hình 13-16 l sơ đồ lấy n
ớc bên cạnh tháo xả bùn cát qua các lỗ đặt ở thân đập (còn
gọi l tháo xả bùn cát chính diện). Hình 13-16a có đặt một ngỡng thẳng đứng trớc cống để
hớng bùn cát lắng đọng đến lỗ xả cát.
Hình 13-16b l ngỡng bản công son do A.V. Trôitski đề nghị có tác dụng phân tầng lấy
nớc, lớp nớc trên tơng đối trong đi vo cửa lấy nớc. Lớp nớc nhiều bùn cát đáy đợc đa
ra qua cống xả cát.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

64

Hình 13-16: Hình thức lấy nớc bên cạnh, bùn cát xả qua lỗ đặt ở thân đập
1. Cống lấy nớc; 2. Ngỡng thẳng đứng; 3. Đập tràn; 4. Lỗ xả cát;
5. Kênh dẫn; 6. Bản công son.
Hình (13-17) l sơ đồ lấy nớc bên cạnh tháo xả bùn cát qua cống dới đáy (tháo xả
bùn cát bên cạnh). Theo hình thức ny ngời ta đặt nhiều hay ít lỗ hoặc đờng hầm tháo xả
bùn cát luồn dới ngỡng cống lấy nớc v tháo xả về hạ lu. Số lợng v vị trí đờng hầm
nên phân tích lựa chọn hợp lý.
Hình thức lấy nớc bên cạnh có thêm túi chứa cát (hình13-18) gồm có ngỡng vo 5
đặt cuối túi đựng cát. Bùn cát đáy đợc giữ lại trớc ngỡng 5 sẽ đợc xói theo chu kỳ qua các
lỗ xả đặt trong thân đập, còn bùn cát lắng đọng ở trong túi chứa cát sẽ đợc xả qua lỗ 3.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

65
Hình 13-17: Hình lấy nớc bên cạnh
cống đáy xả cát.
1. Cống lấy nớ 2. Đập có cửa van;
3. Đập đất; 4.Kênh;
5. Cống đáy xả cát; 6. Đê hớng dòng.
Hình 13-18: Hình thức lấy nớc bên cạnh có
túi chứa cát.
1. Cống lấy nớc; 2. Kênh; 3. Đờng hầm xói
cát; 4. Đập; 5. Ngỡng vào;
6. Túi chứa cát phía trớc;
7. Ngỡng túi chứa.

2. Lấy nớc chính diện:
Lấy nớc chính diện dựa trên nguyên lý phân tầng lấy nớc. Lớp nớc ở trên đợc lấy
đa vo kênh, lớp nớc phía dới mang nhiều bùn cát đáy, đợc xả xuống hạ lu qua các lỗ
xả. Hình 13-19, l lấy nớc chính diện, tháo xả bùn cát chính diện.
Hình 13-19a, l kiểu lấy nớc có máng dẫn. Loại ny thờng dùng ở sông vùng trung
du, miền núi, khi lu lợng không lớn lắm. Lớp nớc trên đợc lấy vo máng dẫn 3, rồi vo
kênh lấy nớc. Lớp nớc dới mang nhiều bùn cát đợc xả trực tiếp về hạ lu qua các lỗ xả 2.
Hình 13-19b l kiểu lấy nớc có túi lắng cát (hay còn gọi l khoang lắng) đợc dùng
nhiều trong các công trình tới. Kiểu ny (đợc gọi l kiểu ấ
n Độ) có những nhợc điểm: khi
lòng sông sâu v rộng thì gây khó khăn cho việc lấy nớc, khi túi đựng cát hẹp v ngắn thì
không đủ lắng đọng bùn cát; dòng chảy vo kênh ngoặt 90
0
gây nên xáo động v bùn cát có
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln v Phỏt trin ngun nc Vit Nam

66
thể vo kênh; khi tháo xả bùn cát phải đóng cửa lấy nớc. Để khắc phục nhợc điểm, ngời ta
dùng bản phân tầng ở trớc cửa lấy nớc hoặc xây thêm tờng phân nớc ngập ở đáy.
Hình 13-19c, cũng l hình thức lấy nớc chính diện có máng dẫn nớc vo kênh lấy
nớc, còn bùn cát đợc xả qua lỗ xả 2.



Hình 13-19: Hình thức lấy nớc chính diện có lỗ xả cát chính diện
1. Đập; 2. Lỗ xả cát; 3. Máng dẫn; 4. Kênh; 5. Ngỡng vào; 6. Túi lắng cát;
7. Tờng cánh; 8. Cống lấy nớc.
Hình 13-20 mô tả hình thức lấy nớc chính diện có đờng hầm tháo xả bùn cát bên
cạnh. Nó thờng đợc sử dụng ở các sông có nhiều bùn cát, lấy nớc một phía hoặc cả hai
phía. Hình thức ny do giáo s N.F.Danhêliia đề nghị.