Hợp tác nghiên cứu và phát triển mô hình vật lý thí nghiệm công trình đầu mối và hệ thống điều khiển đo đạc tự động trong phòng thí nghiệm

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
Viện Khoa học Thủy lợi
171 - Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội


Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật ề tài:
hợp tác nghiên cứu và phát triển mô hình
vật lý thí nghiệm công trình đầu mối
và hệ thống điều khiển đo đạc tự động
trong phòng thí nghiệm


PGS.TS. Trần Quốc Thởng




6790
14/4/2008


Hà Nội, 2- 2008
Bản quyền thuộc Viện Khoa học Thủy lợi
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trởng
Viện Khoa học Thủy lợi trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu

BNN&PTNT
VKHTL

BNN&PTNT
VKHTL

BNN&PTNT
VKHTL


Danh sách cán bộ thực hiện chính



1. PGS.TS. Trần Quốc Thởng
2.GS.TS. Trần Đình Hợi
3. TS. Lê Văn Nghị
4. ThS. Phạm Anh Tuấn
5. ThS. Nguyễn Đăng Giáp
6. KSCC. Lê Duy Hàm
7. KS. Giang Th
8. KS. Lê Quang Hng

Mục lục


Trang
Danh sách cán bộ thực hiện chính

Mở đầu
1
Chơng I. Phơng pháp nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực công
trình

2
ĐI.1. Giới thiệu chung thí nghiệm mô hình thủy lực công trình
2
ĐI.2. Tiêu chuẩn tơng tự
5
ĐI.3. Trang, thiết bị cơ bản dùng cho thí nghiệm
5
ĐI.4. Thiết kế mô hình
7
ĐI.5. Trình tự thí nghiệm
9
ĐI.6. Nội dung và phơng pháp thí nghiệm
10
ĐI.7. Các cấp lu lợng thí nghiệm và mặt cắt đo
12
ĐI.8. Độ chính xác của thí nghiệm mô hình thủy lực
13
Chơng II. Dòng chảy lu tốc cao
14
ĐII.1. Khái quát
14
ĐII.2. Nghiên cứu biện pháp giảm xâm thực
19
ĐII.3. Ví dụ
39
Chơng III. Tiêu năng dòng phun và xói hạ lu tràn xả lũ
42
ĐIII.1. Khái quát tiêu năng dòng phun và xói hạ lu
42
ĐIII.2. Tiêu hao năng lợng do dòng phun

43
ĐIII.3. Chọn hình thức mũi hất
46
ĐIII.4. Xói nền đá do dòng phun
49
ĐIII.5. Phơng pháp mô hình hóa vật liệu xói nền đá
64
ĐIII.6. Ví dụ thiết kế vật liệu nền đá ở mô hình
67
Chơng IV. Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập xây dựng dở
74
ĐIV.1. Mở đầu
74
ĐIV.2. ứng dụng xả lũ thi công qua đập xây dựng dở ở Việt Nam
84
Chơng V. Xây dựng phần mềm kết nối nhiều đầu đo để đo áp lực và
lu tốc dòng chảy
89
ĐV.1. Cơ sở
89
ĐV.2. Phần mềm kết nối nhiều đầu đo áp lực và vận tốc dòng chảy
92
ĐV.3. Chơng trình vẽ bình đồ lu tốc dòng chảy, cắt dọc dòng chảy
99
ĐV.4. ứng dụng
108
Chơng VI. Kết luận chung
111
ĐVI.1. Kết luận
111

ĐVI.2. Đề nghị
113
Tài liệu tham khảo

114

1
Mở đầu
Sau 2 năm thực hiện Nghị định th với Trung Quốc về đề tài: Hợp tác nghiên
cứu và phát triển mô hình vật lý thí nghiệm công trình đầu mối và hệ thống điều
khiển đo đạc tự động trong phòng thí nghiệm.
Căn cứ vào mục tiêu của đề tài:
+ Mục tiêu:
- Nâng cao năng lực nghiên cứu mô hình vật lý phục vụ cho xây dựng và sửa
chữa công trình thủy lợi, thủy điện;
- Xây dựng kết nối đợc hệ thống đo đạc trong thí nghiệm mô hình vật lý.
Chúng tôi xin tổng hợp kết quả nghiên cứu của đề tài gồm các phần nh sau:
- Phơng pháp nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực công trình.
- Dòng chảy lu tốc cao, các vấn đề hàm khí, khí thực
- Tiêu năng dòng phun và xói hạ lu tràn xả lũ.
- Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập xây dựng dở.
- Xây dựng phần mềm kết nối nhiều đầu đo để đo áp lực và lu tốc dòng chảy.
+ Trong quá trình thực hiện đề tài Viện Thủy lợi Nam Kinh đã giúp đỡ chúng
tôi, nh:
- Xây dựng mô hình vật lý, hớng dẫn tham quan thực tập các mô hình của
Viện, nh: Tam Hiệp, Câu Pi Than tính theo giá của Việt Nam kinh phí xây dựng
các mô hình của phía Trung Quốc khoảng hơn 2 tỷ VNĐ.
- Cung cấp các tài liệu nghiên cứu về công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện,
nh: quy trình quy phạm thí nghiệm mô hô hình vật lý, báo cáo kết quả thí nghiệm
mô hình của Trung Quốc về: Dòng lu tốc cao, dẫn dòng thi công qua công trình xây

dựng dở, các thiết bị thí nghiệm hiện đại
Do đó trong báo cáo tổng kết đề tài ở đầu các chơng chúng tôi sẽ nêu phơng
pháp, kết quả thí nghiệm của từng nội dung hợp tác mà phía bạn đã thực hiện, tiếp
theo là phần học tập đợc để ứng dụng vào Việt Nam. Nhiều vấn đề mới lần đầu thực
hiện trên mô hình vật lý ở nớc ta, nh: Dòng lu tốc cao, dẫn dòng thi công qua đập
đá đổ đắp dở, cũng nh lần đầu xuất bản đợc: Tiêu chuẩn thí nghiệm mô hình thủy
lực công trình đầu mối thủy lợi.
- Viện Thủy lợi Nam Kinh đã cử các chuyên gia do GS. Lý Vân - Phó Viện
trởng dẫn đầu sang thăm và làm việc với Viện Khoa học Thủy lợi 5 ngày. Các
chuyên gia đã báo cáo một số chuyên đề và cung cấp thông tin về nghiên cứu mô
hình đầu mối thủy lợi & thủy điện, nh: dòng lu tốc cao, dẫn dòng thi công qua đập
đá đổ đắp dở Thiên sinh Kiều, âu thuyền ở đập Tam Hiệp và cũng đề ra một số nội
dung tiếp tục hợp tác, nh: xây dựng mô hình nghiên cứu về xả lũ thi công qua đập
đá đổ xây dở tại Việt Nam, cung cấp trang thiết bị nghiên cứu về dòng lu tốc cao
Dới đây là nội dung cụ thể đợc trình bày dới dạng các chơng.

2
Chơng I
Phơng pháp nghiên cứu
thí nghiệm mô hình thủy lực công trình

ĐI.1. Giới thiệu chung thí nghiệm mô hình thủy lực công trình
I. ý nghĩa của thí nghiệm mô hình thủy lực công trình
Sự vận động của dòng chảy là một hiện tợng tự nhiên vô cùng phức tạp, cho
đến nay vẫn cha thể nắm biết đợc đầy đủ sự tồn tại của các lực tác dụng và quy
luật phát triển của chúng. Khi thiết kế công trình thủy lợi, thông thờng, nếu
không dùng phơng pháp phân tích toán học thì dùng công thức kinh nghiệm. Cả
hai phơng pháp đều có tính hạn chế nhất định. Chẳng hạn nh, để giải quyết khó
khăn của phân tích toán học, trớc khi xây dựng phơng trình lý thuyết cần đa ra
các giả thiết để đơn giản hoá; trong quá trình tìm nghiệm của phơng trình

thờng lợc bỏ những số hạng bậc cao. Do đó, sau khi tính toán thiết kế theo
công thức lý thuyết, cần phải kiểm định qua thí nghiệm mô hình rồi mới đa ra áp
dụng để đảm bảo an toàn cho công trình. Mặt khác, sử dụng công thức kinh
nghiệm tuy tơng đối đảm bảo độ tin cậy nhng các hệ số của nó có các điều kiện
và phạm vi sử dụng nhất định, không thể sử dụng rộng rãi tuỳ tiện.
Thực tế, các điều kiện biên của công trình thủy lợi rất khác nhau, lại vô cùng
phức tạp, phải qua phân tích nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực mới có thể
phù hợp với thực tế, ngoài ra thí nghiệm mô hình còn giúp nâng cao lý luận, đúc
kết thực tiễn. Do đó, có thể nói nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực là cầu nối
giữa lý luận cơ học chất lỏng và công trình thủy lợi thực tế, cần đợc quan tâm.
II. Nhiệm vụ, mục đích thí nghiệm mô hình thủy lực công trình
Thí nghiệm mô hình thủy lực là: Phỏng theo công trình thực tế, dựa theo tiêu
chuẩn tơng tự, chế tạo thu nhỏ thành mô hình, căn cứ vào các lực tác dụng chủ
yếu mà nó phải chịu, tiến hành nghiên cứu thí nghiệm. Nếu muốn tìm hiểu hiện
tợng thực tế hoặc kiểm tra tính an toàn về thủy lực của nó, thì có thể mô tả các
hiện tợng đó trên mô hình. Tiến hành quan trắc, đo đạc, thu thập và xử lý số liệu
trên mô hình, từ đó suy ra cho thực tế theo tiêu chuẩn tơng tự. Do vậy sử dụng
phơng pháp thí nghiệm mô hình thủy lực chẳng những có thể xác định đ
ợc tính
3
hợp lý, độ an toàn của công trình trong thiết kế, mà còn có thể dự báo hiện tợng
có khả năng xảy ra đối với công trình. Đồng thời, tiến hành nghiệm chứng đối với
lý thuyết để nâng cao trình độ lý luận và thực tiễn.
Mục đích của nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực công trình là: Kiểm
nghiệm phơng án thiết kế và lựa chọn phơng án tối u theo điều kiện thủy lực.
Qua thí nghiệm mô hình thủy lực công trình không chỉ xác định đợc tính
hợp lý trong thiết kế mà còn có thể dự báo đợc những hiện tợng có thể xảy ra
đối với công trình trong quá trình vận hành sau này. Đồng thời từ thí nghiệm mô
hình thủy lực công trình sẽ nghiên cứu bổ sung hoàn thiện những quy luật của
động học và động lực học dòng chảy, chính xác hoá các công thức lý thuyết của

thủy lực bằng cách xác định các hệ số cụ thể. Ngoài ra, thí nghiệm mô hình thủy
lực còn có thể kiểm tra các kết quả của mô hình toán.
III. Phân loại mô hình thủy lực công trình
Tuỳ theo mục đích nghiên cứu thí nghiệm mô hình mà chọn loại mô hình
cho phù hợp. Thờng có các loại mô hình:
Để nghiên cứu bố trí hệ thống công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện trên
sông, sẽ cắt một đoạn sông và hệ thống công trình đầu mối để chế tạo, xây dựng
mô hình theo một tỷ lệ thu nhỏ nhất định và tiến hành thí nghiệm, đây là mô hình
tổng thể. Khi nghiên cứu các mô hình thủy công hai bên đối xứng, tình hình dòng
chảy cũng đối xứng, có thể nghiên cứu một bên để đại diện cho toàn bộ (trừ
nghiên cứu tiêu năng phòng xói), lúc này dùng mô hình bán chỉnh thể. Để nghiên
cứu dạng mặt cắt đập, phân bố áp lực, tình hình dòng chảy thờng cắt một đoạn
hay một khoang tràn để chế tạo mô hình và tiến hành nghiên cứu trong máng kính
dùng mô hình mặt cắt.
Trong trờng hợp thí nghiệm nếu các kích thớc của công trình đều theo
một tỷ lệ thu nhỏ mà chế tạo mô hình, thì đây là mô hình chính thái. Mô hình
thủy lực công trình đều dùng mô hình chính thái. Nếu do điều kiện hạn chế, nh
độ nhám hoặc trạng thái dòng chảy với nguyên thể khó thực hiện đợc, lúc này
dùng mô hình tỷ lệ thu nhỏ với kích thớc chiều đứng và chiều ngang khác nhau,
đó là mô hình biến thái. Mô hình sông ngòi thờng dùng loại mô hình này.
Nếu trong mô hình chỉ thí nghiệm xác định khả năng tháo, quan sát tình
hình dòng chảy, có thể làm mô hình với lòng sông và các kết cấu công trình cố
4
định, gọi là mô hình lòng cứng. Nếu nghiên cứu xói cục bộ ở hạ lu hoặc diễn
biến xói lở lòng sông cần làm mô hình lòng mềm (lòng động).
Theo nhiệm vụ, mục đích nghiên cứu thí nghiệm, theo lực tác dụng chính, có
thể phân thành các loại mô hình: Dòng chảy qua lỗ, dòng chảy qua vòi, mô hình
công trình thủy công, mô hình lòng sông, mô hình máy thủy lực, mô
hình khuyếch tán nhiệt, mô hình sóng triều, mô hình lũ bùn cát, mô hình
cung trợt

Ngoài những mô hình nói trên, còn có mô hình thấm.
IV. Phạm vi và đối tợng nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực
công trình
Thí nghiệm mô hình thủy lực bao gồm: Kiểm định và hoàn thiện bố trí cụm
đầu mối công trình thủy lợi và các hạng mục công trình (nh tối u hóa hình dạng
công trình tháo nớc, khả năng tháo nớc, tải trọng do dòng chảy tác dụng lên
công trình, chế độ nối tiếp thợng hạ lu, kết cấu công trình tiêu năng, tình hình
xói cục bộ hạ lu và các biện pháp phòng xói ).
Đối với trạm thủy điện thí nghiệm mô hình thủy lực chủ yếu nghiên cứu đặc
tính giếng điều áp, áp lực nớc va, tính năng tổ tuốc bin, tổn thất cột nớc ở cửa
vào nhà máy
Đối với dẫn dòng thi công thí nghiệm mô hình thủy lực bao gồm: Bố trí hệ
thống công trình dẫn dòng hợp lý; xác định vị trí, kích thớc cửa, kích thớc đê
quây và vật liệu chặn dòng phù hợp
V. Sự cần thiết phải có phơng pháp xây dựng và thí nghiệm mô hình
Mặc dù đã có các phòng thí nghiệm thủy lực từ lâu, đã thí nghiệm nhiều
công trình thủy lợi, thủy điện và các công trình khác, nh: giao thông, thủy sản,
quân sự nhng hầu nh các nớc cha có một tài liệu chung về phơng pháp
xây dựng và thí nghiệm mô hình thủy lực công trình (Trung Quốc những năm gần
đây mới ban hành quy trình thí nghiệm mô hình công trình thủy công). Nớc ta
phòng thí nghiệm thủy lực công trình thuộc Viện Khoa học Thủy lợi đợc xây
dựng từ những năm 1959 nhng cha có tài liệu nào nêu về phơng pháp xây
dựng và thí nghiệm mô hình thủy lực công trình, các cán bộ chỉ tham khảo các
sách, giáo trình thủy lực. Do đó, cần có một tài liệu về phơng pháp xây dựng và
thí nghiệm mô hình cho thống nhất giữa các phòng thí nghiệm trong nớc và giúp
5
cho cơ quan quản lý thuận tiện trong việc kiểm tra, giám sát cũng nh cơ quan t
vấn tham khảo.
Dới đây chúng tôi xin nêu về phơng pháp xây dựng và thí nghiệm mô hình
thủy lực công trình gồm: tiêu chuẩn tơng tự, trang thiết bị thí nghiệm, phơng

pháp xây dựng và thí nghiệm, đánh giá sai số.
ĐI.2. tiêu chuẩn tơng tự
Khi thí nghiệm mô hình thủy lực công trình phải đáp ứng tiêu chuẩn sau:
1. Mô hình phải đảm bảo đợc tơng tự hình học, tơng tự về đặc trng động
học và tơng tự động lực học của dòng chảy với nguyên hình.
2. Đối với mô hình thủy lực công trình, hiện tợng thủy lực thờng do tác
động chủ yếu của trọng lực (khi nớc chảy qua đập, qua cống, qua dốc nớc, qua
lỗ ) thì phải tuân theo tiêu chuẩn tơng tự trọng lực là số Froud của mô hình và
của nguyên hình phải bằng nhau (Fr
n
=Fr
m
=idem).
3. Ngoài điều kiện cơ bản là thoả mãn tơng tự trọng lực còn phải thoả mãn
các điều kiện giới hạn sau đây:
+ Chế độ chảy ở nguyên hình phải đợc bảo tồn trên mô hình, nghĩa là số
Râynôn trên mô hình (Re
m
) phải lớn hơn số Râynôn

giới

hạn (Re
k
).
+ Trong thí nghiệm mô hình, cần chọn vật liệu, phơng pháp hợp lý để hiệu
chỉnh độ nhám cho phù hợp.
+ Để tránh ảnh hởng của sức căng mặt ngoài, lu tốc bề mặt mô hình
không đợc nhỏ hơn 23cm/s, độ sâu nớc không đợc nhỏ hơn 2,0cm.
+ Mô hình thủy lực công trình bắt buộc phải là mô hình chính thái. Trờng

hợp đặc biệt làm mô hình biến thái thì phải giải trình với cấp có thẩm quyền về
sai số chấp nhận và biến suất phải nhỏ hơn 4
h
L
.


=




ĐI.3. Trang, thiết bị cơ bản dùng cho thí nghiệm
I. Trang thiết bị cố định
1. Trang thiết bị hệ thống cấp và thu nớc, bao gồm: bể chứa nớc, bể lặng
nớc, hệ thống ống phân phối nớc và máng hồi nớc, các thiết bị cấp và thu
6
cát .v.v. phù hợp với yêu cầu và tiêu chuẩn thí nghiệm.
2. Các thiết bị thông dụng cố định:
Căn cứ vào nhiệm vụ thí nghiệm, có thể xây dựng lắp đặt các thiết bị cố định
có tính thông dụng nh: Máng kính, tháp nớc cao và bể áp lực .v.v.
II. Thiết bị đo đạc thí nghiệm
1. Thiết bị đo mực nớc
+ Kim đo mực nớc tĩnh thờng dùng kim đo của Trung Quốc để đo mực
nớc khi dòng chảy có lu lợng không đổi.
+ Kim đo mực nớc tự động dùng để đo mực nớc khi dòng chảy có lu
lợng biến đổi thờng dùng loại của Anh, Nhật, Mỹ
+ Thiết bị đo chiều cao sóng dùng vào việc đo dao động mặt nớc chọn loại
phối hợp đợc với các thiết bị thu thập tín hiệu và xử lý tín hiệu, thờng dùng của
Mỹ, Nhật

2. Thiết bị đo áp lực, áp suất mạch động
+ ống đo áp dùng để đo áp suất khi lu lợng không đổi, có:
- Đờng kính trong của lỗ đo áp cần nhỏ hơn hoặc bằng 2mm.
- Miệng lỗ cần vuông góc với thành bên, chiều sâu lỗ ít nhất bằng 2 lần
đờng kính ống.
+ Đờng kính trong của ống đo áp (ống thủy tinh) không đổi và lớn hơn
1cm.
+Thân ống giữ thẳng đứng. Cao trình điểm không (0) đợc hiệu chỉnh bằng
máy thủy chuẩn.
+ Khi áp suất nhỏ hơn 3m cột nớc dùng ống đo PenZometers. Khi áp suất
vợt quá 3m cột nớc, nên dùng cột áp thủy ngân.
+ Khi áp suất vợt quá 10m cột n
ớc, nên dùng áp kế.
3. Thiết bị đo lu lợng có thể dùng các thiết bị sau:
+ Thiết bị đo lu lợng tự động điều chỉnh van bằng điện.
7
+ Đập tràn dùng để đo lu lợng không đổi, để đáp ứng yêu cầu của khoảng
đo và độ chính xác nên chọn loại đập tràn sau:
- Khi lu lợng Q<10 l/s, dùng đập tràn tam giác vuông, lu lợng đợc xác
định theo đờng cong chuẩn;
- Khi lu lợng Q>10 l/s, dùng đập tràn hình chữ nhật, tính toán lu lợng
dùng công thức Rebhock;
+ Yêu cầu của việc lắp đặt đập tràn đo nớc
- Chiều rộng lòng máng của đập tràn tam giác cân bằng 3 ữ 4 lần cột nớc
tràn lớn nhất trên đập.
- Thân đập phải đặt thẳng đứng, vuông góc với lòng máng, đỉnh của tấm đập
nằm ngang bằng.
- Chiều rộng lòng máng không đổi (đối với đập tràn chữ nhật).
- Giữa tấm đập tràn hình chữ nhật và làn nớc dới đập tràn cần bố trí lỗ
thông khí, mực nớc hạ lu phải thấp hơn cao trình ngỡng tràn không nhỏ

hơn 7cm.
- Lới giảm sóng đặt ở thợng lu đập tràn, cách đập tràn một khoảng
ít nhất bằng 10 lần cột nớc tràn lớn nhất trên đỉnh đập tràn.
- Lỗ kim đo mực nớc thợng lu đặt ở vị trí cách đập tràn ít nhất bằng
6 lần cột nớc tràn lớn nhất trên đỉnh đập.
+ ống Venturi dùng vào việc đo lu lợng dòng chảy không đổi, kích cỡ
phải phù hợp thiết kế tiêu chuẩn, đờng kính tuỳ theo lu lợng mà định. Hệ số
l
u lợng dùng đờng cong chuẩn.
4. Thiết bị đo lu tốc phải có độ chính xác thích hợp và phù hợp với từng
trờng hợp thí nghiệm, thờng dùng máy PEMS của Hà Lan dải đo từ 0ữ5m/s.
5. Kiểm định thiết bị đo đạc.
Các thiết bị đo cần đợc kiểm đỉnh theo quy định hiện hành.
Đi.4. Thiết kế mô hình
I. Tiến hành thiết kế mô hình theo tiêu chuẩn tơng tự đã chọn
8
II. Tỷ lệ hình học và phạm vi mô hình đợc chọn theo: Yêu cầu độ chính
xác của công trình, điều kiện sân bãi thí nghiệm, thiết bị, lu lợng cấp nớc,
điều kiện giới hạn và điều kiện kinh tế.
III. Chọn loại mô hình
1. Nghiên cứu bố trí cụm công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện và quan hệ
tơng hỗ giữa các công trình dùng mô hình lòng cứng chỉnh thể, tỷ lệ không nhỏ
hơn 1/100;
2. Nghiên cứu đặc tính thủy lực của một công trình nào đó trong cụm đầu
mối, dùng mô hình riêng lẻ, tỷ lệ không nhỏ hơn 1:80;
3. Nghiên cứu hiện tợng dòng chảy của một bộ phận nào đó của công trình,
dùng mô hình cục bộ, tỷ lệ không nhỏ hơn 1:80;
4. Mô hình mặt cắt, tỷ lệ không nhỏ hơn 1:50;
5. Nghiên cứu xói lở, bồi lắng cục bộ thợng hạ lu công trình đầu mối, có
thể kết hợp mô hình lòng cứng với mô hình lòng động;

6. Căn cứ yêu cầu thí nghiệm cho một hạng mục thí nghiệm công trình, có
thể đồng thời chọn nhiều loại hình mô hình: Mặt cắt, tổng thể.
IV. Phạm vi làm mô hình
1. Chiều dài hớng dọc của mô hình: Phải bảo đảm cho trạng thái dòng chảy
trong đoạn nghiên cứu đạt tơng tự với dòng chảy nguyên hình:Thợng lu cách
ngỡng tràn hoặc cống 30 lần cột nớc thiết kế, hạ lu cách mặt cắt xác định
Q= f(H) hạ lu ít nhất 300m.
2. Hớng ngang: Phải bao trùm đờng đồng mức mực nớc cao nhất, đồng
thời có độ cao an toàn thích hợp.
V. Chế tạo và lắp ráp mô hình
1. Vẽ bản đồ bố trí tổng thể mô hình, bản vẽ chi tiết mô hình công trình,
bản đồ bố trí các điểm đo, đồng thời đề ra các yêu cầu về gia công và lắp ráp
mô hình.
2. Các loại vật liệu làm mô hình tùy yêu cầu thích ứng có thể dùng: Gỗ, xi
măng, kính hữu cơ, tấm Plastic cứng và tôn mạ kẽm, các loại vật liệu làm vật
liệu xói.
9
3. Tờng biên của mô hình có thể bằng gạch xây hoặc lắp ghép bằng tấm
đúc sẵn. Dù dùng loại tờng bên nào, đều phải đảm bảo cờng độ và tơng tự
độ nhám.
4. Việc tạo địa hình mô hình có thể dùng phơng pháp mặt cắt, phơng pháp
điểm cọc. Khi dùng 2 phơng pháp này, khoảng cách giữa 2 mặt cắt khống chế
trong mô hình có thể lấy bằng 50ữ80cm, đối với đoạn sông có địa hình biến đổi
tơng đối phức tạp, số mặt cắt khống chế có thể tăng thêm.
5. Yêu cầu khống chế độ chính xác.
+ Cao trình mô hình công trình, sai số cho phép từ 0,2ữ0,4mm (tuỳ theo tỷ
lệ

L
);

+ Cao trình địa hình, sai số cho phép 2,0mm; khoảng cách nằm ngang và
chiều dọc sai số cho phép là 10mm;
+ Điểm gốc thủy chuẩn và điểm không (0) của kim đo, sai số cho phép
là 0,3mm.
6. Kiểm tra và nghiệm thu
+ Lắp ráp mô hình xong cần tiến hành kiểm tra toàn diện, có ghi biên bản
đầy đủ;
+ Sau khi kiểm tra xong, cần tiến hành thử nớc, nếu phát hiện vấn đề gì thì
kịp thời có biện pháp hiệu chỉnh;
+ Đối với mô hình công trình đặc biệt, cần tổ chức nghiệm thu xây dựng,
chế tạo mô hình có xác nhận của cơ quan đặt hàng.
ĐI.5. Trình tự thí nghiệm
1. Căn cứ vào nhiệm vụ và yêu cầu thí nghiệm, xây dựng đề cơng nghiên
cứu thí nghiệm chi tiết bao gồm: Nội dung thí nghiệm, loại mô hình, tỷ lệ mô
hình, lần nhóm thí nghiệm, quy trình tiến hành thí nghiệm và kế hoạch tiến độ thí
nghiệm .v.v.
2. Thí nghiệm chính thức bao gồm: Thí nghiệm phơng án thiết kế, thí
nghiệm phơng án sửa đổi và thí nghiệm phơng án hoàn thiện.
3. Trớc khi thí nghiệm chính thức, cần tiến hành thí nghiệm kiểm chứng, để
10
hiệu chỉnh độ nhám và thiết bị đo lờng .v.v.
4. Khi thí nghiệm phơng án sửa đổi phải mời cơ quan thiết kế quan sát mô
hình và thống nhất nội dung thí nghiệm sửa đổi.
5. Khi thí nghiệm phơng án hoàn thiện, cần kịp thời chỉnh lý phân tích số
liệu, phát hiện các điểm khả nghi, để thí nghiệm bổ sung.
6. Lập báo cáo nghiên cứu thí nghiệm chính thức.
ĐI.6. Nội dung và phơng pháp thí nghiệm
I. Xác định diễn biến mực nớc và đờng mặt nớc, chế độ nối tiếp
dòng chảy
1. Đặt ống kim đo mực nớc: Thợng lu tại vị trí cách ngỡng tràn hoặc

cống ít nhất bằng 10 lần cột nớc thiết kế, phía hạ lu tại mặt cắt xác định
Q = f(H) hạ lu. Dùng kim đo để đo mực nớc trong bình kim đo.
2. Thông qua giá kim đo lu động (hoặc xe đo) đã đợc chỉnh ngang bằng,
dùng kim đo để đo đờng mặt nớc, hớng dọc hoặc hớng ngang của dòng chảy.
3. Chọn máy đo mực nớc tự động để đo quá trình biến đổi mực nớc của
dòng chảy biến đổi. Mỗi trị số đo là giá trị trung bình cộng của 3 lần đo.
4. Trờng hợp thí nghiệm cống ngầm chảy có áp phải dùng kính hữu cơ làm
mô hình công trình để quan sát dòng chảy đợc dễ dàng.
5. Dùng bảng biểu để ghi số liệu quan trắc (ghi rõ điều kiện thí nghiệm, lần
đo, nhóm đo và ngày tháng năm).
II. Đo lu lợng
1. Các bớc thao tác thí nghiệm chảy qua công trình xả:
+ Xác định lu lợng tháo cho trờng hợp chảy tự do và chảy ngập.
+ ứng với mỗi cấp lu lợng xác định đợc mực nớc thợng lu tơng ứng.
2. Các bớc thao tác thí nghiệm chảy qua d
ới cửa van
+ Xác định lu lợng tháo với các độ mở cửa van khác nhau.
+ ứng với mỗi độ mở cửa van xác định đợc lu lợng xả và mực nớc
thợng lu tơng ứng.
11
3. Dùng bảng biểu để ghi số liệu quan trắc, sau đó, theo công thức, tính toán
hệ số lu lợng của tràn và chảy qua lỗ.
III. Đo lu tốc, xác định hớng dòng chảy
1. Căn cứ vào khoảng đo lu tốc để chọn máy đo lu tốc tơng ứng.
2. Chọn vị trí thợng lu công trình chính, tiêu năng và hạ lu công trình
làm mặt cắt chính đo lu tốc, còn các mặt cắt khác thì tuỳ theo yêu cầu mà
xác định.
3. Tại mỗi mặt cắt đo, bố trí ít nhất 5 thủy trực đo, mỗi thủy trực đo 3 điểm:
mặt, giữa và đáy.
4. Đồng thời với việc đo lu tốc, tiến hành quan trắc trạng thái dòng chảy,

hớng dòng chảy; thờng dùng phơng pháp quan trắc thả phao chỉ đo lu hớng
đi theo lới toạ độ đã định, chụp ảnh chậm, quay camêra.
5. Dùng bảng biểu ghi chép các số liệu đo lu tốc và tính đổi ra nguyên
hình.
6. Thí nghiệm về khí thực, hàm khí phải tiến hành trong giá kín.
IV. Đo áp suất
1. Kiểm tra lỗ đo áp và ống đo áp xem có phù hợp yêu cầu hay không.
2. Kiểm tra lỗ đo áp xem có rò rỉ hay không.Trớc mỗi lần thí nghiệm phải
thông khí trong ống đo áp.
3. Dùng máy thủy chuẩn để xác định cao trình điểm không (0) của bảng
đo áp.
4.Theo thứ tự đánh số, dùng giấy kẻ ly đo chiều cao cột nớc trong ống
đo áp.
5. Dùng bảng biểu ghi chép các số liệu đo đạc.
V. Đo áp lực mạch động
1. Lắp bộ truyền cảm áp lực mạch động vào lỗ đo áp, mặt ngoài phải vuông
góc với thành bên.
2. Nếu yêu cầu lắp ráp nh trên đây có khó khăn, thì có thể dùng một đoạn
ống cứng để nối giữa bộ truyền cảm và lỗ đo áp.
12
3. Đa tín hiệu điện nhập vào máy xử lý để ghi chép hoặc lu trữ. Mỗi trị số
đo lấy trung bình cộng của 3 lần đo.
4. Sau khi thí nghiệm xong, bộ truyền cảm cần phải đợc định chuẩn lại.
VI. Đo xói cục bộ
1. Chọn vật liệu thí nghiệm xói ở mô hình.
+ Dùng thể hạt rời tơng tự để mô phỏng lòng sông nguyên hình đợc tạo
bởi cát sỏi hoặc nham thạch với các thớ nứt phát triển, đờng kính hạt cụ thể đợc
chọn theo tơng tự lu tốc không xói cho phép [V
cp
].

+ Dùng cát mô hình nhẹ, mùn ca ngâm hay bụi than để mô phỏng lòng
sông nguyên hình tạo bởi bùn cát hạt mịn, đờng kính hạt cụ thể thông qua thí
nghiệm thử để xác định;
+ Dùng các viên vật liệu gia công có

=1 và chất keo dính kết theo hớng
vỉa đá để mô phỏng nền đá nguyên hình tạo bởi khối đá núi, yêu cầu đạt đợc
tơng tự lu tốc không xói và dạng xói gần thực tế.
2. Cao trình phủ vật liệu ở mô hình xói cần căn cứ vào cao trình mặt đá gốc
mà xác định. Khi cần thiết, có thể rải theo lớp phủ trên và phân tầng đá gốc.
3. Phạm vi phủ vật liệu xói phải rộng hơn phạm vi xói.
4. Lòng sông thung lũng hẹp phải chế tạo vật liệu xói ở cả hai bờ.
5. Thời gian thí nghiệm xói xác định theo tỷ lệ về thời gian quy đổi giữa mô
hình và nguyên hình.
6. Tiến hành thí nghiệm theo trình tự thao tác nghiêm ngặt, không đợc làm
xáo động mặt vật liệu xói ban đầu hoặc địa hình xói.
7. Dùng phơng pháp đờng đồng mức để vẽ địa hình hố xói.
ĐI.7. các cấp lu lợng thí nghiệm và mặt cắt đo
1. Lu lợng thí nghiệm:
Trên mô hình tiến hành thí nghiệm cho ít nhất 5 cấp lu lợng, trong đó có 3
cấp: Lu lợng trung bình (Q
tb
), lu lợng thiết kế (Q
tk
), lu lợng kiểm tra (Q
kt
).
2. Mặt cắt đo:
13
Trên mô hình phải bố trí các mặt cắt đo lu tốc, mực nớc cho: thợng lu,

thân và hạ lu công trình. Mỗi mặt cắt bố trí từ 3ữ10 thủy trực (tùy theo bề rộng
công trình).
ĐI.8. Độ chính xác của thí nghiệm mô hình thủy lực
1. Lu lợng: Sai số 1% ữ 2% so với từng cấp Q, theo Q~H của máng
lờng.
2. Lu tốc: Sai số theo độ chính xác của loại máy đo lu tốc.
3. Sai số đo mặt nớc công trình: So với độ sâu đo đạc: 3mm x với tỷ lệ
hình học mô hình.
14
Chơng II
Dòng chảy lu tốc cao

ĐII.1. khái quát
I. ý nghĩa của dòng lu tốc cao
Những năm vừa qua, do yêu cầu phát triển về dân sinh kinh tế, nhiều công
trình thủy lợi, thủy điện lớn của nớc ta đã đợc thiết kế và xây dựng. Với các
công trình vận hành trong điều kiện cột nớc chênh lệch lớn thì không chỉ trên
mặt đập tràn, trên dốc nớc mà cả trong các tuy nen hay cống xả lũ dẫn dòng thi
công lu tốc dòng chảy đạt từ 18,0m/sữ37.0m/s.
Có thể kể đến các công trình:
- Về đập tràn xả lũ, lu tốc tại vùng mũi phun đạt từ 25m/sữ35m/s gồm có:
+ Đập tràn thủy điện Bản Vẽ,
+ Đập trn thủy điện Sê San 3, Sê San 4,
+ Đập tràn thủy điện sông Tranh 2,
+ Đập tràn Bản Chát,
+ Đập tràn thủy điện Huội Quảng,
+ Đập tràn thủy điện Sơn La,
+ Đập tràn thủy điện Bình Điền .v.v.
- Về dốc nớc: dòng chảy trên dốc nớc của một số đập tràn có lu tốc lớn
từ 18m/s ữ 35m/s, nh:

+ Dốc nớc đập tràn thủy điện KaNak,
+ Dốc nớc đập tràn hồ chứa nớc Cửa Đạt,
+ Dốc nớc đập tràn thủy điện Tuyên Quang,
+ Dốc nớc đập tràn thủy điện Sơn La,
+ Dốc nớc đập tràn thủy điện Hoà Bình.
15
- Về tuy nen và cống xả lũ dẫn dòng thi công, có lu tốc dòng chảy trong tuy
nen hay cống lớn từ 18m/sữ 25m/s, nh:
+ Tuy nen xả lũ thi công thủy điện Bản Chát,
+ Tuy nen xả lũ thi công thủy điện Tuyên Quang,
+ Tuy nen xả lũ thi công hồ chứa nớc Cửa Đạt,
+ Tuy nen xả lũ thi công thủy điện Huội Quảng,
+ Cống xả lũ thi công thủy điện sông Tranh 2,
+ Cống xả lũ thi công thủy điện Sơn La .v.v.
Theo các tài liệu nghiên cứu ở nớc ngoài khi giá trị lu tốc dòng chảy vợt
quá 18m/s có khả năng xuất hiện khí thực; khi lu tốc dòng chảy tăng đến 30m/s
thì mức độ khí thực ớc tính tăng lên 17 lần, khi lu tốc tăng đến 40m/s thì mức
độ khí thực tăng lên đến gần 100 lần. Hiệu suất khí thực và lu tốc thành tỷ lệ
thuận với số mũ 5ữ7 lần.
Khi phát sinh dòng chảy có lu tốc cao không chỉ gây ra hiện tợng khí thực
mà còn gây ra mạch động lu tốc, mạch động lu tốc lớn, gây rung động đối với
công trình. Do đó từ thập kỷ 50ữ60 của thế kỷ 20 nhiều nhà thủy lực đã chú ý đến
việc nghiên cứu dòng chảy có lu tốc cao; có thể kể đến, nh:
- Rouse, H.Siao, T.T and Nagaratnam: Turbulence Characteristic of the
Hydraulic Jumps. Trans.A.S.C.E.1959.
- Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators
U.S.Department of the interior Bureau of Reclamation 1963.
- Lý Tông Bích Nghiên cứu dòng phun xa trên ngỡng phun đối với dòng
chảy lu tốc cao tạp chí thủy lợi Trung Quốc số 2 năm 1963 (tiếng Trung).
- Dòng chảy lu tốc caoPhòng nghiên cứu thủy công Viện Khoa học Thủy

lợi Trung Quốc (tài liệu dịch) nhà xuất bản thủy lợi 1958.
Để tránh hiện tợng khí thực phá hoại, biện pháp truyền thống là: Khi thiết
kế chọn hình dạng mặt thoát nớc hợp lý; khống chế độ bằng phẳng lồi lõm mặt
thoát nớc khi thi công và sử dụng vật liệu có tính năng chống xâm thực. Trên
thực tế đã chứng minh khi dòng chảy có lu tốc đạt tới gần 40m/s thì biện pháp
truyền thống khó tránh đ
ợc khí thực phá hoại. Gần 30 năm nay ở Trung Quốc
16
cũng nh một số nớc đã tiến hành các đề tài nghiên cứu trộn khí giảm khí thực;
xây dựng một loạt công trình trộn khí giảm khí thực là một giải pháp có hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật.
Khắc phục đợc hiện tợng khí thực cũng làm giảm bớt đợc mạch động lu
tốc và rung động của công trình.
Năm 1960 lần đầu tiên ứng dụng biện pháp trộn khí giảm khí thực đợc thực
hiện khi sửa chữa mặt cắt thoát nớc của lỗ tháo lũ trên đập Taigly dam (Mỹ).
Sau khi sửa chữa công trình đã vận hành hơn 10.000giờ chứng tỏ mặt thoát nớc
sau khi sửa chữa không phát sinh khí thực; sau đó tiếp tục ứng dụng cho công
trình tháo lũ của công trình Yellow dam và Klinsart dam ở Mỹ
ở Trung Quốc năm 1976 lần đầu ứng dụng thiết bị thông khí giảm khí thực
vào đờng hầm tháo lũ công trình Phùng Gia Sơn, rồi sau đó ứng dụng vào
tuy nen xả lũ các công trình hồ chứa nớc: Thạch Đầu Hà, U Giang Độ, Đồng
Giang .v.v. gần 20 công trình, chiếm khoảng 1/4 số công trình ứng dụng trên thế
giới, chứng minh hiệu quả tốt.
Vừa qua cụm đầu mối thủy lợi Tiểu Lang Đế nằm trên dòng chính sông
Hoàng Hà là công trình đập đá đổ cao 167m, để giải quyết vấn đề khí thực phá
hoại của đoạn chảy hở công trình tuy nen xả lũ có dòng chảy lu tốc cao lại mang
bùn cát, trong thiết kế đã dùng biện pháp trộn khí kết hợp với việc chọn vật liệu
chống mài mòn.
Theo tài liệu đo đạc một số công trình thực tế ở trong và ngoài nớc cho
thấy: các công trình xả lũ có cột nớc H>30m, hiện tợng khí thực của dòng lu

tốc cao phá hoại công trình là phổ biến. Theo quy định chung thì giải pháp chống
khí thực chỉ thích ứng với trờng hợp v<30ữ35m/s nhng xét tới chất lợng thi
công thì khi v>22ữ26m/s nên bố trí biện pháp trộn khí.
II. Một số công trình bị h hỏng do xâm thực
Trong các công trình thủy lợi, thủy điện lớn dòng chảy có lu tốc cao thờng
gặp ở các công trình:
+ Cống hoặc tuy nen xả lũ dẫn dòng thi công, tuy nen xả lũ thờng
xuyên
+ Dòng chảy ở vùng mũi hắt của đập tràn và trên thân các đập tràn lớn.
17
+ Dòng chảy trên các dốc nớc sau đập tràn tháo lũ.
Khi lu tốc dòng chảy đạt đến giá trị từ 18m/s trở lên thì trên mặt công trình
có thể gây ra các hiện tợng bất lợi đối với kết cấu và vật liệu của công trình,
đó là:
+ Hiện tợng rung động phát sinh tiếng ồn.
+ Hiện tợng xâm thực ăn mòn các loại vật liệu bảo vệ mặt các công trình.
+ Hiện tợng xâm thực phá hoại kết cấu bê tông; có không ít trờng hợp
công trình thực tế bê tông bị phá hoại trong phạm vi lớn.
Dới đây xin nêu một số ví dụ ở trong và ngoài nớc.
1. ở trong nớc
+ Tràn xả lũ hồ chứa nớc Núi Cốc, Thái Nguyên
Công trình bắt đầu đợc đa vào sử dụng năm 1982 với Q
TK
(P=0.5%) =
830m
3
/s, B
tr
= 24m, chiều dài dốc nớc 20m, độ dốc i=0.125. Sau 22 năm khai
thác sử dụng ở cuối dốc nớc và mũi phun đã xuất hiện hiện tợng xâm thực do

khí thực.
+ Đờng tràn Nam Thạch Hãn, Quảng Trị
Tràn thi công từ năm 1978, có ngỡng đỉnh rộng, nối tiếp sau là dốc nớc.
Tháng 10/1983 tràn xả lu lợng 7.000m
3
/s, kết quả ngỡng và dốc nớc tràn bị
h hỏng nặng. Trên mặt tràn quan sát thấy nhiều chỗ lớp vữa xi măng bị bong chỉ
còn trơ lại hòn sỏi, nhiều chỗ trơ cốt thép han gỉ, có chỗ bê tông bị xói sâu xuống
0.2ữ0.3m. Đó là do khí thực.
+ Tràn xả lũ hồ chứa nớc Kẻ Gỗ
Công trình đợc đa vào khai thác sử dụng từ năm 1987, với
Q
0.5%
= 1080m
3
/s, B
tr
=20m, hình thức xả sâu, ngỡng kiểu đập tràn thực dụng,
điều tiết bằng cửa van cung, chiều dài dốc nớc L=39.5m, độ dốc i=0.1.
Sau hơn 20 năm khai thác sử dụng, công trình đã phát huy tốt các nhiệm vụ
điều tiết và xả lũ về các mùa lũ. Qua khảo sát thực tế thì ở phần mũi phun tạo
thành các lỗ với chiều sâu 2ữ5cm và bị lộ cốt thép ra ngoài.

18
2. ở nớc ngoài
+ Đập tràn thủy điện Brask, Liên Xô
Công trình đợc xây dựng năm 1960 so với lu lợng đơn vị thiết kế
q=30.5 (m
3
/s.m). Đập tràn có 10 khoang mỗi khoang, có chiều rộng B=18m,

Q=5490m
3
/s, lu tốc trên mũi phóng v
mp
= 35m/s.
Bán kính cong chân đập: R=15m; góc mũi hất = 35
Sau một số năm vận hành, tràn bị xâm thực và bê tông bị phá hoại ở gần
cuối thân tràn và mũi phun hình 2.1.
110.0
104.0

15.0
V ùng bê tông bị phá hoại
-2.50
-2.00
101.0

Hình 2.1. Mặt cắt ngang đập tràn Brask
+ Đập tràn thủy điện Yên Đồng Hiệp, Trung Quốc
Mố tiêu năng của bể tiêu năng, do xâm thực đã phá hoại kết cấu bê
tông mố.
+ Tuy nen xả lũ thủy điện Lu Gia Hiệp, Trung Quốc
Bê tông đoạn cuối tuy nen xả lũ thủy điện Lu Gia Hiệp - Trung Quốc bị
phá hoại.
+ Đập tràn thủy điện Guri, Vênêzuêla
Công trình đợc xây dựng năm 1982 với lu lợng đơn vị thiết kế
q=150m
3
/s.m. Chiều rộng tràn B=40m; Q=6000m
3

/s.
Lu tốc trên mũi phóng v
mũi
= 41m/s; bán kính cong chân đập R=18m.
Sau một số năm vận hành tràn bị xói ở thân tràn hình 2.2.
19
270.0
250.2
233.25
Vùng bê tông bị phá hoại
140.0
110.0

Hình 2.2. Mặt cắt ngang đập tràn Guri

Qua một số ví dụ về các công trình bị h hỏng trên, chúng ta thấy vấn đề
dòng chảy lu tốc cao cần đợc quan tâm nghiên cứu.
ĐII.2. Nghiên cứu biện pháp giảm xâm thực
I. Khái quát
Dòng lu tốc cao chảy qua mặt bê tông của các công trình tháo lũ có cột
nớc lớn, số khí hoá nhỏ. Nếu hình dáng thiết kế không tốt hoặc cục bộ không
bằng phẳng dẫn đến xâm thực, bê tông bị phá hoại. Do đó cần phải tìm biện pháp
công trình hợp lý để tránh hoặc giảm nhẹ sự xâm thực của dòng chảy có lu tốc
cao, trong đó trộn khí giảm khí thực là một giải pháp hữu hiệu.
Biện pháp trộn khí giảm khí thực ứng dụng sớm nhất vào máy thuỷ lực. Trên
công trình thuỷ công sử dụng biện pháp trộn khí giảm khí thực đầu tiên là sau cửa
van của tuy nen xả lũ có áp và đoạn cong phía trớc của đoạn thẳng đứng của tuy
nen tháo lũ kiểu giếng, tuy nen tháo lũ, lỗ xả sâubằng cách lắp đặt ống
thông khí.
Đã áp dụng từ thập kỷ 60 đến thập kỷ 70 của thế kỷ 20 biện pháp trộn khí

giảm khí thực trên bề mặt xả lũ qua công trình thuỷ công, đây là một hạng mục
kỹ thuật mới đợc quan tâm.
20
Hình thức chung của công trình trộn khí giảm khí thực là bố trí trên mặt
thoát nớc máng trộn khí, ngỡng trộn khí hoặc mố nhô. Dòng chảy qua chỗ đột
biến này sẽ thoát khỏi thành biên hình thành dòng phun, mặt dới của luồng nớc
tạo ra buồng trống đa không khí vào, không khí từ hai vách bên mở rộng đột
ngột, rãnh van hoặc ống thông khí chôn sẵn đa vào.
Viền dới của luồng phun trong quá trình đó sẽ khuếch tán, trộn khí, khi nó
rơi trở lại bản đáy lại cuốn thêm một phần không khí khiến cho lớp nớc gần vách
hạ lu hình thành dòng hỗn hợp hai pha khí và nớc. Dòng chảy trộn khí này đi
qua một đoạn theo dọc đờng có thể duy trì từ nồng độ trộn khí C (nồng độ trộn
khí C: tổng lợng khí trên tổng lợng nớc đến trong một đơn vị thể tích nhân với
số %) không nhỏ hơn giá trị nồng độ nhỏ nhất chống xâm thực có hiệu quả, nh
vậy trong đoạn khoảng cách này, mặt nớc tràn qua sẽ không bị xâm thực
phá hoại.
II. Nguyên lý trộn khí giảm xâm thực và hiệu quả của nó
Sau khi dòng chảy trộn khí sẽ khiến cho biên vách hơi có cục bộ không bằng
phẳng xuất hiện áp suất âm, nhng vì trong nớc có trộn khí nên sẽ giảm thấp áp
lực cục bộ đến quá trình áp lực nớc bị hoá khí. Nếu cục bộ áp suất âm đủ để hình
thành dòng chảy có khí hoá, trong nớc kẹp khí sẽ có lợi cho việc sản sinh khí
hoá, vì thế áp lực trong khí hoá lại nâng cao, từ đó cũng nâng cao số khí hoá tại
chỗ. Giả thiết khí hoá bị tan vỡ phóng thích các phần tử không khí ở trong khí hoá
sẽ dẫn tới tác dụng xói chậm.
Khối nớc tầng ngoài khí hoá vì có mang theo không khí nên có tính nén.
Đối với khí hoá bị tan vỡ kích sóng lan truyền có tác dụng suy giảm, do đó trong
dòng nớc có trộn khí khi khí hoá tan vỡ hình thành áp lực tức thời sẽ hạ thấp
một cách có hiệu quả, ảnh hởng của xâm thực dần đợc giảm nhẹ một cách
tơng ứng.
Dòng chảy trộn khí và trong dòng nớc có hàm khí

là hai hiện tợng khác
nhau, hiện tợng thứ nhất là: trong dòng nớc khí vợt quá lợng bão hoà của
nớc ra thì còn có thêm một lợng khí nào đó nữa; hiện tợng này bằng mắt
thờng có thể quan sát thấy đợc hình thái tồn tại các bọt khí ở trong nớc, dòng
chảy một khi dừng lại thì các bọt khí sẽ thoát ra khỏi nớc.
21
Còn hiện tợng thứ hai là chỉ trong nớc lợng khí nhỏ hơn lợng khí bão
hoà, hoà tan trong nớc, mắt thờng không thể nhìn thấy đợc bộ phận khí đó.
Hiện tợng giảm xâm thực của dòng nớc trộn khí có thể nhận thấy đợc
thông qua các kết quả nghiên cứu sau đây:
III. Hình thức bố trí trộn khí giảm khí thực trong công trình tràn nớc
1. Trộn khí trên mặt thoát nớc
Trên mặt thoát nớc, công trình cơ bản dùng để trộn khí có 3 loại hình 2.3.
+ Ngỡng trộn khí: Là dạng ngỡng hơi nhô dốc thoải.
+ Bậc thụt: bản đáy phía sau hạ thấp hình thành bậc ngang.
+ Máng trộn khí: Tạo thành đờng cung cấp khí ở đáy dòng chảy, có nhiều
hình thức nh dạng rãnh van, dạng tam giác, dạng khe hẹp

2

1

1
m
Ngỡng, máng kết hợp
Ngỡng trộn khí
Ngỡng, bậc kết hợp

2

1
Ngỡng, máng bậc kết hợp

3

1

2
Máng trộn khí
b


3

Bậc nhô

2
Máng, bậc kết hợp

3

2
dạng rãnh van

Hình 2.3. Hình thức cơ bản của thiết bị trộn khí
chống xâm thực trên bản đáy