Luận văn thạc sỹ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG CỦA ĐẬP TRÀN TUYẾN CONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHAN TRỌNG HIẾU
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG
CỦA ĐẬP TRÀN TUYẾN CONG
Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số : 60 - 58 - 40
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS. TĂNG ĐỨC THẮNG
Hà Nội - 2008
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I
1 CHƯƠNG I 4
1.1. Tổng quan về các loại đập tràn
1.1.1. Phân loại tràn
1.1.2. Các dạng tràn xả lũ
1.1.3. Hình thức kết cấu tràn xả lũ
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu lưu lượng qua tuyến tràn có hình dạng
khác nhau
1.2.1. Kiểu bố trí đường tràn xiên một góc α so với hướng của dòng
chảy 10
1.2.2. Kiểu bố trí đường tràn trên một tuyến cong tròn
1.2.3. Giếng tháo lũ
1.2.4. Kiểu tường đứng trên một đáy phẳng với sơ đồ zíc zắc
(Labyrinth)
1.2.5. Kiểu đập tràn phím Piano (tràn PK)
1.3. Một số vấn đề tồn tại trong tính toán lưu lượng tràn tuyến cong
1.4. Phạm vi nghiên cứu của luận văn

1.5. Phương pháp nghiên cứu:
2 CHƯƠNG II 49
2.1. Giới thiệu nhiệm vụ nghiên cứu
2.1.1. Xác định các loại tràn tuyến cong sẽ nghiên cứu
2.1.2. Các vấn đề về chế độ thủy lực có liên quan
2.2. Mô hình vật lý và lý thuyết tương tự
2.2.1. Mô hình vật lý cho thủy lực tràn
2.2.2. Tương tự hình học
2.2.3. Tương tự động học
2.2.4. Tương tự động lực học
2.3. Xây dựng phương án thí nghiệm
2.3.1. Mục đích thiết lập sêry thí nghiệm
2.3.2. Thiết lập sêry thí nghiệm
2.3.3. Thiết lập phương trình nghiên cứu thí nghiệm
3 CHƯƠNG III 60
3.1. Thiết kế mô hình
3.1.1. Chọn loại mô hình
3.1.2. Chọn tỷ lệ mô hình
3.1.3. Phạm vi bố trí mô hình
3.1.4. Vật liệu làm mô hình
3.1.5. Xây dựng chế tạo mô hình
3.1.6. Kiểm tra điều kiện tương tự
3.2. Các thiết bị đo đạc và thu thập số liệu
3.2.1. Dụng cụ đo cao độ
3.2.2. Dụng cụ đo lưu lượng
3.2.3. Thiết bị đo mực nước
3.3. Quy trình thí nghiệm và các kết quả thí nghiệm
3.3.1. Quy trình thí nghiệm
3.3.2. Kết quả thí nghiệm
3.4. Xây dựng công thức tính lưu lượng đập tràn

3.4.1. Giả thiết hàm toán học biểu thị sự tương quan giữa các kết
quả thí nghiệm
3.4.2. Xác định các thông số chưa biết của hàm giả định
3.4.3. So sánh kết quả tính toán của công thức thực nghiệm và kết
quả thí nghiệm
4 KẾT LUẬN 79
5 KIẾN NGHỊ 81
6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
7 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 1
- 1 -
MỞ ĐẦU
Nhiều năm nay ở nước ta, hồ chứa nước đã đóng vai trò quan trọng
trong việc phát điện, trữ nước mùa mưa, cấp nước trong mùa khô, làm giảm
bớt khó khăn và thiệt hại do hạn hán gây ra, cải thiện môi trường sống.
Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,
đến nay cả nước có khoảng 3.500 hồ chứa nước các loại. Trong đó hồ chứa
vừa và lớn có khoảng 700 hồ với dung tích mỗi hồ hơn 1 triệu m
3
, đập cao
hơn 10m - chiếm 20%, trong đó có khoảng 72 hồ có dung tích trên 10 triệu m
3
- chiếm 2%, còn lại 80% là các hồ chứa có quy mô nhỏ hơn.
Sau nhiều năm vận hành sử dụng, điều kiện tự nhiên có sự thay đổi
nhiều so với thiết kế ban đầu, như rừng đầu nguồn bị khai thác bừa bãi dẫn
đến thảm thực vật bị thu hẹp 60-70%, khí hậu khu vực thay đổi, yêu cầu dùng
nước ngày càng tăng , có nhiều hồ đã bộc lộ những hư hỏng và tồn tại cần
giải quyết.
Theo Cục Thủy lợi (Bộ NN&PTNT), các hồ chứa nước vừa và nhỏ
chưa được quan tâm, sửa chữa, nâng cấp nên nhiều hồ đang ở tình trạng mất
an toàn cao. Cụ thể, trong số 600 hồ chứa vừa và nhỏ, có tới 30% thiếu năng

lực xả lũ, 17% số hồ đập bị thẩm lậu, xô tụt lớp gia cố mái thượng lưu, các
cống lấy nước đều bị rò rỉ do xuống cấp nghiêm trọng.Vì không đủ năng lực
xả lũ, nên ở nhiều nơi người dân đã phải tháo tràn nước từ hồ ra, chỉ giữ lại
dung tích chứa còn 30-40%, điều này đã biến nhiều hồ thành các ao chứa
nước, không còn tác dụng tích nước như thiết kế.
Nguyên nhân chủ yếu của tình trạng xuống cấp các hồ đập là phần lớn
các hồ chứa nước hiện nay được xây dựng từ những năm 70, 80 của thế kỷ
trước. Do thời gian thi công gấp nên công tác khảo sát, thiết kế, thi công có
nhiều thiếu sót, nhiều hồ chứa còn thiếu năng lực xả lũ - do mô hình thiết kế
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 2 -
lũ không phù hợp với tình hình mưa (thực tế) trên lưu vực, do tài liệu quan
trắc khí tượng thuỷ văn ngắn nên thiết kế không chính xác, trong khi đó diễn
biến thời tiết ngày càng bất lợi, hạn hán, lũ lụt xảy ra liên tiếp, rừng đầu
nguồn hồ chứa bị tàn phá nên tốc độ lũ trên lưu vực đổ tập trung về hồ nhanh,
mạnh và nhiều hơn so với trước đây làm mực nước trong hồ dâng cao xấp xỉ
cao trình đập, gây mất an toàn.
Một nguyên nhân khác làm cho các hồ chứa ở tình trạng mất an toàn
là cơ sở hạ tầng phục vụ cho công tác quản lý vận hành còn thiếu và yếu kém:
nhiều hồ không có đường cho xe cơ giới tiếp cận công trình để ứng cứu khi có
sự cố, nhiều hồ thiếu phương tiện thông tin liên lạc phục vụ công tác quản lý
và phòng chống lụt bão. Bên cạnh đó, công tác quản lý các hồ (đặc biệt là các
hồ nhỏ) đã bộc lộ nhiều bất cập. Đó là, năng lực cán bộ kỹ thuật, cán bộ quản
lý còn yếu. Các khâu đào tạo, tập huấn những kiến thức tối thiểu về quản lý
hồ chưa được ai chú trọng (nhất là các hồ do dân quản lý). Thiếu kinh phí cho
việc duy tu, bão dưỡng định kỳ, cho nên thường là chỉ đến khi công trình có
nguy cơ sụp đổ cao hoặc đã bắt đầu hư hỏng mới được cấp kinh phí sữa
chữa
Trong khi đó, theo dự báo của ngành khí tượng thủy văn, thời tiết hiện
nay đang tiếp tục có những diễn biến phức tạp, hạn hán diễn ra trên diện rộng

và kéo dài đồng thời có thể sẽ xảy ra những trận mưa, lũ lớn. Vì thế, chuẩn bị
sẵn sàng chống lũ cho đê, kè và các hồ chứa nước là việc cần phải được lưu ý.
Để giải quyết nhu cầu cần tăng dung tích hồ mà vẫn đảm bảo yêu cầu thoát lũ
hoặc nhu cầu cần phải đảm bảo thoát được những cơn lũ ngày càng lớn đã trở
nên bức thiết. Để giải quyết vấn đề này có nhiều biện pháp công trình đã được
đề xuất, trong đó việc sử dụng tràn tuyến cong, zíc zắc nhằm kéo dài đường
tràn để tăng khả năng thoát lũ và thoát nước là giải pháp tốt đang được ứng
dụng ở Việt Nam. Loại tuyến tràn này (tuyến cong, gãy khúc) còn ít được
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 3 -
nghiên cứu, nhất là khả năng tháo. Luận văn này giải quyết vấn đề còn tồn tại
là tính toán khả năng tháo các đập tràn tuyến cong/gãy nhằm cung cấp cơ sở
khoa học cho việc thiết kế loại tràn này.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 4 -
1 CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRÀN,
CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG
QUA TRÀN VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về các loại đập tràn
Trong cụm công trình đầu mối hồ chứa thường có nhiều hạng mục
công trình như: đập, tràn xả lũ, dốc nước, cống lấy nước, kênh dẫn v.v…
Trong đó tràn xả lũ là hạng mục quan trọng và chiếm tỷ lệ khá cao về kinh phí
xây dựng trong cụm công trình đầu mối, có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho
đập ngăn sông và cung cấp nước (khi cần thiết) cho hạ du. Qua thống kê các
tràn xả lũ ở các hồ chứa đã xây dựng cho thấy tràn xả lũ được thiết kế rất đa
dạng về chủng loại, quy mô, kích thước.
1.1.1. Phân loại tràn
1.1.1.1. Phân loại theo nhiệm vụ
Căn cứ nhiệm vụ công trình tràn xả lũ ở hệ thống thủy lợi có thể phân

thành: tràn xả lũ chính, tràn phụ, tràn bổ sung và tràn sự cố.
1. Tràn xả lũ chính và tràn xả lũ phụ
- Tràn xả lũ chính là công trình tháo lũ thiết kế, tháo lượng nước
không dùng đến khi hồ đầy nước đến mực nước tính toán hoặc kết hợp tháo
vật nổi.
- Tràn xả lũ phụ là công trình sinh ra trong quá trình thiết kế khi có
luận chứng xác đáng việc xây dựng hai tràn xả lũ chính và tràn xả lũ phụ rẻ
hơn xây dựng một tràn.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 5 -
2. Tràn xả lũ bổ sung
Là công trình được thiết kế để tháo lũ vượt quá khả năng của tràn
chính. Tràn bổ sung được thiết kế xây dựng khi xảy ra một trong các trường
hợp thường gặp là:
- Tình hình diễn biến thời tiết ngày một bất lợi, các số liệu khí tượng
thủy văn mới được cập nhật thêm để tính toán cho ta con lũ thiết kế mới lớn
hơn con lũ thiết kế trước đây.
- Công trình đã xây dựng nhưng do nhiệm vụ công trình thay đổi dẫn
tới phải nâng cấp công trình, yêu cầu phòng chống lũ ở mức cao hơn, phải
tính toán thiết kế tràn bổ sung phối hợp với tràn chính để tháo được con lũ
thiết kế mới.
3. Tràn xả lũ sự cố
Trong những năm gần đây nhiều công trình hồ chứa, đập dâng bị lũ đe
doạ phá hoại nên đã phải xây dựng thêm tràn sự cố, tính đến nay cả nước đã
có trên 5% hồ chứa có tràn sự cố.
Tràn sự cố hay có thể gọi là tràn khẩn cấp là công trình được thiết kế
dùng để gia tăng an toàn khi tình trạng khẩn cấp không được đề cập đến trong
giả thiết thiết kế thông thường. chẳng hạn:
- Xuất hiện lũ lớn hơn lũ thiết kế.
- Khi gặp lũ lặp lại trước khi một con lũ trước chưa xả hết.

- Cửa van tràn xả lũ không mở được hoặc mở không hoàn toàn.
Hình thức kết cấu của loại tràn này chủ yếu là tràn tự do, thường là
kênh hở trên nền đất, đá tự nhiên có cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước
lũ thiết kế thường từ 0.5 ÷ 1m, tràn thường được đặt tại những vị trí thuận lợi,
thích hợp.
Trong quá trình xây dựng tùy theo điều kiện cụ thể từng công trình về
điều kiện kinh tế, điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thời điểm xây dựng,
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 6 -
v.v… mà tràn bổ sung có thể kết hợp xây dựng cùng với tràn sự cố.
1.1.1.2. Phân loại theo vị trí công trình
Tùy theo điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn và khai thác, người ta
chọn hình thức cấu tạo và kiểu công trình thích hợp, đặt ở các vị trí khác
nhau. Căn cứ vị trí công trình tràn xả lũ ở hệ thống công trình thủy lợi có thể
phân thành hai loại chính:
1. Loại tràn đặt ở trong thân đập
Thường áp dụng ở các đập bê tông, bê tông cốt thép và các đập đất,
đập đất đá hỗn hợp như Thác Bà, Hòa Bình.
2. Loại tràn đặt ngoài thân đập
Các công trình loại này thường đặt bên bờ tại các cao trình tương đối
cao, các bộ phận nối tiếp đơn giản, tuyến xả nước thường rất dài, ta gọi là
đường tràn. Loại này được dùng khá phổ biến ở các hồ chứa nước vừa và nhỏ
của nước ta.
1.1.1.3. Phân loại theo điều kiện thủy lực
Tùy theo điều kiện thủy lực công trình tháo nước được chia ra theo
các tiêu chuẩn sau:
1. Theo độ ngập sâu của cửa vào so với mực nước thượng lưu: Có các
công trình tháo trên mặt, tháo dưới sâu.
2. Theo cột nước tác dụng: (Cột nước lớn nhất trước đập – H
max

)
- Công trình có cột nước thấp khi: H
max
< 12m.
- Công trình có cột nước trung bình khi: 12m < H
max
< 60m.
- Công trình có cột nước cao khi: H
max
> 60m.
3. Theo chế độ dòng chảy ở công trình có 2 loại: Có áp và không áp.
4. Theo phương pháp điều tiết lưu lượng: Công trình có cửa van hoặc
công trình không có cửa van điều tiết lưu lượng.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 7 -
1.1.2. Các dạng tràn xả lũ
1.1.2.1. Tràn xả lũ có cửa van
Loại tràn này chiếm 5% (hơn 100 cái) tổng số tràn hiện có. Công trình
xả lũ có cửa van hiện nay thường sử dụng các loại cửa van sau:
- Cửa van đặt trên ngưỡng tràn, khi mở dòng chảy qua tràn chảy qua
lỗ và chảy tự do khi mở hết (Kẻ Gỗ, Xạ Hương, Yên Lập, Vực Tròn v.v…).
- Cửa van đặt sâu, khi mở van dòng chảy qua tràn ở dạng chảy qua lỗ
(Dầu Tiếng, Đá Bàn v.v…).
- Cửa van đặt trên mặt kết hợp cả cống dưới sâu, khi vận hành tùy
theo yêu cầu xả lũ mà sử dụng cửa van nào sẽ được quyết định (Hòa Bình,
Thác Bà v.v ).
Nhìn chung loại tràn này có ưu điểm là chủ động tốt trong việc hạ thấp
mực nước hồ khi cần, tăng được tỷ lưu qua tràn do đó hiệu quả kinh tế cao
hơn, tuy nhiên nó có nhược điểm là thiết kế, xây dựng và quản lý đều phức
tạp hơn tràn xả lũ không có cửa van rất nhiều.

1.1.2.2. Tràn xả lũ không có cửa van (tràn tự do)
Chiếm gần 95% tổng số tràn hiện có. Loại tràn này thường được áp
dụng cho các hồ chứa nước vừa và nhỏ, đặc biệt là các hồ chứa nhỏ do các địa
phương thiết kế. Ưu điểm của loại tràn này là dễ quản lý nhưng kém chủ động
hạ thấp mực nước trong hồ khi cần.
1.1.3. Hình thức kết cấu tràn xả lũ
1.1.3.1. Ngưỡng tràn
Hình dạng ngưỡng tràn khá phong phú, hiện nay có khoảng 80% công
trình có ngưỡng tràn thuộc loại đỉnh rộng, 20% công trình có ngưỡng tràn
thuộc loại thực dụng. Nếu theo cách bố trí trên mặt bằng thì đa số tràn có
dạng thẳng, một vài công trình có bố trí dạng Y (Khe Tân - Quảng Nam),
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 8 -
dạng Π (EaKao - ĐắkLắk, Lèn Công - Quảng Bình).
1.1.3.2. Thân tràn
Là bộ phận nối tiếp sau ngưỡng tràn, với tràn hở bộ phận nối tiếp sau
ngưỡng tràn có hai dạng là bậc nước và dốc nước. Bậc nước thường được áp
dụng cho những công trình có địa hình ít dốc và tỷ lưu nhỏ (Pa Khoang - Lai
Châu, Tuyền Lâm - Lâm Đồng, Vực Sanh - Quảng Bình … ). Thân tràn phổ
biến nhất là dạng dốc nước, tuỳ thuộc vào phương án nối tiếp với hạ lưu mà
thân dốc dài ngắn khác nhau. Trước đây một số thiết kế dốc nước thường sử
dụng biện pháp tạo nhám trên thân dốc để giảm vận tốc dòng chảy (Yên Lập -
Quảng Ninh, Đồng Mô – Hà Tây), gần đây ít dùng biện pháp này mà có xu
hướng thiết kế với độ dốc và chiều dài thích hợp sao cho vận tốc cuối dốc
không quá 15m/s.
1.1.3.3. Bộ phận tiêu năng
Thường sử dụng 3 dạng là tiêu năng đáy bằng bể hoặc bể tường kết
hợp, tiêu năng phóng xa và tiêu năng chảy mặt bằng bậc thụt.
- Tiêu năng đáy bằng bể hoặc bể tường kết hợp thường áp dụng với
nền công trình là đất hay đá yếu (Trị An, Kẻ Gỗ, Yên Mỹ, Thạch Hãn, Trúc

Kinh ) loại hình này chiếm tới 85 %.
- Tiêu năng phóng xa thường được áp dụng cho những công trình có
nền đá tốt (Xa Hương, Dầu Tiếng, Hòa Bình, Vực Tròn, An Mã, Truồi ),
hình thức này khá kinh tế nhưng có nhiều khó khăn trong thi công.
- Tiêu năng bằng bậc thụt thường áp dụng ở công trình có nền đá tốt
và chế độ mực nước hạ lưu thích hợp cho nối tiếp chảy mặt (Thác Bà).
1.1.3.4. Nối tiếp sau tiêu năng
Sau sân tiêu năng dòng chảy cũng vẫn còn động năng khá lớn có thể
gây xói lòng dẫn, do đó để bảo vệ hạ lưu cần có một đoạn gia cố để đảm bảo
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 9 -
dòng chảy chuyển tiếp ổn định đến lòng dẫn tự nhiên, hình thức gia cố sân
sau thường là đá lát hay xếp rọ đá.
Trong tất cả các tràn xả lũ hiện có, tỷ lưu là một chỉ tiêu đáng quan
tâm , các tràn Hòa Bình, Yaly , Thác Bà do Liên Xô thiết kế đều có tỷ lưu khá
lớn, còn các công trình do các đơn vị tư vấn trong nước thiết kế đều có tỷ lưu
khá nhỏ, nhỏ nhất có tỷ lưu q = 2m
3
/s–m như tràn La Ngà- Quảng Trị, công
trình có tỷ lưu lớn nhất q = 52m
3
/s–m như Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh, một số tràn khác
đạt tỷ lưu q = 30÷40 m
3
/s–m như Vực Tròn, Phú Ninh , Núi Một, Dầu
Tiếng… Gần đây các tràn thủy điện lơn đã được thiết kế với tỷ lưu lớn, đạt
đến hàng trăm m
3
/s–m.
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu lưu lượng qua tuyến tràn có hình

dạng khác nhau
- Hầu hết những đập tự tràn lòng sông hiện hữu, thuộc hệ thống công
trình đầu mối thủy lợi, thủy điện, thường có dạng đập tràn thực dụng Creager
hoặc dạng Creager-Ophixerov. Lưu lượng đơn vị của các loại đập tràn này
xấp xỉ q = 2,2H
0
3/2
hoặc q ≈ 2,2H
3/2
, nếu cột nước lưu tốc tiến gần nhỏ.
(H
0
- cột nước toàn phần; H - cột nước hình học).
- Vì vậy để tăng khả năng tháo nước lũ qua đập tràn người ta dùng
đập tràn có cửa van để hạ thấp cao trình ngưỡng tràn xuống (hay tăng chiều
cao lớp nước tràn) để chủ động điều tiết lượng nước xả. Tuy đập tràn có cửa
van có khả năng tháo lớn hơn nhưng vận hành phức tạp và đôi khi ít an toàn
hơn (nếu kẹt cửa van) so với đập tự tràn.
- Để cải thiện khả năng tháo lũ của đập tự tràn, đã có nhiều nghiên
cứu về các kiểu tràn mới (chủ yếu là kéo dài đường tràn) nhằm tăng khả năng
tháo của đập tràn như:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 10 -
1.2.1. Kiểu bố trí đường tràn xiên một góc α so với hướng của dòng chảy
(Sổ tay tính toán thủy lực - P.G. Kixêlep và một số tác giả) [10]
Hình 1- : Mặt bằng tràn xiên
- Lưu lượng loại tràn này được xác định theo công thức:
2/3
Hg2kmbQ =
(1-1)

Trong đó: m: hệ số lưu lượng của tràn thẳng.
k: hệ số hiệu chỉnh < 1.
b: chiều dài ngưỡng đập trên mặt bằng.
Các phép tính gần đúng có thể lấy giá trị hệ số k theo Bảng 1-1.
Bảng 1-1: Các giá trị của k (theo số liệu của V.X.Ixtômina)
α (độ) 15 30 45 60 90
k 0.86 0.91 0.94 0.96 1
- Khi dòng đến đập tràn là chảy xiên thì hệ số lưu lượng bị giảm
xuống. Theo các kết quả nghiên cứu của A.X.Anxưfêrôp thì hệ số lưu lượng
của đập tràn trong trường hợp đó có thể xác định theo công thức:
3/22
0
22
0
)m1(
m
m
βα+
=
(1-2)
Trong đó:
θαβψ−
ψ−ψ
=
cos1
)1(
5.0m
2
0
pH

H
+
=α
B
b
=β
c
c
H
h
=ψ
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 11 -
b, B : chiều rộng ở sau và trước công trình.
h
c
, H
c
: chiều sâu co hẹp và cột nước trên đập tràn.
θ : góc giữa các trục của dòng chảy đến và dòng chảy sau
đập tràn.
1.2.2. Kiểu bố trí đường tràn trên một tuyến cong tròn
(Sổ tay tính toán thủy lực - P.G. Kixêlep và một số tác giả) [10]
Hình 1- : Mặt bằng tràn cong
- Đối với loại tràn này thì cần xác định hệ số lưu lượng bằng nghiên
cứu thí nghiệm.
- Lưu lượng được xác định gần đúng theo công thức:
2/3
Hg2mb'kQ =
(1-3)

Trong đó: m: hệ số lưu lượng của tràn thẳng.
k’: hệ số hiệu chỉnh.
b: chiều dài ngưỡng đập trên mặt bằng (theo cung).
- Đối với các phép tính rất gần đúng có thể lấy:
p
H
n1'k −=
(1-4)
Trong đó: H, p: cột nước ở đập tràn và chiều cao của thành đập tràn.
n: hệ số cho trong Bảng 1-2
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 12 -
Bảng 1-2: Các giá trị của hệ số n, thùy thuộc vào góc α (Hình 1-2)
Dạng lòng dẫn
α (độ)
15 30 45 60 75 90
Lòng dẫn rộng 0.71 0.35 0.20 0.11 0.04 0
Lòng dẫn hẹp 0.83 0.48 0.28 0.13 0.04 0
1.2.3. Giếng tháo lũ
(Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi - Nguyễn Văn
Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng; Sổ tay tính toán thủy lực- P.G.
Kixêlep và một số tác giả) [5], [10]
Hình 1- : Giếng tháo lũ
(Sổ tay tính toán thủy lực- P.G. Kixêlep và một số tác giả)
- Giếng tháo lũ đầu tiên được xây dựng tại Anh năm 1896 (đập
Blishton), hiện nay đã được xây dựng tại nhiều nước (nhiều nhất tại Mỹ) với
cột nước cao.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 13 -
- Giếng tháo lũ gồm:

+ Mặt tràn (phễu tràn) thường có hình dạng tròn trên mặt bằng (là
một đường tròn khép kín hoặc một phần), ngưỡng tràn kiểu đập thực dụng
hoặc đập đỉnh rộng.
+ Đoạn chuyển tiếp: giếng có đường kính giảm dần theo chiều dài.
+ Giếng đứng có đường kính cố định.
+ Khuỷu nối giếng đứng với đường hầm dẫn nước nằm ngang.
+ Đường hầm dẫn nước nằm ngang, dòng chảy trong hầm có áp hoặc
không áp.
- Khả năng tháo nước của giếng tháo lũ phụ thuộc vào chế độ làm
việc của phễu tràn hình tròn. Khi dòng chảy qua phễu tràn hình tròn có mặt
cắt lượn theo bề mặt dưới của luồng chảy (Hình 1-4) và từ phía tiếp theo của
tuyến xả nước (giếng - khuỷu đường hầm) không gây ngập, thì có thể chia chế
độ làm việc của phễu như sau:
+ H/R < 0.46: Phễu tràn không bị ngập.
+ H/R = 0.46 ÷ 1.0: phễu tràn bị ngập (do tự ngập nên khả năng tháo
của phễu tràn giảm đi; khi H/R = 0.8 ÷ 1.0, trên phễu hình thành một mặt
thoáng phẳng).
+ H/R = 1.0 ÷ 1.6: phễu ngập (chế độ chảy gần với dòng chảy qua lỗ
tràn chìm).
+ H/R > 1.6: phễu bị ngập nhiều.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 14 -
Hình 1- : Các dạng luồng chảy qua phễu tràn
(Sổ tay tính toán thủy lực- P.G. Kixêlep và một số tác giả) [10]
- Hiện tượng phễu tự ngập xảy ra khi R < 2.2H, vì vậy không nên lấy
bán kính đường tràn vòng (không có đỉnh phẳng) bé hơn 2.2H. Hiện tượng
ngập cũng có thể do khả năng tháo của các bộ phận tiếp theo trên tuyến xả
nước sau phễu tràn bị hạn chế.
- Khi tháo với lưu lượng thiết kế thì đỉnh phễu không được ngập.
Tăng lưu lượng lớn hơn lưu lượng thiết kế sẽ xảy ra ngập đỉnh phễu tràn, rồi

ngập cả phễu. Kết quả là khả năng tháo bị giới hạn bởi trị số lưu lượng của
công trình làm việc dưới chế độ có áp toàn bộ.
- Lưu lượng qua giếng tháo lũ được xác định như sau:
2/3
o0
Hg2)snR2(mQ −πε=
(1-5)
Trong đó: R : bán kính phễu.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 15 -
H
0
: cột nước toàn phần phía trên đỉnh phễu.
n
0
: số lượng trụ pin.
s : chiều rộng trụ pin.
ε : hệ số co hẹp (trung bình bằng 0.9); khi không có trụ pin
ε = 1.
m: hệ số lưu lượng.
- Hệ số lưu lượng được xác định như sau:
a) Phễu tràn chảy không ngập:
- Theo A.N.Ahutin, với loại ngưỡng tràn thực dụng thì m = 0.46; với
loại ngưỡng tràn đỉnh rộng thì m = 0.36.
- Theo N.L.Rơlê, có xét tới ảnh hưởng của bờ đối với dòng chảy:
m = Aζ
α
Trong đó: A, ζ, α phụ thuộc vào các điều kiện dẫn dòng và hình dạng
ngưỡng. Các trị số này được liệt kê trong sổ tay thủy công tại phần tính giếng
tháo lũ.

- Trong những nghiên cứu về sau, N.L.Rơlê trên cơ sở nghiên cứu thí
nghiệm cũng thu được kết quả gần như của V.E.Vaknê, và đối với đập tràn
thực dụng, m được tính theo biểu thức:
78.0
H
D
383.0m






=
D = 2R (1-6)
- Nhiều nghiên cứu, chủ yếu là cho loại đập tràn thực dụng, khi chưa
xét đến điều kiện làm việc không gian của miệng phễu, hệ số lưu lượng có các
trị số như trong Bảng 1-3.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 16 -
Bảng 1-3: Hệ số lưu lượng m của phễu tràn thực dụng
Biểu thức tính và
tên tác giả
M với các trị số H/R
Điều kiện ứng
dụng
0.092 0.190 0.293 0.390 0.506 0.614
A.N.Ahutin - 0.379 0.380 0.383 0.388 -
Và A.I.Txêpko - 0.460 0.460 0.460 0.460 -
2.05.0 ≥>

R
H
P.P.Moyx
R
H
136.0507.0m −=
0.498
0.526
0.496
0.497
0.506
0.479
0.464
0.497
0.461
0.452
0.485
0.450
0.440
0.464
0.438
0.417
0.429
0.414
Dạng của Ahutin
Dạng của Vaknê
Dạng Elip
N.I.Romanko 0.495 0.481 0.458 0.452 0.438 0.424
- P.P.Moyx trên cơ sở phân tích tương đối toàn diện ảnh hưởng của
dạng bờ trên mặt bằng của mái dốc bờ, khoảng cách từ trung tâm giếng đến

bờ (f/D), của độ động lực trên ngưỡng vào (H/P), của tỷ số H/R, của dạng các
tường chống xoáy nước, đã đưa đến những kết quả sau:
+ Ảnh hưởng của độ dốc bờ n không đáng kể.
+ Tường phân dòng chống xoáy nước là dạng tường dài cong, bờ
được đào theo dạng parabol với tỷ số f/D = 1.75 là có lợi nhất.
+ Dự thay đổi của l/D, P/H có ảnh hưởng đến m, nhưng khi H/R
tăng, ảnh hưởng đó giảm dần, xác định được tỷ số tối ưu của l/D, P/H.
Biểu thức tổng quát để tính hệ số lưu lượng do P.P.Moyx đề ra là:
HDDR
H
136.0507.0m
Pfl
σσσ






−=
(1-7)
Với những trị số tối ưu của
H
P
,
D
f
,
D
l

ghi trong Bảng 1-4 ta có:
1
HDD
Pfl
≈
σσσ
Do đó:
R
H
136.0507.0m −=
(1-8)
Bảng 1-4: Các trị số tối ưu để có hệ số lưu lượng lớn nhất
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 17 -
H/R 0.2 0.3 0.4 0.5
l/D 8 ÷ 6.5 6.5 ÷ 5.8 6.0 ÷ 5.4 5.7 ÷ 5.3
P/H 2.6 ÷ 1.9 2.2 ÷ 1.65 1.9 ÷ 1.4 1.6 ÷ 1.15
f/D 1.75 = const trong mọi trường hợp
Các trị số σ điều chỉnh khác có thể tra trong đồ thị Hình 1-5 của
P.P.Moyx.
Hình 1- : Đồ thị hệ số điều chỉnh của hệ số lưu lượng
(Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi - Nguyễn Văn Cung,
Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng) [5]
- Theo N.I.Rômancô: khi có thiết bị chống nước xoáy với H/R = 0.20
÷ 0.38 và P/R = 0 ÷ 1 thì:















−−














−=
3/22/1
R
P
103.0
R

H
068.04901.0m
(1-9)
Khi không có thiết bị chống nước xoáy, hệ số lưu lượng theo công
thức (1-9) sẽ giảm đi 6%.
- Đối với phễu tròn có đỉnh và phễu được vẽ theo bảng (10-3), sổ tay
tính toán thủy lực (trang 162, 163), thì hệ số lưu lượng xác định theo đồ thị
Hình 1-6.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 18 -
Hình 1- : Hệ số lưu lượng của phễu tròn
(Sổ tay tính toán thủy lực- P.G. Kixêlep và một số tác giả) [10]
b) Phễu tràn chảy ngập:
- Lưu lượng tháo được tính như đường ống có áp:
)ZH(g2Q
h
+µω=
(1-10)
Trong đó: μ : hệ số lưu lượng của toàn hệ thống.
ω
h
: diện tích tiết diện hầm ngang.
H : cột nước trên ngưỡng tràn
Z : độ chênh từ đỉnh ngưỡng tràn đến hạ lưu khi cửa ra bị
ngập, hoặc bằng độ chênh từ đỉnh ngưỡng tràn đến
phía dưới trần của đường hầm ngang (chỗ cửa ra) lấy
bằng (0.15÷0.20)d (d: đường kính hầm ngang).
- Hệ số lưu lượng μ được tính theo biểu thức sau:
D
l

1
1
λ+ξ+
=µ
∑
(1-11)
Trong đó: (1+∑ξ) : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
λ : hệ số cản theo chiều dài.
d, l : đường kính và chiều dài toàn bộ đường hầm có áp.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 19 -
Hệ số kháng cục bộ ∑ξ gồm hệ số kháng chỗ miệng vào (ξ
v
), hệ số
kháng chỗ cửa ra (ξ
r
), hệ số kháng chỗ uốn cong (ξ
c
) và hệ số kháng do thay
đổi tiết diện (ξ
t
).
1.2.4. Kiểu tường đứng trên một đáy phẳng với sơ đồ zíc zắc
(Labyrinth)
(Nghiên cứu ứng dụng kiểu tràn Labyrinth - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- Nguyễn Phú Quỳnh; Hydraulic Design of Labyrinth Weir - Henry T.Falvey)
[9], [12]
Hình 1- : Tràn Ute - New Mexico (hình ảnh từ internet)
Công trình tràn Labyrinth được xây dựng lần đầu tiên vào năm 1941
tại Australia. Song việc nghiên cứu phát triển về lý thuyết và mô hình và các

công thức tính toán tràn Labyrinth bắt đầu từ cuối những năm 60 đầu những
năm 70 thế kỷ trước. Tràn Labyrinth được xây dựng nhiều trên khắp thế giới,
nước ứng dụng loại tràn này nhiều nhất là Mỹ và Bồ Đào Nha. Tràn có lưu
lượng thoát lớn nhất hiện nay là tràn Ute thuộc Mỹ (Hình 1-7), Q = 15700
m
3
/s, số răng tràn n=14.
Kiểu thiết kế của tràn Labyrinth thường tăng gấp đôi lưu lượng so với
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 20 -
kiểu đập tràn thực dụng Creager. Tuy nhiên do đặc điểm về hình dạng tường
tràn đặt trên bệ móng phẳng, không thể áp dụng trên đỉnh của mặt cắt đập bê
tông trọng lực thông thường. Vì thế kiểu thiết kế này chỉ áp dụng để nâng cao
khả năng tháo lũ cho một số dạng đập tràn có những điều kiện địa hình thích
hợp.
a) Cấu tạo: Hình 1-8 mô tả chi tiết của kiểu tràn Labyrinth răng cưa, là
một loại điển hình của kiểu tràn Labyrinth.
w
a
2a
t
t
D
W
α
Ws = width of labyrinth
B
Hình 1- : Mặt bằng cấu tạo tràn Labyrinth
(Nghiên cứu ứng dụng kiểu tràn Labyrinth - Nguyễn Phú Quỳnh) [9]
B : Chiều dài 1 cánh tường bên.

D : Chiều dài tràn Labyrinth, theo hướng dòng chảy về hạ lưu.
n : Số răng tràn (trong Hình 1-8 là 4).
W
s
: Khẩu độ tràn.
W : Chiều rộng chân 1 răng tràn.
2a : Bề rộng đỉnh răng tràn.
α : Góc hợp bởi tường nghiêng và phương dòng chảy.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
- 21 -
t : Chiều dày tường tràn (Hình 1-10).
R : Bán kính đỉnh tràn (Hình 1-10).
P : Chiều cao tràn (Hình 1-10).
H
0
: Tổng chiều cao cột nước bao gồm cả cột nước tới gần
(Hình 1-10).
b) Các dạng mặt bằng của tràn Labyrinth
Đỉnh
TRÀN GẤP NẾP
TRÀN BÊN
Hình tam giác
TRÀN NGHIÊNG
Hồ
Đỉnh
Hình thang
TRÀN MỎ VỊT
Đỉnh
Đỉnh
Hồ

Hồ
Đỉnh Đỉnh
LABYRINTH
Hồ
Hồ
Hồ
Hình 1- : Các dạng mặt bằng của tràn Labyrinth
(Nghiên cứu ứng dụng kiểu tràn Labyrinth - Nguyễn Phú Quỳnh) [9]
- Loại hình tam giác: Có mặt bằng hình tam giác, loại này thường ít
được sử dụng vì tại vị trí góc tam giác hiệu quả khơng cao, trong khi đó lại
kéo dài phần đế móng tràn.
- Loại hình thang: Hầu hết tràn Labyrinth có hình dạng mặt bằng kiểu
hình thang. Kiểu hình thang khắc phục được nhược điểm của kiểu tam giác,
tại vị trí góc hình tam giác thì được cắt đi, mục đích là cắt bỏ phần mà khả
năng thốt khơng hiệu quả, đồng thời còn làm giảm chiều rộng đế móng.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật