nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của công trình xả lũ thủy điện bắc hà

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





HOÀNG THỊ HƯỜNG CẨM




NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÁO CỦA CÔNG TRÌNH XẢ LŨ
THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ









LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2013


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




HOÀNG THỊ HƯỜNG CẨM




NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÁO CỦA CÔNG TRÌNH XẢ LŨ
THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ




Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ

Mã số: 60-58-40


LUẬN VĂN THẠC SĨ




Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS. Phạm Ngọc Quý
TS. Lê Thị Nhật




Hà Nội - 2013

LỜI CẢM ƠN

Dưới sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy trong trường Đại học Thuỷ
Lợi, bạn bè, đồng nghiệp, người thân và cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả
mong muốn đóng góp và đem lại những giá trị về khoa học - thực tiễn cho đề tài
luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo
của công trình xả lũ Thuỷ điện Bắc Hà”.
Để đạt được như vậy, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc
đối với thầy GS.TS. Phạm Ngọc Quý và TS. Lê Thị Nhật, người thầy đã cho tôi
những ý tưởng quý giá, những định hướng ban đầu và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ
tôi hoàn thành công việc nghiên cứu khoa học của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng
Đào tạo đại học & sau đại học, Khoa Công trình, Bộ môn Thuỷ Công và các thầy

tham gia giảng dạy khoá Cao học 18 trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện
cho tôi hoàn thành tốt khoá học.
Xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Công ty Cổ Phần Tư vấn Xây dựng Điện 1 nơi
tôi đang công tác, Ban chủ nhiệm thiết kế công trình thủy điện Bắc Hà đã giúp đỡ
tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến người thân, bạn bè và
đồng nghiệp đã khích lệ động viên tôi thực hiện đề tài luận văn này./.
TÁC GIẢ


Hoàng Thị Hường Cẩm

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21




BẢN CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép từ
bất kì công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./.
TÁC GIẢ


Hoàng Thị Hường Cẩm
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU Trang 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG THÁO CỦA ĐẬP TRÀN THỰC
DỤNG Trang 3
1.1. Các loại đập tràn và khả năng tháo của từng loại Trang 3
1.1.1. Đập tràn thành mỏng …………………………… ……….…. Trang 4
1.1.2. Đập tràn đỉnh rộng ……………………… …………………….…. Trang 4
1.1.3. Đập tràn có mặt cắt thực dụng ………………… …………….…. Trang 5
1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước Trang 10
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước Trang 10
1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước Trang 19
1.3. Các kết quả nghiên cứu Trang 27
1.4. Kết luận Trang 31
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG
THÁO CỦA ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ Trang 32
2.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của đập tràn xả lũ nói
chung Trang 32
2.1.1. Ảnh hưởng của vị trí bố trí đập Trang 32
2.1.2. Các ảnh hưởng khác Trang 36
2.2. Phân tích hình dạng cửa vào của đập tràn Thuỷ điện Bắc Hà ảnh hưởng đến khả
năng tháo lũ Trang 44
2.2.1. Ảnh hưởng của dạng biên cửa vào tràn đến khả năng tháo Trang 44
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21

2.2.2. Ảnh hưởng hình dạng ngưỡng tràn Bắc Hà đến khả năng tháo Trang 46
2.2.3. Xét đến điểm rơi (điểm đặt rãnh van cung trên mặt đập tràn) Trang 47
2.2.4. Về bề rộng mỗi khoang tràn và cột nước tràn Trang 47
2.2.5. Về kích thức bề dày và hình dạng đầu trụ pin Trang 48
2.2.6. Về loại và hình dạng Cửa Van … Trang 51
2.2.7. Ảnh hưởng của mực nước hạ lưu Trang 51
2.3. Kết luận Trang 52

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THUỶ LỰC
……………….…………………………………………… …………… Trang 54
3.1. Giới thiệu công trình Bắc Hà Trang 54
3.1.1. Vị trí địa lý ………… Trang 54
3.1.2. Điều kiện địa hình, địa chất công trình Trang 55
3.1.3. Điều kiện địa lý (Khí tượng thủy văn) Trang 55
3.1.4. Quy mô công trình ……………… Trang 58
3.1.5. Các thông số kỹ thuật chính của công trình Bắc Hà Trang 60
3.2. Lý luận thực nghiệm mô hình thuỷ lực …………………….……… Trang 63
3.2.1. Phương pháp giải quyết các vấn đề thủy động lực học Trang 63
3.2.2. Các loại hình thực nghiệm Trang 63
3.2.3. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm mô hình thủy lực Trang 64
3.2.4. Lý thuyết tương tự để thiết lập mô hình thủy lực Trang 66
3.3. Lập phương trình xác định khả năng tháo của tràn Bắc Hà theo định lý hàm
Π

(phương pháp Buckingham) Trang 70
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21

3.3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp BucKingham (Định lý hàm Π)
Trang 71
3.3.2. Thiết lập phương trình chung Trang 73
3.4. Thiết kế mô hình và tiến hành thí nghiệm Trang 81
3.4.1. Tỷ lệ mô hình Trang 81
3.4.2. Vật liệu làm mô hình Trang 84
3.4.3. Phạm vi mô hình Trang 85
3.4.4. Quy trình thí nghiệm Trang 85
3.4.5. Thiết bị đo Trang 86
3.4.4. Các trường hợp thí nghiệm Trang 88
3.5. Kết quả thí nghiệm về khả năng tháo của tràn Trang 90

3.5.1. Khả năng xả của đập tràn khi toàn bộ 4 cửa van mở hoàn toàn …. Trang 90
3.5.2. Khả năng xả của đập khi chỉ mở hoàn toàn một số cửa (Z
R
hồ
R=180m)
….…………………………………………… ………………………… Trang 92
3.5.3. Khả năng xả của đập khi cả 4 cửa van đều mở một phần với cùng độ mở (Z
R
hồ
R
= 180m) ……….………………………………………………………….Trang 92
3.6. Kết luận … Trang 94
CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Trang 95
4.1. Đặt vấn đề chung Trang 95
4.2. Đánh giá định tính sai số đối với kết quả đo từ công thức tính và thiết bị đo
………………………………………………………………………… Trang 96
4.3. Đánh giá ảnh hưởng của các thông số qua số liệu thí nghiệm Trang 97
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21

4.3.1. Trường hợp mở hoàn toàn 5 cửa ………… ……….….………… Trang 97
4.3.2. Trường hợp mở hoàn toàn một số cửa ………… …….………… Trang 99
4.3.3. Trường hợp các cửa van chỉ mở với độ mở a ………….………… Trang 100
4.4. Đánh giá định lượng kết quả thí nghiệm ………… …….………… Trang 101
4.4.1. Đặt vấn đề Trang 101
4.4.2. Phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất với mô hình xấp xỉ tuyến tính, ứng
dụng tìm các hệ số chưa biết của một đa thức bằng số liệu thực nghiệm
Trang 102
4.5. So sánh đánh giá Trang 113
4.5.1. Trường hợp mở hoàn toàn 4 khoang tràn Trang 113
4.5.2. Trường hợp mở cửa van với độ mở a Trang 115

4.6. Kết luận Trang 116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trang 117
1. Những kết quả đạt được Trang 117
2. Những đóng góp và kiến nghị Trang 119
3. Những tồn tại Trang 120
4. Hướng nghiên cứu tiếp theo Trang 120
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 1 -
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của Đề tài:
Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nước, công trình thủy lợi, thủy
điện, đập tràn là một hạng mục công trình lớn, có tầm quan trọng đặc biệt ảnh
hưởng đến việc kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo đến sự làm việc bình thường và sự an
toàn cho toàn bộ công trình.
Trong các công trình đầu mối, có thể làm công trình ngăn nước và tháo nước
kết hợp. Đối với đập bê tông trọng lực và bê tông cốt thép, thường bố trí công trình
tháo nước ngay trên thân đập.
Công trình thuỷ điện Bắc Hà có đập dâng là đập bê tông trọng lực, chiều cao
đập lớn nhất là 77,60m. Công trình xả lũ gồm 4 khoang xả mặt kích thước 10,00m x
12,00m.
Việc tính toán nghiên cứu thực nghiệm khả năng tháo của tràn xả lũ là rất
cần thiết để đảm bảo được yêu cầu tháo lũ mà vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao. Khả
năng tháo của tràn hiện tại tính toán chỉ dựa trên các cơ sở lý luận và các công thức
đã được đưa ra áp dụng chung cho các loại đập tràn có mặt cắt thực dụng mà chưa
cụ thể cho công trình này. Nên việc nghiên cứu thực nghiệm khả năng tháo của
công trình xả lũ công trình Thủy điện Bắc Hà là để chính xác hóa khả năng tháo, và
lựa chọn phương án tối ưu.
II. Mục đích của Đề tài:
- Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu thực nghiệm khả năng
tháo của công trình xả lũ Thuỷ điện Bắc Hà. Đánh giá, so sánh với các kết quả tính

toán theo công thức lý thuyết. Tìm ra yếu tố quyết định ảnh hưởng đến sự thay đổi
khả năng tháo khi giữ nguyên chiều rộng B
R
tr
R .

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 2 -
III. Cách tiếp cận, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Tràn xả lũ công trình Thuỷ điện Bắc Hà.
- Phạm vi nghiên cứu: Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xả của công trình
xả lũ khi giữ nguyên B
R
tr
R.
- Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp thực nghiệm mô hình, lập
phương trình chung nhất thể hiện quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
xả của tràn. Tiến hành thí nghiệm, đo đạc các giá trị trên mô hình, tính toán chuyển
đổi thành giá trị thực tế.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
Đánh giá kết quả thí nghiệm, so sánh với kết quả tính toán của Tư vấn thiết
kế và các kết quả đã nghiên cứu trước đó về khả năng xả của tràn. Đề xuất và lựa
chọn hình thức tràn tối ưu.
V. Nội dung luận văn:
Luận văn gồm 133 trang, 37 hình vẽ và 32 bảng biểu.
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về khả năng tháo của đập tràn.
Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của đập
tràn thực dụng thuỷ điện Bác Hà.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình thuỷ lực.

Chương 4: Đánh giá kết quả thí nghiệm.
Kết luận và kiến nghị.
Phụ lục

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 3 -
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG THÁO CỦA ĐẬP TRÀN
1.1. Các loại đập tràn và khả năng tháo của từng loại.
Thiết kế công trình tháo lũ trước hết phải xác định lưu lượng thiết kế tháo
qua công trình. Dựa vào quy phạm, xác định tần suất thiết kế qua tính toán điều tiết
hồ, xác định được lưu lượng thiết kế phải tháo qua công trình tháo lũ.
Công trình tháo lũ có thể chia làm 2 loại: Công trình tháo lũ dưới sâu và
công trình tháo lũ trên mặt. Đập tràn là công trình tháo lũ trên mặt, giữ một vị trí
vai trò quan trọng trong hệ thống công trình đầu mối. Việc tính toán, thiết kế, lựa
chọn phương án tối ưu để đập tràn làm việc an toàn về kỹ thuật nhưng vẫn đáp ứng
được về mặt kinh tế là điều hết sức cần thiết.
Khả năng tháo của đập tràn là một thông số quan trọng, có liên quan đến an
toàn của bản thân công trình đầu mối cũng như khu vực hạ du. Đại luợng đặc trưng
cho khả năng tháo của đập tràn chính là lưu lượng tháo Q (m
P
3
P/s).
Theo chức năng của đập tràn trong đầu mối hồ chứa có thể phân loại như
sau: đập tràn chính, đập tràn phụ, đập tràn sự cố.
+ Tràn chính: Là công trình tháo nước chính để đảm bảo an toàn cho các
hạng mục công trình đầu mối và hạ du, đuợc thiết kế kiên cố theo cấp của công
trình đầu mối.
+ Tràn phụ: Được xây dựng để cùng với tràn chính tháo đuợc con lũ kiểm
tra, đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối và hạ du.
+ Tràn sự cố: Được xây dựng để tham gia tháo nước khi tràn chính bị sự cố

làm giảm năng lực tháo (do kẹt cửa van, vật cản ở cửa tràn….) hay khi con lũ
vượt quá tần suất quy định.
Theo chiều dày đỉnh đập có các dạng đập tràn sau:

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 4 -
1.1.1. Đập tràn thành mỏng.
Khi chiều dày của đỉnh đập δ < 0,67H, làn nước tràn ngay sau khi qua mép
thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập; không chạm vào toàn bộ mặt
đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn
và lưu lượng tràn.

Hình 1.1: Đập tràn thành mỏng
Khả năng xả được tính theo công thức:
3/2
0
2Q mb gH=

Trị số
0
m
được xác định bằng công thức thực nghiệm:
2
0
0,003
0,405 1 0,55
H
m
H HP


  
=++

  

+
  


1.1.2. Đập tràn đỉnh rộng.
Khi đỉnh đập nằm ngang và có một chiều dày tương đối lớn, trên đỉnh đập
hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đổi dần. Nếu chiều dày đỉnh đập
quá lớn δ > (8-:-10)H thì không thể coi là đập tràn nữa mà coi như một đoạn kênh
dẫn (2-:-3)H < δ < (8-:-10)H
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 5 -

Hình 1.2: Đập tràn đỉnh rộng
Khả năng xả được tính theo công thức:
0
2( )Q gH h
ϕω
= −

Trong đó:
ω
: là diện tích mặt cắt ướt.

ϕ
: phụ thuộc vào sức cản khi đi từ kênh thượng lưu vào đập, tức là phụ

thuộc vào mức độ thu hẹp và hình thức thu hẹp theo phương thẳng đứng và phương
nằm ngang. Có nghĩa phụ thuộc vào chiều cao ngưỡng P so với cột nước H, hình
dạng phần đầu ngưỡng (lượn tròn, bạt góc hay vuông góc), chiều rộng đập so với bề
rộng kênh thượng lưu…
1.1.3. Đập tràn có mặt cắt thực dụng.
Đập tràn có mặt cắt thực dụng là loại đập tràn thường dùng trong các công
trình tháo lũ trên sông, có năng lực tháo nước lớn, tháo các vật nổi trôi lẫn trong
nước một cách dễ dàng, hình dạng cũng dễ thi công, dùng vật liệu tại chỗ nên mặt
cắt đập có thể là dạng hình thang hoặc hình cong.

Hình 1.3: Đập tràn mặt cắt thực dụng
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 6 -
Khả năng tháo của đập tràn mặt cắt thực dụng:
3/2
0
. 2
n
Q m b gH
σε
=
∑

Trong đó:
Q: lưu lượng tháo qua đập tràn (m3/s).
m: hệ số lưu lượng.
n: Số khoang tràn.
H
R
0

R: Cột nước tác dụng trên tràn có xét đến lưu tốc tiến gần vR
0
R:
2
2
o
o
v
HH
g
= +
.
g: Gia tốc trọng lực (g = 9,81 m/s
P
2
P)
:
ε
Hệ số co hẹp được tính theo công thức:
[ ]
1 0, 2 ( 1)
o
ko
H
n
nb
ε ξξ
=− +−

θ

2
π
θ
≤
80,0
=
o
ε
45,0
=
o
ε
45
,0
=
o
ε
25,0
=
o
ε

a. Đập tràn dạng hình thang:
Chiều dày đỉnh trong phạm vi: 0,67H < δ < (2-:-3)H
Mái dốc thượng và hạ lưu có các trị số khác nhau được xây dựng bằng bê
tông, đá xây, hay gỗ nhưng nhược điểm của loại đập này là hệ số lưu lượng nhỏ
so với dạng mặt cắt hình cong, hệ số m thường là 0,41 -:- 0,42.
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 7 -

Hình 1.4: Đập tràn dạng hình thang
b. Đập tràn dạng mặt cắt cong:
Có profil và mái hạ lưu hình cong, lượn theo làn nước trên mặt tràn, nên
dòng chảy trên mặt tràn thuận, hệ số lưu lượng lớn, nhưng thi công phức tạp hơn
đập hình thang.
Hệ số lưu lượng thường là m = 0,48 -:- 0,49.
Bazin là người đầu tiên đã có những nghiên cứu rất chi tiết về đập tràn thành
mỏng và đã công bố những kết quả nghiên cứu của ông vào các năm 1886 -:- 1888,
rồi năm 1889 Pascan cũng dựa vào các nguyên tắc trên tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm.
Phương trình mặt dưới của luồng nước tràn tự do có dạng tổng quát (như
hình 1.5):

Hình 1.5: Sơ đồ mô tả mặt dưới luồng nước tràn tự do
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 8 -
2
dd
XX
HH
d
Y
A B CD
H
 
= + ++
 
 
(1.1)
Trong đó:

HR
d
R: Là cột nước thiết kế mặt cắt có tính đến cả cột nước lưu tốc tiến gần:
2
2
o
v
V
h
g
=

Theo số liệu của US Bureau of Reclamation (Mỹ) và của Hinds, Cơrigiơ,
Justin, Ippen, Blaisdell đã đưa ra phương trình sau cho các hệ số A, B, C, D:
0,425 0,25
v
h
A
H
=−+
(1.2)
2
0,411 1,603 1,658 0,892 0,127
vvv
ddd
hhh
B
HHH

=−− − +



(1.3)
0,150 0,45
v
d
h
C
H
= −
(1.4)
2
0,57 0,02(10 ) exp(10 )D mm= −
(1.5)
Trong đó:
0,208
v
d
h
m
H
= −

Như vậy khi h
R
v
R = 0 thì A = -0,425; B = 0,055; C = 0,150; D = 0,559.
Các phương trình trên không có giá trị với
0,50
d

X
H
<−
và khi
0,2
v
d
h
H
>
thì
cần có số liệu kiểm định riêng.
Cần chú ý là phương trình trên được thiết lập trong điều kiện dòng tới đập
chảy êm (FR
r
R < 1).
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 9 -
Về lý thuyết thì như vậy, song trong thực tế chịu ảnh hưởng của nhiều nhân
tố nên tình hình lại khác. Vì thế về sau người ta đã nghiên cứu hoàn thiện hơn và đã
lần lượt ra đời các dạng mặt cắt sau:
- Dạng mặt cắt DeMarchi (1928)
- Dạng mặt cắt Cơrigiơ (1929) dựa trên số liệu của BaZin.
- Dạng mặt cắt Cơrigiơ cải tiến (1945) dựa trên số liệu của Bureau of
Reclamation (từ các thử nghiệm ở DenVer)
- Dạng mặt cắt Seimemi (1930)
- Dạng mặt cắt Escande (1937)
- Dạng mặt cắt Cơrigiơ - Ôphixêrốp.
- Dạng mặt cắt Lane - Dvis (1952) dựa trên số liệu của BaZin, của Seimemi,
của Bureau of Reclamation (từ các thử nghiệm ở Fort - Collins Mỹ)

- Mặt cắt WES (1952) của Waterways Experiment Station dưới đây xin giới
thiệu 4 loại mặt cắt đập tràn thực dụng trong số các phương trình trên được áp dụng
và nhắc tới nhiều nhất:
(1) Mặt cắt Seimemi:

1,85
0,5
dd
YX
HH

=


(1.6)
Hd là cột nước thiết kế, tức là cột nước mà với nó người ta tính ra tọa độ mặt
cắt trong (1-6) thì giá trị của X,Y
≥
0.
(2) Mặt cắt Cơrigiơ

1,80
0,47
dd
YX
HH

=



(1.7)
Mặt cắt này ứng với hệ số an toàn 10% đối với cột nước.
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 10 -
(3) Mặt cắt Cơrigiơ - Ôphixêrốp

1,80
0,475
dd
YX
HH

=


(1.8)
Đoạn cong từ mặt thượng lưu đến đỉnh đập lấy theo cung tròn bán kính r=
0,25 x H
R
d
R
(4) Mặt cắt WES
1nn
d
X KH Y
−
=××
(1.9)
Trong bốn dạng mặt cắt đập tràn nêu trên, hai dạng mặt cắt được dùng phổ
biến nhất là:

+ Mặt cắt Cơrigiơ - Ôphixêrốp được các nhà khoa học của Liên Xô (cũ)
nghiên cứu và áp dụng.
+ Mặt cắt WES được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và áp dụng phổ biến
ở các nước Anh - Mỹ.
Ở đây ta nghiên cứu khả năng tháo của đập tràn thực dụng với công thức
tính: Q = σ
R
n
R.ε.m.∑b.
g2
.HR
o
RP
3/2

1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước.
Tính toán khả năng tháo đã được nghiên cứu và tìm ra công thức chung nhất,
nó được áp dụng để tính toán thiết kế công trình tháo lũ. Với các công trình quan
trọng đều được đối chiếu lại với số liệu của thí nghiệm mô hình. Khi đập tràn có
hình dạng và kích thước khác với đập tiêu chuẩn thì kết quả thí nghiệm mô hình sẽ
đưa ra được những hiệu chỉnh cần thiết, đó cũng chính là những nghiên cứu về các
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của công trình tháo lũ, như công trình Thủy
điện Sơn La, Bản Chát, Huội Quảng, Lai Châu…
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 11 -
Ở nước ta từ năm 1960 đến năm 1998 các công trình đập tràn thực dụng đều
được thiết kế theo dạng mặt cắt Ôphixêrốp như:
Đập tràn hồ chứa nước Thác Nhồng (Quảng Ninh), Đập tràn Thông Gót (Cao
Bằng), đập tràn Ngòi Nhì (Yên Bái)… đều là loại đập dâng chủ yếu là để lấy nước

tưới và một phần tạo đầu nước phát điện.
Qua kết quả thí nghiệm hệ số lưu lượng m chỉ là 0,42
÷
0,44; cột nước lũ trên
đỉnh tràn không lớn chỉ 4
÷
6m; đây là các công trình được xây dựng dưới thời bao
cấp, nền kinh tế của nước ta còn chưa chuyển mình. Để thoát khỏi lạc hậu Đảng và
Nhà nước ta đã thực hiện đường lối mở cửa nhằm đưa nước ta từ một nước nông
nghiệp dần dần trở thành một nước công nghiệp. Vì lẽ đó nước ta đã đi vào nghiên
cứu xây dựng các công trình thủy lợi – thủy điện lớn, đập tràn có cột nước cao như
thủy điện Sông Hinh, đập tràn thủy điện Yaly, đập tràn hồ chứa nước Tân Giang,
đập tràn thủy điện Hòa Bình; mà chiều cao đập chính từ 60
÷
120m; dung tích hồ
chứa từ 500 triệu đến hàng tỷ m
P
3
P nước vừa kết hợp chống lũ, phát điện và nuôi
trồng thủy sản phát triển giao thông thủy phù hợp với phương châm tổng hợp lợi
dụng nguồn nước.
Qua kết quả thí nghiệm mô hình hệ số lưu lượng m là từ 0,43
÷
0,47 với lưu
lượng xả lũ từ 5.000m
P
3
P/s đến 37.000mP
3
P/s. Để vận hành linh hoạt trên mặt đập tràn

đều phân thành nhiều khoang, có lắp đặt cửa van hình cung để khống chế mực nước
và lưu lượng xả lũ. Ở giữa các khoang có trụ pin dày từ 2,5m đến 3,0m; một vài
công trình có số khoang tràn nhiều để tiện phân chia khe chống lún còn được thiết
kế trụ pin giữa theo dạng trụ pin kép dày từ 5 đến 6m; chính sự tồn tại các trụ pin
giữa đã tạo ra co hẹp bên ở cửa vào tràn dẫn tới ảnh hưởng giảm bớt một phần khả
năng tháo của tràn.
Như đập tràn thuỷ điện Hoà Bình khoang tràn mặt số 6 (bên vai phải) chịu
ảnh hưởng co hẹp bên lớn nên làm cho khả năng xả qua khoang số 6 bị giảm. Điều
này cho thấy khi nghiên cứu các đập tràn có cửa điều tiết cần phải lưu ý đến đường
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 12 -
viền của đầu trụ pin giữa và hình dạng chuyển tiếp của hai trụ pin bên nhằm giảm
bớt ảnh hưởng co hẹp bên để tăng khả năng xả của tràn.
Từ những năm 2000 trở lại đây do việc hợp tác khoa học kỹ thuật với nhiều
nước nên ta đã áp dụng mặt cắt đập tràn WES vào một số công trình như:
Đập tràn hồ chứa Nước Trong;
Đập tràn thủy điện Kanak
Đập tràn thủy điện Bình Điền;
Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt;
Giá trị hệ số lưu lượng của các công trình trên qua kết quả thí nghiệm mô
hình thì hệ số m đạt được theo kết quả thí nghiệm mô hình như Bảng 1.1
Kết quả thí nghiệm hồ chứa Nước Trong ở Bảng 1.1
Bảng 1.1: Xác định khả năng xả của tràn xả lũ hồ chứa Nước Trong
TT
Q
R
xả

(m
P

3
P/s)
Z
R
hồ
R
(m)
HR
Tr
R
(m)
3/2
2
tr
B gH

Hệ số lưu
lượng m
Ghi chú
1 7722,0 131,10 15,60 17059,67 0,4526
Cao độ ngưỡng tràn là
115,50m
m hệ số lưu lượng đã
xét tới co hẹp bên.
(chảy tự do)
Tràn dạng mặt cắt WES,
có 5 khoang cửa, kích
thước mỗi khoang
BxH=12,5x14m
2 6728,0 129,78 14,28 14940,88 0,4503

3 6515,0 129,48 13,98 14472,53 0,4501
4 6120,0 128,93 13,43 13626,92 0,4491
5 4970,0 127,25 11,75 11151,67 0,4457
6 3500,0 124,90 9,40 7979,50 0,4386
7 2000,0 122,20 6,70 4801,71 0,4165
8 1000,0 119,80 4,30 2468,80 0,4051
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 13 -
Từ kết quả thí nghiệm thu được trong bảng 1.1 so sánh với mực nước hồ tính
toán theo thiết kế thì mực nước hồ ứng với lưu lượng xả lũ có tần suất P = 1% đến
lũ kiểm tra P = 0,1% giá trị tính toán cao hơn mực nước trong thí nghiệm mô hình
từ
5 30cm÷
. Với sự chênh lệch mực nước hồ như trên có thể nói rằng với kích thước
và cao trình ngưỡng tràn đã chọn của thiết kế là tương đối phù hợp, đủ đảm bảo khả
năng xả lũ qua tràn an toàn.

Hình 1.6: Mô hình đầu mối hồ chứa Nước Trong
Mặt khác với cột nước tác dụng trên đỉnh tràn
4,30 15,6
tr
Hm= ÷
ta thấy hệ
số lưu lượng m tăng dần từ
0,405 0,4526÷
; nghĩa là khả năng tháo tăng lên khi cột
nước trên đỉnh tràn tăng lên; nói cách khác là m tỷ lệ thuận với H
R
tr
R.

Kết quả thí nghiệm của tràn Kanak ở Bảng 1.2
Đối với tràn công trình Kanak, từ đồ án thiết kế thì có 3 khoang tràn:
m36123
=×
cao trình ngưỡng tràn đặt tại +502,0m; theo thiết kế tính toán cột nước
kiểm tra mặt trước tràn là 14,8m so với kết quả thí nghiệm là 14,26m nên giá trị
thiết kế tính toán cao hơn trị số thí nghiệm gần 0,54m; nguyên nhân là do thiết kế
chọn hệ số m thiên thấp.
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 14 -
Bảng 1.2: Xác định khả năng xả của tràn Kanak (mặt cắt dạng WES)
TT
Q
R
xả
R
(m
P
3
P/s)
Z
R
hồ
R
(m)
Z
R
h
R (m) HR
o

R (m)
Hệ số co
hẹp
MHT
Thể m’
MH m/c m’
1 3910,22 517,17 465,73 18,17 0,8989 0,462 0,476
2 3337,46 515,63 464,96 13,63 0,9091 0,458 0,466
3 3154,28 515,13 461,0 13,13 0,9125 0,456 0,461
4 2453,61 513,26 460,24 11,26 0,9249 0,440 0,453
5 2118,13 512,29 459,85 10,29 0,9314 0,433 0,448
6 1676,00 510,72 459,37 8,72 0,9419 0,432 0,442

Kết quả thí nghiệm của tràn Bình Điền ở Bảng 1.3
Bảng 1.3: Xác định khả năng xả của tràn Bình Điền (MHMC)
TT Q
R
xả
R (mP
3
P/s) ZR
hồ
R (m) HR
Tr
R (m) VR
o
R (m) HR
o
R (m) hệ số m Ghi chú
1 4446,0 85,14 12,14 1,24 12,22 0,470

Dạng mặt
cắt WES
2 4044,0 84,46 11,46 1,24 11,53 0,467
3 3990,0 84,38 11,38 1,12 11,44 0,465
4 3200,0 82,96 9,96 0,92 10,00 0,457
5 2716,0 82,00 9,00 0,80 9,03 0,452
6 1500,0 79,25 6,25 0,46 6,26 0,432
7 1000,0 77,85 4,85 0,32 4,855 0,422
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 15 -
Tràn Bình Điền tính toán thủy lực tương đối hợp lý nên hệ số lưu lượng và
mực nước theo tính toán của thiết kế không sai khác mấy với kết quả thí nghiệm
trên mô hình.
Kết quả thí nghiệm của tràn Cửa Đạt ở Bảng 1.4
Bảng 1.4: Xác định khả năng xả của tràn Cửa Đạt
TT Q
R
xả
R (mP
3
P/s) ZR
hồ
R (m) HR
Tr
R (m) VR
o
R (m/s) HR
o
R (m) hệ số m Ghi chú
1 13520 121,33 23,81 3,19 24,33 0,462

Dạng mặt
cắt WES
2 11460 119,05 21,57 3,01 22,05 0,454
3 10470 117,64 20,28 2,65 20,64 0,458
4 8410 115,0 17,71 2,38 18,00 0,452
5 6530 112,0 14,84 1,77 15,00 0,461
6 5450 110,0 12,92 1,25 13,00 0,470
Tràn Cửa Đạt lưu lượng thí nghiệm nói chung thấp hơn so với kết quả thiết
kế từ 2,7% -3,5%, hệ số lưu lượng thí nghiệm thấp hơn tính toán thiết kế 0,01. Như
vậy thì kết quả tính toán thiết kế so với kết quả thí nghiệm trên mô hình sai khác
không đáng kể.
Trên đã phân tích kết quả của 3 công trình tràn có mặt cắt dạng WES. Dưới
đây xin phân tích về tràn dạng mặt cắt Ôphixêrốp theo kết quả thí nghiệm mô hình.




Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21