nghiên cứu xác định kích thước bể tiêu năng hợp lý cho tràn xả lũ hồ ngàn trươi hà tĩnh trên mô hình vật lý

1
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6
1. Ý nghĩa thực tiễn, khoa học của luận văn. 6
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài. 8
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 9
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 9
5. Kết quả dự kiến đạt được. 9
6. Bố cục của luận văn. 9
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN. 11
1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng đập tràn và tiêu năng sau tràn trong các công
trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam và trên Thế giới 11
1.2. Tổng quan về bể tiêu năng và tiêu năng đáy sau tràn thực dụng 14
1.2.1. Tình hình xây dựng công trình tràn tiêu năng đáy 14
1.2.2. Tình hình vận hành thực tế ở một số hồ chứa và công trình xả lũ 15
1.3. Ảnh hưởng của chiều sâu, chiều dài bể đến hiệu quả tiêu năng 15
1.4. Các hình thức kết cấu tiêu năng dòng đáy 16
1.4.1. Bể tiêu năng 16
1.4.2. Tường tiêu năng 17
1.4.3. Bể tường kết hợp 17
1.5. Kết luận chương 1 17
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ KÍCH THƯỚC BỂ TIÊU NĂNG
CỦA TRÀN VẬN HÀNH 18
2.1. Lý thuyết mô hình hóa các hiện tượng thủy lực 18
2.1.1. Khái niệm về mô hình 18
2.1.2. Lý thuyết tương tự 19
2.2. Tính toán nối tiếp và tiêu năng sau tràn. 22
2.2.1. Nước nhảy 22
2.2.2. Nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu công trình 24
2.3.Tính toán bể tiêu năng sau tràn 28

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2
2.3.1. Lưu lượng tính toán tiêu năng 28
2.3.2. Tính toán chiều sâu bể tiêu năng 30
2.3.3. Tính toán chiều dài bể tiêu năng 31
2.3.4. Đoạn gia cố hạ lưu 33
2.3.5.Các biện pháp tiêu năng phụ trợ 34
2.4. Kết luận chương 2 37
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THUỶ LỰC TRÀN
VẬN HÀNH NGÀN TRƯƠI 38
3.1. Giơí thiệu nghiên cứu thí nghiệm mô hình tổng thể tràn xả lũ vận hành Ngàn
Trươi 38
3.1.1. Mục đích yêu cầu nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực. 38
3.1.2.Nội dung yêu cầu thí nghiệm trên mô hình tổng thể tràn xả lũ 38
3.1.3. Thiết kế và xây dựng mô hình 39
3.2. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình xác định kích thước bể tiêu năng và các
yếu tố tương ứng của dòng chảy qua trản Ngàn Trươi 50
3.2.1. Kết quả thí nghiệm phương án 1 50
3.2.2. Kết luận và kiến nghị phương án 1 . 61
3.2.3. Kết quả thí nghiệm phương án 2 63
3.2.4. Kết luận và kiến nghị phương án 2 75
3.3. Phân tích nhận xét kết quả thí nghiệm mô hình 77
3.3.1. Nhận xét. 77
3.3.2. Đề nghị. 80
3.4. Kết luận chương 3. 81
CHƯƠNG IV: SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ THÍ
NGHIỆM MÔ HÌNH. 82
4.1. Giới thiệu chung về công trình Ngàn Trươi. 82
4.1.1. Vị trí. 82
4.1.2. Nhiệm vụ công trình. 82

4.1.3. Quy mô và hình thức công trình 82
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
3
4.1.4. Các thông số chính về công trình 83
4.2. Các số liệu đầu vào 85
4.3. Kết quả tính toán 86
4.3.1. Phương án 1 86
4.3.2. Phương án 2 87
4.4. Phân tích, so sánh kết quả tính toán và kết quả thí nghiệm mô hình 91
KẾT LUẬN TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 93
1. Kết luận 93
2. Những vấn đề còn tồn tại 94
3. Kiến nghị 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 95


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
4
MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1-1. Bảng thống kê một số hồ đập, đập tràn xây dựng ở Việt Nam sử dụng
biện pháp tiêu năng đáy . 12
Bảng 3-1 : Xác định khả năng xả của tràn PA 1. 50
Bảng 3-2 : Giá trị B
HD
khi xả lũ PA1. 52
Bảng 3-3 : Sự co hẹp dòng chảy ở đầu trụ pin các khoang tràn PA1. 53
Bảng 3-4: Lõm sâu tại hai trụ pin bên PA1. 55
Bảng 3-5: Xác định các thông số tiêu năng PA 1. 58
Bảng 3-6: Năng lượng tiêu hao qua công trình nối tiếp PA 1 60

Bảng 3-7: Khả năng xả qua tràn – PA 2. 65
Bảng 3-8 : Xác định các thông số tiêu năng PA2 . 72
Bảng 3-9: Năng lượng tiêu hao qua công trình nối tiếp PA2 74
Bảng 4-1 : Các số liệu đầu vào tính toán. 85
Bảng 4-2 : Tính độ sâu liên hiệp của nước nhảy theo lý thuyết – PA1. 87
Bảng 4-3: Kết quả tính toán chiều dài nước nhảy – PA1. 88
Bảng 4-4: Kết quả tính toán chiều dài nước nhảy – PA1 . 89
Bảng 4-5 : Kết quả tính toán chiều dài nước nhảy – PA2. 90
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
5
MỤC LỤC HÌNH

Hình 2-1: Nước nhảy. 23
Hình 2-2: Biểu đồ xác định Q tính toán tiêu năng. 29
Hình 2-3: Sơ đồ tính toán bể tiêu năng. 30
Hình 2-4: Biểu đồ lưu tốc sau công trình tháo. 34
Hình 2-5 : Hình thức các thiết bị tiêu năng phụ. 35
Hình 2-6 : Các hình thức mố tiêu năng. 35
Hình2-7 : Sơ đồ tình hình dòng chảy khi có thiết bị tiêu năng trên sân sau. 35
Hình 3-1: Mặt bằng mô hình tổng thể tràn Ngàn Trươi. 46
Hình 3-2: Bố trí các mặt cắt đo lưu tốc và mực nước - PA1. 47
Hình 3-3: Bố trí các mặt cắt đo lưu tốc và mực nước - PA1. 48
Hình 3-4: Sơ đồ điểm đo áp suất trên mặt tràn – PA1. 49
Hình 3-5: Đường quan hệ Q
xả
=f
1
(Z
hồ
) và m=f

2
(Q
xả
) chảy tự do qua tràn – Khống
chế MNHL- PA1. 51
Hình 3-6 : Vị trí mố tiêu năng trong bể - PA 2. 63
Hình 3-7: Kích thước mố tiêu năng PA2. 64
Hình 3-8: Đường quan hệ Q
xả
=f
1
(Z
hồ
) và m=f
2
(Q
xả
), chảy tự do qua tràn – Khống
chế MNHL- PA2. 65
Hình 3-9: Bố trí mặt cắt đo lưu tốc và mực nước – PA2. 67
Hình 3-10: Bố trí mặt cắt đo lưu tốc và mực nước – PA2. 68

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
6
MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa thực tiễn, khoa học của luận văn.
Đất nước ta có điều kiện địa hình rất đặc thù, phía Tây là đồi núi cao địa hình
có độ dốc lớn, phía Đông là các vùng đồng bằng lớn ven biển, đồng thời Việt Nam
cũng là nước có hệ thống sông suối dầy đặc trung bình cứ khảng 20 km có một cửa
sông đổ ra biển. Đây là một tiềm năng lớn để xây dựng và phát triển các công trình

thủy lợi, thủy điện phục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước
góp phần vào phát triển kinh tế xã hội
Việc xây dựng các đập ngăn, đập dâng trên các sông, suối sẽ làm hình thành
nên các hồ chứa. Bên cạnh tác dụng điều hòa dòng chảy trong mùa lũ, giảm đỉnh lũ
và phục vụ mục đích thủy lợi, thủy điện…v.v thì hồ chứa lại làm tăng cột nước, đây
là một trong những mối nguy hại lớn cho cả vùng hạ du khi có sự cố công trình xảy
ra. Các công trình đập ngăn, đập dâng chỉ có thể tích nước đến một cao trình nhất
định nào đó theo thiết kế, trong khi đó lượng nước lũ về hồ rất lớn trong mùa mưa
vượt quá khả năng tích nước của hồ cần phải tháo lượng nước thừa về hạ lưu đảm
bảo an toàn cho công tình. Do đó ở các hồ chứa cần làm các công trình tháo lũ trong
đó đập tràn là một loại công trình được sử dụng rộng rãi hiện nay. Ngoài đập tràn
chính tháo lũ thường xuyên nhiều công trình còn bố trí tràn phụ và tràn sự cố xả lũ
để đảm bảo an toàn cho công trình.
Như vậy tràn xả lũ là một hạng mục quan trọng nó quyết định đến hiệu quả
làm việc của tổng thể một dự án thủy lợi, thủy điện. Việc bố trí đập tràn có quan hệ
với bố trí tổng thể các hạng mục công trình khác, điều kiện thi công, điều kiện địa
hình, địa chất việc chọn ra được hình thức kết cấu tràn phù hợp cũng là một vấn
đề luôn được quan tâm.
Năng lượng thừa của dòng nước khi qua công trình tháo nước là rất lớn, đặc
biệt ở những công trình có cột nước lớn như đập tràn, dốc nước, đường tràn dọc,
đường tràn ngang của các hồ chứa.Năng lượng thừa này nếu chúng ta không có biện
pháp tiêu hao bớt thì sẽ gây ra xói lở lòng dẫn hạ lưu dẫn đến gây mất ổn định và
phá hỏng công trình gây ra những thiệt hại to lớn cho con người.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
7
Với những công trình có cột nước cao hiện nay có nhiều biện pháp tiêu năng
khác nhau như tiêu năng phóng xa, tiêu năng dòng mặt, tiêu năng dòng đáy. Mỗi
hình thức tiêu năng này lại có những ưu, nhược điểm khác nhau và phù hợp với
từng điều kiện địa hình, địa chất khác nhau.
Chính vì vậy việc nghiên cứu một biện pháp tiêu năng thích hợp cho mỗi công

trình là hết sức cần thiết. Nó là điều kiện quan trọng để các công trình tháo nước
làm việc an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Với những công trình có cột nước cao nhưng địa chất nền yếu như nền đất,
nền đá phong hoá mạnh đồng thời lớp nước đệm ở hạ lưu mỏng hoặc những công
trình có cột nước thấp thì việc chọn hình thức tiêu năng kiểu mũi phun là không hợp
lý. Trong trường hợp này chúng ta có thể chọn một trong các hình thức thức tiêu
năng đáy như làm bể tiêu năng, tường tiêu năng hoặc bể tường kết hợp.
Đối với tràn vận hành thì lưu lượng và mực nước xả qua tràn thường xuyên
thay đổi theo thời gian nên hiệu quả làm việc của tràn phụ thuộc rất nhiều vào hình
dạng kích thước của tràn đặc biệt là chiều sâu, chiều dài bể tiêu năng. Chiều sâu bể
quyết định chế độ nối tiếp ở hạ lưu tràn còn chiều dài bể quyết định lớn đến điều
kiện kinh tế và kỹ thuật công trình. Vì vậy tính toán lựa chọn được kích thước hợp
lý của bể tiêu năng sẽ góp phần rất lớn trong việc tiêu hao năng lượng của dòng
chảy giải quyết tốt vấn đề thủy lực sau công trình tháo mang lại hiệu ích chung cho
toàn công trình.
Việc xác định kích thước bể tiêu năng của các công trình hiện nay đều dựa
trên các phương pháp lý thuyết và công thức tính toán chung cho bài toán phẳng.
Trong thực tế mỗi công trình có những điều kiện về địa hình, địa chất, dòng chảy rất
khác nhau, nên việc áp dụng hình thức tiêu năng của từng công trình cần xem xét
đến các đặc điểm riêng của chúng
Khi tính toán bằng các phương pháp lý thuyết không thể đề cập hết được các
yếu tố ảnh hưởng đến công trình tiêu năng. Bởi vậy, bên cạnh kết quả tính toán lý
thuyết, việc kết hợp thí nghiệm mô hình trong những điều kiện biên cụ thể của mỗi
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
8
công trình là cách làm đang được áp dụng rộng rãi hiện nay với các công trình vừa
và lớn .
Công trình tràn xả lũ Ngàn Trươi nằm giữa đập phụ thuộc công trình đầu mối
Ngàn Trươi dự kiến xây dựng trên địa bàn xã Hương Đại huyện Vũ Quang tỉnh Hà
Tĩnh. Tràn kết cấu bằng BTCT, hình thức tràn kiểu thực dụng Ôphixêrốp không

chân không bằng BT ngoài bọc BTCT. Tràn gồm 5 khoang kích thước mỗi khoang
BxH = 8m x 7m có nhiệm vụ xả lũ với lưu lượng xả lũ thiết kế P=0,5% là Q
xả 0,5%
=
2120m
3
/s và lưu lượng xả lũ kiểm tra P = 0,1% là Q
xả 0,1%
= 2443 m
3
/s. Tràn được
xây dựng trên địa tầng đá phong hóa mạnh do đó đơn vị tư vấn thiết kế đã lựa chọn
biện pháp tiêu năng cho tràn là bể tiêu năng với kích thước tính toán là chiều dài bể
tiêu năng 54,05m, chiều rộng bể tiêu năng 53.0m, chiều sâu bể tiêu năng 7.0 m
Các thông số về bể tiêu năng của tràn vận hành Ngàn Trươi hiện nay đang
được tiến hành thí nghiệm tại Trung tâm nghiên cứu Thủy lực – Phòng thí nghiệm
trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
nhằm mục đích kiểm tra tính hợp lý của phương án thiết kế đồng thời đưa ra các
phương án sửa đổi hợp lý hơn cho công trình về mặt bố trí tổng thể, kích thước và
kết cấu.
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xác định kích thước bể tiêu năng hợp lý cho tràn
xả lũ hồ Ngàn Trươi Hà Tĩnh trên mô hình vật lý ” nhằm tiến hành phân tích kết
quả đo được từ thí nghiệm mô hình, so sánh, đối chứng với các kết quả tính toán lý
thuyết là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn đối với công trình Ngàn Trươi nói
riêng và các công trình có điều kiện tương tự nói chung.
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài:
- Nghiên cứu xác định kích thước hợp lý của bể tiêu năng, tính toán áp dụng
cụ thể cho tràn vận hành Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh
- Đánh giá so sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm mô hình
để rút ra một số vấn đề cần lưu ý trong việc nghiên cứu xác định kích thước bể tiêu

năng
- Thu thập các tài liệu tham khảo.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
9
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu xác định kích thước hợp lý của bể tiêu năng cho tràn vận hành
Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
+ Cách tiếp cận:
- Thông qua các tài liệu: Giáo trình thủy công, giáo trình thủy lực, các giáo
trình chuyên ngành về đập tràn - nối tiếp và tiêu năng, các tài liệu chuyên ngành
dịch từ tiếng Nga,
+ Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Sử dụng các lý thuyết, phương pháp,
công thức tính toán trong tài liệu tham khảo hiện hành.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thông qua kết quả nghiên cứu thí
nghiệm mô hình của tràn vận hành Ngàn Trươi để so sánh, đối chứng với kết quả
tính toán lý thuyết.
5. Kết quả dự kiến đạt được:
- Đưa ra được quy luật và mối quan hệ tương quan giữa các đại lượng cơ
bản của dòng chảy và tiêu năng.
- Đưa ra được kết quả kích thước hợp lý của bể tiêu năng.
- Kiểm tra, đánh giá độ tin cậy của kết quả thí nghiệm, sử dụng cho thiết kế
cụ thể bể tiêu năng tràn vận hành Ngàn Trươi.
- Là tài liệu tham khảo cho các công trình tương tự.
6. Bố cục của luận văn:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập tràn và tiêu năng sau tràn trong các
công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam và trên Thế giới.
1.2 Tổng quan về bể tiêu năng và tiêu năng đáy sau đập tràn.

1.3 Kết luận chương 1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
10
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ BỂ TIÊU NĂNG TRÀN VẬN
HÀNH
2.1 Lý thuyết mô hình hóa các hiện tượng thuỷ lực.
2.2 Tính toán nối tiếp và tiêu năng sau tràn.
2.3 Tính toán thiết kế bể tiêu năng sau tràn.
2.4 Kết luận chương 2
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC
TRÀN VẬN HÀNH NGÀN TRƯƠI
3.1 Giới thiệu nghiên cứu thí nghiệm mô hình tổng thể tràn xả lũ vận hành
Ngàn Trươi.
3.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình xác định kích thước bể tiêu năng
và các yếu tố tương ứng của dòng chảy qua tràn vận hành Ngàn Trươi.
3.3 Phân tích, nhận xét kết quả thí nghiệm mô hình.
3.4 Kết luận chương 3
CHƯƠNG 4: SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ THÍ NGHIỆM MÔ
HÌNH.
4.1 Giới thiệu chung về công trình Ngàn Trươi.
4.2 Các số liệu đầu vào dùng cho tính toán.
4.3 Tính toán, xác định kích thước bể tiêu năng và các yếu tố của dòng chảy
qua tràn Ngàn Trươi
4.4 Phân tích, so sánh kết quả tính toán và kết quả thí nghiệm mô hình.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
-Những kết quả đạt được của luận văn.
- Mức độ tin cậy của kết quả tính toán.
- Khả năng ứng dụng của đề tài trong thực tế.
-Những vấn đề còn tồn tại cần nghiên cứu.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
11
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng đập tràn và tiêu năng sau tràn
trong các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam và trên Thế giới. [13]
Trên thế giới cũng như ở nước ta hiện nay có rất nhiều hồ chứa nước đã và
đang được xây dựng. Các công trình này được xây dựng ở các vùng trung du và
miền núi đã đóng góp không nhỏ cho sự phát triển kinh tế của các vùng nói riêng và
của đất nước nói chung góp phần ổn định tình hình kinh tế chính trị, quốc phòng và
an ninh.
Trong các hệ thống hồ chứa thì tràn xả lũ là một phần không thể thiếu nó
chiếm một tỷ trọng khá lớn trong tổng vốn đầu tư xây dựng công trình. Sự làm việc
hiệu quả của tràn xả lũ quyết định đến hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống. Vì
vậy việc tính toán, lựa chọn phương án tràn xả lũ và tiêu năng sau tràn có ý nghĩa
rất quan trọng. Việc lựa chọn hình thức, bố trí tràn xả lũ và tiêu năng sau tràn tùy
thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất, giải pháp bố trí tổng thể công trình, điều kiện
quản lý vận hành…
Theo số liệu thống kê, đến năm 2003 cả nước đã có 1967 hồ chứa có dung
tích từ 0,2 triệu m
3
trở lên với tổng dung tích trữ là 24,82 tỷ m
3
nước và thống kê có
được cho thấy ở các hồ chứa sự cố hư hỏng của đập chính do nguyên nhân hư hỏng
tràn chiếm một tỷ lệ đáng kể và hầu hết là sự cố lớn. Theo số liệu điều tra năm 1992
ở nước ta, trong số các hồ chứa đã xây dựng chỉ có 39,1% đập, đập tràn làm việc
bình thường , trong khi 38,7% có hư hỏng nhỏ và 22,2% có hư hỏng lớn. Cũng theo
số liệu điều tra của Cục Thủy lợi, sự cố công trình mà mà nguyên nhân xuất phát từ
việc hư hỏng của tràn có tỷ lệ như sau: Hồ có dung tích từ 5 ÷ 10 triệu m
3

có gần
30% hư hỏng là do sự cố của tràn, hồ có dung tích từ 1 ÷ 5 triệu m
3
có gần 40% và
hồ có dung tích từ 0,2 ÷ 1 triệu m
3
có gần 45% hư hỏng là do sự cố của tràn
Với công trình tràn xả lũ việc tiêu hao năng lượng thừa của dòng chảy ở sau
tràn là vô cùng quan trọng. Chính vì thế việc lựa chọn hình thức và kích thước bộ
phận tiêu năng có ý nghĩa quan trọng với công trình tràn xả lũ và với cả hệ thống
công trình. Với những công trình có địa chất nền yếu, cột nước thấp thì sử dụng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
12
biện pháp tiêu năng đáy là thích hợp. Trong thực tế ở nước ta và trên thế giới có rất
nhiều công trình sử dụng biện pháp tiêu năng này.
Bảng 1-1. Bảng thống kê một số hồ đập, đập tràn xây dựng ở Việt Nam sử dụng
biện pháp tiêu năng đáy
TT Tên công trình
Năm
xây
dựng
Loại
đập
Chiều
cao
H
max
Hình thức tràn
Q
xả max

m
3
/s
1
Hồ chứa nước Suối
Hai
1958-
1964
Đất 29 Tràn tự do 80
2
Hồ chứa nước Đồng
Mô – Ngải Sơn
1969-
1974
Đất 20 Tràn có cửa van 90
3
Hồ chứa nước Đại
Lải
1959-
1961
Đất 12,5 Tràn đỉnh rộng 474,6
4
Hồ chứa nước
An Mã
Đất 27,5
Tràn hình cong
không chân
không

5

Hồ chứa nước
Cam Ranh
1996 Đất 23,21
Tràn thực dụng
có van điều tiết
539
6
Hồ chứa nước
Đạ Tẻh
1986-
1996
Đất 27,3
Tràn bê tông cốt
thép
618
7
Hồ chứa nước
Tuyền Lâm
1982-
1987
Đất 32
Tràn đỉnh rộng
nối tiếp dốc
nước và bậc
nước
500
8
Hồ chứa nước
Iamơ
2006-

2010
Đất 32
Tràn thực dụng
có cửa van, dốc
nước
654
9 Hồ Sông Ray
2006-
2010
Đất 35
Tràn có cửa van
điều tiết
2400
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
13
10 Hồ Nước Trong
2006-
2010
Bê
tông
đầm
lăn
72
Tràn thực dụng
có cửa van điều
tiết

11 Hồ Tả Trạch 2006 Đất 56
Tràn có cửa van
điều tiết

12 Hồ Thác Bà
Bê
tông
trọng
lực

Tràn có cửa van
điều tiết

13 Hồ Trị An
1984-
1991
Đất 40
14
Hồ Sroc-phumieng
2002
Đất
31
Tiêu năng đáy

15
Hồ thủy lợi Phước
Hòa
2006-
2010
Đất 28
Tràn có cửa van
điều tiết

16 Thủy điện Đami
1997-
2001
Đập
đá đổ
80 Tràn bên tự do
17 Thủy điện A Vương
2004-
2008
Bê
tông
đầm
lăn
72
Tràn có cửa van
điều tiết

18
Thủy điện
Tuyên Quang
2002-
2007
Đá đổ
bê
tông
bản
mặt
92,2
Tràn có cửa van
điều tiết

19 Sông Ba hạ
2005-
2010
BTĐL

50
Tràn có cửa van
điều tiết


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
14
1.2. Tổng quan về bể tiêu năng và tiêu năng đáy sau đập tràn [6], [13]
1.2.1. Tình hình xây dựng công trình tràn tiêu năng đáy
Theo thống kê ở Việt Nam có khoảng trên 650 hồ chứa vừa và lớn, trên
35000 hồ chứa nước loại nhỏ. Tính đến nay chúng ta đã xây dựng và đưa vào khai
thác trên 500 hồ chứa nước có dung tích từ 1 triệu m
3
trở lên, trừ một số hồ có mục
đích chính là phát điện còn lại chủ yếu là trữ nước để tưới và cấp nước sinh hoạt.
Trong việc bố trí tổng thể một dự án thủy lợi, thủy điện công trình tràn xả lũ
thì vấn đề tiêu năng sau tràn nhằm đảm bảo nối tiếp dòng chảy hạ lưu chiếm một vị
trí quan trọng. Hình thức tiêu năng phòng xói được lựa chọn dựa trên điều kiện địa
hình, địa chất, điều kiện dòng chảy, phương thức vận hành , chiều sâu nước hạ
lưu…v.v
Đặc điểm tiêu năng dòng đáy là là lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy, đó
là hình thức thường dùng nhất. Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng này là
chiều sâu nước ở hạ lưu phải lớn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai của nước nhảy h
h

>
h
c
’’ để đảm bảo có nước nhảy ngập ổn định và tiêu năng tập trung.
Trong tiêu năng đáy, lưu tốc ở đáy rất lớn, mạch động mãnh liệt, có khả năng
xói lở cao vì thế trong khu vực nước nhảy ( sân sau) phải bảo vệ bằng bê tông, bê
tông cốt thép. Khi nền đá xấu đoạn nối tiếp sau sân sau ( sân sau thứ hai) cũng cần
được bảo vệ một cách thich đáng. Muốn tăng hiệu quả tiêu năng thì thường trên sân
sau người ta làm thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mố, ngưỡng, dầm tiêu năng …
để cho sự xung kích nội bộ của dòng chảy càng mãnh liệt hơn và ma sát gữa dòng
chảy với các thiết bị đó cũng có tác dụng tiêu hao một phần năng lượng. Ngoài ra
các thiết bị tiêu năng phụ còn có tác dụng dâng cao mực nước ở sân sau, đẩy dòng
chảy có lưu tốc lớn ở đáy lên trên mặt giảm tác hại xói lở nâng cao hiệu quả tiêu
năng. Biện pháp này có hiệu quả tốt và được sử dụng rộng rãi. Tiêu năng dòng đáy
thường được dùng với các công trình có cột nước thấp, địa chất nền tương đối kém,
mực nước hạ lưu không lớn lắm. Khi cột nước cao tháo lưu lượng lớn lúc này h
c
’’

rất lớn để đáp ứng yêu cầu có nước nhảy ngập sau công trình thì đòi hỏi chiều sâu
nước hạ lưu rất lớn, như vậy phải đào sâu bể tiêu năng hoặc làm tường tiêu năng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
15
cao hoặc phải làm nhiều cấp tường nối tiếp nhau và sân sau thứ hai cũng cần bảo vệ
kiên cố hơn. Khi đó thì hình thức tiêu năng đáy sẽ tốn kém hơn và không phù hợp.
Trong những năm gần đây các công trình thủy điện, thủy điện kết hợp thủy
lợi được phát triển nhanh, trong lúc kinh nghiệm thiết kế của nước ta vẫn còn khá
hạn chế, nhiều nghiên cứu của nước ngoài chưa được cập nhật áp dụng vào thực tế
của Việt Nam. Mặt khác các công thức tính toán mà chúng ta áp dụng hiện nay đều
là những công thức kinh nghiệm của rất nhiều tác giả đưa ra đẫn tới những kết quả

tính toán có sự sai khác nhất định. Do đó việc áp dụng công thức tính toán như thế
nào để đạt kết quả tính toán đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, kinh tế với các đặc thù
ở nước ta cho mỗi công trình là bài toán cần giải quyết cho từng công trình cụ thể.
Để giải quyết vấn đề này, việc kết hợp phân tích, đối chứng, so sánh giữa kết quả
tính toán lý thuyết và kết quả nghiên cứu thực nghiệm mô hình là hướng đi hợp lý
và ngày càng được áp dụng rộng rãi nhất là với các công trình vừa và lớn.
1.2.2. Tình hình vận hành thực tế ở một số hồ chứa và công trình xả lũ
Các hồ chứa ở nước ta hiện nay thường gặp những sự cố chủ yếu sau: sạt mái
thượng lưu đập 25,84% , hỏng đập tràn xả lũ 25,39%, cống bị hỏng 17,3%, đập bị
thấm 15,06%, đỉnh đập thấp 9,00%, cửa van bị hỏng 3,60%
Như vậy sự cố hồ chứa do sự cố đập tràn gây ra chiếm tỷ lệ rất cao. Các sự
cố đập tràn thường do các nguyên nhân như: lũ vượt qua đỉnh đập tràn, thấm dưới
đáy đập và hai bên, thấm qua thân đập, đập bị trôi hoặc bị gẫy, xói sân tiêu năng,
xói sân sau dẫn đến xói lở đáy đập, gãy ,kẹt cửa van, hỏng thiết bị đóng mở…
Trong đó xói sân tiêu năng thường do các nguyên nhân như đánh giá sai tình hình
địa chất nền, xác định sai mực nước hạ lưu, xác định sai lưu lượng tính toán tiêu
năng nên tính toán cho trường hợp không phải bất lợi nhất, biện pháp tiêu năng
không hợp lý, thi công không đảm bảo chất lượng, vận hành tràn không đúng quy
trình.
1.3. Ảnh hưởng của chiều sâu, chiều dài bể đến hiệu quả tiêu năng.
Các kích thước chiều sâu, chiều dài bể có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả
tiêu năng, phòng xói ở hạ lưu công trình
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
16
Chiều sâu bể tiêu năng phải đảm bảo điều kiện cơ bản của hình thức tiêu
năng đáy là chiều sâu nước ở hạ lưu phải lớn hơn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai
của nước nhảy h
h
> h
c

’’
để đảm bảo sinh nước nhảy ngập. Nhưng nếu chiều sâu bể
quá lớn sẽ dẫn tới hiện tượng nước nhảy quá ngập, lúc này dòng nước lại luồn ở
dưới đáy và phá hủy lòng dẫn ở hạ lưu công trình, làm giảm hiệu quả tiêu năng
Chiều dài bể cũng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của
công trình nếu ta làm bể quá dài thì đảm bảo tiêu năng tập trung trong bể (gói trọn
nước nhảy) nhưng sẽ không kinh tế và ngược lại nếu bể ngắn thì không không gói
được nước nhảy dẫn đến hiệu quả tiêu năng của bể không cao.
Việc xác định chiều sâu và chiều dài bể tiêu năng của các công trình hiện nay
đều dựa trên các phương pháp lý thuyết và công thức tính toán chung cho bài toán
phẳng. Trong thực tế mỗi công trình có những điều kiện về địa hình, địa chất, dòng
chảy rất khác nhau, nên việc áp dụng hình thức tiêu năng của từng công trình cần
xem xét tính đến các đặc điểm riêng của chúng.
Khi tính toán bằng các phương pháp lý thuyết không thể đề cập hết được
các yếu tố ảnh hưởng đến công trình tiêu năng. Bởi vậy, bên cạnh kết quả tính toán
lý thuyết, cần kết hợp thí nghiệm mô hình với những điều kiện biên cụ thể để xác
định kích thước bể tiêu năng hợp lý đảm bảo hiệu quả tiêu hao năng lượng cao nhất
cho mỗi công trình
1.4. Các hình thức kết cấu tiêu năng dòng đáy [16], [4], [8]
Kết cấu tiêu năng dòng đáy gồm có các hình thức sau : Đào bể tiêu năng, xây
tường tiêu năng và bể tường kết hợp
1.4.1. Bể tiêu năng
Đây là biện pháp được áp dụng phổ biến ở các công trình tiêu năng dòng
đáy nhất là ở các công trình có địa chất nền mềm yếu, tầng đá gốc nằm sâu. Hình
thức này tạo ra chế độ chảy ngập khi qua ngưỡng bể nên chỉ cần tiêu năng một lần ,
tuy nhiên nếu chiều sâu bể quá lớn thì việc thi công sẽ gặp khó khăn khi đó phương
án đào bể tiêu năng không kinh tế.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
17

1.4.2. Tường tiêu năng
Nếu điều kiện kết cấu và thi công khi làm bể tiêu năng không thích hợp hoặc
điều kiện nền địa chất tốt việc thi công bể tiêu năng gặp khó khăn thì chúng ta làm
tường tiêu năng. Lúc này tường tiêu năng làm việc như một đập tràn thực dụng hoặc
thành mỏng vì thế khi thiết kế chúng ta phải kiểm tra trạng thái chảy sau tường. Nếu
sau tường có nước nhảy phóng xa hoặc tại chỗ ta phải tính toán tiêu năng cho tường
tức là phải làm thêm các tường ở phía sau. Trường hợp tường quá cao chúng ta phải
làm thêm các tường phía sau lúc này khối lượng công trình sẽ tăng lên vì thế sẽ
không kinh tế.
1.4.3. Bể tường kết hợp
Trong thực tế có nhiều trường hợp nếu làm bể têu năng chỉ bằng cách hạ thấp
đáy kênh hạ lưu hoặc chỉ xây tường tiêu năng thì không hợp lý. Trường hợp thứ
nhất nếu bể rất sâu đáy kênh hạ lưu phải hạ thấp quá nhiều, khối lượng đào quá lớn
và việc thi công khó khăn đồng thời phần chân đập sẽ phải có thêm khối bê tông lớn
làm tăng khối lượng công trình. Trường hợp thứ hai là tường quá cao sau tường có
nước nhảy phóng xa vì vậy ta phải làm thêm tường thứ hai, thứ ba…Trong điều
kiện như thế người ta thường kết hợp hai biện pháp trên tức là vừa ha thấp đáy kênh
làm bể đồng thời xây tường ở bên trên. Biện pháp này giúp ta không phải đào bể
quá sâu đồng thời cũng không phải xây tường quá cao. Thực tế đã chứng tỏ biện
pháp này trong nhiều trường hợp rất có lợi về mặt kinh tế và kỹ thuật
1.5. Kết luận chương 1:
Hiện nay rất nhiều công trình tháo lũ ở các công trình thủy lợi, thủy điện sử
dụng biện pháp tiêu năng đáy, đặc biệt là những công trình có cột nước vừa và thấp,
những công trình có địa chất nền yếu. Việc lựa chọn hình thức kết cấu, kích thước
của bể tiêu năng hợp lý có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả tiêu hao năng lượng, đến
sự ổn định và hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công trình. Nhưng những vấn đề này
chưa được nghiên cứu tính toán cụ thể, cần được nghiên cứu tính toán cụ thể ở
những chương sau.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

18
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ KÍCH THƯỚC BỂ TIÊU
NĂNG CỦA TRÀN VẬN HÀNH
2.1. Lý thuyết mô hình hóa các hiện tượng thủy lực [9], [12]
2.1.1. Khái niệm về mô hình
2.1.1.1. Mô hình
Mô hình là hình ảnh của tư duy hay là một sản phẩm vật chất tạo ra bằng các
vật liệu khác nhau nhằm phản ánh hoặc giống đối tượng nghiên cứu và những kết
quả nghiên cứu đó đem đến những thông tin chính xác về đối tượng cần nghiên cứu
trong thực tế.
2.1.1.2. Mô hình hóa
Mô hình hóa là sự biểu thị bằng hình ảnh các công trình hoặc hiện tượng của
thực tế, bằng công cụ vật lý và toán học hợp lý để có thể nghiên cứu hiệu quả, toàn
diện và tối ưu công trình hoặc hiện tượng đó
2.1.1.3. Mô hình vật lý
Mô hình vật lý là mô hình dựa trên sự tương tự giữa hai hệ thực thể. Mô hình
thủy lực là một loại mô hình vật lý, thường được chế tạo với tỷ lệ bé hơn và đặt
trong phòng thí nghiệm. Vật liệu dùng trong mô hình thủy lực cũng phải đảm bảo
tương tự như trong thực tế.
Mô hình hóa hiện tượng thủy lực dựa trên lý thuyết tương tự. lý thuyết tương
tự xuất phát từ sự phân tích toán học hoặc phân tích thứ nguyên các đại lượng ảnh
hưởng đến hiện tượng nghiên cứu. Các định luật hay tiêu chuẩn tương tự cho phép
chúng ta chuyển những kết quả thu được trên mô hình sang thực tế.
2.1.1.4. Mô hình toán
Mô hình toán được thành lập dựa trên sự tương tự giữa thực tế và tư duy. Sự
tương tự đó cho phép nghiên cứu thực tế bằng sự giúp đỡ của hệ thống tư duy tưởng
tượng vật lý phức tạp, được miêu tả bằng hệ phương trình vi phân riêng có thể giải
được bằng phương pháp số, giải tích hoặc đúng dần
Mô hình toán một hiện tượng vật lý đươc tạo thành:
- Từ một mô hình thực.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
19
- Từ sự biểu thị bằng toán học các mối quan hệ vật lý giữa các đại lượng xác
định hiện tượng cần nghiên cứu
-Từ các phương pháp giải được bằng toán học các mối quan hệ vật lý
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm mô hình thủy lực là khảo sát những
nghiên cứu những quy luật của dòng chảy, tác động của nước lên môi trường mà nó
chuyển động trong đó nhằm góp phần thiết thực vào việc thiết kế tối ưu hệ thống
công trình hoặc hạng mục công trình
Nhiệm vụ của thực nghiệm mô hình thủy lực là
- Bằng thực nghiệm, giải quyết những vấn đề thực tế của thiết kế, xây dựng
và khai thác sử dụng công trình thủy lợi mà những vấn đề đó không giải quyết thỏa
đáng được bằng con đường lý luận
- Phát hiện những quy luật của hiện tượng thủy động lực học và định nghĩa
được chúng
- Kiểm tra, bổ sung và chính xác các công thức lý thuyết của thủy lực bằng
cách xác định giá trị cụ thể của các hệ số khác nhau (mà trước đó lựa chọn chỉ là
gần đúng), kiểm tra các kết quả của mô hình toán.
- Thiết lập quan hệ thực nghiệm giữa các thông số riêng biệt của hiện tượng
nghiên cứu
- Kiểm tra các kết quả tính toán theo lý thuyết đã có và góp phần vào sự phát
triển tiếp theo của thủy lực
Khi nghiên cứu trên mô hình thủy lực có những tiện lợi sau
- Kích thước bé hơn so với thực tế
- Đo các đại lượng thủy lực được chính xác nhanh và tiện lợi.
- Đo đạc mang tính hệ thống cao.
- Có thể đến được bất kỳ vị trí nào để đo đạc
- Có thể quan sát và nghiên cứu tương đối lâu một hiện tượng hoặc đồng
thời các yếu tố (cả cấu trúc bên trong và tác động ở mặt ngoài)
2.1.2. Lý thuyết tương tự

2.1.2.1. Tương tự hình học.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
20
Nếu chúng ta chế tạo mô hình giảm nhỏ so với công trình thực tế thì hình
dạng của công trình cũng tương ứng phù hợp. Mọi góc tương ứng không đổi, mọi
kích thước đều được giảm nhỏ theo cùng một tỷ lệ. Ta gọi đó là tương tự hình học
giữa mô hình và thực tế. Tỷ lệ giữa độ dài trong thực tế (l
t
) và độ dài tương ứng trên
mô hình (l
m
) gọi là tỷ lệ hình học.

m
t
l
l
l
=
λ
(2-1)
Nếu λ
l
là hệ số không đổi cho toàn bộ mô hình thì tỷ lệ vê diện tích và thể tích là:

2
l
m
t
s

S
S
λ
λ
=
=
;
3
l
m
t
v
V
V
λ
λ
=
=
(2-2)
2.1.2.2. Tương tự động học
Tương tự động học là tương tự của các thành phần tương ứng của lưu tốc và
gia tốc giữa thực tế và mô hình và ta có.

m
t
t
t
t
=
λ

(2-3)
Nếu tỷ lệ độ dài theo ba phương là

mx
tx
lx
l
l
=
λ
;
my
ty
ly
l
l
=
λ
;
mz
tz
lz
l
l
=
λ

Thì tỷ lệ lưu tốc điểm là

mx

tx
ux
u
u
=
λ
;
my
ty
uy
u
u
=
λ
;
mz
tz
uz
u
u
=
λ

và tỷ lệ gia tốc là

mx
tx
ax
a
a

=
λ
;
my
ty
ay
a
a
=
λ
;
mz
tz
az
a
a
=
λ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
21
Khi chúng ta có tỷ lệ lưu tốc và tỷ lệ gia tốc là hằng số thì chúng ta có được
tương tự động học

lz
lylx
λλλ
==
;
t

u
t
lx
azayax
λ
λ
λ
λ
λλλ
====

2.1.2.3. Tương tự động lực học
Là sự tương tự hoàn toàn của các lực trong thực tế và trên mô hình. Theo
định luật Newton (P = m.a) chúng ta có thể viết.
P
tx
= m
t
. a
tx
; P
ty
= m
t
. a
ty
; P
tz
= m
t

. a
tz
;
P
mx
= m
m
. a
mx
; P
my
= m
m
. a
my
; P
mz
= m
m
. a
mz
;
Từ đó ta có
22
2
1

.
.
.

.
t
lx
m
t
mx
m
mtx
t
mx
tx
Px
t
lm
t
lm
P
P
λ
λ
λλ
==
=

22
2
1


.

.
t
ly
m
tmym
m
tyt
my
ty
Py
t
lm
tlm
P
P
λ
λλ
λ
===

22
2
1


.
.
t
lzm
tmzm

mtzt
mz
tz
Pz
tlm
tlm
P
P
λ
λλλ
===

Khi có tương tự hình học theo cả 3 phương như nhau
lxlylx
λλλ
==
thì ta có

2
.
t
lm
P
λ
λλ
λ
=

Vì
3

lvm
λλλλλ
ρρ
==
nên
2
4
t
l
P
λ
λ
λλ
ρ
=

hoặc thay
t
l
v
λ
λ
λ
=
ta rút ra được
22
.
.
vlP

λλλλ
ρ
=

Tương tự cơ học giữa công trình thực tế và mô hình được đảm bảo khi có
được tương tự hình học, tương tự động học và tương tự động lực học.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
22
2.1.2.4. Tiêu chuẩn tương tự
Dòng chảy qua công trình là dòng chảy hở, chịu tác dụng chủ yếu của trọng
lực. Như vậy tiêu chuẩn tương tự được chọn thiết kế mô hình là tương tự trọng lực
hay tiêu chuẩn Froude (Fr).






=
≥
=
idem
C
idemF
gh
m
r
ReRe

nm
r
Lg
V
Lg
V
F






=






=

22
(2-4)
Trong đó:
V: Lưu tốc dòng chảy
L: Độ sâu dòng chảy
g: Gia tốc trọng trường ( g=9,81 m/s
2
)

C: Hệ số Cedi theo công thức Maning
n
R
C
6/1
=

Re
gh
: Số Reynolds giới hạn trong khu tự động mô hình xác định như sau

mm
m
gh
R
ε
.
14
Re
∆
=
(2-5)
∆
m
: Độ nhám tương đối của mô hình
ε
m
: Hệ số sức cản ma sát của mô hình
R
m

: Bán kính thủy lực trong mô hình.
Nói một cách chặt chẽ thì tiêu chuẩn Froude được áp dụng khi lực nhớt có
thể bỏ qua so với trọng lực, số Reynolds bé nhất trên mô hình phải không nhỏ hơn
giá trị giới hạn (Re
gh
) nào đó. Nghĩa là khi đó tiêu chuẩn Reynolds không có hiệu
lực,dòng chảy ở khu tự động mô hình hay khu sức cản bình phương.
2.2. Tính toán nối tiếp và tiêu năng sau tràn. [8], [14]
2.2.1. Nước nhảy.
2.2.1.1. Định nghĩa
Nước nhảy là hiện tượng thủy lực nảy sinh trong quá trình dòng chảy chuyển
từ trạng thái chảy xiết sang chảy êm. Hiện tượng này được đặc trưng bởi khu luồng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
23
chính chảy xuôi, mở rộng đột ngột và khu chảy xoáy chuyển động vòng quanh tại
chỗ trên mặt khu luồng chín
C
B
A
KK
h
k
a
Ln
h''
h'
khu luông chính
khu n
uoc xoáy

Hình 2-1: Nước nhảy
2.2.1.2. Phân loại.
- Theo điều kiện nảy sinh và cấu trúc của nước nhảy có
+ Nước nhảy hoàn chỉnh khi (h
’’
/h
’
>2)
Trong đó h
’
, h
’’
là chiều sâu trước và sau nước nhảy
+ Nước nhảy dâng: Là hình thức của nước nhảy hoàn chỉnh xảy ra khi có
một vật chướng ngại đặt ngang đáy làm dâng cao mực nước sau nước nhảy tạo nên
khu xoáy mặt lớn hơn so với nước nhảy hoàn chỉnh
+ Nước nhảy mặt: Khi nước nhảy có khu luồng chính ở trên mặt và khu xoáy
cuộn lại ở bên dưới.
+ Nước nhảy sóng: Khi chênh lệch mực nước giữa dòng chảy êm và dòng
chảy xiết là nhỏ (h
’’
/h
’
< 2)
- Theo vị trí nước nhảy
+ Nước nhảy phóng xa khi h
’’
c
> h
h

+ Nước nhảy tại chỗ khi h
’’
c
= h
h

+ Nước nhảy ngập khi h
’’
c
< h
h
.
Trong đó
h
h
: Chiều sâu dòng chảy ở hạ lưu công trình
h
’’
c
: Là độ sâu liên hiệp với độ sâu dòng chảy tại mặt cắt co hep h
c
.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
24
- Theo trị số Froude trước nước nhảy

hg
V
F

r
.
2
1
=
(2-6)
+ Nước nhảy sóng khi F
r1
=1 ÷ 3
+ Nước nhảy yếu khi F
r1
= 3 ÷ 6
+ Nước nhảy dao động khi F
r1
= 6 ÷ 20
+ Nước nhảy ổn định khi F
r1
= 20 ÷ 80
+ Nước nhảy mạnh khi F
r1
≥ 80
2.2.2. Nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu công trình
Dòng chảy từ thượng lưu qua ngưỡng tràn ( có hoặc không có cửa van) nối
tiếp với dòng chảy ở hạ lưu công trình bằng các hình thức khác nhau : nối tiếp chảy
đáy, nối tiếp chảy mặt, nối tiếp dòng phun (phóng xa)
2.2.2.1. Nối tiếp chảy đáy
Là trạng thái mà lưu tốc lớn nhất của dòng chảy xuất hiện ở gần đáy kênh
dẫn. Có thể gặp nối tiếp chảy đáy ở hai trường hợp sau
Trường hợp 1: Dòng chảy ở hạ lưu là dòng chảy êm
Trong trường hợp này dòng chảy qua ngưỡng tràn đổ xuống hạ lưu xuất hiện

mặt cắt co hẹp C-C . Tại mặt cắt co hẹp, độ sâu dòng chảy (h
c
) là nhỏ nhất và lưu
tốc đạt giá trị lớn nhất. Khi đó h
c
< h
k
do vậy nối tiếp chảy đáy trong trường hợp
này bắt buộc phải qua nước nhảy. Gọi h
c
’’
là độ sâu liên hiệp với h
c
và h
’
là độ sâu
liên hiệp với h
h
.
a. Nếu h
’’
c
= h
h
(hay h
’
h
= h
c
) có nước nhảy tại chỗ, năng lượng thừa sẽ tiêu

hao một phần lớn bởi nước nhảy. Dạng nước nhảy này không ổn định
b. Nếu h
’’
c
> h
h
( hay h
c
< h
h
’
) có nước nhảy phóng xa, năng lượng thừa sẽ
tiêu hao bằng tổn thất dọc đường ở đoạn nước dâng và bằng nước nhảy.
c. Nếu h
’’
c
< h
h
( hay h
c
> h
h
’
) ta có nước nhảy ngập. Mức độ ngập được đặc
trưng bởi hệ số ngập σ = h
h
/h
’’
c

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
25
Trường hợp 2: Dòng chảy ở hạ lưu là dòng chảy xiết
Trong trường hợp này dòng chảy ở hạ lưu không qua nước nhảy. so sánh độ
sâu co hẹp h
c
với độ sâu bình thường của dòng chảy trong kênh dẫn hạ lưu có các
dạng nối tiếp sau đây.
a. Nếu h
c
= h
o
ngay tại mặt cắt co hẹp thì có dòng chảy đều (với h
o
là độ sâu
chảy đều)
b. Nếu h
c
> h
o
sau mặt cắt co hẹp độ sâu dòng chảy sẽ giảm dần và hình
thành đường nước đổ b
2
.
c. Nếu h
c
< h
o
sau mặt cắt co hẹp độ sâu dòng chảy sẽ tăng dần và có đường
nước dâng c

2

2.2.2.2. Nối tiếp chảy mặt
Trạng thái chảy mặt là trạng thái mà lưu tốc lớn nhất của dòng chảy không
xuất hiện ở sát đáy kênh dẫn mà ở gần mặt thoáng tự do
h
h
E

Nối tiếp chảy mặt thường gặp trong điều kiện có bậc thẳng đứng ở hạ lưu.
Tuỳ theo mực nước ở hạ lưu, lưu lượng, kích thước và hình dạng bậc có thể xuất
hiện nhiều dạng nối tiếp khác nhau
1. Khi độ sâu mực nước hạ lưu không lớn, dòng chảy ra khỏi bậc vẫn ở trạng
thái chảy đáy.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật