nghiên cứu sự xuất hiện xói hạ lưu đập dâng tràn tỉnh sơn la và giải pháp khắc phục

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

LỜI CẢM ƠN

Tác giải xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Quý
đã tận tình giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Sở Nông nghiệp và PTNN Sơn La,
Công ty cổ phần tư vấn xây dựng thủy lợi Sơn La và Trường Cao đẳng Sơn
La đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả nghiên cứu và thu thập tài liệu phục
vụ cho luận văn này.
Tác giả xin lòng biết ơn đến gia đình và bạn bè đã ủng hộ, khuyến
khích và chia sẻ mọi khó khăn để tác giả hoàn thành tốt chương trình học tập
và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô phòng Đào tạo đại học và sau đại
học đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả được trình bày luận văn này.


Tác giả
Lường Khắc Kiên

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11


BẢN CAM KẾT
Học viên Lường Khắc Kiên cam kết rằng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
với tên đề tài: “Nghiên cứu sự xuất hiện xói hạ lưu đập dâng tràn tỉnh Sơn
La và giải pháp khắc phục” được học viên lựa chọn và nghiên cứu là công
trình của cá nhân học viên.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

MỤC LỤC

Mở đầu ……………………………………………………………………………………… ……………………… 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƯU ĐẬP DÂNG TRÀN………………… … 3
1.1 Tổng quan về đập dâng tràn ………………………………………………………………….………….… 3
1.1.1 Khái quát về đập dâng tràn ………………………………………………………… …….… 3
1.1.2 Phân loại đập dâng tràn ………………………………………………………………….… … 3
1.1.3 Tình hình xây dựng đập dâng tràn hiện nay ở Việt Nam …………………….… … 6
1.2 Tiêu năng sau đập dâng tràn ……………………………………………………………………… … 7
1.2.1 Khái quát chung về tiêu năng ………………………………………………………… … 7
1.2.2 Các hình thức tiêu năng ……………………………………………………….……… … 7
1.2.3 Đoạn sau sân tiêu năng ……………………………………………….……….……… … 14
1.2.4 Với các đập không có thiết bị tiêu năng …………………………………………….… 16
1.3 Xói sau đập dâng tràn ………………………………………………….……………………………….… 16
1.3.1 Khái niệm …………………………………………………………………………………… … 16
1.3.2 Quá trình xói có thể chia làm ba giai đoạn ……………………………………… …. 17
1.3.3 Nguyên nhân xói sau đập dâng tràn …………………… ………………………… …. 17
1.4 Những kết quả nghiên cứu về xói ở trong nước và ở ngoài nước ……………….…… … 19
1.4.1 Những kết quả nghiên cứu về xói ngoài nước …………………………….…… … 19
1.4.2 Những kết quả nghiên cứu về xói trong nước …………………………….…… … 24
1.4.3 Đánh giá và nhận xét chung về tính hình nghiên cứu xói …………….…… … 26
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG ĐẬP DÂNG TRÀN VÀ XÓI HẠ LƯU ĐẬP DÂNG

TRÀN Ở TỈNH SƠN LA …………….…… ………………………………………………………… … 28
2.1 Điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế xã hội tỉnh Sơn La ………………………………… … 28
2.1.1 Vị trí địa lý …………………………………………………………………………… …….… 28
2.1.2 Đặc điểm địa hình …………………………………………………………….…………….… 28
2.1.3 Đặc điểm địa chất …………………………………………………………….…………….… 29
2.1.4 Thảm phủ thực vật …………………………………………………………….……… ….… 29
2.1.5 Đặc điểm khí hậu …………………………………………………………….…………… … 29
2.1.6 Đặc điểm thủy văn …………………………………………………………….………….… 31
2.1.7 Điều kiện dân sinh kinh tế ………………………………………………………….… …… 32
2.2 Hiện trạng thuỷ lợi và đập dâng tràn …………………………………………………………… …… 33

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

2.2.1 Hiện trạng thủy lợi ……………………………………………………………………… …… 33
2.2.2 Hiện trạng đập dâng ………………………………………….………………………… …… 35
2.3 Phân loại hình thức xói sau đập dâng tràn …………………………………………………… …… 36
2.4 Sự xuất hiện xói sau đập dâng tràn ……………………………………………………………….…… 38
2.5 Đánh giá xói sau đập dâng tràn …………………………… …………………………………… …… 40
2.5.1. Về ảnh hưởng của xói đến hiệu quả sử dụng …………………………… …….…… 40
2.5.2. Về ảnh hưởng của xói đến an toàn đập …………………………… …….…… 41
2.5.3 Các sự cố điển hình ……………………………………………………………… …….……. 43
2.5.4 Đánh giá về nguyên nhân, giải pháp khắc phục và hiệu quả, các vấn đề còn
tồn tại ……………………………………………………………………………….………… …….……. 49
CHƯƠNG 3. BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP DÂNG
TRÀN …………………………………………………………………………………………………… ……….… 51
3.1 Các vấn đề đặt ra …………………………………………………………… ………………… ……….… 51
3.2 Tính toán, đánh giá khả năng xuất hiện xói theo các yếu tố khác nhau ……………… … 52
3.2.1 Khả năng xuất hiện xói từ các yếu tố địa hình ………………………… ……….… 52
3.2.2 Khả năng xuất hiện xói từ các yếu tố thủy văn ………………………….… …….… 53
3.2.3 Khả năng xuất hiện xói từ các yếu tố thủy lực ………………………… … …….… 53

3.2.4 Khả năng xuất hiện xói từ yếu tố địa chất nền ………………………… … ………. 54
3.2.5 Khả năng xuất hiện xói từ biện pháp công trình ………………………… … ……. 55
3.3 Nguyên tắc chung của các giải pháp phòng xói …………………………… ….…… 56
3.4 Các giải pháp phòng chống xói ……………………………………………………………… ……… 57
3.4.1 Giải pháp giảm chênh lệch mực nước thượng hạ lưu ……………… ……….…… 57
3.4.2 Sử dụng các bậc nước tự nhiên để nối tiếp và tiêu năng phòng xói ……… … 63
3.4.3 Gia cố cứng hóa sân sau tăng khả năng phòng xói của nền ……………… …… 66
3.4.4 Kéo dài tường bên phòng xói cho hình thức tràn qua cả vai đập ……………… 68
3.4.5 Tăng cường quan trắc và quản lý công trình ….………………………………….…… 71
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ XÓI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP
DÂNG TRÀN NÀ NGỰU ………………………………………………………………………… … …… 72
4.1 Giới thiệu chung về công trình …………………………… …………………………………… …… 72
4.1.1 Vị trí trí công trình …………………………… ……………………………………… … … 72
4.1.2 Các thông số cơ bản theo thông số xây dựng năm 1994 ……………… …… … 72
4.1.3 Các hạng mục công trình …………………………… …………………………… …….… 72

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

4.2 Điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế vùng công trình …… …………………… …… ……… 73
4.2.1 Đặc điểm địa hình …………………………… ……… 73
4.2.2 Đặc điểm địa chất …………………………… ……………………………………….……… 73
4.2.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn …………………………………………………… ……… 73
4.2.4 Điều kiện xã hội, dân sinh kinh tế vùng dự án ……………………….…… ……… 74
4.3 Quá trình xây dựng và hiện trạng thủy lợi Nà Ngựu ……………………………….… ……… 75
4.3.1 Quá trình xây dựng ……………………………………………………………….… ……… 75
4.3.2 Hiện trạng công trình …………………………………………………………….… ……… 75
4.4 Các phương án sửa chữa và nâng cấp đập Nà Ngựu ……………… ………………… ……… 76
4.5 Đề xuất và tính toán khắc phục xói …………………………… ……… 77
4.5.1 Sự cần thiết khắc phục xói ………………………………….………… ………… ……… 77
4.5.2 Các phương án phòng chống xói …………………………………… ………… ……… 78

4.5.3 Tính toán cho các phương án …………………………… ……… 78
4.6 Phân tích và lựa chọn phương án khắc phục xói ……………………………… ……… ……… 86
4.6.1 Phương án 1 …………………………………………………………………….……… ……… 86
4.6.2 Phương án 2 …………………………………………………………………………… ……… 86
4.7 Kết luận lựa chọn phương án ……………………………………………….………………… ……… 87
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………………………………… ……… 88
1. Những kết quả đạt được của luận văn ………………………………………… … ……… 88
2. Những tồn tại của luận văn …………………………………………………………… ……… 89
3. Các hướng nghiên cứu giải quyết tồn tại ………………………………………… ……… 90
4. Kiến nghị …………………………… ……… 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………………… ……… 91









Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
1.
Hình 1.1: Đập có lưu lượng tràn qua vai
2. Hình 1.2: Đập có lưu lượng tràn toàn bộ qua phần tràn
3. Hình 1.3: Đập tràn thành mỏng
4. Hình 1.4: Đập tràn thực dụng
5. Hình 1.5: Đập tràn đỉnh rộng
6. Hình 1.6: Đập tràn thẳng (chính diện)

7. Hình 1.7: Đập tràn cong
8. Hình 1.8: Đập tràn xiên
9. Hình 1.9: Đập tràn gẫy khúc
10. Hình 1.10: Đập tràn ZícZắc
11. Hình 1.11: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng
12. Hình 1.12: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng
13. Hình 1.13: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp
14. Hình 1.14: Bể tiêu năng kiểu II
15. Hình 1.15: Bể tiêu năng kiểu III
16. Hình 1.16: Sơ đồ tính toán tiêu năng mặt
17. Hình 1.17: Các dạng phễu
18. Hình 1.18: Các dạng mố nhám trong lòng máng dẫn
19. Hình 1.19: Các dạng mố tiêu năng trong bể và nghưỡng tiêu năng
20. Hình 1.20: Dầm tiêu năng
21. Hình 1.21: Thiết bị hướng dòng vào bể theo Fomitrev
22. Hình 1.22: Thiết bị hướng dòng vào bể theo Karaulov
23. Hình 1.23: Phân bố lưu tốc và đồ thị lưu tốc cho phép không xói đoạn sau nước
nhảy
24. Hình 1.24: Đồ thị quy luật biến đổi của k
25. Hình 1.25: Phân bố lưu tốc ở chân công trình và sự hình thành xói
26. Hình 1.26: Xói hạ lưu đập không có thiết bị tiêu năng
27. Hình 1.27: Xói hình thành đối với đập tính toán tiêu năng, tính toán xói phù hợp, hố
xói chưa ảnh hưởng đến sự an toàn của đập
28. Hình 1.28: Xói hình thành đối với đập tính toán tiêu năng, tính toán xói không phù
hợp, hố xói ảnh hưởng đến bể tiêu năng.
29. Hình 1.29: Sơ đồ tính toán đập xả mặt kết hợp xả đáy
30. Hình 1.30: Đường quan hệ giữa chiều sâu hố xói và mực nước hạ lưu đập xả mặt
kết hợp xả đáy
31. Hình 1.31: Sơ đồ tính toán xói sau tràn qua đập có cột nước tràn tự do
32. Hình 1.32: Đường quan hệ giữa tính toán theo công thức 19 và đo đạc thực nghiệm

33. Hình 1.33: Đường quan hệ giữa dung tích hố xói và chiều sâu mực nước hạ lưu
34. Hình 1.34: Hố xói theo Khatsuria cho đập tiêu năng phễu mũi liên tục
35. Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn phân loại đập hiện trạng sử dụng đập
36. Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn phân loại theo kết cấu đập

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

37. Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn phân loại đập theo hình thức tháo nước
38. Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn phân loại đập hình thức tiêu năng
39. Hình 2.5: Sơ đồ hố xói sau công trình tháo nước không có sân tiêu năng
40. Hình 2.6: Sơ đồ hố xói sau công trình tháo nước có bể tiêu năng, với d0 ≠ dx
41. Hình 2.7: Sơ đồ hố xói sau công trình tháo nước có bể tiêu năng, với dR
0
R = dR
x

42. Hình 3.3: Mặt bằng đập cong
43. Hình 3.4: Mặt bằng đập xiên
44. Hình 3.5: Đập tràn ngưỡng “phím piano”; loại A và loại B
45. Hình 3.6
46. Hình 3.7: Dòng chảy chuyển từ dòng xiết ở bậc sang bể tiêu năng tự nhiên
47. Hình 3.8: Chi tiết kích thước bể tự nhiên
48. Hình 3.9: Mặt cắt dọc bậc nước và bể tự nhiên
49. Hình 3.10: Hình thức gia cố cứng sân sau
50. Hình 3.11: Hình thức gia cố vật liệu nền
51. Hình 3.12: Chính diện thượng lưu đập hình thức tràn qua vai
52. Hình 4.1: Cắt dọc hiện trạng đập đầu mối Nà Ngựu
53. Hình 4.2: Gia cố sân sau đập Nà Ngựu bằng rọ thép xếp đá hộc
54. Hình 4.3: Gia cố tường sân sau và vai đập Nà Ngựu bằng rọ thép xếp đá hộc
55. Hình 4.4: Đập ngưỡng Piano loại PK-A

56. Hình 4.5: Hình thức gia cố tường và vai hạ lưu đập
























Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
1. Bảng 1-1 So sánh sự sai khác giữa thực tế và tính toá
2. Bảng 2.1: Lượng mưa 1 ngày lớn nhất

3. Bảng 2.2: Lưới trạm thủy văn
4. Bảng 2.3: Đặc trưng thống dòng chảy lũ lớn nhất năm tại các trạm
5. Bảng 2.4: Bảng phân loại theo hình thức xói
6. Bảng 2.5: Bảng phân loại xói theo độ dốc lưu vực
7. Bảng 2.6: Bảng phân loại xói theo độ dốc lòng sông
8. Bảng 2.7: Bảng tính kiểm tra tiêu năng trước khi bị xói hạ lưu
9. Bảng 2.8: Bảng tính kiểm tra tiêu năng sau khi bị xói hạ lưu
10. Bảng 2.9: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định Theo EM 1110-2-2200cho đập Nà
Ngựu Trường hợp khi đập chưa bị xói
11. Bảng 2.10: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định Theo EM 1110-2-2200 cho đập Nà
Ngựu Trường hợp khi đập đã bị xói
12. Bảng 2.11: Bảng tính toán ổn định đập theo TCVN 285-2002 cho đập Nà Ngựu
Trường hợp khi đập chưa bị xói
13. Bảng 2.12: Bảng tính toán ổn định đập theo TCVN 285-2002 cho đập Nà Ngựu
Trường hợp khi đập bị xói
14. Bảng 2.13: Bảng tính toán xói cho đập Nà Ngựu
15. Bảng 2.14: Bảng tính toán xói cho đập Nà Xá - Phù Yên
16. Bảng 2.15: Bảng tính toán xói cho đập Co Muồng - Bắc Yên
17. Bảng 2.16: Bảng tính toán xói cho đập Huổi Tưng - Quỳnh Nhai
18. Bảng 2.17: Bảng tính toán xói cho đập Nà Rin - Sốp Cộp
19. Bảng 3.1: Bảng tính toán xói khi tính đến ảnh hưởng của độ dốc lòng sông hạ lưu
20. Bảng 3.2: Bảng tính toán xói khi tính đến sự tăng của lưu lượng tháo qua đập
21. Bảng 3.3: Bảng tính toán xói khi tính đến sự tăng của cột nước tràn
22. Bảng 3.4: Bảng tính toán xói khi xét đến yếu tố đất nền
23. Bảng 3.5: Bảng tính toán xói khi tràn có hình thức tháo lũ qua cả tràn và vai đập
24. Bảng 3.6: Bảng tính toán xói khi xét đến chiều dài đoạn gia cố
25. Bảng 3.7: Bảng tính toán kiểm tra khả năng tháo cho đập Nà Ngựu theo phương án
đập cong so sánh với đập thẳng
26. Bảng 3.8: Bảng tính toán so sánh xói theo khả năng tháo của đập cong và đập thẳng
27. Bảng 3.9: Bảng tính toán kiểm tra khả năng tháo cho đập Nà Ngựu theo phương án

đập xiên góc 25P
0
P so sánh với đập thẳng
28. Bảng 3.10: Bảng tính toán so sánh xói theo khả năng tháo của đập xiên với đập
thẳng
29. Bảng 3.11: Bảng tính toán kiểm tra khả năng tháo cho đập Nà Ngựu theo phương
án đập có ngưỡng PKA,và hình thức hiện tại
30. Bảng 3.12: Bảng tính toán xói theo khả năng tháo của đập có ngưỡng PKA và hình
thức hiện tại
31. Bảng 3.13: Bảng tính toán phòng xói bằng bậc nước tiêu năng tự nhiên cho đập
Bản Dồm
32. Bảng 3.14 Bảng tính toán xét đến sự tăng của kích thước vật liệu nền
33. Bảng 3.15: Kết quả tính toán các thông số cho đập bản Dồm – huyện Sốp Cộp
34. Bảng 3.16: Kết quả tính toán xói cho phần tháo qua tràn của đập bản Dồm – huyện
Sốp Cộp

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

35. Bảng 3.17: Kết quả tính toán xói cho phần tháo qua vai của đập bản Dồm - huyện
Sốp Cộp
36. Bảng 4.1: Các hạng mục công trình Nà Ngựu (xây dựng năm 1994)
37. Bảng 4.2: Bảng tính thử dần lưu lượng qua vai, lưu lượng qua đập Nà Ngựu hiện
trạng
38. Bảng 4.3 Bảng tính toán chọn lưu lượng tính tiêu năng cho đập Nà Ngựu hiện trạng
39. Bảng 4.4 Bảng tính toán tính tiêu năng cho đập Nà Ngựu hiện trạng
40. Bảng 4.5 Bảng kết quả tính toán xói sau đập dâng Nà Ngựu
41. Bảng 4.6 Bảng kết quả tính toán xói sau đập dâng Nà Ngựu sau gia cố
42. Bảng 4.7 Bảng kết quả tính toán xói vai đập dâng Nà Ngựu sau gia cố
43. Bảng 4.8 Bảng tính thử dần lưu lượng qua vai, qua đập ngưỡng Piano PK-A
44. Bảng 4.10 Bảng kết quả tính toán xói vai đập dâng Nà Ngựu sau gia cố

45. Bảng 4.11 Bảng tổng hợp các kết quả tính xói phương án 1
46. Bảng 4.12 Bảng tổng hợp các kết quả tính phương án 2

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc xây dựng công trình trên sông đã làm mất cân bằng của lòng dẫn và có
thể gây xói lở ở hạ lưu. Xói xuất hiện ngay chân công trình, nơi có lưu tốc rất lớn
lại phân bố không đều, nơi có mạch động lưu tốc và áp lực lớn.
Hiện nay việc nghiên cứu về xói ở hạ lưu công trình đã được nhiều nhà
nghiên cứu thuỷ lực, thuỷ công ở trong nước và nước ngoài nghiên cứu đã thu được
những kết quả nhất định. Tuy nhiên việc nghiên cứu về xói ở sau công trình tháo
nước là một hiện tượng phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố về khách quan
và cả chủ quan.
Sơn La nơi có điạ hình bị chia cắt rất sâu, sườn núi trở nên dốc lớn. Sông suối
tại đây có có độ dốc lớn và lưu tốc dòng chảy lớn, lưu lượng có biên độ dao động
lớn, lại là vùng thường xuyên xuất hiện lũ ống, lũ quét. Do những yếu tố tự nhiên
như vậy nên hiện tượng xói lở ở đây diễn ra thường xuyên và phức tạp, đặc biệt là
xói ở sau công trình tháo nước. Đặc biệt do nguồn kinh phí hạn hẹp hay kinh phí
đầu tư xây dựng của phần đập đầu mối chiếm tỷ trọng quá lớn làm công trình không
hiệu quả nên nhiều công trình đã sử dụng phương án có xả một phần lũ qua vai, coi
phần vai tràn là một tràn sự cố hay tràn phụ, tuy nhiên hình thức này sẽ dẫn đến
hiện tượng xói lở mạnh cả phần hạ lưu đập và phần vai đập. Tuy nhiên biện pháp
công trình nay chưa được nghiên cứu cụ thể và chưa có những giải pháp mang tính
khoa học toàn diện mà chỉ dựa vào kinh nghiệm của người thiết kế.
Chính vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu sự xuất hiện xói hạ lưu đập dâng tràn
tỉnh Sơn La và giải pháp khắc phục” được học viên lựa chọn và nghiên cứu.
2. Mục đích của đề tài

Đánh giá được hiện trạng các công trình đập dâng tràn và hiện tượng xói hạ
lưu công trình đập dâng tràn ở tỉnh Sơn La.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

2
Đưa ra được các biện pháp khắc phục các hiện tượng xói, các biện pháp công
trình mới để giảm thiểu hiện tượng xói.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1 Phương pháp tiếp cận
Tiếp cận tổng hợp: Tổng quan về tình hình xây dựng đập tràn ở Sơn La, các
yếu tố ảnh hưởng đến xói lở, đặc biệt là xói lở ở hạ lưu đập tràn.
Tiếp cận kế thừa: Các kinh nghiệm và phương pháp tính toán xác định các
thông số trong xói lở sau đập tràn trong các nghiên cứu trước đây cũng được tham
khảo trong luận văn.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý luận: Các lý thuyết về quá trình xói và hình thức
xói được nghiên cứu một cách đầy đủ. Phân tích các kết quả nghiên cứu có liên
quan về vấn đề xói ở hạ lưu đập tràn.
Phương pháp so sánh thực tế: Thống kê các đập tràn đã và đang xuất hiện
hiện tượng xói ở hạ lưu. Phân tích các nguyên nhân và bản chất gây nên xói.
Phương pháp điều tra: Khảo sát, điều tra đánh giá các đập dâng tràn trên toàn
tỉnh Sơn La nhằm phát hiện các quy luật, các đặc điểm về hiện tượng xói.
4 Bố cục của luận văn
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƯU ĐẬP DÂNG TRÀN
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG ĐẬP DÂNG TRÀN VÀ XÓI HẠ LƯU ĐẬP DÂNG
TRÀN Ở TỈNH SƠN LA
CHƯƠNG 3: BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP
DÂNG TRÀN
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ XÓI VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC XÓI SAU ĐẬP

DÂNG TRÀN NÀ NGỰU
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ




Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÓI Ở HẠ LƯU ĐẬP DÂNG TRÀN
1.1 Tổng quan về đập dâng tràn
1.1.1 Khái quát về đập dâng tràn
Đập dâng tràn là một kiến trúc làm cho dòng chảy bị thu hẹp đứng hoặc
ngang, chất lỏng bị ngăn lại và dâng cao rồi tràn qua, dòng chảy qua vật kiến trúc
gọi là lưu lượng tràn. Đập dâng tràn có thể là đập đầu mối độc lập hay là một bộ
phận quan trọng trong hệ thống thủy lợi.
Để điều tiết nước cho hạ du thường xây dựng hồ chứa nước. Tuy nhiên,
trong nhiều trường hợp khi so sánh về hiệu ích kinh tế hoặc khi thấy việc xây dựng
hồ chứa có vùng ngập lớn, gây mất đất, phá vỡ cân bằng sinh thái … và đặc biệt khi
lưu lượng đến lớn hơn lưu lượng cần thì phương án xây dựng dập dâng tràn là hợp
lý hơn xây dựng hồ chứa.
Nhiệm vụ cơ bản của đập dâng là dâng cao mực nước thượng lưu để phục vụ
cho nhiều mục đích khác nhau:
+ Với bãi tưới cao hơn mực nước sông, kênh khi dâng cao mực nước có thể
đưa nước tưới vào bãi tưới.
+ Một số đập dâng tràn có thể tạo hồ chứa để điều tiết nước cho hạ lưu.
+ Dâng cao mực nước để tạo cột nước cho nhà máy thủy điện.
+ Đập dâng tràn cũng dùng để ngăn lũ, chậm lũ hay ngăn dòng chảy bùn cát.
Với kết cấu và hình thức phù hợp nó có thể góp phần làm giảm xói ngược lòng kênh
hay phá hủy kênh tiêu thoát nước.

Một số trường hợp đập dâng còn được xây dựng để đưa nước sang lưu vực
liền kề tiếp nước cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.
1.1.2 Phân loại đập dâng tràn
1.1.2.1 Phân loại theo hình thức tràn qua đập
+ Lưu lượng tràn qua toàn bộ phần đập tràn;
+ Lưu lượng tràn qua cả hai bên vai đập tràn.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

4

Hình 1.1: Đập có lưu lượng tràn qua vai

Hình 1.2: Đập có lưu lượng tràn toàn bộ qua phần tràn
1.1.2.2 Phân loại theo hình dạng và mặt cắt ngang đập tràn
+ Đập tràn thành mỏng: khi chiều dày đỉnh đập δ < 0,67 H;
+ Đập tràn thực dụng: 0,67H < δ ≤ (2-:-3)H;
+ Đập tràn đỉnh rộng: (2-:-3)H ≤ δ ≤ (8-:-10)H.


Hình 1.3: Đập tràn thành mỏng
Hình 1.4: Đập tràn thực dụng

Hình 1.5: Đập tràn đỉnh rộng

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

5
1.1.2.3 Phân loại theo ngưỡng đập tràn trên mặt bằng
+ Đập tràn thẳng hoặc chính diện;

+ Đập tràn hình cong;
+ Đập tràn xiên;
+ Đập tràn hình gẫy khúc;
+ Đập tràn hình zíczắc.

Hình 1.6: Đập tràn thẳng (chính diện)


Hình 1.7: Đập tràn cong
Hình 1.8: Đập tràn xiên


Hình 1.9: Đập tràn gẫy khúc
Hình 1.10: Đập tràn ZícZắc
1.1.2.4 Phân loại theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đối với đập tràn
+ Đập chảy ngập;
+ Đập chảy không ngập.
1.1.2.5 Phân loại theo hình thức lấy nước
+ Lấy nước ở hai bên vai đập;
+ Lấy nước ở đỉnh đập;
+ Lấy nước đáy đập.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

6
1.1.3 Tình hình xây dựng đập dâng tràn hiện nay ở Việt Nam
1.1.3.1 Tình hình chung
Trước đây hầu hết các đập dâng ở Việt Nam đều được xây dựng theo quy
phạm cũ, phần đập tràn được thiết kế theo dạng Ophixerop; vật liệu xây dựng là bê
tông truyền thống, đá xây vữa hay rọ thép xếp đá hộc. Trong những năm gần đây,

sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế làm tăng nhu cầu về sử dụng điện, nước…;
kèm theo đó là sự biến đổi mạnh mẽ của khí hậu toàn cầu đã tạo nên sức ép phải có
những tiến bộ về khoa học và công nghệ trong xây dựng công trình thủy lợi.
Từ năm 1999 cùng với sự trao đổi khoa học kỹ thuật và các chuyên gia tư
vấn nước ngoài nên nước ta đã xây dựng đươc nhiều đập tràn có mặt cắt dạng WES
như đập tràn Thủy điện Sơn La, đập tràn Hồ chứa nước Cửa Đạt, đập tràn Thủy
điện Se San 3 …; đập tràn ZícZắc bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng như:
tràn xả lũ hồ Tuyền Lâm, tràn xả lũ Phước Hòa, tràn xả lũ sông Móng …
1.1.3.2 Một số vấn đề đặt ra
a) Hiệu quả sử dụng
Hiện nay do nhiều yếu tố khách quan như biến đổi khí hậu làm cho tỷ số lưu
lượng Q
R
max
R/QR
min
R ngày càng tăng, hay việc nhu cầu sử dụng nước tăng đột biến làm
cho việc cùng lúc đập phải tháo được lượng lũ lớn nhất và việc cung cấp nước cho
các nhu cầu sử dụng là tối ưu trở nên cấp thiết.
Hiệu quả sử dụng phụ thuộc rất nhiều vào công tác quản lý, tuy nhiên chỉ có
ở một số công trình lớn có mục đích sử dụng tổng hợp thì công tác này mới được
quan tâm đúng mức. Còn đối với các công trình nhỏ, ở các vùng sâu vùng xa thì
công tác này rất hạn chế nên việc nâng cao hiệu quả sử dụng là rất khó khăn.
Đập dâng ở Việt Nam đã xuất hiện từ lâu nên việc xuống cấp hay bị lạc hậu
về công nghệ của một số đập nên không đáp ứng được nhu cầu dùng nước hiện tại.
b) An toàn đập và tính toán an toàn đập
Phương pháp thiết kế hiện nay được gọi là phương pháp tất định, các tiêu
chuẩn được xây dựng dựa trên trạng thái giới hạn của các cơ chế phá hỏng trong đó
có kể đến số dư an toàn thông qua các hệ số an toàn. Theo phương pháp này công

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

7
trình được coi là an toàn khi khoảng cách giữa tải trọng và sức chịu tải đủ lớn để
đảm bảo thỏa mãn từng trạng thái giới hạn của cơ chế phá hỏng của tất cả các thành
phần công trình. Tuy nhiên phương pháp này có một số hạn chế như sau:
+ Trên thực tế chưa xác định được xác suất phá hỏng của từng thành phần
cũng như của toàn công trình;
+ Chưa xét đến tính tổng thể của một hệ thống hoàn chỉnh;
+ Chưa kể đến ảnh hưởng của quy mô hệ thống, chỉ tính toán cho một mặt
cắt đập rồi áp dụng cho toàn bộ chiều dài đập;
+ Không so sánh được độ bền tại các mặt cắt khác nhau;
+ Không đưa ra được xác suất thiệt hại và mức độ gây thiệt hại khi có sự cố.
Đối với một số đập dâng tràn nhỏ ở miền núi, khi thiết kế để tràn có thể tháo
được toàn bộ lưu lượng ứng với tần suất thiết kế thì quy mô, kinh phí xây dựng đập
là quá lớn so với mục tiêu phục vụ. Trong trường hợp này có thể tính toán để tràn
chính chỉ tháo một phần lưu lượng lũ, phần còn lại để tràn qua hai bên vai đập từ đó
giảm được kinh phí đầu tư xây dựng. Tuy nhiên hiện tại vẫn chưa có nghiên cứu cụ
thể nào về vấn đề này.
Sự hình thành hố xói có thể làm ảnh hưởng đến ổn định trượt và lật của đập.
Tuy nhiên hiện nay mới chỉ có những nghiên cứu ban đầu mà chưa có tiêu chuẩn và
hướng dẫn cụ thể trong tính toán và thiết kế đập.
1.2 Tiêu năng sau đập dâng tràn
1.2.1 Khái quát chung về tiêu năng
Là tìm các biện pháp làm tiêu hao toàn bộ hay một phần năng lượng thừa của
dòng chảy từ thượng lưu về hạ lưu khi đi qua các công trình trên sông, trên kênh,
điều chỉnh lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về
trạng thái tự nhiên trên một đoạn ngắn nhất, rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lưu.
Các hình thức tiêu năng thường được áp dụng là: tiêu năng đáy với các hình
thức như đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp; tiêu năng mặt; tiêu năng phóng

xa và một số hình thức tiêu năng đặc biệt.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

8
Về lưu lượng tính tiêu năng thì một số nước trên thế giới lấy lưu lượng ứng
với tần suất thiết kế đập tràn, một số nước lấy với một tần suất cụ thể. Ở Việt Nam
thì chưa có quy định nào về lưu lượng tính tiêu năng. Về lý thuyết thì lưu lượng tính
tiêu năng chính là lưu lượng tạo ra năng lượng thừa lớn nhất. Tuy nhiên cơ chế tiêu
hao năng lượng dư ở hạ lưu là rất phức tạp nên tính toán theo tiêu chuẩn này thì
cũng không thể tiêu hao hết năng lượng dư trong mọi trường hợp.
1.2.2 Các hình thức tiêu năng
1.2.2.1 Tiêu năng dòng đáy
a. Nguyên lý chung: là tìm biện pháp công trình sao cho toàn bộ năng lượng
thừa bị tiêu hao trong nước nhảy ngập với hệ số ngập 1,05-:-1,1. Nhóm giải pháp
này gồm: đào bể, xây tường, bể tường kết hợp, kết hợp với một số các thiết bị tiêu
năng phụ như mố nhám, dầm tiêu năng, tường hướng dòng, thay đổi độ dốc của bể
tiêu năng. Biện pháp tiêu năng đáy phù hợp với các công trình tháo có cột nước thấp
và địa chất nền yếu, mực nước hạ lưu thay đổi.
b. Xác định độ sâu đào bể

Hình 1.11: Sơ đồ tính toán độ sâu đào bể tiêu năng
Công thức tính toán: dR
bể
R = hR
b
R - hR
h
R - ∆Z (1-1)
Trong đó:

d
R
bể
R: chiều sâu đào bể;
h
R
b
R: độ sâu cuối bể; hR
b
R= σ.h”;
h
R
h
R: độ sâu mực nước hạ lưu;
∆Z: Độ chênh mực nước cuối bể và hạ lưu.

ln
l
b
p
Eo
E'
0
l
roi
h
h
h
b
l'

d
Z

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

9
c. Xác định chiều cao tường


Hình 1.12: Sơ đồ tính toán chiều cao tường tiêu năng
Công thức tính toán: C = hR
b
R - HR
t
R(1-2)
Trong đó: C: chiều cao tường tiêu năng;
h
R
b
R: độ sâu cuối bể; hR
b
R= σ.h”;
H
R
t
R: cột nước tràn của tường. coi tường là đập thực dụng.
d. Xác định bể tường kết hợp


Hình 1.13: Sơ đồ tính toán bể tường kết hợp

Nguyên tắc tính toán:
+ Tìm độ sâu bể tối thiểu d
R
0
R để có nước nhảy tại chỗ trong sân tiêu năng.
+ Tìm chiều cao bể tối đa C
R
0
R để có nước nhảy tại chỗ sau tường tiêu năng.
+ Chọn các giá trị d = d
R
0
R + ∆d để có nước nhảy ngập trong sân tiêu năng với
hệ số ngập σ = 1,05-:-1,1 và C = C
R
0
R - ∆C để có nước nhảy ngập sau tường.
e. Xác định chiều dài bể tiêu năng.
Công thức chung: L = L
R
r
R + LR
1
R (1-3)
Trong đó:
L
R
r
R: chiều dài nước rơi, được xác định theo một số công thức:
2

α
Eo
E'
0
h
h
H
1
h
b
d
c

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

10
+ Với đập thực dụng mặt cắt hình thang: LR
r
R = 1,33
( )
0
0
3,
0
Hp
H +

+ Với đập tràn thực dụng có cửa van: L
R
r

R =
(
)
a
pH
32,
0
2
0
+

+ Với đập tràn mặt cắt hình cong: L
R
r
R = 0
L
R
1
R: chiều dài nước nhảy, được xác định theo công thức:
+ Theo N.Novak: L
R
1
R = K(h”-h’)
Với: p: chiều cao ngưỡng tràn so với bể.
a: độ mở cửa van.
H
R
0
R: cột nước tràn.
K: lấy theo tỷ số h”/h’ (bảng 2-1 [8])

f. Hình thức tiêu năng của Cục khai hoang Hoa Kỳ
Theo xu hướng chung các công trình có thể áp dụng các tiêu chuẩn của Mỹ
hay các nước châu Âu khác như áp dụng các bể tiêu năng đ
ã được tiêu chuẩn hóa.
h
1
L
II
h
2

h
1
3
h
4
2:1
L
III
h

Hình 1.14: Bể tiêu năng kiểu II
Hình 1.15: Bể tiêu năng kiểu III
1.2.2.2 Tiêu năng dòng mặt
a. Điều kiện áp dụng
- Nền công trình cấu tạo địa chất yếu, mềm
- Bậc thụt ở hạ lưu có đỉnh thấp hơn mực nước hạ lưu, thỏa mãn điều kiện
a > a
R
min

R = 0,27hR
k
R – 4,32h
- Điều kiện để nối tiếp chảy mặt ổn định a/P > 0,2
Trong đó: h
R
k
R: là độ sâu phân giới trên dốc, h là độ sâu mũi bậc;
P: chiều cao công trình tràn
- Lưu lượng qua công trình vừa và lớn, nhưng chênh lệch mực nước thượng
hạ lưu không lớn lắm.
- Bờ hạ lưu công trình cần phải ổn định.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

11
- Đối với những nơi có lưu lượng lớn thì nên chọn tiêu năng dòng phễu và hR
h
R
lớn sẽ có hiệu quả cao hơn.

E
h
0
h

Hình 1.16: Sơ đồ tính toán tiêu năng mặt
b. Bố trí và tính toán tiêu năng dòng mặt
- Nguyên tắc bố trí: hình dạng kích thước của bậc mũi phun sao cho đảm bảo
hiệu quả tiêu năng, xung vỗ hạ lưu là nhỏ nhất và có giải pháp hữu hiệu bảo vệ hạ

lưu.
- Chiều cao nhỏ nhất của bậc khi tràn không có cửa van
+ Không tạo dòng phun với lưu lượng nhỏ nhất.
+ Không có dòng hồi lưu với lưu lượng lớn nhất
+ Chiều cao bậc phải lớn hơn chiều cao nhỏ nhất a
R
min
R:
a
R
min
R = 0,27hR
k
R – 4,32h (1-4)
a
R
min
R =
(
)
h
F
rc
η
−
3
05,
4

(1-5)

Trong đó: hR
k
R: độ sâu phân giới;
h: chiều dày lớp nước trên mũi phun bậc;

gh
V
F
rc
2
1
=
với VR
1
R là lưu tốc trên mũi bậc;
η = 0,4φ + 8,4 với φ là góc giữa tiếp tuyến của đường cong tại
chỗ dòng chảy đi qua mũi phun và phương ngang.
- Chiều cao nhỏ nhất của bậc khi tràn cửa van: nguyên tắc thiết kế là phải căn
cứ vào chiều sâu mực nước hạ lưu h
R
h
R:

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

12
+ hR
h
R phải đảm bảo trong suốt quá trình vận hành sao cho ứng với mọi
cấp lưu lượng đều có chế độ chảy mặt;

+ Khi mực nước hạ lưu nhỏ phải chọn góc nghiêng cho hợp lý.
- Góc nghiêng ở đỉnh bậc θ: đối với tiêu năng dòng mặt thì đỉnh bậc nằm
ngang, chỉ trong trường hợp h
R
h
R nhỏ thì thiết kế bậc có góc nghiêng nhỏ.
c. Tiêu năng dòng phễu
- Khi bán kính cong của bậc lớn thì dòng mặt chuyển thành dòng phễu.
- Hình dạng và kết cấu phễu tiêu năng có các dạng [8]:
+ Phễu có đoạn nằm ngang (hình 1.17 a) năng lượng dòng chảy được
tiêu hao một phần trước khi xuống hạ lưu.
+ Phễu có các đoạn cong (hình 1.17 b) hình thức này làm giảm nhỏ
góc phóng giảm được mức độ xô động ở hạ lưu.
+ Phễu có đoạn cong và đoạn dốc ngược (hình 1.17 c).
+ Phễu có ngưỡng bậc không liên tục và ngưỡng ở cuối phễu bố trí
các mũi phóng ở các cao trình khác nhau (hình 1.17 d). Đây là hình thức tiêu
năng có hiệu qua cao, nhanh chóng ổn định mực nước hạ lưu, tuy nhiên khi
sử dụng hình thức này cần chú ý hiện tượng khí thực.


a)
b)
0.6R
R
45°

R
45°

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

13
c)
d)
Hình 1.17: Các dạng phễu
- Tính toán dòng phễu: Tính toán dòng phễu rất phức tạp, hiện tại nghiên cứu
về dòng phễu chủ yếu là từ thực nghiệm và đưa ra các công thức hoặc các đường
quan hệ kinh nghiệm.
+ Viện nghiên cứu Thủy lợi, thủy điện Tây Bắc Trung Quốc đưa ra
công thức tính toán [8]:

( )
kr
h
R
Fh
h
θ
cos1
3,05,1
11
2
−
+=
(1-6)
( )
kr
h
h

R
Fh
h
θ
cos1
3,05,1
11
−
+=
(1-7)
Trong đó: h
R
1
R, hR
2
R: độ sâu liên hiệp trước và sau nước nhảy trong phễu;
F
R
r1
R: trị số Froud tại mặt cắt có giá trị 1;
h
R
k
R: độ sâu phân giới;
R: bán kính cong ngược;
θ: góc nghiêng của mũi bậc.
1.2.2.3 Các thiết bị tiêu năng phụ
Trong tiêu năng hạ lưu các công trình thủy lợi để tăng cường hiệu quả còn
dùng thêm các thiết bị tiêu năng phụ. Các thiết bị tiêu năng gồm một số hình thức:
- Mố nhám dùng trong lòng máng dẫn (hình 1.20, 1.21);

- Mố nhám dùng trong bể tiêu năng hoặc ngưỡng tiêu năng (hình 1.22);
- Loại dầm dàn tiêu năng (hình 1.23);
- Các loại tường phân dòng (hình 1.24, 1.25, 1.26).


Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

14
Hình 1.18: Các dạng mố nhám trong lòng máng dẫn
L
III
h
3
h
4
2:1
h
1


Hình 1.19: Các dạng mố tiêu năng trong
bể và ngưỡng tiêu năng
Hình 1.20: Dầm tiêu năng


Hình 1.21: Thiết bị hướng dòng vào bể
theo Fomitrev
Hình 1.22: Thiết bị hướng dòng vào
bể theo Karaulov
Trong tính toán các thiết bị tiêu năng phụ, đặc biệt đối với dòng chảy có lưu

tốc cao cần chú ý đến hiện tượng xâm thực, mài mòn quanh các thiết bị tiêu năng
phụ, cần chú ý đến hiện tượng các vật nổi va đập vào các thiết bị này.
1.2.3 Đoạn sau sân tiêu năng
Trong đoạn dòng chảy sau nước nhảy, tính chất chuyển động của nó khác rất
nhiều so với dòng chảy tự nhiên ở hạ lưu. Do vậy nó có tiềm năng gây xói và hình
thành các sóng ở hạ lưu, hơn nữa mặt cắt ngang ở hạ lưu lại thay đổi vì vậy dòng
chảy ở đây thường không ổn định.
Nước nhảy tiêu hao một năng lượng rất lớn nhưng sau nước nhảy vẫn còn
năng lượng dư. Năng lượng dư này nhỏ so với năng lượng đã tiêu hao nhưng lại lớn
so với động năng của dòng chảy ở hạ lưu. Đoạn sau nước nhảy để tiêu hao hết năng
lượng dư này là rất dài.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

15
Dựa vào những đặc điểm trên ta xét khả năng gây xói lở của dòng chảy trong
đoạn sau nước nhảy.

Hình 1.23: Phân bố lưu tốc và đồ thị lưu tốc cho phép không xói đoạn sau nước nhảy
- Giả sử ở trong đoạn sau nước nhảy l
R
sn
R và ở đoạn dòng chảy tiếp sau đó có
độ sâu và lưu tốc trung bình giống nhau, và lòng dẫn cũng được phủ bằng một loại
cát, đá có đường kính hạt như nhau. Lấy hai mặt cắt:
+ Mặt cắt (m-m) nằm trong phạm vi đoạn sau nước nhảy, cách mặt cắt (2-2)
một khoảng x (hình 1.27): x < l
R
sn

+ Mặt cắt (5-5) nằm ngoài phạm vi đoạn sau nước nhảy, thực nghiệm thấy
rằng lưu tốc trung bình lớn nhất cho phép không xói của dòng chảy bình thường tại
mặt cắt (5-5), ký hiệu là (v
R
0
R)R
cp
R, lớn hơn lưu tốc cho phép của dòng chảy trong đoạn
sau nước nhảy (v
R
cp
R): vR
cp
R < (vR
0
R)R
cp
R.
- Sự biến đổi của v
R
cp
R đoạn sau nước nhảy được biểu thị trên hình (1.27).
- Gọi hệ số
(
)
1
0
>=
cp
cp

v
v
k
là hệ số khả năng gây xói của dòng chảy. Hệ số k
đạt giá trị lớn nhất tại mặt cắt (2-2) và giảm dần cho đến mặt cắt (4-4) và bằng 1.









=
η
,
cp
v
x
f
k

Cumin dựa vào thực nghiệm tìm ra quy luật biến đổi của k và biểu thị trên đồ
thị hình (1.27). Từ biều đồ trên sẽ xác định chiều dài đoạn sau nước nhảy.

Học viên: Lường Khắc Kiên CH18C11

16

Hình 1.24: Đồ thị quy luật biến đổi của k
Để xác định chiều dài đoạn sau nước nhảy ta cũng có thể sử dụng công thức
thực nghiệm sau:
HqKL ∆=
(1-13)
Trong đó: q - Lưu lượng đơn vị tại cuối bể tiêu năng;
H - Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu;
K - Hệ số phụ thuộc tính chất đất.
1.2.4 Với các đập không có thiết bị tiêu năng
Tính toán kiểm tra lưu tốc tại vị trí nước nhảy, chỉ khi lưu tốc này nhỏ hơn
lưu tốc không xói cho phép của nền mới không thiết kế thiết bị tiêu năng.
Tính toán tạo bể tiêu năng như đối với tiêu năng đáy. Trong đó chiều dài
nước rơi được tính toán tùy theo các hình thức của đập, phải tính toán sao cho
không có nước nhảy phóng xa sau bể, móng đập phải đặt sâu hơn chiều sâu hố xói.
1.3 Xói sau đập dâng tràn
1.3.1 Khái niệm
Trong tự nhiên, tất cả các dòng chảy đều có xu hướng cân bằng. Khi có điều
kiện biên thay đổi như việc xây dựng công trình trên sông, kênh… mực nước
thượng lưu tăng kết hợp với năng lượng vốn có của dòng chảy, dòng chảy tập trung