Nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại
học Thủy Lợi Hà Nội.
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến qúy thầy cô trường Đại học
Thủy Lợi, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian
học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Nguyễn Chiến đã dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học
Thủy Lợi cùng quý thầy cô trong Khoa Công trình, Ban lãnh đạo Công ty
TNHH Đầu Tư và Xây dựng Cát Tường đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học
tập và hoàn thành tốt khóa học.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn tấm lòng của những người thân
trong gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ khích lệ tôi trong suốt quá trình
học tập và hoàn thành luận văn này.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt
tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận được những đóng góp qúy báu của qúy thầy cô và các bạn.
Xin chân thành cảm ơn./.
Hà Nội, tháng 8 năm 2014
Tác giả luận văn



Nguyễn Bá Dũng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
hoàn toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đã ghi trong lời cảm ơn.
Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn



Nguyễn Bá Dũng

MỤC LỤC

Trang


MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG
VÀ CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC TRONG GIẾNG THÁO LŨ………………3

1.1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM… 3
1.2. ĐẶC ĐIỂM HỒ CHỨA VÀ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH
THÁO LŨ KIỂU GIẾNG………………………………………………… 4

1.2.1. Bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa…………………………………….4
1.2.2. Đặc điểm bố trí và làm việc của công trình tháo lũ kiểu giếng……….13
1.2.3. Tình hình áp dụng công trình tháo lũ kiểu giếng…………………… 17
1.3. CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC ĐẶT RA KHI SỬ DỰNG CÔNG TRÌNH
THÁO LŨ KIỂU GIẾNG:………………………………………………… 19

1.4. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU:……………………………… 20
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THỦY LỰC CÔNG TRÌNH
THÁO LŨ KIỂU GIẾNG………………………………………………… 21

2.1. CÁC CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TRONG CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU
GIẾNG…………………………………………………………………… .21

2.1.1. Trường hợp miệng loa tràn chảy không ngập……………………… .21
2.1.2. Trường hợp chảy ngập ở miệng vào và giếng đứng………………… .21
2.1.3. Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thống………………………… .21
2.2. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH ỨNG
VỚI CÁC CHẾ ĐỘ CHẢY……………………………………………… .21

2.2.1. Trường hợp chảy không ngập với ngưỡng vào là hình tròn…………. 21
2.2.2. Trường hợp chảy ngập cửa vào và giếng đứng………………………. 22
2.2.3. Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thống………………………… .22


2.3.TÍNH TOÁN ĐOẠN CHUYỂN TIẾP TỪ MIỆNG VÀO TỚI GIẾNG 27
2.3.1. Thiết kế miệng loa tràn……………………………………………… . 27
2.3.2. Kết cấu hướng dòng của loa tràn……………………………………. . 32
2.3.3. Đoạn tiệm biến………………………………………………………. . 33
2.4. TÍNH TOÁN ĐOẠN ĐƯỜNG HẦM THÁO NƯỚC………………… 34
2.5. KIỂM TRA KHÍ THỰC CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG…. . 36
2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2…………………………………………… . 38
CHƯƠNG III: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT PHƯƠNG ÁN THIẾT
KẾ HỒ CỬA ĐẠT…………………………………………………………40

3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỒ CỬA ĐẠT…………………………… . 40
3.1.1. Giới thiệu công trình thủy lợi Cửa Đạt……………………………… . 40
3.1.2. Các thông số kỹ thuật và kết cấu công trình:……………………… . 41
3.2. CÁC PHƯƠNG ÁN TRÀN XẢ LŨ CỦA HỒ CỬA ĐẠT………… 43
3.3. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO NƯỚC QUA TRÀN MẶT………. 43
3.3.1. Khả năng tháo nước qua tràn mặt [8]……………………………… 43

3.3.2. Tính toán khả năng tháo nước qua tràn mặt - phương án T1……… . 45
3.3.3. Tính toán khả năng tháo nước qua tràn mặt – phương án T2 . 48
3.4. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA GIẾNG
ĐỨNG THEO PHƯƠNG ÁN 2…………………………………………… . 49

3.4.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………. . 49
3.4.2. Tính toán xác định quan hệ Q
g
~ Z (phương án G1)……………… . 51
3.4.3. Kết quả tính toán cho phương án G2 (đường kính giếng D
g
=9m) 66
3.4.4. Kết quả tính toán cho phương án G3 (đường kính giếng D
g
=9,5m) 70
3.5. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA MIỆNG VÀO
THEO PHƯƠNG ÁN 3……………………………………………………. . 75

3.5.1. Đặt vấn đề…………………………………………………………… . 75
3.5.2. Xác định khả năng tháo lớn nhất của giếng khi chảy ngập………… 75


3.5.3. Xác định đường kính miệng vào (D
v
) để đảm bảo chảy không áp trong
giếng……………………………………………………………………… 76

3.6. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ THEO CÁC PHƯƠNG ÁN TRÀN… . 79
3.6.1. Mục đích tính toán………………………………………………… . 79
3.6.2. Tài liệu dùng cho tính toán………………………………………… 79

3.6.3. Thông số và phương pháp tính toán chung………………………… 79
3.6.4. Tính điều tiết lũ cho phương án 1 (tràn mặt 5 khoang)………………81
3.6.5. Tính điều tiết lũ cho phương án 2 (4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy có
áp)………………………………………………………………………… . 84

3.6.6. Tính điều tiết lũ cho phương án 3 (4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy
không áp)………………………………………………………………… . 88

3.6.7. Nhận xét kết quả tính toán điều tiết lũ………………………………. . 92
3.7. Kết luận chương 3…………………………………………………… . 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………95
TÀI LIỆU THAO KHẢO………………………………………….……… 99
PHỤ LỤC 1…………………………………………………………….….100
PHỤ LỤC 2………………………………………………………….…….107
PHỤ LỤC 3……………………………………………………….……….115

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1-1. Đập tràn Định Bình [1] 5

Hình 1-0-2.a) Xi phông tháo lũ trong đập bê tông;b) Xi phông trong đập đất
[1] 6

Hình 1-3. Bố trí đường tràn dọc ở đầu đập [1] 7
Hình 1-4. Đường tràn ngang [1] 8
Hình 1-5. Giếng tháo lũ [1] 9
Hình 1-6. Miệng vào giếng tháo lũ theo kiểu hoa hồng nhiều cánh 10
Hình 1-7. Giếng tháo lũ Pontezi (Ý) [3] 10
Hình 1-8. Giếng tháo lũ trong công trình Melrin ở Iran [3] 11
Hình 1-9. Giếng tháo lũ trong thân đập đất [3] 11
Hình 1-10. Đường tràn kiểu gáo [7] 12
Hình 1-11. Các thành phần của giếng tháo lũ [7] 14
Hình 1-12. Các vật nổi bị hút vào giếng của dự án thủy lợi Phước Hòa 16
Hình 1-13. Quan hệ Q ~ H của công trình tháo nước kiểu giếng [1] 20
Hình 2-1. Sơ đồ tính toán thủy lực của giếng tháo lũ [8] 23
Hình 2-2. Tính toán loa tràn của giếng tháo lũ 28
Hình 2-3. Bố trí miệng vào giếng tháo lũ hồ Phước Hòa 32
Hình 2-4. Sơ đồ kết cấu hướng dòng của loa tràn [8] 33
Hình 2-5. Khí thực trên đường hầm tháo nước [1] 36
Hình 2-6. Vùng chân không trong giếng tháo lũ cột nước cao [3] 37
Hình 3-1. các dạng mép vào của trụ pin [8] 44
Hình 3-2. các dạng trụ pin [8] 44
Hình 3-3. Dạng mặt cắt của đập tràn [8] 45

Hình 3-4. Biểu đồ quan hệ Qt ~ Ztl, phương án T1 47
Hình 3-5. Biểu đồ quan hệ Q
t
~ Z
tl
, phương án T2 49


Hình 3-6. Biểu đồ quan hệ Q ~ Z của hệ thống 50
Hình 3-7. Giếng tháo lũ Cửa Đạt 51
Hình 3-8.Mặt cắt ngang hầm 52
Hình 3-9. Biểu đồ quan hệ Q
g
~ Z
tl
, phương án G1 64
Hình 3-10. Biểu đồ xác định các hàm f
R
, f
C
, f
W
[2] . 66
Hình 3-11. Biểu đồ quan hệ Q
g
~ Z
tl
, phương án G2 70
Hình 3-12. Biểu đồ quan hệ Q
g

~ Z
tl
, phương án G3 74
Hình 3-13. Biểu đồ quan hệ Q ~ Z, D
g
= 9,5m, D
v
= 10,5m 78
Hình 3-14. Mô hình lũ thiết kế P = 0,1%, kiểm tra P = 0,01% hồ Cửa Đạt 79
Hình 3-15. Quan hệ giữa mực nước và dung tích [5]. 81
Hình 3-16. Quan hệ Ztl ~ T, Q, Qx ~ T, phương án 1, P =0,01% 82
Hình 3-17. Quan hệ Ztl ~ T, Q, Qx ~ T, phương án 1, P =0,1% 83
Hình 3-18. Quan hệ Qg ~ Z; Qt ~ Z; Qx ~ Z, phương án 2 85
Hình 3-19. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 2, P =0,01% 86
Hình 3-20. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 2, P =0,1% 87
Hình 3-21. Quan hệ Qg ~ Z; Qt ~ Z; Qx ~ Z, phương án 3 89
Hình 3-22. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 3, P =0,01% 90
Hình 3-23. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 3, P =0,1% 91








DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1-1. Các giếng tháo lũ đã xây dựng trên thế giới [3] 17

Bảng 2-1. Hệ số kháng tại cửa vào của giếng tháo lũ [3] 23
Bảng 2-2. Bảng trị số của hệ số A [3] 24
Bảng 2-3. Trị số của hệ số B [3] 24
Bảng 2-4. Trị số của hệ số C [3] 25
Bảng 2-5. Trị số của hệ số tổn thất ở các đoạn thu hẹp [3] 25
Bảng 3-1. Bảng kết quả tính toán khả năng tháo cho tràn phương án T1 46
Bảng 3-2. Bảng kết quả tính toán khả năng tháo cho tràn – phương án T2 48
Bảng 3-3. Bảng lưu lượng miệng loa tràn không ngập 54
Bảng 3-4. Bảng xác hệ số tổn thất cửa vào 55
Bảng 3-5. Bảng xác định hệ số tổn thất dọc đường 56
Bảng 3-6. Trị số của hệ số tổn thất ở đoạn co hẹp 57
Bảng 3-7. Bảng trị số của hệ số A 57
Bảng 3-8. Trị số của hệ số B 58
Bảng 3-9. Bảng xác định hệ số
d
μ
(phương án G1) 58
Bảng 3-10. Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phễu chuyển tiếp từ
chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=8m) 59

Bảng 3-11. Bảng xác định hệ số tổn thất dọc đường của hầm 61
Bảng 3-12. Bảng xác định hệ số
μ
(Dg=8m) 62
Bảng 3-13. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toàn hệ thống (Dg=8m)63
Bảng 3-14. Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phễu chuyển tiếp từ
chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=9m) 67

Bảng 3-15. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toàn hệ thống (Dg=9m)68
Bảng 3-16. Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phễu chuyển tiếp từ

chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=9,5m) 71



Bảng 3-17. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toàn hệ thống (Dg=9,5m) 72
Bảng 3-18. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập qua giếng đứng ….75
Bảng 3-19. Quan hệ Q
v
~ Z khi D
v
= 10,5m 77
Bảng 3-20. Khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tràn mặt và 1 giếng chảy có
áp (phương án 2) 84

Bảng 3-21. Khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy
không áp (phương án 3) 88

Bảng 3-22. Bảng tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ 92
Bảng 3-23. Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 2 92
Bảng 3-24. Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 3 93
Bảng PL1-1 .Bảng tính toán điều tiết phương án 1 – P = 0,01% 101
Bảng PL1-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 1 - P = 0,1% 104
Bảng PL2-1.Bảng tính toán điều tiết phương án 2 - P = 0,01% 108
Bảng PL2-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 2 - P = 0,1% 112
Bảng PL3-1.Bảng tính toán điều tiết phương án 3 - P = 0,01% 116
Bảng PL3-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 3 - P = 0,1% 121

1
MỞ ĐẦU

I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Công trình tháo lũ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho
bản thân công trình đầu mối cũng như cho khu vực hạ du. Việc lựa chọn hình
thức công trình tháo lũ cần phải thõa mãn các điều kiện an toàn và kinh tế. Ở
Việt Nam, các công trình tháo lũ kiểu hở như đập tràn, tràn dọc được áp dụng
phổ biến. Tuy nhiên khi điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi để bố trí
tràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hẹp, bờ dốc, núi đá) thì cần nghiên cứu
bố trí các hình thức công trình tháo lũ khác. Tháo lũ kiểu giếng là một hình
thức công trình hợp lý, loại công trình này cho khả năng tháo nước lớn trong
khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng tổng thể công trình.
Tuy nhiên, chế độ thủy lực trong giếng khá phức tạp, đòi hỏi cần có
nghiên cứu để vừa đảm bảo khả năng tháo nước, vừa đảm bảo an toàn trong
quá trình vận hành.
Do vậy việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu
giếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn. Đồng thời đề tài cũng giúp cho các cơ quan chức
năng trên địa bàn tỉnh có cơ sở khoa học trong thiết kế mới hoặc sữa chữa,
nâng cấp các hồ chứa nước sau này.
II. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng
cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Điều tra, thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu về chế thủy lực
trong công trình tháo lũ kiểu giếng.

2
- Nghiên cứu lý thuyết và các chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ
kiểu giếng và các phương pháp tính toán.
- Tính toán cho một công trình thực tế.
IV. Kết quả đạt được

1 - Tổng quan được các điều kiện sử dụng giếng tháo lũ và đặc điểm thủy
lực của dòng chảy trong giếng tháo lũ, giới hạn được phạm vi nghiên cứu.
2 - Tổng hợp được các công thức tính toán thủy lực xác định khả năng
tháo của giếng tương ứng với từng trạng thái chảy, lưu ý các vấn đề chân
không, khí thực có thể xảy ra trong hệ thống giếng tháo lũ.
3 - Áp dụng cho việc nghiên cứu phương án tận dụng hầm dẫn dòng thi
công của hồ Cửa Đạt làm một phần của công trình tháo lũ, đã đi đến kết luận
là nếu khống chế chảy ngập trong hệ thống giếng – đường hầm thì việc tận
dụng hệ thống này trong các công trình xả lũ của hồ Cửa Đạt là hợp lý (thay
thế được cho 1 khoang tràn).







3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU
GIẾNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC TRONG GIẾNG THÁO LŨ

1.1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM
Hồ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho
các vùng hạ du, cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát
triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông, thể
thao, văn hóa
Đa phần là hồ chứa vừa và nhỏ (cấp IV chiếm 62%; hồ có lưu vực F < 10
km
2
chiếm 65,6 %, hồ chứa nước tưới không quá 500 ha chiếm 82%, hồ có

dung tích không vượt quá 10 triệu (m
3
) chiếm 26,07%, số hồ có dung tích lớn
hơn chiếm tỷ lệ nhỏ. Hồ có dung tích từ 20 triệu (m
3
) trở lên có 51 hồ (trong
đó có 10 hồ do nghành thủy điện quản lý). Những hồ nhỏ nằm nằm rải rác
khắp nơi tạo nên những thế mạnh nhất định (vốn ít, sớm đưa vào phục vụ, phù
hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn, đi đến từng thôn bản
phục vụ đắc lực cho phát triển nông nghiệp và nông thôn).
Hồ lớn tuy ít về số lượng, nhưng có vai trò quyết định tạo đà phát triển
trong công nghiệp hóa, hiện đại hóa; phòng chống lũ, phát điện, khả năng
vượt tải cao nên chống hạn tốt.
Hồ chứa nước chỉ có thể xây dựng ở những vùng có địa hình, địa chất phù
hợp. Xây dựng hồ chứa cần chú ý tới các vùng miền. Ở những vùng có ít hồ
(ví dụ như ở Nam Trung Bộ và Tây Nguyên), đặc biệt ở vùng thiếu quá nhiều
hồ lớn (như ở Tây Nguyên) thì việc chống lũ, chống hạn, cải tạo môi trường
sinh thái, cung cấp nước sạch còn gặp rất nhiều khó khăn.
Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít
hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ khi
nước nhà thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh. Từ năm 1976

4
đến nay số hồ chứa mới xây dựng chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển
nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng. Hiện nay, đã
bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp.
Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa
nước còn đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hóa. Việc áp dụng vật liệu mới,
công nghệ mới hiện đang được quan tâm [6].
1.2. ĐẶC ĐIỂM HỒ CHỨA VÀ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CÔNG

TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG
1.2.1. Bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa
1.2.1.1. Nhiệm vụ công trình tháo lũ
Trong đầu mối công trình thủy lợi hồ chứa nước, ngoài một số công trình
như đập dâng, công trình lấy nước, công trình chuyên môn, còn phải làm các
công trình để tháo nước lũ thừa không thể chứa được trong hồ, có lúc đặt ở độ
sâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa khi cần
thiết phải kiểm tra sữa chữa hoặc tháo bùn cát trong hồ. Có công trình tháo lũ
thì hồ mới làm việc được bình thường và an toàn [3].
1.2.1.2. Các hình thức bố trí công trình tháo lũ
1. Công trình tháo lũ trong thân đập
a) Đập tràn
Đập tràn vừa làm nhiệm vụ chắn dâng nước và tháo nước. Loại này sử
dụng khi đập dâng nước làm bằng bê tông hoặc đá xây. Chiều dài đoạn tràn
nước có thể bằng chiều dài toàn đập dâng hoặc nhỏ hơn (xác định bằng cách
so sách các phương án B
t
). Để tăng khả năng tháo nước, trên đập tràn cũng có
thể bố trí kết hợp lỗ xả sâu (như ở đập Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu), hoặc đặt
lỗ xả sâu ở phần đập không tràn (ví dụ đập Tân Giang, Lông, Định Bình) [1].

5



Hình 1-1. Đập tràn Định Bình [1]
b) Xi phông tháo lũ
Xi phông tháo lũ thường sử dụng với đập bê tông, nhưng cũng có thể
dùng với đập đất, đập đá. Xi phông là loại công trình tháo nước kiểu kín, làm
việc tự động tháo lũ nhanh do sử dụng chân không để hút nước làm đầy ống.

Khi công trình sử dụng một bộ phận gồm nhiều ống xi phông (như ở hồ
Xuân Hương – Đà Lạt) cần bố trí ống thông khí của các xi phông có cao độ
lệch nhau để tránh việc tất cả các xi phông cùng mở máy đồng thời gây rung
động, mất ổn định cho đập.
Xi phông sử dụng thích hợp với hồ có lũ tập trung nhanh, hay khi địa hình
phức tạp, bố trí đường tràn hở sẽ không kinh tế [1].

6
`

Hình 1-2.a) Xi phông tháo lũ trong đập bê tông;b) Xi phông trong đập đất [1]
1. Đỉnh ngưỡng tràn; 2. Lỗ thông khí; 3. Tấm che;
4. Cửa vào; 5. Lưỡi gà hắt nước; 6. Ống dẫn; 7. Bể tiêu năng
2. Công trình tháo lũ ngoài thân đập
a) Đường tràn dọc
Đường tràn dọc là loại đường tràn hở có hướng nước vào ngưỡng trùng
với hướng của đường tháo sau ngưỡng. Thành phần của một đường tràn dọc
bao gồm có: kênh dẫn vào, ngưỡng tràn, đường tháo và bộ phận nối tiếp hạ
lưu. Ngưỡng tràn là loại đập tràn đỉnh rộng hay thực dụng, tùy theo chiều cao
tương đối của ngưỡng so với đáy kênh dẫn vào. Đường tháo hở có thể chọn
dạng dốc nước hay bậc nước.
Bộ phận nối tiếp hạ lưu bao gồm thiết bị tiêu năng và kênh dẫn ra sông hạ
lưu.
2
4
I - I
1
2
3
4

7
2
I
I
5
1
4
6
2
3
a)
b)

7


Hình 1-3. Bố trí đường tràn dọc ở đầu đập [1]
a ) Mặt bằng tổng thể; b) mặt cắt dọc; c) mặt cắt ngang
Thiết bị tiêu năng cuối dốc có thể bố trí hình thức đáy (bể tiêu năng hoặc
bể-tường kết hợp), hay hình thức phóng xa (mũi phun thẳng, mũi phun
lệch…). Cửa của kênh hạ lưu dẫn nước xả ra sông cần bố trí xa chân đập và
xa các công trình khác trong đầu mối (âu thuyền, nhà máy thủy điện…) để
tránh ảnh hưởng đến chúng.
Đường tràn dọc là loại công trình tháo nước được ứng dụng rộng rãi nhất
ở nước ta hiện nay. Loại này sử dụng hợp lý khi địa hình khu đầu mối tương
đối thoải. Có thể bố trí đường tràn dọc theo núi, ở một đầu đập, hoặc thậm chí
cả hai đầu đập [1].
b) Đường tràn ngang
Đường tràn ngang cũng là một loại đường tràn hở, có hướng nước vào
ngưỡng gần vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng. Đây là đặc

điểm để phân biệt đường tràn dọc và đường tràn ngang.
135
130
125
120
115
110
105
130
125
120
115
110
105
A
B
C
A
B
C
A
B
C
a)
b)
c)

8
Thành phần của đường tràn ngang gồm: Kênh dẫn vào (có thể là rất ngắn
hoặc không có), ngưỡng, máng bên đặt trực tiếp sau ngưỡng và đường tháo

nối tiếp sau máng bên (hình 1-4).
Do đổi hướng dòng chảy từ ngưỡng sang máng bên, dòng chảy trong
máng có chế độ chảy phức tạp (dòng biến lượng chảy xoắn ốc). Trong tính
toán thủy lực đường tràn ngang, cần xác định đường mực nước trong máng để
kiểm tra trạng thái chảy qua ngưỡng. Để đảm bảo an toàn, thường khống chế
trạng thái chảy qua ngưỡng là tự do.



Hình 1-4. Đường tràn ngang [1]
1. máng bên; 2. kênh tháo; 3. công trình nối tiếp; 4. kênh dẫn; 5. đập; 6. cầu;
7. ngưỡng tràn

9
c) Giếng tháo lũ
Giếng tháo lũ là công trình tháo nước kiểu kín. Thành phần công trình
gồm: miệng vào, giếng đứng, đường hầm tháo nước và bộ phận nối tiếp hạ
lưu.



Hình 1-5. Giếng tháo lũ [1]
a)Mặt bằng; b) cắt ngang tuyến đập; c) mặt cắt dọc giếng
Trên mặt bằng, miệng vào có thể là một vòng tròn hay chỉ một cung tròn
(phần còn lại tựa vào bờ). Để tăng diện tích tràn nước vào có thể bố trí theo
kiểu hoa hồng nhiều cánh.
Bộ phận giếng thường có trục thẳng đứng, mặt cắt không đổi hoặc thu hẹp
dần theo chiều dòng chảy để tránh chân không.
Đường tháo nước nằm ngang thường được kết hợp tháo lũ thi công. Chế
độ thủy lực trong hầm tháo nước có thể không áp hoặc có áp.

Giếng tháo lũ được sử dụng khi tại khu đầu mối không có vị trí thích hợp
để bố trí đường tràn hở [1].
H
H
1
A
B
C
A
B
C
H
1
a)
b)
c)

10


Hình 1-6. Miệng vào giếng tháo lũ theo kiểu hoa hồng nhiều cánh
(Dự án thủy lợi Phước Hòa)

Hình 1-7. Giếng tháo lũ Pontezi (Ý) [3]

11


Hình 1-8. Giếng tháo lũ trong công trình Melrin ở Iran [3]

Hình 1-9. Giếng tháo lũ trong thân đập đất [3]


12
d) Tháo lũ kiểu gáo
Đây là công trình tháo lũ kiểu kín, có thể đặt ở bờ sông hay thân đập. Các
bộ phận của công trình này gồm: Ngưỡng tràn, các ống tháo và thiết bị tiêu
năng hạ lưu (hình 1-10).
Ngưỡng tràn ba phía có dạng mặt cắt thực dụng hoặc mặt cắt hình thang
đỉnh mỏng. Qua ngưỡng tràn, nước chảy vào gáo rồi được tháo theo các ống
xuống hạ lưu. Cao trình đỉnh ngưỡng tràn bằng mực nước dâng bình thường.
Cột nước trên đỉnh tràn thường từ 1 ÷ 1,5m nên chiều dài ngưỡng tràn tương
đối dài.


Hình 1-10. Đường tràn kiểu gáo [7]
1. đập đất; 2. ống tháo; 3. gáo; 4. tường hướng dòng; 5. ngưỡng tràn;
6. lớp bảo vệ; 7. đoạn quá độ.
6
2
I
I
II
5
3
4
II
1

2
3
6
4
3
7
2
6
H
I - I
II-II
a)
b)
c)

13
Ngưỡng tràn ở mặt chính diện phải đủ dài để có thể bố trí miệng vào của
các ống tháo nước. Miệng vào của các ống tháo nước được mở rộng dần để
dòng chảy vào thuận. Mặt cắt các ống tháo có dạng tròn hoặc vuông. Các ống
này thường làm bằng bê tông cốt thép. Tại cửa ra của ống, bố trí các thiết bị
tiêu năng [7].
Việc lựa chọn hình thức công trình tháo lũ cần phải thõa mãn các điều
kiện an toàn và kinh tế. ở Việt Nam, các công trình tháo lũ kiểu hở như đập
tràn, tràn dọc được áp dụng phổ biến. Tuy nhiên khi điều kiện địa hình địa
chất không thuận lợi để bố trí tràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hẹp, bờ
dốc, núi đá) thì cần nghiên cứu bố trí các hình thức công trình tháo lũ khác.
Tháo lũ kiểu giếng là một hình thức công trình hợp lý, loại công trình này cho
khả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng
tổng thể công trình.
Tuy nhiên, chế độ thủy lực trong giếng khá phức tạp, đòi hỏi cần có

nghiên cứu để vừa đảm bảo khả năng tháo nước, vừa đảm bảo an toàn trong
quá trình vận hành.
Do vậy việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu
giếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn. Đồng thời đề tài cũng giúp cho các cơ quan chức
năng trên địa bàn tỉnh có cơ sở khoa học trong thiết kế mới hoặc sữa chữa,
nâng cấp các hồ chứa nước sau này.
1.2.2. Đặc điểm bố trí và làm việc của công trình tháo lũ kiểu giếng
1.2.2.1. Bố trí các bộ phận của giếng tháo lũ
Giếng tháo lũ bao gồm các thành phần sau đây (hình 1-11).
- Miệng tràn: Trên mặt bằng, miệng tràn có dạng hình tròn đồng tâm với
giếng đứng. Trong một số trường hợp, do địa hình hạn chế, phải bố trí lệch
tâm. Lúc bờ rất dốc, miệng tràn có thể hình dạng bầu dục hoặc là một phần

14
của hình tròn. Miệng hình loa, là đập tràn tuyến tròn kiểu thực dụng hoặc đỉnh
rộng.
- Giếng đứng: Là phần nối tiếp loa tràn có trục thẳng đứng kiểu giếng
tròn, chỉ khi do điều kiện bố trí đường tràn, hoặc sự nối tiếp giữa giếng với
đường hầm dẫn nước khó khăn mới bắt buộc đặt giếng hơi nghiêng.

Hình 1-11. Các thành phần của giếng tháo lũ [7]
- Đường hầm: Thường bố trí nằm ngang và nối tiếp với giếng đứng bằng
đoạn cong có bán kính r > (2,5 ÷ 4)d (d - đường kính của đoạn nối tiếp).
Đường kính của đường hầm được thiết kế theo yêu cầu dẫn dòng thi công và
được kiểm tra lại với lưu lượng tháo lũ.
- Đoạn cong: Phần đường hầm cong nối tiếp giữa giếng đứng và đường
hầm ngang.

15

- Đoạn tiệm biến: Đoạn nối từ loa tràn xuống giếng đứng có dạng hình
nón cụt.
Cũng giống như các công trình tháo lũ khác, giếng tháo lũ còn có kết cấu
hướng dòng ở thượng lưu và tiêu năng sau đường hầm.
Trên đỉnh tràn có thể không có cửa van hoặc có cửa van, cửa van thường
dùng là van phẳng, van cung, van trụ vòng. Đa số trường hợp dùng không có
cửa van vì tuyến tràn tròn, chiều dài tràn nước lớn, có khả năng tháo lưu
lượng lớn với cột nước thấp [7].
1.2.2.2. Đặc điểm làm việc của giếng tháo lũ
Trong khi vận hành, do ảnh hưởng của điều kiện địa hình, đặc tính cấu
tạo của công trình, về mặt thuỷ lực cần phải chú ý những vấn đề sau đây.

a) Khi miệng loa tràn, mà thực chất là đập tràn tuyến tròn, làm việc theo
chế độ chảy không ngập, sẽ phát sinh hiện tượng dòng chảy xoáy vào miệng
giếng. Hiện tượng này làm cho phân bố lưu tốc và lưu lượng đơn vị trên
miệng tràn không đồng đều, làm giảm khả năng tháo của giếng.
Nguyên nhân của hiện tượng này là do vị trí của miệng giếng tháo lũ đặt
ven hồ chứa, nước chảy vào chịu ảnh hưởng của bờ nên không phân bố vuông
góc với ngưỡng tràn. Vì vậy các giếng tháo lũ đặt ven bờ hồ chứa đều phải có
bộ phận hướng dòng.
b) Khi miệng loa tràn chảy ngập trên miệng giếng đến một độ cao nhất
định, có thế hình thành phễu nước, không khí bị hút vào giếng, và theo đó các
vật nổi cũng dễ dàng bị hút vào.
Khi mực nước trong hồ cao, tức là cột nước tràn vượt quá một trị số giới
hạn nào đó, hiện tượng này sẽ không xảy ra. Tại giếng tháo lũ Kabiot, khi
mực nước trong hồ cao hơn trụ pin lm, các vật nổi không bị hút vào nữa.


16

Hình 1-12. Các vật nổi bị hút vào giếng của dự án thủy lợi Phước Hòa
c) Trong trường hợp lưu lượng tháo nhỏ hơn lưu lượng tính toán, trong
phần giếng đứng có thể hình thành chân không. Nước tràn qua miệng loa sẽ
kéo theo không khí, do lưu lượng nhỏ nên giữa lớp nước và thành giếng có
không khí, khi không khí theo dòng chảy xuống hạ lưu sẽ dần dần hình thành
chân không trong các ô trống này. Nếu chân không đạt đến một trị số nhất
định, không khí sẽ tràn vào rất mạnh gây nên tiếng nổ và nước từ giếng bị
phun lên cao.
Tại giếng tháo lũ Waky (Mỹ), lúc cột nước tràn bằng 0,3 - 0,6m, ứng với
lưu lượng 20 - 25m
3
/s (trong khi lưu lượng thiết kế bằng 850m
3
/s), các bọt
nước từ giếng bắn cao lên tới 15 - 18m.
Ngoài ra, khi đường hầm ngang làm việc chuyển từ chế độ không áp sang
có áp, trong đường hầm dòng chảy ra có mang theo bọt khí và cũng gây
những tiếng nổ tại cửa ra.