Đồ án thiết kế đập tràn

Đồ án môn học Thủy lực công trình
đồ án môn học

Trờng Đại học Thủy Lợi
Bộ môn Thủy Lực
---------------

thủy lực công trình
----------
Lớp :
Đề số 1

Họ tên sinh viên :

Nội dung: Trên sông S đợc xây dựng một đập tràn T để nâng cao mực nớc lấy vào kênh K. Đầu
kênh K có một cống lộ thiên A để điều tiết lu lợng.
Đập tràn T

Yêu cầu :
1. Xác định cao trình đỉnh đập tràn Zođ ứng với Qtk và Ztk trên sông. Đập tràn hình cong không
chân không. Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn. Lu lợng đơn vị cho phép đối với nền sau đập là
[q].

2. Xác định hình thức nối tiếp sau đập với mọi cấp lu lợng . Nếu có nớc nhảy xa, thiết kế công
trình tiêu năng với lu lợng tính toán tiêu năng. Loại công trình tiêu năng tùy chọn.
3. Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính K. Kênh có mặt cắt ngang là hình thang cân với m = 1.5
và n = 0.025 dẫn lợng Qktk. Kiểm tra với Qmin= k1 * Qktk và Qmax= k2 * Qktk. Mặt cắt kênh thiết
kế phải thỏa mãn 2 yêu cầu sau:
+ 0.5 m/s v 1.5m/s
b
+3 6

h

Độc dốc kênh là i. Với mặt cắt kênh đã chọn, xây dựng quan hệ Q hh trên kênh từ Qmin tới
Qmax.
4. Xác định cao trình đáy cống và bề rộng cống để lấy đợc lu lợng thiết kế của kênh khi mực
nớc trong sông là nhỏ nhất. Chênh lệch mực nớc qua cống là Z. Lúc đó cống làm việc nh
một đập tràn đỉnh rộng. Vẽ mặt cắt ngang và dọc cống đã chọn, xây dựng quan hệ Q a
của cống ứng với mực nớc thiết kế của sông Ztk.
Các số liệu cho trớc
1. Quan hệ Q ~ Zh ở ngay sau đập tràn cho trong bảng dới đây.
Q(m3/s
)

2400

2800

3200

3600

4000

4200

4500

5000

Zh (m)

24.45

25.35

26.19

26.86

27.47

27.95

28.30

28.71

2. Bề rộng sông ở thợng lu lấy bằng 1,3 lần bề rộng toàn bộ đập (kể cả mố).
3. Bề rộng công trình tiêu năng bằng bề rộng của toàn bộ đập.
4. Mỗi khoang đập có thể lấy từ 10 ữ 30m ; mố đập lấy 2 ữ 3m
Sinh viên thực hiện:

1


Đồ án môn học Thủy lực công trình
5. Bể rộng mỗi lỗ cống lấy 2 ữ 4m; chiều dày mố cống lấy 0.6 ữ 0.8m.
6. Cao trình đáy cống lấy bằng cao trình đáy kênh.
7. Số liệu về đập tràn
[q] m3/s-m

Zo1(m)

36
24.0
8. Các số liệu về kênh và cống

Zo(m)

Ztk(m)

Qtk(m3/s)

21.0

46

3400

Qtk(m3/s)

i

K1

K2

Z (m)

50

0.0004

0.75

1.3

0.3

(Liờn h vi mỡnh qua email (sdt 0986012484) mỡnh s gi
bn bng exel tớnh toỏn d liu trong ỏn ny)

Sinh viên thực hiện:

2


Đồ án môn học Thủy lực công trình

MC LC
đồ án.......................................................................................................................................... 3
Thuỷ lực công trình.................................................................................................................... 3
i. Thiết kế đập tràn t ứng với qtk và ztk trên sông s............................................................3
1. Chọn các đại lợng của đập tràn......................................................................................3
2. Xác định cao trình đỉnh đập tràn Zođ ứng với Qtk và Ztk của sông S............................4
3. Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn T....................................................................................6
ii. Tính toán tiêu năng ở hạ lu đập tràn t.............................................................................7
1. Xác định hình thức nối tiếp sau đập tràn T với mọi cấp lu lợng.....................................7
2. Xác định lu lợng tính toán tiêu năng : Qtn.....................................................................9
3. Thiết kế công trình tiêu năng ở hạ lu đập tràn T...........................................................10

iii. Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính sau cống a (kênh chính a)....................................10
iv. Tính toán thủy lực cống đầu kênh a (đầu kênh chính K).............................................15
3, Vẽ mặt cắt ngang và mặt cắt dọc của cống A.............................................................17
4, Xây dựng quan hệ Q ~ a của cống A ứng với mực nớc sông thiết kế ZsTK ...............17

đồ án
Thuỷ lực công trình

i. Thiết kế đập tràn t ứng với qtk và ztk trên sông s
1. Chọn các đại lợng của đập tràn
Đập T là đập tràn thực dụng mặt cắt hình cong không chân không loại II.
Chọn số nhịp đập n = 9 .
Chiều rộng tràn nớc của mỗi nhịp đập b =10m.
Chọn mố bên và mố trụ của đập lợn tròn.
Chiều dày mố trụ d = 2m. Chiều dày mố bên d = 1m. Chiều dày a = 1m.
l

Đập có góc = 450, góc = 600 và tỷ số p = 0.9 .
1
Tổng chiều dài đập (kể cả mố) là: Bđập = 2d+(n-1)d+nb (m) =2x1+(9-1)x2+9x10= 108 (m) .
Lu lợng đơn vị của dòng chảy ở hạ lu đập : qtk =

Sinh viên thực hiện:

Qtk
3400
=
= 31.48 [ 36] .
Bdap
108

3


Đồ án môn học Thủy lực công trình
2. Xác định cao trình đỉnh đập tràn Zođ ứng với Qtk và Ztk của sông S.
a. Tính cột nớc tràn thiết kế Htk của đập T:
Vẽ quan hệ Q ~ Zh ở ngay sau đập tràn theo số liệu ( hình 1 )
Bảng 1
Q(m3/s)

2400

2800

3200

Zh(m)

24.45

25.35

26.19

3600
26.86

4000

4200

4500

5000

27.47

27.95

28.30

28.71

Biết Qtk của đập : Qtk = 3400 (m3/s) , tra đồ thị Q ~ Zh đợc Zhtk= 26.56m.
Độ sâu nớc ở trong sông sau đập tràn: hhtk = Zh tk Z 0 = 26.56 21 = 5.56m
Vì cao trình đỉnh đập tràn cha biết Zođ cha biết, ta giả thiết đập T chảy tự do và co hẹp bên, nên
:
H 0TK



Qtk
=

* m * n * b * 2 g

2/3

(1)

Trong (1) :
Qtk = 3400 (m3/s)
nb = 9*10 = 90 (m)
2 g = 4.43
hệ số lu lợng của đập T (đập loại II chọn mt / c = 0.48 ) :
m = m t / c * hd * H = 0.48 * 0.978 *1 = 0.469

Sinh viên thực hiện:

4


Đồ án môn học Thủy lực công trình

Hình 1 - đờng quan hệ q ~ zh
Giả thiết gt = 0.93 . Thay tất cả vào (1) ta tính đợc Hotk = 7.25 (m)
Kiểm tra lại gt bằng cách tính :
tt = 1 0.2 *

mb + (n 1) * mt
* H 0TK
n *b

(2)

Trong (2) :

mb=0.7 (mố bên lợn tròn)
mt=0.45 (mố trụ lợn tròn)

Thay tất cả vào (2) ta tính đợc :
0.7 + (9 1) * 0.45
tt = 1 0.2 *
* 7.25 = 0.93
9 * 10


So sánh gt với tt , ta thấy gt tt . Vậy Hotk = 7.25 (m) là đúng.
Cột nớc tràn thiết kế của đập tràn T là: H TK = H 0TK

v 02
(3)
2g

Giả thiết vận tốc tới gần V0 0 , ta có : H TK = H 0TK = 7.25m
b) Cao trình đỉnh đập tràn T: Z0đ.
Z 0 d = Z TK H TK = 46 7.25 = 38.75m

Chiều cao của đập so với đáy sông thợng lu đập:
P1 = Z 0 d Z 01 = 38.75 24 = 14.75m

Chiều cao của đập so với đáy sông hạ lu đập:
P = Z 0 d Z 0 = 38.75 21 = 17.75m

+ Kiểm tra lại vận tốc V0 : Vì
TL = 1.3 * Bdap * ( P1 + H TK ) = 1.3 * 108 * (14.75 + 7.25) = 3088.8m2 > 4 * n * b * H TK = 2611.05m2

Nên bỏ qua vận tốc V0 ở trên là đúng.
+ Ta kiểm tra đập T chảy tự do hay chảy ngập:
Vì Z hTK = 26.56m < Z 0 d = 38.75m . Vậy giả thiết tràn T chảy tự do ở trên là đúng.

Kết quả:

HTK của đập = 7.25m

Sinh viên thực hiện:

5


Đồ án môn học Thủy lực công trình
Cao trình đỉnh đập tràn Zođ = 38.75 m
3. Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn T
Có HTK = 7.25m, tra phụ lục (14-2) ứng với đập loại II, ta đợc các giá trị X , Y , ứng với
HTK = 7.25m, ta tính đợc toạ độ X, Y của mặt cắt ngang đập tràn T là: X = X .H TK , Y = Y H TK .
Kết quả tính toán đợc ghi ở bảng 2.
Bảng 2
X

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.7

2

2.5

X

0

0.725

1.451

2.176

2.901

4.352

5.802

7.253

8.704

10.154

12.330

14.506

18.132

Y

0.043

0.01

0

0.005

0.023

0.098

0.189

0.321

0.42

0.655

0.992

1.377

1.14

Y

0.312

0.073

0

0.036

0.167

0.711

1.371

2.328

3.046

4.751

7.195

9.987

8.268

Biết P = 17.75 m, HTK = 7.25m , tra bảng (14-7) đợc R = 9.2 m
T kt qu bng 2 v R= 9.2 m, ta vẽ đợc mặt cắt ngang và mặt bằng của đập tràn T nh
hình vẽ s 2 v s 3 .

Zod
0



X

l

O'

Zo1



Zo

Y

Hình 2 - mặt cắt ngang đập tràn

Sinh viên thực hiện:

6


Đồ án môn học Thủy lực công trình
ii. Tính toán tiêu năng ở hạ lu đập tràn t.
1. Xác định hình thức nối tiếp sau đập tràn T với mọi cấp l u lợng.
Ta chọn ra 5 giá trị Q tràn qua đập T biến đổi từ QSmin ữ QSmax. Đối với mỗi lu lợng Q ta cần tính
các đại lợng sau:
a, Tính hc , hc.
Từ công thức:

F ( c ) =

q
* E 03 / 2

(3)

hệ số lu tốc = 0.95

Với:

Lu lợng đơn vị ở hạ lu : q =

Q

B dap

Năng lợng đơn vị của dòng chảy: E 0 = P + H 0 .
Trong đó cột nớc tràn toàn phần H0 tính theo công thức:


Q
H0 =

* m * n * b * 2 g

2/3

.

Để tính H0 ứng với các giá trị Q khác nhau, ta tạm lấy các hệ số nh sau: m = mt/c=0.48 và
= 0.95
T F(c) tra bảng (15-1) c và c
hc = c * E0
hc= c * E0
Kết quả tính toán hc, hc đợc ghi ở bảng 3.
b, Tính hh .
Có Q tra đồ thị Q ~ Zh ta tìm đợc Zh tơng ứng. Có Zh ta tính đợc độ sâu hh ở hạ lu đập tràn T là:
hh = Zh - Z0
Kết qủa đợc ghi ở bảng 3.
c, Tính hk .
Có Q ta tính đợc q =

Q
Q

=
, tra bảng (9-1) ta đợc hk , hoặc tính theo công
B dap 2d '+(n 1)d + b

q 2
thức hk =
. Kết quả tính hk đợc ghi ở bảng 3.
g
3

Bảng 3
Q
(m3/s)
2400

H0
(m)
5.59

Sinh viên thực hiện:

E0
(m)
23.33

hh
(m)
3.45

hk

(m)
3.69

hC
(m)
1.12

hc
(m)
8.87

hc- hh
(m)
5.42

Ghi chú
khụng cú nc nhy

7


§å ¸n m«n häc Thñy lùc c«ng tr×nh
3200
3400
4200
5000

6.77
7.05
8.11

9.11

24.51
24.79
25.86
26.86

5.19
5.56
6.95
7.71

4.47
4.66
5.36
6.02

1.47
1.54
1.89
2.20

10.34
10.66
11.87
12.97

5.15
5.11
4.92

5.26

có nước nhảy phóng xa
có nước nhảy phóng xa
có nước nhảy phóng xa
có nước nhảy phóng xa

Zod

Zo1

MAT CAT A - A

Zo

Sinh viªn thùc hiÖn:

8


Đồ án môn học Thủy lực công trình

hình 3 mặt cắt ngang và mặt bằng đập
2. Xác định lu lợng tính toán tiêu năng : Qtn.
Căn cứ vào kết quả ở bảng 3, ta chọn đợc sơ bộ Qtn = 5000m3/s. Để có đợc Qtn chính xác ta
phải tính lại hc và hc nh sau :
Tính chính xác cột nớc toàn phần Hotn của đập T theo công thức :


Qtn

Ho tn =
* m * n *b * 2g



2/3

(1)

Giả thiết gt = 0.91; mgt = 0.48, thay vào công thức (1) tính đợc H0tn = 9.376 m
Có Hotn

.v02
tính đợc H tn = Hotn
. Coi Vo 0 nên H tn Hotn = 9.376m
2g

Có Htn , Hotn tính đợc
+ (n 1) * mt
0.7 + (9 1) * 0.45
tt = 1 0.2 * mb
* Hotn = 1 0.2 *
* 9.376 = 0.9104


n *b

và

9 * 10



m = mt / c * hd * H (4)

Trong (4) :
mtc=0.48
l

= 450, góc = 600 , p = 0.9 tra bng (14-3) đợc hd = 0.978
1
= 450,

H tn 9.376
=
= 1,293 tra bng (14-4) đợc H = 1.027
H tk
7,25

Thay tất cả vào (2) đợc: mtt = 0.48*0.978*1.027 = 0.482
Vy tt gt và mtt mgt thì cột nớc Hotn đã tính đúng.
Có Hotn chính xác, tính Eo = P + Hotn = 17.75 + 9.376 = 27.123 m
Từ

F ( c ) =

q
5000
=

= 0.345 tra bảng (15-1) đợc :
3/ 2
* E0
108 * 0.95 * 27.1233 / 2

c = 0.081 hc = c *Eo = 0.081*27.123 = 2.204m
c" = 0.48 hc = c *Eo = 0.48*27.123 = 13.02m

Độ sâu phân giới : hk =

3

Q2
5000 2
3
=
= 6.02m
gb 2
9.81 *10 2

Từ kết quả tính toán ta có: hc=13.02m > hh =7.71m > hk =6.02m > hc =2.204m Sau đập có nớc nhảy phóng xa vì vậy phải thiết kế tiêu năng ở hạ lu ứng với Qtn để đa nớc nhảy phóng xa
về nớc nhảy ngập.
Sinh viên thực hiện:

9


Đồ án môn học Thủy lực công trình
3. Thiết kế công trình tiêu năng ở hạ lu đập tràn T
Công trình tiêu năng ở hạ lu đập tràn là đào bể tiêu năng. Ta cần tính chiều sâu bể (d) và chiều

dài bể (Lb) để đa nớc nhảy phóng xa về nớc nhảy ngập.
+ Sơ bộ chọn d1 = 5.03 m
+ Tính lại hc , hc .
E01 = Eo + d1 = 27.123 + 5.03 = 32.153 m
F ( c ) =

q
5000
1
=
= 0.2673 15

c" = 0.4291
3/ 2
3/ 2
* E0
108 * 0.95 * 32.153

hc = c *Eo = 0.4291*32.153 = 13.8m
+ Tính Z
q2
.q 2
Z = 2 2

(5)
b .hh .2.g 2.g .( .hc" ) 2
Trong (5) : q =

Q
5000

=
= 46,296m 2 / s ; b=0.9 ; hh = 7.71 ; g = 9.81m/s2
bdap
108

= 1.05 ; hc = 13.8m
Thay vào (5) đợc Z = 1.748m
Chiều sâu bể: d = hc - hh - Z = 1.95*13.8 -7.71 -1.748 = 5.03m
Vậy d = 5.03m d1 = 5.03m (giả thiết đúng)
+ Tính chiều bể :
Lb = L1 + Ln
Trong đó với đập thực dụng mặt cắt hình cong loại I, II thì L1 = 0 ; = 0.75
Ln = 4.5 * hc = 4.5 * 13.8 = 62.08m

Lb = 0.75 * 62.08 = 46.56m
Kết quả :
iii.

d = 5.03m
Lb = 46.56m
Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính sau cống a (kênh
chính a)

Kênh chính sau cống A có mặt cắt ngang là hình thang cân với m = 1.5 ; n= 0.025; i = 0.0004;
= 4.5 và lu lợng thiết kế Qktk = 50 m3/s.
1. Tính btk và hotk của kênh chính
Có m = 1.5 4m0 = 8.424
Tính f ( Rln ) =

4 m0 i 8.424 * 0.0004

=
= 0.00337 , tra phụ lục (8-1) đợc
50
Qtkk

Rln = 2.114
Tính =

b
h
m0
2.106
= 5.53;
= 1.224
=
= 0.351 , tra phụ lục (8-3) đợc
Rln
Rln
+ m 4.5 + 1.5

Sinh viên thực hiện:

10


§å ¸n m«n häc Thñy lùc c«ng tr×nh
 b 

ChiÒu réng thiÕt kÕ cña ®¸y kªnh chÝnh: btk =   * Rln = 5.53 * 2.114 = 11.69m
 Rln 

 h 

ChiÒu s©u níc thiÕt kÕ cña kªnh chÝnh: h0TK =   * Rln = 1.224 * 2.114 = 2.588m
 Rln 

Sinh viªn thùc hiÖn:

11


Đồ án môn học Thủy lực công trình

Zo1

l


Hình 4 - sơ đồ dòng chảy qua đập tràn công trình tiêu năng



P

Zo
h
h

Z

2. Kiểm tra điều kiện làm việc của kênh chính

Sinh viên thực hiện:

12


Đồ án môn học Thủy lực công trình
Kênh chính sau cống A muốn làm việc tốt phải thoả mãn yêu cầu :
0.5 V 1.5m/s
với mọi cấp lu lợng trong kênh. Muốn kiểm tra điều kiện này ta làm nh sau :
a. Khi lu lợng trong kênh là
K
K
Qmin
= k1 . QTK
= 0.75 * 50 = 37.5m 3 / s

Tính

f ( Rln ) =

4 m0 i 8.424 * 0.0004
=
= 0.004493 , tra phụ lục (8-1) đợc
k
37.5
Qmin

Rln =1.9
Lập tỷ số

h
bTK 11.69
= 1.16
=
= 6.165 , tra phụ lục (8-3) đợc
'
Rln
1.9
Rln
h

'
K
Chiều sâu nớc trong kênh ứng với Qmin
: h0 min = . Rln = 1.16 * 1.9 = 2.2m
R
ln
K
Tính vận tốc Vmin trong kênh ứng với Qmin
:

Vmin =

(bTK

Kiểm tra lại điều kiện:

K
Qmin
37.5

=
= 1.137m / s
+ m.h0 min ).h0 min (11.69 + 1.5 * 2.2) * 2.2

0.5 Vmin = 1.137 1.5m/s và
3<

btk
11.69
=
= 5.317 < 6 đã thoả mãn.
ho min
2,2

K
= 50m 3 / s
b. Khi lu lợng trong kênh là QTK

Biết bTk =11.69m ; h0 TK = 2.588m, ta tính đợc :
VTK =

(bTK

K
QTK
50
=
= 1.24m / s
+ m.h0TK ).h0TK (11.69 + 1.5 * 2.588) * 2.588

Kiểm tra lại điều kiện:

0.5 VTK = 1.24 m/s 1.5 m/s
3<

Sinh viên thực hiện:

btk
11.69
=
= 4.518 < 6 đã thoả mãn.
hotk 2.588

13


§å ¸n m«n häc Thñy lùc c«ng tr×nh

H×nh 5 – quan hÖ q ~ ho cña kªnh chÝnh

Sinh viªn thùc hiÖn:

14


Đồ án môn học Thủy lực công trình
K
c. Khi lu lợng trong kênh là Qmax
K
K

Qmax
= k 2 * QTK
= 1.3 * 50 = 65m 3 / s

Tính f ( Rln ) =

4 m0 i 8.424 * 0.0004
=
= 0.002592 , tra phụ lục (8-1) đợc Rln = 3.229m
k
65
Qmax

h
bTK 11.69
= 1.48
=
= 3.621 , tra phụ lục (8-3) đợc
Rln
3.229
Rln

Lập tỷ số

h

0
K
Chiều sâu nớc trong kênh ứng với Qmax
: hmax = * Rln = 1.48 * 3.621 = 4.777 m

Rln
K
Tính vận tốc Vmax trong kênh ứng với Qmax
:

Vmax =

(bTK

K
Qmax
65
=
= 0.72m / s
+ m * h0 max ) * .h0 max (11.69 + 1.5 * 4.777) * 4.777

Kiểm tra lại điều kiện :

0.5 Vmax = 0.72m/s 1.5 m/s và
3<

btk
11.69
=
= 2.448 < 6 đã thoả mãn.
ho max 4.777

K
K
Xây dựng quan hệ Q h0 của kênh chính từ Qmin

đến Qmax

Từ kết quả tính toán ở trên ta lập đợc bảng sau :
Bảng 4
Q(m3/s)

0

Q Kmin = 37.5

Q KTK = 50

Q Kmax = 65

h0 của kênh
(m)

0

h0 min = 2.2

h0 TK = 2.588

h0 max = 4.777

Với kết quả tính toán ở bảng 4 ta vẽ đợc đờng quan hệ Q h0 của kênh chính, kết hợp với mặt
cắt ngang của kênh chính ở hình vẽ số 5.
iv.

Tính toán thủy lực cống đầu kênh a (đầu kênh chính K)

Cống đầu kênh A là một cống lộ thiên có cao trình đáy cống bằng cao trình đáy kênh chính.
Tính toán thuỷ lực cống đầu kênh A ta phải làm nh sau :
1. Xác định cao trình đáy cống :
Khi mực nớc trong sông S là nhỏ nhất (mực nớc sông S ứng với Qsmin=2400m3/s) và cống làm
việc nh một đập tràn đỉnh rộng (cửa cống kéo lên khỏi mặt nớc), cao trình đáy cống ứng với lu
lợng thiết kế của kênh chính QkTK = 50m3/s đợc xác định theo công thức :
Zđc = Zsmin - (h0 TK + Z)
Trong đó :

(4)

ho TK = 2.588m
Z = 0.3m

Sinh viên thực hiện:

15


Đồ án môn học Thủy lực công trình
Ta tính:

Zsmin = Zođ + Hsmin.

a. Tính cột nớc tràn Hsmin của đập tràn T ứng với Qsmin = 2400m3/s
Dựa vào kết quả ở bảng 3, ta tính lại chính xác cột nớc tràn Hs0 min của đập tràn T khi
= Qtn = 2400m3/s tràn qua đập (Bài toán tính cột nớc H của đập tràn thực dụng).

Qsmin

+ Công thức tính cột nớc tràn toàn phần của đập tràn thực dụng :
2

H os min

s

3
Qmin

=
.m.n.b. 2 g



(6)

Trong đó : gt = 0.94 ; mtt = 0.46 ; nb = 90
Thay vào (6) đợc H

s
0m

Cột nớc tràn: H

s
min

=H

s
o min

Vo2min

. Coi Vo 0 nên
2g

s
H min
H os min = 5.79m

+Kiểm tra lại Vo
tt =1.3.Bđập.(P1+ Hsmin) =1.3*108*(14.75+5.79) = 2882.98m2 > 4.nb.Htk =2611.05m2 nên bỏ
qua vận tốc Vo ở trên là đúng .
+ Kiểm tra gt và mtt
+ (n 1) mt s
0.7 + (9 1) * 0.45
tt = 1 0.2 mb
H o min = 1 0.2
* 5.79 = 0.945
nb

90

mtt = mtc.hd.h
(*)
Với mtc = 0.48 ; .hd = 0.978
s

H min
5.79
14 4 )
=
= 0.798 (
h = 0.978
o = 45 ;
H tk
7.25

0

Thay vào (*) đợc mtt = 0.459
So sáng ta thấy tt gt và mtt mgt (giả thiết đúng)
Vậy Hsmin = 5.79m
b. Cao trình đáy cống A
Cao trình mặt nớc sông S nhỏ nhất :
s
s
Z min
= Z od + H min
= 38.75 + 5.79 = 44.53m

Cao trình đáy cống A: Zđc = Zsmin - (ho TK + Z) = 44.53 - (2.588 + 0.3) = 41.65 m
2, Xác định bề rộng cống để lấy đợc QKTK ứng với Zsmin.
Khi cánh cống kéo lên khỏi mặt nớc, cống lộ thiên A làm việc nh một đập tràn đỉnh rộng có
s
H min = Z min
Z dc = hoTK + Z = 2.588 + 0.3 = 2.888m

a. Xác định số cửa cống của cống A
Với QkTK=50m3/s qua cống, để tránh dòng chảy tập trung, ta chọn số cửa cống A là n = 2 cửa.
Lu lợng thiết kế qua mỗi cửa cống là :
c
QTK
=

Sinh viên thực hiện:

K
QTK
50
=
= 25m 3 / s
n
2

16


Đồ án môn học Thủy lực công trình
b. Xác định chiều rộng b của mỗi cửa cống
Ta chọn cống A có tờng cánh hẹp dần với góc = 45o (cotg = 1). Tính chiều rộng bc của mỗi
cửa cống nh sau :
Xác định chế độ chảy của đập đỉnh rộng : Biết cột nớc ở thợng lu cống là Hmin = 2.89m, biết độ
sâu ở hạ lu cống hh = h0TK =2.588m, độ sâu hn = hh=2.588m và vận tốc :
V0 =

k
QTK

50
=
= 1.08m / s
(btk + m * H min ) * H min (11.69 + 1.5 * 2.89) * 2.89

V02
1 * 1.08 2
+
= 2.89 +
= 2.95m
2g
2 * 9.81

Độ sâu

H 0 = H min

Lập tỷ số

hn
h
2.588
=
= 0.878 > ( n ) pg = 0.75 , đập đỉnh rộng chảy ngập.
H0
2.95
Ho

Chiều rộng bc của mỗi cửa cống đợc xác định theo công thức :
bc =

c
QTK

n . * hn * 2 g * ( H 0 hn )

=

K
QTK

n * hn * n * 2 g * ( H 0 hn )

(6)

Trong (6), độ sâu hồi phục Z2 nhỏ nên đợc bỏ qua.
Giả thiết hệ số lu lợng của đập đỉnh rộng mgt = 0.36
Tra bảng (14-13) đợc n = 0.983. Thay các giá trị đã biết vào (6) ta có :
bc =

50
0.983 * 2.588 * 2 2 * 9.81 * (2.95 2.588)

Kiểm tra lại mgt . Lập tỷ số =

= 3.7 m

n . bc 2 * 3.7
=
= 0.633 , tra Phụ lục (14-8) mục b ta đợc

bTK
11.69

mtt=

0.362 mgt. Vậy chiều rộng bc = 3.7m tính đợc ở trên là đúng.
Chiều rộng tràn nớc của cả cống A là : b = n * bc = 2*3.7 = 7.4m.
3, Vẽ mặt cắt ngang và mặt cắt dọc của cống A
Cống A có n = 2 cửa, chiều rộng mỗi cửa bc = 3.7m, tờng cánh thu hẹp dần với góc = 450 .
Mố cống có chiều dày d = 0,8m, đầu mố vát nhọn với góc ở đỉnh = 900. Chiều rộng đáy kênh
thợng, hạ lu cống btk = 11.69m. Mặt cắt ngang và cắt dọc cống A đợc thể hiện ở hình vẽ số 6.
4, Xây dựng quan hệ Q ~ a của cống A ứng với mực nớc sông thiết kế ZsTK
Khi cánh cửa cống đóng xuống nớc với độ mở cống là a, cột nớc ở thợng lu cống là:
HTK = ZsTK - Zđc = (Zođ + HsTK) - Zđc = 4.4m
Lu lợng tháo cống là Q, ta xây dựng quan hệ Q ~ a nh sau :
Chọn 5 giá trị QK biến đổi từ Qkmin = 37.5 đến Qkmax = 65. Coi dòng chảy ở hạ lu cống A là
dòng chảy đều nên từ Qk đã biết tra đồ thị Q ~ h o ở hình vẽ số 3, ta tìm đợc hh = ho tơng ứng. Có
Qk rồi ta tính đợc độ sâu phân giới hk theo công thức :
Sinh viên thực hiện:

17


Đồ án môn học Thủy lực công trình
hk = hk CN (1

Trong (7) cần tính : hK CN = 3

CN
2

+ 0.105 CN
)
3

(7)

m * hK CN
.q2
Q
; CN =
;q= K
g
bTK
bTK

Độ sâu hk này là độ sâu phân giới trong kênh chính sau cống A, vì vậy muốn biết cống A chảy
tự do hay chảy ngập ta cần xác định các độ sâu hc và hc của cống nh sau :
qc
Tính F ( c ) =
* H 03 / 2
V0 =

Qk
V02
(8) ; q c =
; = 0.95 ; H 0 = H TK +
n * bc
2g
Q0
(bTK + m * H TK ) * H TK

Có F(c) ở (8) tra bảng (16-1) đợc c và "c . Từ đó tính đợc hc và hc :
hc = c * H0
hc = "c * H0
So sánh 4 độ sâu đã biết: hc , hh , hk , hc nếu cốngchảy tự do thì F(c) ở (8) tra bảng (16-1) đợc
a
a
sau đó tính a = * H tk
H
H

Tính hz chảy ngập theo công thức:
hz2 + A * H 0 hz B = 0 (9)

Với : A = 2 *
B = hh2 +

2
* 0 * * q c
g
2 * q c2
g * hh
Q

k
Khi tính A và B lấy 0 = 1; = 0.95; g = 9.81m/s2 ; q c = n * b
c

Sau đó tính

c =

hc
Q
=
H 0 * n * bc * H 0 2 g * ( H 0 hz )

Có c tra bảng (16-1) đợc

Sinh viên thực hiện:

(10)

a
a
và tính đợc độ cao mở cống a = ( ) * H
H
H

18


§å ¸n m«n häc Thñy lùc c«ng tr×nh

A-A
A
bc

bc

bc
btk

d

btk

bc

Z®c

Z®c

A

s

Z tk

s

Z min
Z®c

a

hh

c
hc

mÆt c¾t däc , ngang, mÆt b»ng cèng a

h×nh 6 – quan hÖ Q ~ a cña cèng a (2 cöa)
Sinh viªn thùc hiÖn:

19


Đồ án môn học Thủy lực công trình
Kết quả tính toán quan hệ Q ~ a của cống A đợc ghi ở bảng 5.
Bảng 5
a
H

a
(m)

0.487

0.139

0.61

Trạng
thái
chảy
êm

0.100

0.520

0.163

0.72

êm

0.481

0.116

0.550

0.187

0.82

êm

2.589

0.554

0.135

0.583

0.217

0.95

êm

2.721

0.626

0.154

0.613

0.247

1.09

êm

hk
(m)

hh
(m)

hc
(m)

hc
(m)

F(c)

c

K
Qmin
= 37.5

1.005

2.20

0.379

2.159

0.361

0.085

Q1K = 43.75

1.113

2.40

0.446

2.307

0.421

K
QTK
= 50

1.215

2.59

0.514

2.443

Q2K = 57.5

1.332

2.80

0.598

K
Qmax
= 65

1.444

4.85

0.684

Q
(m3/s)




c

Căn cứ vào kết quả ở bảng 4 ta vẽ đợc quan hệ Q ~ a của cống lộ thiên A ở hình vẽ số 6.

Ngày hoàn thành: 17/05/2008

Sinh viên thực hiện:

20