Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến chế độ thủy lực ở đập tràn cao

B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

B
NG

I H C THU L I

INH LÊ PH

NGHIÊN C U NH H

NÔNG NGHI P VÀ PTNT

NG ANH

NG C A CÁC Y U T

TH Y L C

P TRÀN CAO

LU N V N TH C S

Hà N i – 2014

N CH

B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

B
NG

I H C THU L I

INH LÊ PH

NGHIÊN C U NH H

NÔNG NGHI P VÀ PTNT

NG ANH

NG C A CÁC Y U T

TH Y L C

P TRÀN CAO

Chuyên ngành: Công trình th y
Mã s :60-58-40

LU N V N TH C S

Ng

ih

ng d n khoa h c:

GS.TS. Nguy n Chi n

Hà N i – 2014

N CH


L IC M

N

Lu n v n th c s k thu t “nghiên c u nh h ng c a các y u t đ n ch
đ th y l c đ p tràn cao” chuyên ngành xây d ng công trình th y đ c
hoàn thành vào tháng 3 n m 2014 v i s giúp đ , ch b o t n tình c a các
th y cô, cán b khoa sau đ i h c, khoa Công trình th y – Tr ng
ih c
Th y l i.
Tôi xin chân thành c m n các th y cô giáo, các cán b tr ng i h c Th y
l i đã t o đi u ki n, giúp đ trong quá trình theo h c c ng nh hoàn thành
lu n v n c a tôi.
c bi t tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y giáo GS.TS. Nguy n
Chi n đã dành th i gian, công s c tr c ti p ch b o, h ng d n, giúp đ tác
gi hoàn thành lu n v n này.
ng th i tác gi c ng xin g i l i c m n chân thành đ n các cán b lãnh
đ o, đ ng nghi p t i Trung tâm Th y đi n – Vi n n ng l ng đã h t s c giúp

đ trong quá trình th c hi n đ tài.
Cu i cùng tác gi xin g i l i c m n t i gia đình, b n bè đã luôn quan tâm,
khích l tác gi trong su t quá trình h c t p, nghiên c u, hoàn thành lu n
v n.
Do th i gian nghiên c u và n ng l c b n thân v n còn nhi u han ch , ch c
ch n lu n v n không th tránh kh i nh ng thi u sót. Kính mong các th y cô
ch b o, b n bè đ ng nghi p góp ý đ tác gi có th hoàn thi n h n n a và
phát tri n đ tài.
Xin chân thành c m n./.
Hà N i, Tháng 3 n m 2014

inh Lê Ph

ng Anh


L I CAM K T
Tên tôi là: inh Lê Ph

ng Anh

H c viên l p: CH19C11
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi. Nh ng n i
dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a đ

c ai công

b trong b t k công trình khoa h c nào.

Tác gi

inh Lê Ph

ng Anh


.

M CL C
a. Tính c p thi t c a đ tài. .....................................................................................1
b. M c đích c a đ tài. ............................................................................................2
c. Ph ng pháp nghiên c u. ....................................................................................2
d. K t qu nghiên c u .............................................................................................2
e. N i dung nghiên c u. ..........................................................................................2
CH NG 1. T NG QUAN V
P TRÀN VÀ CH
TH Y L C C A
P TRÀN. ................................................................................................................3
1.1. Tình hình xây d ng các đ p tràn cao Vi t Nam ...........................................3
1.2. Các d ng m t c t đ p tràn ng d ng Vi t nam. ............................................5
1.3. Các v n đ th y l c c a đ p tràn cao. ..............................................................8
1.4. M t s ví d v h h ng đ p tràn cao .........................................................10
1.5. Gi i h n ph m vi nghiên c u. ........................................................................11
CH NG 2. C S LÝ LU N V TH Y L C
P TRÀN. .............................12
2.1. Ph ng pháp xây d ng m t c t đ p tràn (d ng WES và Ofixerop), so sánh
hai ph ng pháp. ...................................................................................................12
2.2. Công th c tính l u l ng qua đ p tràn. .........................................................18
2.3. Nghiên c u nh h ng c a các y u t đ n kh n ng x qua tràn. .................21
2.4. Phân b áp su t trên m t tràn. ........................................................................27

2.5. K t lu n ch ng II. ........................................................................................32
CH NG 3: THÍ NGHI M MÔ HÌNH THU L C
P TRÀN ........................33
3.1. S c n thi t ph i nghiên c u b ng thí nghi m mô hình.................................33
3.2. Lý thuy t t ng t đ thi t l p mô hình th y l c. .........................................34
3.3. Tiêu chu n t ng t trong thí nghi m đ p tràn. ............................................36
3.3. Thi t b đo trong th c nghi m mô hình. ........................................................38
3.4. K t lu n ch ng III. .......................................................................................42
CH NG 4. NG D NG NGHIÊN C U ÁNH GIÁ CH
TH Y L C
P TRÀN LAI CHÂU. ..........................................................................................43
4.1. Gi i thi u công trình. .....................................................................................43
4.2. Tính toán thi t k đ p tràn. ............................................................................49
4.3. Nghiên c u b ng thí nghi m mô hình. ...........................................................53
4.4. Phân tích các k t qu tính toán và thí nghi m................................................71
4.5. K t lu n ch ng IV. .......................................................................................77
CH NG V. K T LU N VÀ KI N NGH ...........................................................78
5.1. Các k t qu đ t đ c c a lu n v n. ................................................................78
5.2. H ng ti p t c nghiên c u. ............................................................................79
TÀI LI U THAM KH O .....................................................................................80


.

CÁC B NG
B ng 1.1: M t s công trình
B ng 2.1: T a đ đ

Vi t Nam s d ng m t c t tràn ..................................6

ng cong m t đ p không có chân không ..................................13

B ng 2.2: Tr s bán kính n i ti p R

chân đ p.......................................................14

B ng 2.3: B ng tra giá tr k, n và a,b ........................................................................16
B ng 2.4: B ng h s hi u ch nh C ...........................................................................20
B ng 2.5: B ng tra h s l u l

ng m ......................................................................21

B ng 3.1: B ng danh sách thi t b máy móc thí nghi m...........................................38
B ng 4.1. Các thông s chính c a công trình thu đi n Lai Châu (DA T) .............45
B ng 4.2: B ng h s l u l

ng do t v n thi t k tính toán....................................49

B ng 4.2: B ng tính toán kh n ng tháo c a tràn x l v n hành .............................51
B ng 4.3. Các thông s chính c a mô hình t ng th t l λ l = 50 .............................54
B ng 4.4: Các c p l u l
B ng 4.3: M c n

ng th c hi n thí nghi m mô hình ....................................58

c không ch h l u .....................................................................59

B ng 4.5: K t qu thí ngh m xác đ nh h s l u l ng m t s ph ng án thí
nghi m .....................................................................................................62
B ng 4.6: V n t c trung bình (m/s) t i các m t c t th

ng l u tràn.........................65

B ng 4.7: Giá tr áp su t và m ch đ ng áp su t các tr

ng h p thí nghi m ............66

B ng 4.8: K t qu tính toán và thí nghi m trên mô hình phân đo n đ xác đ nh
kh n ng x ..............................................................................................74
B ng 4.9: Giá tr m ch đ ng áp su t trên m t tràn d ng WES .................................75
CÁC HÌNH
Hình 1.1: M t s hình nh công trình tràn cao

Vi t Nam .......................................5

Hình 1.2. Bi u đ phân b m ch đ ng và phân b chu n c a m ch đ ng áp
su t .............................................................................................................9
Hình 1.3: Phá hu bê tông c t thép b ph i c a đ p PleiKrông ...............................10
Hình 2.1: M t c t th c d ng c a đ p tràn không chân không ..................................14
Hình 2.2 Các d ng m t c t c a tràn phi chân không Crighe-Ofixerop .....................15
Hình 2.3: Các d ng m t c t tràn tiêu chu n c a WES ng v i h s góc
nghiêng b m t th ng l u ......................................................................17
Hình 2.4: Hình d ng đ u vào tr bin .........................................................................19
Hình 2.5: S đ đ xác đ nh h s m và h s C.......................................................20


.

Hình 2.6. B trí đ p tràn bên b ph i – công trình thu đi n Lai Châu ...................22
Hình 2.7: M t c t đ p hình thang. .............................................................................22

Hình 2.8: M t c t đ p có chân không .......................................................................23
Hình 2.9: M t c t đ p không có chân không ............................................................23
Hình 2.10: M t c t đ p tràn có c a van. ...................................................................24
Hình 2.11: Các lo i t

ng cánh tr

c ng

ng tràn. .................................................25

Hình 1.12. Quan h (P/H 0 ) và (m nghiêng /m th ng ) .........................................................27
Hình 2.13: Phân b áp su t trên m t tràn tr ng h p có 2 bán kính cong n i
ti p ...........................................................................................................28
Hình 2.14: Phân b áp su t trên m t tràn tr ng h p có 3 bán kính cong n i
ti p ...........................................................................................................30
Hình 3.1: Hình nh các máy móc và thi t b đo. .......................................................39
Hình 3.1: Hình nh các máy móc và thi t b đo (ti p theo) ......................................40
Hình 4.1: B trí t ng th công trình thu đi n Lai Châu ..........................................46
Hình 4.2: C t d c tràn thu đi n Lai Châu ...............................................................47
Hình 4.3: M t b ng công trình tràn và x sâu thu đi n Lai Châu ...........................48
Hình 4.4 : Ph

ng án l a ch n cho thi t k công trình tràn Lai Châu .....................50

Hình 4.6: B trí m t c t đo đ ng m t n c, v n t c th ng h l u công trình
tràn trên mô hình ......................................................................................56
Hình 4.7 : M t c t, th y tr c đi m đo v n t c, đ

ng m t n

c trên đ p tràn.........57

Hình 4.8 : B trí tuy n đo, đi m đo áp trên m t đ p tràn .........................................58
Hình 4.9:

ng cong kh ng ch m c n

c h l u (D3+1000m) ...........................60

Hình 4.10: nh h

ng hình th c đ u tr pin đ n kh n ng tháo..............................71

Hình 4.11: nh h

ng do n i ti p h l u .................................................................72

Hình 4.12: nh h

ng c a cao đ m i phun ............................................................73

Hình 4.13: So sánh kh n ng x ph

ng án tính toán và ph

ng án thí nghi m .....74

Hình 4.14: Áp su t trung bình trên đ u tràn m t khi tháo các c p l u l ng c a
2 ph ng án tiêu n ng đáy (PA3) ............................................................75

Hình 4.15: Áp su t trung bình trên đ u tràn m t khi tháo các c p l u l ng c a
các ph ng án m i phun (PA1÷PA2)......................................................76


1

.

M

U

a. Tính c p thi t c a đ tài.
p tràn là m t trong nh ng h ng m c ch y u và quan tr ng c a nhi u công trình
th y l i. Nó có nhi m v chính là x l u l ng th a trong mùa l đ gi s an toàn
cho toàn b công trình.V i nhi m v nh v y thì ch đ th y l c c a đ p tràn khi
x n c là y u t quan tr ng quy t đ nh kh n ng làm vi c c ng nh hi u qu c a
đ p tràn.
i vói các công trình l n, có đ p cao, l u l ng x l l n, đ p tràn r t d b h
h ng vì ch đ th y l c không thu n d n đ n xâm th c. Khi nghiên c u ch đ th y
l c c a đ p tràn ta còn xem xét các y u t sau: hình d ng m t c t tràn, tràn có hay
không c a van và nh h ng co h p do c a van không m h t, hình d ng c a tr
bên và tr pin gi a đ n h s co h p biên, h s l u l ng các b ph n ti p khí...
i v i hình d ng m t c t tràn chia làm 3 lo i chính: đ p tràn thành m ng, đ p tràn
m t c t th c d ng, đ p tràn đ nh r ng. Trong đó đ p tràn th c d ng hình cong
không chân không d ng WES và Ofixerop là đ c ng d ng nhi u nh t n c ta
hi n nay. M t s đ p tràn cao có tràn MC Ofixerop: Hòa Bình, Thác Bà Sông Hinh
và YaLy ... đ p có tràn MC d ng WES: S n La, C a t, SeSan 3, Bình i n …
V tràn không c a van hay tràn t do và tràn có b trí tr pin, c a van, thì đ m
c a c a van, h s co h p đ ng do c a van và h s co h p bên do hình d ng các tr

pin s nh h ng r t l n đ n kh n ng tháo c a tràn.
Ngoài ra h s l u l ng ph thu c vào h s l u l ng d n xu t (xác đ nh b ng
th c nghi m), h s hi u ch nh c t n c, h s hình d ng c ng quy t đ nh l ng
tháo qua tràn.
i v i tràn không chân không b ph n ti p khí là r t quan tr ng đ b o v m t tràn
không b xâm th c. Vì v y l a ch n b ph n ti p khí thích h p c ng là 1 yêu c u
c p thi t đ i v i t ng công trình.
tài nghiên c u nh h ng c a các y u t đ n ch đ th y l c đ p tràn ch y u
đ i v i 2 lo i m t c t tràn này, s d ng ph ng pháp tính toán và th c nghi m đ
xác đ nh kh n ng tháo và áp su t trên m t tràn. Sau đó so sánh, phân tích các k t
qu trong các tr ng h p có các chi ti t k thu t khác nhau đ l a ch n hình th c
chi ti t thích h p nh t.
tài có tính thi t th c trong vi c thi t k tràn cho các công
trình đ p th y l i và th y đi n.


2

.

b. M c đích c a đ tài.
Nghiên c u nh h ng c a m t s y u t (c a van, hình d ng m t c t tràn, hình
d ng c a tr bên và tr pin gi a, các hình th c ti p khí ...) đ n ch đ th y l c c a
đ p tràn cao.

c. Ph

ng pháp nghiên c u.

Trong nghiên c u ch y u s d ng các ph

⋅ Ph
⋅ Ph
⋅ Ph
⋅ Ph

ng pháp sau:

ng pháp tính toán theo lý thuy t.
ng pháp th c nghi m mô hình.
ng pháp so sánh k t qu gi a lý thuy t và th c nghi m.
ng pháp ng d ng đánh giá ch đ th y l c c a công trình th c t c th .

d. K t qu nghiên c u

⋅

ánh giá đ c nh h ng c a các y u t (c a van, hình d ng m t c t tràn, hình
d ng c a tr bên và tr pin gi a, các hình th c ti p khí ...) đ n ch đ th y l c c a
đ p tràn cao.

⋅

ng d ng đánh giá ch đ th y l c c a công trình đ p tràn Th y đi n Lai Châu.

e. N i dung nghiên c u.

⋅ Tính toán theo lý thuy t kh n ng tháo qua tràn và áp su t phân b trên m t tràn.
⋅ Ti n hành nghiên c u xây d ng mô hình theo các tiêu chu n t ng t , thí nghi m
mô hình và th ng kê k t qu v kh n ng tháo c a tràn và áp su t phân b trên m t

tràn.

⋅ So sánh phân tích gi

a tính toán lý thuy t và th c nghi m đ đánh giá nh h ng
c a các chi ti t k thu t đ n ch đ th y l c trên tràn. L a ch n các chi ti t k

thu t h p lý, phù h p v i t ng m t c t tràn.
đ p tràn c a công trình Th y đi n Lai Châu.

ng d ng đánh giá ch đ th y l c


3

.

CH

NG 1. T NG QUAN V
L CC A

P TRÀN VÀ CH
P TRÀN.

1.1. Tình hình xây d ng các đ p tràn cao

TH Y

Vi t Nam

Tr c th i đi m 1990, n c ta có m t s công trình thu đi n l n đ c xây d ng
nh Thác Bà, Hoà Bình, Tr An. Các công trình này do Liên Xô c giúp đ v thi t
k , nghiên c u và chuyên gia xây d ng. T 1990 tr l i đây do nhu c u n ng l ng
cho phát tri n kinh t c a đ t n c, m t lo t các nhà máy thu đi n l n đ c xây
d ng, trong đó đa s công trình tràn có c t n c cao đi m hình m t s công trình
sau:
1.1.1. Công trình thu đi n

ng Nai 2 (hình 1.1a)

Tràn t ng th c a công trình th y đi n
ng nai 2 có m t c t đ p đ c thi t k là
đ p tràn th c d ng m t c t hình cong không chân không, đ ng cong tr c đ nh
tràn đ c thi t k có d ng theo ph ng trình. Mái h l u 1:0,73; bán kính cong
chân đ p R = 20m. Toàn b đ p g m 5 khoang, chi u r ng m i khoang 15m, m tr
và m bên phía th ng l u d ng l n tròn, phía h l u vuông góc, chi u dày m tr
và m bên là 3,5m, có b trí khe van. Cao trình ng ng tràn +665,1m. Hình th c
tiêu n ng: M i phun, h xói v i góc h t c a m i phun là 30o, cao đ m i phun là
+635,00m. áy h xói cao trình +580,0 m.
Tràn t ng th c a đ u m i công trình th y đi n
x th

ng nai 2 có 5 khoang, nh ng khi

ng ch s d ng 4 khoang, khoang cu i bên trái ch s d ng trong tr

x y ra s c . Do v y 4 khoang ph i x v i l u l

ng h p

ng ng v i các quá trình x l

khác nhau.
1.1.2. Công trình Thu đi n Trung S n (hình 1.b)
Theo h s thi t k k thu t công trình Th y đi n Trung S n - t nh Thanh Hóa.

p

tràn x l đ c thi t k có các thông s chính nh sau:
Kích th c khoang tràn (BxH) :14 x 15,0 m; d ng đ p tràn: Ofixerop không chân
không; cao trình đ nh tràn:162,8m; cao trình ng ng tràn:145m; cao trình m i
h t:110,05m; chi u cao đ p tràn l n nh t: 66,66m; h s mái th ng l u đ p tràn: m
= 0,35; góc h t: 28o. Tràn v n hành đ c b
chính gi a lòng sông Mã, tràn có 6
khoang, phân chia các khoang tràn b ng 3 tr pin đ n và 2 tr pin kép, t ng phân
dòng trên tràn đ

c n i li n v i 2 tr pin kép.

1.1.3. Công trình thu đi n Lai Châu (hình 1.c)
Công trình x l thu c đ u m i th y đi n Lai Châu g m có tràn m t và x sâu.


4

.

Công trình x m t đ u m i th y đi n Lai Châu g m có 5 khoang, đ u vào d ng phi
chân không có cao trình đ nh 275,00m, l i gà là k t c u c p khí t i cao trình

261,24 mái d i có đ d c 1:0,75, m i phun có bán kính R= 50,0m, cao trình đi m
th p nh t 211,75m và góc α= 30 cao trình cu i m i h t 225,0 m. T i mép d

ic a

đ p có các t ng phân chia v i chi u dày m i t ng là 4,0m đ phân cách các
khoang x , chúng kéo dài cho đ n tuy n cu i c a m i phun..
X sâu g m có 2 h m, m i h m chia ra ra 2 đo n: đo n tr c có áp, đo n sau là
không áp. H m có áp ng ng vào cao đ 221,0m, di n tích ti t di n ngang c a
b nbxh = 4x6 = 24 m2. T i tuy n cu i ph n có áp đã đ c thi t k t đo n th t l i v i
chi u dài 4,0m có di n tích bxh = 4x5,6 = 22,4 m2. Sau tuy n có áp là ph n không
áp đ c m r ng v i chi u dài g n 55,0m, đ b o đ m gi m l u l ng riêng t 1,52 l n. T i tuy n cu i c a x sâu có m i phun cao đ 222,50mt i phía nhà máy và
220,50m v phía b ph i, v i m c đích làm nghiêng dòng ch y ra kh i t phía nhà
máy, v i k t c u nh v y đã t o đ c lu ng dòng tia x ra cách m i phun 120m.
L u l ng tháo v i tr ng h p tính toán c b n là 17300 m3/s t ng ng MNDBT
v i cao đ 295,0m, còn tr ng h p m toàn b c a van thì l u l
PMF là 27600 m3/s t ng ng khi MNTL = 302,75 m.
Các l u l
l

ng đ n v trong gi i h n x có các t

ng 17300 và 27600 m3/s t

dòng tia r i xu ng n

ng tháo t n su t

ng phân dòng khi x các l u

ng ng có q=160 m2/s và 264 m2/s. T i v trí bó

c h l u q gi m đ n130 và 218 m2/s.

1.1.4. Công trình thu đi n S n La (hình 1.d)
Khi l a ch n b trí công trình đ u m i đã đ c s d ng quan đi m: sao cho h xói
sau tràn cách chân công trình càng l n càng t t. Ph ng án phía sau công trình tràn
là d c n c đã đ c l a ch n. D c n c có chi u r ng 111,5m và chi u dài g n
300m, nh b trí nh trên đã đ a h xói h l u cách xa chân đ p dâng và c a ra nhà
máy thu đi n. Ti t di n ra c a m i h t xiên v phía b trái trên m t b ng, và chi u
dài c a ti t di n này t ng đ n 157m.
d c c a tuy n d c n c 4,6%. M i phun
cu i d c n c đ c th c hi n theo bán kính 30m v i góc h t là 25o. Cao đ c a m i
h t 133m su t c chi u r ng c a d c n c.
ng vi n đ u công trình x m t đ c l a ch n d ng không có chân không trên c
s c a profil d ng WES có ph

ng trình nh sau:

X 1,85 = 2,0.H 0,85
d .Y
L ul

ng l t i đa PMF g n 37.000 m3/s. M c n

l PMF là 228,1m. X l u l

ng th

c cao nh t

th

ng xuyên 15.000÷20.000m3/s đ

ng l u khi x
c th c hi n


5

.

qua các công trình x sâu, còn các công trình x m t làm vi c ch khi x l l n.
Theo các đi u ki n thi t k đ b o đ m s ho t đ ng c a công trình thu đi n Hoà
Bình phía h l u, l u l ng x t i thi u xu ng h l u c n ph i có g n 10.000m3/s.
L u l ng tính toán qua nhà máy thu đi n khi làm vi c t t c các t máy là
3.200m3/s.
Hình 1.1: M t s hình nh công trình tràn cao

a. Tràn thu đi n

ng Nai 2

c. Tràn thu đi n Lai Châu

1.2. Các d ng m t c t đ p tràn ng d ng

Vi t Nam

b. Tràn thu đi n Trung S n

d. Tràn thu đi n S n La

Vi t nam.

a s các công trình thu đi n c t n c cao n c ta đã s d ng hình th c m t c t
tràn là Ofixerop ho c WES c ng có m t s công trình s d ng hình th c khác
(B ng 1.1)


6

.
B ng 1.1: M t s công trình

Các
thông s

Công su t
l p máy

D ng
đ p tràn

Vi t Nam s d ng m t c t tràn

L u l ng L u l ng C t n c Cao trình
S c a
Cao trình

x
x
thi t k
ng ng
x m t
ng ng
thi t k
l n nh t
Hd
tràn x m t (kích th c)
x sâu

Ký hi u
nv

n(bxh)
MW

m3/s

m3/s

m

m

c a;m

Sông Hinh

70

đ nh r ng

6950

13

196

6;12x13,2

Qu ng tr

64

nh r ng

1159

1710

8,73

471,27

3;10x873

Ialy

720

13733

15,88

499,12

6;15x18,8

Hoà Bình

1.920

Ofixerop

35400

13

102

6;15x18

Thác Bà

108

Ofixerop

3230

12

46

3;10x13

Tr An

420

Ofixerop

17

45

8;15x19

Thác M

150

Ofixerop

4122

207

4;11x11

160

Ofixerop

4500

12,8

1029,2

4;11x13,7

Tuyên Quang

342

Ofixerop

12736

11,15

108,85

4;15x15,15

Sê san 3

260

Ofixerop

14036

18,7

288

6;15x16

Ba H

220

Ofixerop

28945,5

16

89

12'15x16,5

BuônTuasa

84

Ofixerop

4448,7

14

473,5

3;12x16

Sê San 4

360

Ofixerop

16570

20090

15

200

n;8x15

Bình i n

44

Ofixerop

6989

12

73

n;5x10

a Nhim

Ng

ng th p

18700

14872

S c a
x sâu,
kích th c
n(bxh)

m

c a;m

102

12;6x10

79

8;4,5x6


7

.

Các
thông s

Công su t
l p máy

D ng
đ p tràn

B c Hà

90

Ofixerop

Hàm Thu n

300

th c d ng

5700

175

Tràn bên

703

66

T do

1023

775

T do

319

826

a Mi
V nh S n A
V nh S n B

L u l ng L u l ng C t n c Cao trình

S c a
Cao trình
x
x
thi t k
ng ng
x m t
ng ng
thi t k
l n nh t
Hd
tràn x m t (kích th c)
x sâu

S n la

2400

WES

Sông Tranh

190

WES

9609

Hu i Qu ng

129,2

WES

10883

Lai Châu

1200

WES

18859

AV

210

WES

5730

ng

12

168

n;4x10,5

11

594

5'11x11

S c a
x sâu,
kích th c

không c a
50

35000

7,2

197,8

6;15x13

8000

14

161

n;6x14

15,85

354,15

n;6x15

20

275

6;14,5x20

27823

n;14x17

145

238

12;6x10


8

1.3. Các v n đ th y l c c a đ p tràn cao
3.3.1. V ch đ thu l c
Công trình thu l i thu đi n c t n c cao th ng có đ c đi m x l l u l ng l n,
dòng ch y có t c đ r t cao do chênh l ch m c n c th ng h l u l n. Trên b
m t công trình tràn th ng xu t hi n áp su t chân không t i nh ng ch có biên thay
đ i, u n cong hay g gh ... N ng l ng dòng ch y r t l n. V n đ đ t ra khi thi t k

là làm th nào đ gi m thi u các y u t b t l i nh : xâm th c do áp xu t chân
không; tiêu tán n ng l ng đ gi m t i cho h l u công trình... Hi n nay có r t
nhi u đ p cao v i t c đ dòng ch y khá l n vài ch c m/s; l u l

ng đ n v t i hàng

tr m m3/s/m. M ch đ ng dòng ch y l n (σv,σp), c c b v trí công trình phát sinh
áp su t âm, xu t hi n hi n t

ng chân không, khí th c làm cho k t c u công trình b

phá hu .
1.3.2.

c tính m ch đ ng v n t c, áp su t

Dòng ch y t c đ cao th ng là dòng ch y r i, đ c tr ng c b n c a nó là m ch
đ ng v n t c và m ch đ ng áp su t. Quá trình m ch đ ng th ng là m t chu i r i
r c, các giá tr m ch đ ng là tr s ng u nhiên thì giá tr trung bình th i gian c a nó
có th tính theo công th c
n

p t + p 2t 2 + ..... pi ti + .... + p n t n
=
p = M(p) = 1 1
t1 + t 2 + ...ti + ....t n

∑ pt
i =1
n

i i

∑t
i =1

i

Trong đó: p là giá tr t c th i; n là s các giá tr r i r c c a nó
M ch đ ng có th tính theo công th c sau:
n

(p) =

n

∑ (p − p ) 2 t i =

∑ (p
i =1

i

− p )2

n −1

i =1

= ( p ')

2

V quy lu t phân b , các tài li u tham kh o đã ch ng t r ng quy lu t phân b m ch
đ ng áp su t, v n t c c a dòng ch y ph bi n nh t theo lu t chu n - lu t Gauss
(hình 1.2 là hình 1.8 tg 29) Hàm m t đ phân b xác su t có d ng sau:
1
f(p' ) =
σ 2

e

u '2
2σ 2


9

a. Bi u đ m ch đ ng áp su t

b.

ng phân b chu n c a m ch đ ng

Hình 1.2. Bi u đ phân b m ch đ ng và phân b chu n c a m ch đ ng áp su t

tin c y c a giá tr m ch đ ng trong kho ng
P’< 1σ là 0.682 hay 68.2%
P’< 2σ là 0.954 hay 95.4%
P’< 3σ là 0.997 hay 99.7%

S d ng đ c tính th ng k c a m ch đ ng áp su t cho phép coi m ch đ ng này nh
m t t i t nh, ngo i tr tr

ng h p sinh ra c ng h

ng ho c t giao đ ng. Trong

phân b xác su t chu n thì biên đ l n nh t A v i quy lu t 3σ có đ tin c y khá l n
P(A-Amax)=0.997 V y ta có A p = 3σ p = 3 ( P') 2
V i A p là biên đ m ch đ ng áp su t. Trong tr

ng h p phân b xác su t l ch kh i

quy lu t chu n thì lúc đó có th l y b ng 4σ ho c 5σ. Quy lu t 3σ th

ng đ

cs

d ng khi xác đ nh g n đúng σ theo các s li u đo m ch đ ng sau kho ng m t th i
gian nào đó.

tính giá tr t c th i c a áp su t th

ng s d ng công th c sau:

~
p = p ± kσ p

Trong đó h s k đ

th

c l y tu thu c vào m c đ quan tr ng c a công trình, thông

ng k=3÷5.

1.3.3.

c tính xâm th c

Xâm th c là quá trình thay đ i và phá hu b m t bê tông do các h t ch t l ng d i
tác đ ng c a thay đ i áp l c. công trình tràn s thay đ i áp l c x y ra t i b m t
tràn. Khi áp l c b h th p t i m c hoá h i, t i khu v c gi m áp s xu t hi n m t th
tích ch t l ng nào đó

d ng túi khí v i các b t nh li ti ch a đ y khí và h i n

c.


10

N u m t biên đ m b o công ngh t t thì các túi khí này không gây xâm th c. Có
nhi u tr ng h p đi u này không đ m b o nên đã x y ra qua trình xâm th c.
Nh v y s phát sinh khí th c đ
gi i h nP

Trong đó:

H là c t n

c xác đ nh khi áp su t gi m xu ng t i m t giá tr

c đo áp toàn ph n t i đi m đang xét.

P = γ.H là áp su t toàn ph n t i đi m đang xét.
H gh và P gh = γ H gh là c t n

c và áp su t phân gi i.

M c đ chân không càng cao thì kh n ng phát sinh xâm th c càng l n. Trong công
trình x , chân không th ng pháp sinh t i vùng có biên thay đ i, u n cong, m
r ng, hay trên b m t g gh .
Theo d u hi u thu l c, giai đo n xâm th c đ

c đ c trung b i ch s xâm th c σ.

Khi σ<0,3 thì c n thi t ph i có bi n pháp ng n ng a xâm th c công trình.
=

po + pd − pv
v2
2g

Trong đó:
σ : Ch s xâm th c
p o : Áp su t d t i đi m tính toán (m)
p d : Áp su t khí tr i tính theo cao đ tuy t đ i c a đi n tính toán (p d = 10.33-∇/900)
p v : Áp su t bão hoà h i.

1.4. M t s ví d v h h ng

đ p tràn cao

Bong chóc m t tràn do áp l c hoá h n t o nên.
Do xói làm m t n n móng công trình tràn d n đ n s p công trình bê tông. D i đây
là hình nh phá hu bê tông c t thép h l u b ph i c a đ p PleiKrông (hình 1.3)

Hình 1.3: Phá hu bê tông c t thép b ph i c a đ p PleiKrông


11

1.5. Gi i h n ph m vi nghiên c u.
Nh th ng k
trên, thu đi n Vi t nam s d ng khá nhi u các hình d ng m t c t
tràn nh Ofixerop, WES, đ nh r ng, tràn bên, t do... Trong khuôn kh lu n v n này
ch nghiên c u cho hai lo i là Ofixerop và WES v i đ p tràn cao.
V n đ thu l c c a đ p tràn cao có nhi u đ c tính c n nghiên c u nh ch đ thu
l c, đ c tính v áp su t, v v n t c, v m ch đ ng, v hàm khí, v xân th c... trong
khuôn kh lu n v n ch nghiên v kh n ng x và áp su t trên m t tràn có Profil tràn
là WES và Ofixerop.


12

CH

NG 2. C

S

LÝ LU N V TH Y L C

P TRÀN.

2.1. Ph ng pháp xây d ng m t c t đ p tràn (d ng WES và Ofixerop), so
sánh hai ph ng pháp.
Trong xây d ng các công trình đ p tràn có nhi u d ng nh : đ p tràn thành m ng,
đ p tràn m t c t th c d ng, đ p tràn đ nh r ng, đ p tràn xiên, đ p tràn cong, đ p
tràn tam giác, đ p tràn hình thang...
p tràn m t c t th c d ng có th chia thành
hai nhóm: nhóm I - đ p tràn d ng cong, nhóm II- đ p tràn đa giác.
i v i đ p tràn
cao th ng ch s d ng đ p tràn d ng cong l i có ho c không có chân không.
Nhi u tác gi đã đ a ra m t s hình d ng c a m t tràn, d
tràn đ c áp d ng và nh c đ n nhi u nh t
1. M t c t Scimemi (1930) có ph
2. M t c t Crighe (1929) có ph
3. M t c t Crighe-Ofixerop có ph

i đây là b n d ng m t c t

 x
y
ng trình nh sau:
= 0,5
H tk
 H tk
 x
y

ng trình nh sau:
= 0,47
H tk
 H tk

1,85





 x
y
ng trình nh sau:
= 0,475
H tk
 H tk

4. M t c t WES (Weterways Exporiment Station (1952) có ph
sau: x n = k.H dn −1 .y hay

1,85





1,85






ng trình nh

y
1 x
= .
Hd k Hd

Trong đó:

⋅ H tk là m

c n c t i ch b t đ u m t n c h tr c tràn tr đi cao trình đ nh
đ p tràn (n u v n t c l n c n ph i k đ n c t n c l u t c đ n g n).

⋅ H d là c t n c t i đ nh đ p tràn.
⋅ k, n là các thông s ph thu c vào đ
⋅ x,y là to đ m t đ p.
Hi n nay đ c áp d ng nhi u nh t
c t d ng Ofixerop và WES.

d c m t th

ng l u.

Vi t Nam là hai lo i: đ p tràn th c d ng m t

2.1.1. Xây d ng m t c t đ p tràn Ofixerop

Lo i m t tràn này đ c các n c Liên xô c , Trung qu c và Vi t Nam s d ng
nhi u. Nguyên t c thi t k m t c t đ p tràn không có chân không là làm cho m t c t
đ p n kh p v i m t d i c a làn n c ch y qua đ p tràn thành m ng tiêu chu n,
ng v i m t c t n c cho tr c, g i là c t n c thi t k H tk . Crighe nghiên c u


13

đ

ng cong n

v trí

c r i t do t đ p tràn thành m ng, v qu đ o c a ph n t n

2
1
chi u dày làn n
H , r i t qu đ o y l y xu ng m t đo n b ng
3
3

c
c thì

đ c m t d i c a làn n c tràn t do và cho m t đ p h i l n vào làn n c tràn t
do y. M t đ p v nh th g i là ki u Crighe. Ofixerop sau này nghiên c u và s a
ch a đôi chút m t c t Crighe, c i ti n đi u ki n thu l c c a đ p này, đ a ra m t c t
ki u g i là Crighe-Ofixerop.

ng cong sau đây là đ v ph n trên c a đ p theo
Crighe-Ofixerop v i H tk =1m (B ng 2.1). Trên hình 2.1 th hi n m t s d ng m t
c t c a tràn phi chân không Crighe-Ofixerop.
B ng 2.1: T a đ đ

ng cong m t đ p không có chân không

Tên đi m
1

X
0,000

Crighe-Ofixerop
Y
0,126

Crighe
Y
0,043

2

0,100

0,036

0,010

3

0,200

0,007

0,000

4

0,300

0,000

0,005

5

0,400

0,007

0,023

6

0,600

0,060

0,098

7

0,800

0,147

0,189

8

1,000

0,256

0,321

9

1,200

0,393

0,420

10

1,400

0,565

0,655

11

1,700

0,873

0,992

12

2,000

1,235

1,377

13

2,500

1,960

2,140

14

3,000

2,824

3,060

15

3,500

3,818

4,080

16

4,000

4,930

5,240

17

4,500

6,220

6,580

N u đ p cao, b n thân đ ng cong này không đ th a mãn đi u ki n n đ nh c a

thân đ p thì ti p theo đ ng cong này là đo n th ng có đ d c theo yêu c u n đ nh
c a thân đ p. Ph n chân đ p, ch n i ti p v i sân đ p ho c m i phun có l n theo
cung tròn đ dòng ch y xu ng đ c thu n (hình 2.1)


14

Hình 2.1: M t c t th c d ng c a đ p tràn không chân không

abc- theo t a đ đ ng cong không chân không;
cd – đo n th ng; de – đo n cung tròn

Bán kính cong R c a cung tròn này l y theo kinh nghi m, cho

b ng 2.2

Khi đ p th p h n 10m (P<10) thì có th l y R=0,5P.
Phía th ng l u m t c t lý thuy t nói trên, có th làm thêm m t đo n có chi u dày
là a, ph n trên có m t d c m t góc α đ d tháo các v t trôi n i trong n c (hình
2.2). Tr s a và α tùy theo yêu c u ki n trúc c a thân đ p. Góc α th ng l y b ng
45o.
B ng 2.2: Tr s bán kính n i ti p R

chân đ p

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3,0

4,2

5,4

6,5

7,5

8,5

9,5

10,6

11,6

20

4,0

6,0

7,8

8,9

10,0

11,0

12,0

13,3

14,3

30

4,5

7,5

9,7

11,0

12,4

13,5

14,7

15,8

16,8

40

4,7

8,4

11,0

13,0

14,5

15,8

17,0

18,0

19,0

50

4,8

8,8

12,0

14,5

16,5

18,0

19,2

20,3

21,3

60

4,9

8,9

13,0

15,5

18,0

20,0

21,0

22,2

23,2


15

b)

a)

c)

d)

e)

Hình 2.2 Các d ng m t c t c a tràn phi chân không Crighe-Ofixerop

2.1.2. Xây d ng m t c t đ p tràn WES
Lo i m t tràn này đ c các n c Ph ng Tây s d ng nhi u. Nguyên t c thi t k

m t c t đ p không chân không lo i này d a vào ph ng trình đ ng n c r i c a
dòng ch y t o thành khi ch y qua đ p tràn thành m ng. Ph ng trình đ ng n c
r i đ c xác đ nh b i vi c xem xét c c u chuy n đ ng c a làn n c phóng. Làn
n c này s n đ nh khi kho ng ch ng gi a m t tràn và làn n c đ c l p đ y b ng
v t li u bê tông và c t n c tràn không thay đ i. C t n c đ nh ra m t c t c a đ p
tràn đ c g i là c t n c thi t k (H tk ) và tr s c a h s l u l ng đ c ký hi u là
m o , có giá tr b ng 0,496 ( phòng thí nghi m th y l c Ancara, tr s m o bình quân
b ng 0,4956)
Phòng thí nghi m thu công Hoa k đã th c hi n các sery thí nghi m c a các d ng
đ p tràn và đ a ra công th c t ng quát v i 3 d ng m t cong ki u h nh sau:


16

2.1.2.1. Ki u h I (hình 2.3a)
Ki u h I có ph

ng trình c b n là:X =kH d
n

y
1 x
Y có th vi t là
= .
Hd k  Hd

n-1






n

Trong đó

⋅ Hd : C

t n c thi t k đ nh hình (m).
i v i ng ng tràn cao (P 1 > 1,33H d ) H d
l y b ng (75÷95)H max ; H max là c t n c đ nh tràn l n nh t.
i v i ng ng tràn
th p (P 1 < 1,33H d ) H d l y b ng (65÷85)H max ; Trong quá trình tính th d n xem
thu c ng ng cao hay th p đ áp d ng.

⋅ n = 1,85
⋅ k c n c theo quan h

sau đây đ ch n

Khi P 1 /H d > 1: k = 2,0.
Khi P 1 /H d < 1: k = 2,0 ÷ 2,2; khi P 1 /H d càng nh thì k càng l n.
2.1.2.2. Ki u h II (hình 2.3b)
o n cong t đi m 0 v h l u v n dùng ph
ng trình

ng l u

(bH d − y )
x

+
=1
(a.H d ) 2
(bH d ) 2
2

2

dùng ph

ng trình Xn =kH d n-1Y; v th

Trong đó:

⋅ a.H d : là đ ng cong bán tr c dài, b.H d là đ
⋅ a và b c n c theo quan h sau đây đ ch n

ng cong bán tr c ng n

Khi P 1 /H d > 2: a = 0,28÷0,3; a/b = 0,87+3a
Khi P 1 /H d < 2: a = 0,215÷0,28; b = 0,127-0.163
Khi P 1 /H d nh thì a và b l y s nh .
Bán kính cung tròn R 1 ; R 2 trên hình 2.4b có th l y theo thông s trong b ng 2.3.
B ng 2.3: B ng tra giá tr k, n và a,b

d c m t th ng l u
∆y/∆x

k

n

R1

a

R2

b

3:0

2,000 1,850 0,50H d 0,175H d 0,20H d 0,282H d

3:1

1,936 1,836 0,68H d 0,139H d 0,21H d 0,237H d

3:2

1,936 1,810 0,48H d 0,115H d 0,22H d 0,214H d


17

2.1.2.3. Ki u h III (hình 2.3c)
M i tính toán l y nh th hi n trên hình v .
2.1.2.4.
Ph

ng cong m t tràn có b trí t

ng trình đ

ng cong m t tràn y =

ng ng c (hình 2.3d)

x2
4ϕ 2 2H d

Trong đó

⋅ H d : c t n c thi t k đ nh hình : b ng (56÷77)% c t n c l n nh t H max
⋅ H s ϕ : H s l u t c t i m t c t co h p c a khoang (l ) x có th l y ϕ =0,96.
Khi tr

⋅

c khoang (l ) có b trí khe van s a ch a thì l y ϕ=0,95.

ng cong th ng l u t đi m g c (0) to đ xy nên k t h p s d ng đ
vi n t ng ng c là hình th c b u d c.

a)

ng cong m t tràn ki u h I; d > 0,5H max

b)

ng cong m t tràn ki u h II

d)

ng cong m t tràn có b trí t

c)

ng cong m t tràn ki u h III

ng ng c

Hình 2.3: Các d ng m t c t tràn tiêu chu n c a WES ng v i h s góc nghiêng b m t th
l u

ng

ng


18

ng pháp xác đ nh m t c t thi t k công trình tràn

2.1.3. So sánh hai ph
N i
dung

Ph

ng pháp Ofixerop

Ph

Nguyên Nguyên t c thi t k m t c t đ p tràn
lý xác không có chân không là làm cho m t
đ nh
c t đ p n kh p v i m t d i c a
làn n c ch y qua đ p tràn thành
m ng tiêu chu n và l n sâu vào
dòng n c m t chút

ng pháp WES

Nguyên t c thi t k m t c t đ
không chân không lo i này d
vào ph ng trình đ ng n c r
c a dòng ch y t o thành khi ch
qua đ p tràn thành m ng

p
a
i
y

Ghép t i to đ 0,0 c a tr c X

Hình
d ng
m tc t

Tr c Y

So sánh m t tràn WES và Ofixerop

0,0
-1,0
-2,0
-3,0
-4,0
-5,0
-6,0
-7,0
-8,0
-9,0
0,00

WES
Ofixerop

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

Tr c X

2.2. Công th c tính l u l

ng qua đ p tràn.

2.2.1. M t tràn d ng Crighe-Ofixerop
Nga và theo quy ph m Vi t Nam dùng công th c sau đ xác đ nh l u l
tràn
Q = ε .σ ng .m.B 2 g .H o3 / 2

ng qua

(2.1)

Trong đó:

⋅ε : H

s

nh h

 ξ + (n + 1).ξ o   H o 
; ξ - H s
.
n
  Btran 


ng c a co h p bên ε = 1 − 0,2.

hình d ng c a các tr biên và tr bên; n - s l n các v tr có h p

⋅σ

: H s ch y ng p; các công trình tràn cao không đ
nên σ ng =1
ng

c thi t k đ ch y ng p,