Nghiên cứu biện pháp tiêu năng sau đập vòm tràn nước, ứng dụng cho công trình thủy điện nậm chiến, sơn la

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự
nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình, quý báu
của các thầy, cô, cũng như sự động viên, ủng hộ của gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Trường Đại học Thủy lợi, Khoa
Công trình, và toàn thể quý thầy cô trong trường đã tận tình truyền đạt những
kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến Thầy giáo GS.TS Ngô Trí
Viềng, người đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để
tôi hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời tri ân của tôi đối với những lời
khuyên răn, chỉ bảo của Thầy không chỉ trong quá trình làm luận văn, mà từ
khi còn là sinh viên đại học đến nay.
Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên,
hỗ trợ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực
hiện luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên do thời gian và năng lực còn
hạn chế, không thể tránh khỏi những sai sót. Tôi xin trân trọng và mong nhận
được những góp ý quý báu của quý thầy cô và các bạn./.
Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2013
HỌC VIÊN

Trần Văn Khánh


BẢN CAM KẾT
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân
với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn. Những thông tin, dữ liệu, số liệu đưa
ra trong luận văn được trích dẫn rõ ràng, đầy đủ về nguồn gốc. Những số liệu
thu thập và tổng hợp của cá nhân đảm bảo tính khách quan và trung thực.

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2013
HỌC VIÊN

Trần Văn Khánh


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................
BẢN CAM KẾT..................................................................................................
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................... 1
1.2. Mục đích của đề tài .......................................................................... 2
1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...................................... 2
1.4. Các kết quả đạt được........................................................................ 2
1.5. Nội dung luận văn ............................................................................ 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VÒM TRÀN NƯỚC .......................... 4
1.1. Khái quát .......................................................................................... 4
1.2. Tình hình phát triển xây dựng đập vòm nói chung và đập vòm tràn
nước nói riêng ................................................................................................... 8
1.3. Một số công trình đập vòm trên thế giới ....................................... 11
1.4. Đặc điểm của đập vòm tràn nước .................................................. 14
1.5. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 15
1.6. Đập vòm và khả năng áp dụng tại Việt Nam ................................. 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
THỦY LỰC ĐẬP VÒM TRÀN NƯỚC......................................................... 16
2.1. Cơ sở lý luận .................................................................................. 16
2.2. Khả năng tháo nước của đập vòm tràn nước ................................. 17
2.3. Xác định các thông số dòng chảy qua đập tràn ............................. 19
2.4. Nối tiếp dòng chảy sau đập vòm tràn nước với hạ lưu .................. 21

2.5. Phương pháp tính toán ................................................................... 26


2.6. Kết luận chương 2 .......................................................................... 42
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO ĐẬP VÒM TRÀN NƯỚC
NẬM CHIẾN .................................................................................................. 43
3.1. Giới thiệu công trình ...................................................................... 43
3.2. Đập vòm tràn nước Nậm Chiến và những vấn đề nghiên cứu ...... 51
3.3. Các giải pháp tiêu năng và nối tiếp dòng chảy sau đập vòm tràn
nước Nậm Chiến ............................................................................................. 51
3.4. Các kết quả tính toán ..................................................................... 56
3.5. Kết luận chương 3 .......................................................................... 62
CHƯƠNG 4. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THÍ NGHIỆM MÔ
HÌNH THỦY LỰC – GIẢI PHÁP TỐI ƯU ................................................... 63
4.1. So sánh kết quả tính toán các phương án....................................... 63
4.2. Mô hình và các kết quả thí nghiệm ................................................ 66
4.3. So sánh kết quả tính toán với kết quả thí nghiệm .......................... 68
4.4. Kết luận chương 4 .......................................................................... 71
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ............................................................................ 73
1. Những kết quả đạt được của luận văn .............................................. 73
2. Kiến nghị và tồn tại ........................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 76
CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ........................................................................ 78


CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Quan hệ β-n .............................................................................. 5
Hình 1.2 Các dạng mặt cắt thẳng đứng của đập vòm ............................. 7
Hình 1.3 Đập vòm có bán kính không đổi .............................................. 7
Hình 1.4 Đập vòm có góc trung tâm không đổi ..................................... 8

Hình 1.5 Đập vòm có góc trung tâm và bán kính thay đổi ..................... 8
Hình 1.6 Các loại đập trên thế giới ....................................................... 10
Hình 1.7 Đập Xiaowan (Trung Quốc) .................................................. 11
Hình 1.8 Đập Inguri (Georgia) ............................................................. 11
Hình 1.9 Đập Mauvoisin (Thụy Sĩ) ...................................................... 12
Hình 1.10 Đập Laxiwa (Trung Quốc)................................................... 12
Hình 1.11 Đập Deriner (Thổ Nhĩ Kỳ) .................................................. 13
Hình 1.12 Đập Nukui (Nhật Bản) ......................................................... 13
Hình 2.1 Các dạng mép vào cửa trụ pin ............................................... 17
Hình 2.2 Các dạng trụ pin ..................................................................... 18
Hình 2.3 Hệ số hiệu chỉnh σk ................................................................ 19
Hình 2.4 Dòng chảy qua đập vòm tràn nước ........................................ 19
Hình 2.5 Các hình thức nối tiếp dòng chảy hạ lưu ............................... 22
Hình 2.6 Mũi phun liên tục ................................................................... 23
Hình 2.7 Mũi phun không liên tục ........................................................ 24
Hình 2.8 Cấu tạo mũi phun ................................................................... 25
Hình 2.9 Một số dạng mũi phun khác................................................... 25
Hình 2.10 Tính toán tiêu năng phóng xa .............................................. 26
Hình 2.11 Hệ số hàm khí k ................................................................... 28
Hình 2.12 Quá trình phát triển hố xói tại đập Kariba (Zimbabwe) ...... 29
Hình 2.13 Hố xói đập Bartlett (Arizona, 1941-1990) ......................... 29
Hình 2.14 Thí nghiệm của Subhasish Dey và Rajkumar V. Raikar ..... 30


Hình 2.15 Ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đến hố xói ...................... 30

d
Hình 2.16 Quan hệ dse = se và F0 ....................................................... 31
yo

d
d
Hình 2.17 Quan hệ dse = se và d = 50 .............................................. 31
yo

yo

d
h
Hình 2.18 Quan hệ dse = se và h = t với các Fo khác nhau .............. 32
yo

yo

Hình 2.19 Sơ đồ tính luồng nước khuếch tán ....................................... 33
Hình 2.20 Đường bao hố xói theo M.A. Mikhalep .............................. 36
Hình 2.21 Đường bao hố xói theo G.A. Yuzixki.................................. 36
Hình 2.22 Sơ đồ thế nằm của phân phối đá nền ................................... 38
Hình 2.23 Đồ thị xác định t/hk phụ thuộc vào Egh/Z0, l0/hk................... 39
Hình 2.24 Đồ thị xác định t/hk phụ thuộc Pgh/Z0, l0/hk.......................... 39
Hình 2.25 Đập vòm Vouglans (Pháp)................................................... 41
Hình 2.26 Đập vòm Jiping I (Trung Quốc) .......................................... 41
Hình 3.1 Vị trí công trình thủy điện Nậm Chiến .................................. 44
Hình 3.2 Một số hình ảnh mô hình đập Nậm Chiến ............................. 48
Hình 3.3 Hình ảnh thực tế đập vòm Nâm Chiến .................................. 49
Hình 3.4 Đập tràn Nậm Chiến xả nước ................................................ 50
Hình 3.5 Mặt bằng đầu mối thủy điện Nậm Chiến ............................... 54
Hình 3.6 Chính diện đập nhìn từ phía hạ lưu ....................................... 55
Hình 3.7 Mặt cắt ngang cấu tạo đập vòm Nậm Chiến.......................... 55
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí đập tràn Nậm Chiến ........................................... 56

Hình 3.9 Khả năng tháo của đập vòm tràn nước Nậm Chiến ............... 58
Hình 4.1 Khả năng tháo nước của đập tràn – tính toán và thí nghiệm . 69


CÁC BẢNG BIỂU, TÍNH TOÁN
Bảng 1.1 Sự phát triển của đập vòm trên thế giới .................................. 9
Bảng 1.2 Những đập cao nhất thế giới đã được xây dựng ................... 10
Bảng 1.3 Một số đập vòm tràn nước trên thế giới ................................ 14
Bảng 2.1 Trị số của hệ số A .................................................................. 34
Bảng 2.2 Trị số của hệ số K .................................................................. 34
Bảng 3.1 Tính toán khả năng tháo nước của đập tràn Nậm Chiến ....... 57
Bảng 4.1 Tính toán tiêu năng phóng xa - Phương án 1 ........................ 63
Bảng 4.2 Tính toán tiêu năng phóng xa - Phương án 2 ........................ 64
Bảng 4.3 Tính toán tiêu năng phóng xa - Phương án 3 (mũi phun 30o)65
Bảng 4.4 Tính toán tiêu năng phóng xa - Phương án 3 (mũi phun 25o)65
Bảng 4.5 Kích thước mô hình tràn tổng thể (1/60)............................... 67
Bảng 4.6 Các cấp lưu lượng thí nghiệm ............................................... 68
Bảng 4.7 Khả năng tháo nước của đập tràn Nậm Chiến ...................... 68
Bảng 4.8 Kết quả thí nghiệm mô hình đường mặt nước ...................... 70


1

MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập vòm là một dạng đập khá đặc biệt trong hạng mục đầu mối công
trình thuỷ lợi, thuỷ điện.
Đập vòm là loại đập dâng chắn nước thường được làm bằng bê tông.
Đập là những vòm tròn có chân tựa vào hai bên bờ. So với đập bê tông trọng
lực thì đập vòm có kết cấu tương đối mỏng và nó giữ ổn định chủ yếu nờ vào

sự ổn định của hai bờ. Do vậy yêu cầu địa chất nơi xây dựng đập vòm phải
tốt, thường là đá rắn chắc. Đá thường có ứng suất nén cho phép ≥ 100 ÷ 120
kG/cm2.
Theo chế độ làm việc, đập vòm được phân ra loại đập vòm tràn nước và
đập vòm không tràn nước. Đập vòm tràn nước, ngoài chức năng chắn nước
còn có nhiệm vụ tháo nước thừa khi có lũ. Thông thường việc tháo lũ đối với
đập vòm, người ta dùng biện pháp cho nước tràn qua đỉnh đập vòm.
Vấn đề tiêu năng hạ lưu đập vòm tràn nước khá phức tạp vì thông
thường đập vòm có cột nước cao, lưu tốc dòng chảy lớn; khi dòng chảy đổ
xuống hạ lưu mang theo năng lượng thừa với động năng, lưu tốc rất lớn và
phân bố không đều gây mạch động áp lực, dòng chảy mở rộng không đều tạo
ra dòng chảy xiên, sóng xiên ngoằn ngoèo va vào bờ sẽ tạo ra áp lực xung
kích lớn, gây xói lở bờ.
Công trình thủy điện Nậm Chiến – tỉnh Sơn La có kết cấu là đập vòm
tràn nước cao 135m do Viện thiết kế Thủy công Ukraine thiết kế. Đây có thể
xem là đập vòm đầu tiên được xây dựng ở nước ta.
Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu biện pháp tiêu năng sau đập vòm tràn nước,
ứng dụng cho công trình thủy điện Nậm Chiến – Sơn La” là cần thiết, có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.


2

1.2. Mục đích của đề tài
- Tìm giải pháp tiêu năng sau đập vòm tràn nước.
- Lựa chọn phương án tiêu năng hợp lý sau đập vòm tràn nước của
công trình Nậm Chiến.
1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê các tài liệu lý thuyết để đi
sâu nghiên cứu biện pháp tiêu năng.

- Tìm giải pháp hợp lý cho tiêu năng sau đập vòm nói chung và Nậm
Chiến nói riêng.
1.4. Các kết quả đạt được
- Các biện pháp tiêu năng sau đập vòm tràn nước.
- Kết hợp giữa lý thuyết và thực tế để có giải pháp tiêu năng cho công
trình Nậm chiến.
1.5. Nội dung luận văn
Nội dung của luận văn gồm các phần như sau:
1. Mở đầu
Giới thiệu tổng quát về đề tài, phương pháp tiếp cận, nghiên cứu và các
kết quả đạt được của luận văn.
2. Chương 1. Tổng quan về đập vòm tràn nước
- Khái quát đặc điểm, phân loại, tình hình phát triển xây dựng đập vòm
nói chung và đập vòm tràn nước nói riêng, hình ảnh một số công trình đập
vòm trên thế giới.
- Đặc điểm của đập vòm tràn nước, phạm vi nghiên cứu.
- Khả năng áp dụng của đập vòm tại Việt Nam.


3

3. Chương 2. Cơ sở khoa học và phương pháp tính toán thủy lực
đập vòm tràn nước
- Cơ sở khoa học tính toán đập vòm tràn nước, phương pháp tính toán
các thông số thủy lực của đập vòm tràn nước: Khả năng tháo của đập, các
thông số dòng chảy trên mặt đập, nối tiếp dòng chảy sau đập; công thức tính
toán và các hệ số áp dụng.
- Tiêu năng phóng xa – đặc điểm và phương pháp tính toán áp dụng cho
đập vòm tràn nước; hố xói và các yếu tố ảnh hưởng tới hố xói.
4. Chương 3. Tính toán áp dụng cho đập vòm tràn nước Nậm

Chiến
- Giới thiệu đập vòm Nậm Chiến và những vấn đề nghiên cứu.
- Giải pháp tiêu năng và nối tiếp dòng chảy áp dụng cho đập vòm Nậm
Chiến, các phương án tính toán đề nghị.
- Tính toán các phương án đề nghị.
5. Chương 4. So sánh kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình thủy
lực – giải pháp tối ưu
- So sánh kết quả tính toán các phương án, thông qua tính toán lựa chọn
phương án tối ưu.
- Mô hình thí nghiệm thủy lực và các kết quả thí nghiệm mô hình.
- So sánh kết quả tính toán với kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực,
qua đó kết luận về sự phù hợp của tính toán với thí nghiệm và đưa ra được
phương án tối ưu nhất.
6. Kết luận – kiến nghị
7. Tài liệu tham khảo
8. Các phụ lục tính toán.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VÒM TRÀN NƯỚC
1.1. Khái quát
1.1.1. Đặc điểm của đập vòm
Đập vòm là một loại đập, trên mặt bằng có dạng vòm. Trên mặt cắt
ngang, đập là những vòng vòm, chân tựa vào bờ, các tải trong hướng ngang:
áp lực nước, áp lực bùn cát, sóng… được truyền tới hai bờ một phần hoặc
toàn bộ. So với đập bê tông trọng lực thì đập vòm có kết cấu tương đối mỏng
và nó giữ ổn định chủ yếu nhờ vào sự ổn định của hai bờ. Do vậy yêu cầu địa
chất nơi xây dựng đập vòm phải tốt, thường là đá rắn chắc. Đá thường có ứng
suất nén cho phép ≥ 100 ÷ 120 kG/cm2.

Đập vòm có một số đặc điểm cơ bản sau:
- Đập vòm có khối lượng nhỏ và giá thành thấp nếu điều kiện cho phép
xây dựng.
- Đập vòm là kết cấu siêu tĩnh chịu nén, nên chiều dày nhỏ. Chiều dày
đáy đập so với đập bê tông trọng lực cùng chiều cao nhỏ hơn 2 ÷ 4 lần, có
trường hợp từ 4 ÷ 8 lần.
- Áp lực thấm tác dụng lên đập vòm nhỏ, nhưng Gradien thấm lớn. Cần
chú ý xử lý điều bất lợi này.
- Đập vòm phát huy được khả năng làm việc của bê tông. Ứng suất nén
trong đập vòm khoảng 50 ÷ 70 kG/cm2, có nhiều đập đã cho phép đạt tới
90÷100 kG/cm2.
- Sự thay đổi nhiệt độ, sư co ngót của bê tông đều làm tăng ứng suất
kéo trong thân đập. Vì vậy, khi xây dựng đập vòm, người ta thường chừa lại
các khe thẳng đứng, chờ khi nhiệt độ ngoài trời hạ xuống thì mới lấp kín khe,
tạo thành đập vòm liền khối.


5

- Ngoài yêu cầu về địa chất khá cao để giữ ổn định, điều kiện địa hình
cũng ảnh hưởng rõ nét đến việc lựa chọn đập vòm.
Lòng sông hình chữ V là trường hợp lý tưởng nhất để xây dựng đập
vòm, do nhịp vòm nhỏ. Vì vậy mặc dù ở dưới sâu vòm chịu áp lực lớn nhưng
tình tình chịu lực của các lớp vòm lại tương đối đồng đều. Trường hợp này có
thể xây dựng các đập vòm cao mà chiều dày đập không lớn. Tiếp đến là dạng
lòng sông hình thang, hình chữ U. Tuy nhiên trong một số điều kiện cụ thể,
người ta vẫn xử lý để xây dựng được đập vòm.
Gọi n là hệ số hình dạng, biểu thị tỷ số giữa chiều dài L trên đỉnh đập
với chiều cao đập H (n= L/H), thường khi n < 3 ÷ 3.5 là điều kiện làm đập
vòm kinh tế. Nếu n < 1.5 ÷ 2 cho phép làm các đập vòm khá mỏng. Tuy nhiên

trong một số điều kiện xây dựng cụ thể, ngày nay tỷ số này có nơi đã cho
phép lựa chọn lớn hơn nhiều. Ví dụ đập Pevơđikadơ có n = 7.5, đập
Mulenribu n = 10. Theo tài liệu thống kê của 69 đập vòm cao trên thế giới,
cho thấy chiều dày đập chịu ảnh hưởng của hệ số hình dạng n.
Gọi β = e0 (e0 là chiều dày đáy đập, H là chiều cao đập) thì β = f(n) có
H

thể tham khảo biểu đồ Hình 1.1.

Hình 1.1 Quan hệ β-n

I - Giới hạn trên; II - Giá trị trung bình; III - Giới hạn dưới


6

- Đập vòm là một trong những loại đập làm việc đảm bảo an toàn.
Động đất cũng gây ra tác động nguy hiểm, nhưng đập vòm có khả năng chịu
đựng động đất tốt.
1.1.2. Phân loại đập vòm
1.1.2.1. Theo chiều dày đập:
- Đập vòm mỏng: =
β

e
0 < 0.2
H

- Đập có độ dày trung bình hay đập vòm – trọng lực: β = 0.2 ÷ 0.35
- Đập vòm dày hay đập trọng lực – vòm: β = 0.35 ÷ 0.65.

1.1.2.2. Theo chiều cao đập:
- Đập vòm thấp: H < 25m.
- Đập vòm cao trung bình: 25m < H < 75m.
- Đập vòm cao: H > 75m.
1.1.2.3. Theo chế độ làm việc:
- Đập vòm dâng chắn nước.
- Đập vòm tràn nước. Đập Nậm Chiến là một đập vòm tràn nước.
1.1.2.4. Theo vật liệu xây dựng đập:
- Đập vòm đá xây.
- Đập vòm bê tông.
- Đập vòm bê tông cốt thép.
1.1.2.5. Theo hình dạng mặt cắt đứng:
Bao gồm nhiều loại khác nhau (Hình 1.2): Đập có mặt thượng lưu
thẳng đứng, đập uốn cong một chiều, cong hai chiều. Loại đập cong hai chiều
có tình hình phân bố lực theo hướng nằm thẳng đứng (bài toán không gian)
tương đối hợp lý, vì vây có thể giảm được chiều dày đập.


7

Hình 1.2 Các dạng mặt cắt thẳng đứng của đập vòm

1.1.2.6. Theo mặt bằng:
Bao gồm các loại: đập có bán kính không đổi, có góc trung tâm không
đổi, có góc trung tâm và bán kính thay đổi.
- Đập vòm có bán kính không đổi (Hình 1.3): Đơn giản, dễ thi công.
Mặt thượng lưu đập là mặt trụ tròn thẳng đứng.

Hình 1.3 Đập vòm có bán kính không đổi

- Đập vòm có góc trung tâm không đổi (Hình 1.4): Trong trường hợp
lòng sông hình chữ V, việc giữ góc trung tâm không đổi sẽ rất kinh tế.
- Đập vòm có góc trung tâm và bán kính thay đổi (Hình 1.5): Loại này
thích ứng với mọi loại mặt cắt lòng sông thiên nhiên, dễ đạt mặt cắt kinh tế.
ứng suất của đập dễ khống chế trong phạm vi cho phép.


8

Hình 1.4 Đập vòm có góc trung tâm không đổi

Hình 1.5 Đập vòm có góc trung tâm và bán kính thay đổi

1.2. Tình hình phát triển xây dựng đập vòm nói chung và đập vòm tràn
nước nói riêng
Theo Patrick James và Hubert Chanson (2004), thì đập vòm đầu tiên có
lẽ là đập Roman, được xây dựng vào thế kỉ thứ nhất trước Công nguyên, dùng
để cấp nước cho thành phố La Mã. Đập đá xây, có chiều cao 14.7m, dài
23.8m, bán kính cong 28.6m (còn được gọi là đập Les Peiro; một đập vòm
mới được xây dựng năm 1891 tại cùng vị trí, trên nền của đập Roman. Ngày
nay thuộc Glanum, cách 1km về phía nam thị trấn Saint-Rémy-de-Provence,
Pháp). Đập Monte Novo ở Bồ Đào Nha cũng được xây dựng bởi những người


9

La Mã vào năm 300 sau Công nguyên. Đập cao 5.7m, dài 52m và có bán
kính cong 19m.
Thế kỷ 20, đập vòm được phát triển nhiều ở Châu Âu và Châu Mỹ, do
sự phát triển của công nghệ xi măng, đồng thời kỹ thuật tính toán thiết kế, thí

nghiệm mô hình đã đạt tới trình độ cao.
Bảng 1.1 Sự phát triển của đập vòm trên thế giới
Tên đập

Thời gian

Vật liệu
đập

H
m

L
m

E
m

R
m

Ghi chú

28.6

Cấp nước cho thị trấn. Đập mới
được xây dựng lại năm 1891

THỜI KỲ LA MÃ
Les Peirou, Glanum (St- Thế kỷ 1.

Đá xây 14.7
Rémy-de-Provence), Pháp TCN
Esparragalejo, Merida,
Tây Ban Nha

Thế kỷ 1.
Đá xây
SCN

5.6

23.8 3.9

320

Cấp nước tưới. Đập mới được xây
dựng lại năm 1959

2

MÔNG CỔ
Vòm trọng lực. Đập vẫn còn
nguyên vẹn những năm 1970

Kebar, Qoum, Iran

AD 1300
Đá xây 26 (1)
/ 1600

Kurit, Tabas, Iran

AD 1350
Đá xây
/ 1850

60 /
15
27 (1)
64
(1)

Vẫn có thể thấy những năm 1980

Chabb-Abbasi, Tabas,
Iran

AD 1400
Đá xây
(?)

20

Đã bị hỏng

9 (1) 35 (1)

ĐẬP VÒM ĐẦU THẾ KỶ 19
10.6 to Henry RUSSLE thiết kế. Cung cấp
22.4 nước. Hiện vẫn hoạt động

Meer Allum, Hederabad,
Ấn Độ

1804 (?) Đá xây

Jones Falls, Ottawa,
Canada

1828-31 Đá xây 18.7 106.7 8.4

12

500

53.3

John BY thiết kế. Thủy điện và
giao thông. Vẫn hoạt động

ĐẬP BÊ TÔNG
75-Miles, Warwick QLD, 1879-80/
5.04 / 24.5 /
Henry STANLEY thiết kế. Cung
Bê tông
2.78 58.5
Australia
1900-01
9 (?) 30
cấp nước. Vẫn hoạt động

Lithgow No. 1, Lithgow
NSW, Australia

10.7 / 54.3 /
Cecil DARLEY thiết kế. Cấp nước
3.32 30.48
11.5 55
sinh hoạt. Dừng hoạt động từ 1986

1896 /
1914

Bê tông

Ithaca, New York,
Hoa Kỳ

1903

Bê tông

2.4

17.6

G.S. WILLIAMS thiết kế. Cấp
nước sinh hoạt

Hume Lake, California,
Hoa Kỳ

1908

Bê tông
18.6 206.3 0.9
cốt thép

7.6

J. EASTWOOD thiết kế

THIẾT KẾ HIỆN ĐẠI
9.1


10

Ngày nay, nhiều đập vòm đã được thiết kế, xây dựng có chiều cao tới
100 ÷ 300m hoặc hơn 300m (Đập Jiping – Trung Quốc cao 308m, đang được
xây dựng). Và có thể nói, khi điều kiện cho phép, đập vòm là loại đập được
ưu tiên sử dụng cho những đập có chiều cao lớn (Bảng 1.2).
Bảng 1.2 Những đập cao nhất thế giới đã được xây dựng
STT

Tên đập

Chiều cao

Loại đập

1

Nurek

300 m (980 ft)

Đập đất

2

Xiaowan

292 m (958 ft)

Đập vòm

3 Grande Dixence 285 m (935 ft) Bê tông trọng lực

Quốc gia
Tajikistan
China

Sông
Vakhsh
Lancang

Switzerland Dixence

271.5m (891 ft)

Đập vòm

Georgia

Inguri

Vajont
261.6 m (858 ft)
Manuel Moreno
6
261 m (856 ft)
Torres
7
Nuozhadu
261 m (856 ft)

Đập vòm

Italy

Vajont

Đập đất

Mexico

Grijalva

Đập đất

China

Lancang

8

Tehri

260.5 m (855 ft)

Đập đất

India

Bhagirathi

9

Mauvoisin

250 m (820 ft)

Đập vòm

10

Laxiwa

250 m (820 ft)

Đập vòm

4

Inguri

5

5%

Switzerland
China

Bagnes
Huang He

5%
Earth dams (23736)

17%

Rockfill dams (2888)
Gravity dams (6390)

8%

63%

Buttress dams (416)
Barrages (251)

Arch dams (1854)
Multiple arch dams
(141)

Hình 1.6 Các loại đập trên thế giới

Tại Việt Nam, đập vòm hiện nay mới được nghiên cứu, áp dụng những
bước đầu tiên. Đập Nâm Chiến có thể coi là đập vòm đầu tiêu của Việt Nam.


11

1.3. Một số công trình đập vòm trên thế giới
- Đập Xiaowan: Đập vòm trên sông Mekong, Vân Nam, Trung Quốc.
Xây dựng năm 2002-2010, với tổng mức đầu tư khoảng gần 3.9 tỷ USD.
Chiều cao: 292m
Chiều dài: 902m
Chiều rộng đỉnh
đập: 13m
Chiều rộng đáy
đập: 69m
Cao trình đỉnh
đập: 1245m
Hình 1.7 Đập Xiaowan (Trung Quốc)

- Đập Inguri (Georgia):
Cao: 271.5m
Dài: 725m
Chiều rộng đỉnh
đập: 10m

Chiều rộng đáy
đập: 56m
Hoàn thành: 1987

Hình 1.8 Đập Inguri (Georgia)


12

- Đập Mauvoisin (Thụy Sĩ):
Cao: 250m
Dài: 520m
Hoàn thành: 1957

Hình 1.9 Đập Mauvoisin (Thụy Sĩ)

- Đập Laxiwa (Trung Quốc):
Cao: 250m
Dài: 460m
Hoàn thành: 2009

Hình 1.10 Đập Laxiwa (Trung Quốc)


13

- Đập Deriner (Thổ Nhĩ Kỳ):
Cao: 249m
Dài: 720m
Hoàn thành: 2013

Hình 1.11 Đập Deriner (Thổ Nhĩ Kỳ)

- Đập Nukui (Nhật Bản):
Cao: 156m
Dài: 382m
Hoàn thành: 2001

Hình 1.12 Đập Nukui (Nhật Bản)


14

1.4. Đặc điểm của đập vòm tràn nước
Theo chế độ làm việc, đập vòm được phân ra loại đập vòm tràn nước và
đập vòm không tràn nước. Đập vòm tràn nước, ngoài chức năng chắn nước
còn có nhiệm vụ tháo nước thừa khi có lũ. Thông thường việc tháo lũ đối với
đập vòm, người ta dùng biện pháp cho nước tràn qua đỉnh đập vòm.
Vấn đề tiêu năng hạ lưu đập vòm tràn nước khá phức tạp vì thông
thường đập vòm có cột nước cao, lưu tốc dòng chảy lớn; khi dòng chảy đổ
xuống hạ lưu mang theo năng lượng thừa với động năng, lưu tốc rất lớn và
phân bố không đều gây mạch động áp lực, dòng chảy mở rộng không đều tạo
ra dòng chảy xiên, sóng xiên ngoằn ngoèo va vào bờ sẽ tạo ra áp lực xung
kích lớn, gây xói lở bờ.
Bảng 1.3 Một số đập vòm tràn nước trên thế giới
STT
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Đập

Quốc gia

H

Xiaowan
Trung Quốc 292
Inguri
Qeorgia
271,5
Kurobe IV
Nhật Bản
185
Nukui
Nhật Bản
156
Mossirok

Hoa kỳ
184
Vuglan
Pháp
130
Monteinar
Pháp
153
Kasternreit
Áo
120
Aldeadavila
Italia
139,5
Pongoloport Nam Phi
89,3
Bor
Pháp
120
Iablantria
Nam Tư
85
Pikote
Bồ Đào Nha 100
Venda Noda Bồ Đào Nha
97
EGL
Pháp
95

L

L/H

Qxả max

902
725
475
382
395
425
210

3,09
2,67
2,57
2,45
2,15
3,27
1,37
1,79
5,40
3,24
2,47
0,94
2,38
3,05

20,71

2500
750
7800
1600
2500
3000
10000
6800
1200
1850
10400
1100
4000

250
482
389
210
93,5
230,5
290

Chênh
cao
TL-HL
251
180
180
122
130

106
124
82
120
80
93
86

qđđ
208
6
150
47
114
40
167
44,5
52
15
173
70
110


15

1.5. Phạm vi nghiên cứu
Luận văn tập trung vào nghiên cứu:
- Đập vòm tràn nước, hình thức tiêu năng bằng mũi phun.
- Khi xả lũ, các cửa van mở hoàn toàn hoặc các tràn xả lũ tự do không

có cửa van.
- Đi sâu nghiên cứu biện pháp tiêu năng.
1.6. Đập vòm và khả năng áp dụng tại Việt Nam
Đập vòm là một trong những kết cấu đập có khả năng làm việc rất tốt,
phát huy được khả năng của vật liệu bê tông, bê tông cốt thép. Trong những
năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ xây dựng, các mô hình
tính toán và thí nghiệm, có thể nói đập vòm là loại đập được ưu tiên xây dựng
khi điều kiện xây dựng thoả mãn.
Tại Việt Nam, mới chỉ có Đập Nậm Chiến là đập vòm cao. Tuy nhiên,
có thể khẳng định khả năng áp dụng kết cấu đập vòm trong đầu mối công
trình thuỷ lợi, thuỷ điện ở nước ta là rất lớn, vì một số lý do:
- Địa hình nước ta chủ yếu là đồi núi, chiếm 3/4 diện tích lãnh thổ. Đặc
biệt là ở miền Bắc, đồi núi trải dài, chia cắt mạnh bởi các dãy núi cao, dẫn đến
lòng sông thường hẹp và có độ dốc lớn.
- Địa chất tại một số vùng rất tốt, kết hợp với điều kiện địa hình thuận
lợi sẽ là điều kiện tốt để xây dựng đập vòm.
- Đập vòm có chi phí xây dựng thấp hơn các loại công trình bê tông
khác cùng độ cao, có thể lên tới 60% ÷ 80% và có thể đạt tới chiều cao rất
lớn.


16

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
THỦY LỰC ĐẬP VÒM TRÀN NƯỚC
2.1. Cơ sở lý luận
Mặt cắt đập tràn kiểu hình cong (mặt cắt thực dụng) được sử dụng khá
phổ biến, loại đập này thường được áp dụng khi cột nước tràn cao và có cửa
van điều tiết. Đập tràn mặt cắt thực dụng được chia làm hai loại: Mặt cắt thực
dụng chân không và mặt cắt thực dụng không chân không.

Đập tràn thực dụng không chân không có dòng chảy trên mặt đập êm
ái, ứng suất dọc mặt đập luôn dương. Với đập tràn thực dụng chân không, tại
đỉnh đập có áp lực chân không. Khi chân không quá lớn, có thể sinh ra hiện
tượng khí thực. Hệ số lưu lượng của đập tràn thực dụng chân không cao hơn
không chân không khoảng 7% ÷ 15%. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho
đập, tránh hiện tượng khí thực, người ta không cho phép hệ số chân không
quá lớn, thường không lớn hơn 6.5m cột nước.
Loại mặt cắt đập tràn thực dụng không chân không Krier – Ofixerov
được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Đập vòm tràn nước thường có cột nước
cao, nên thường được áp dụng loại mặt cắt này.
Về cơ bản, tính toán thuỷ lực đập vòm tràn nước cũng giống như các
loại đập khác. Tuy nhiên, khả năng tháo qua đập vòm tràn nước nhỏ hơn so
với các loại đập tràn thông thường, vì hệ số lưu lượng giảm do ảnh hưởng của
độ cong ngưỡng tràn trên mặt bằng.
Đập vòm tràn nước có bề rộng dốc nước thay đổi theo bán kính cong và
góc ở tâm, nên việc tính toán thuỷ lực xác định đường mặt nước trên tràn
cũng phức tạp hơn so với các loại đập tràn thẳng thông thường.


17

2.2. Khả năng tháo nước của đập vòm tràn nước
Như đã nói ở trên, trong phạm vi luận văn chỉ xét tới trường hợp đập
tràn tự do không có cửa van.
Khả năng tháo của đập vòm tràn nước mặt cắt thực dụng được xác định
theo công thức:
Q = σ nε mk B 2 g H 03/2

Trong đó:

(2-1)

B = Σb – Tổng chiều rộng nước tràn;
σn – Hệ số ngập;
ε – Hệ số co hẹp bên;
mk – Hệ số lưu lượng của đập vòm tràn nước;
H0 – Cột nước trên đỉnh tràn có kể đến lưu tốc tới gần.

2.2.1. Hệ số chảy ngập σn
Đối với đập vòm tràn nước, do chênh lệch thượng lưu – hạ lưu đập là
rất lớn, nên đập luôn không ngập, hệ số chảy ngập σn = 1.0.
2.2.2. Hệ số co hẹp bên ε
2.2.2.1. Trường hợp H0/b ≤ 1:
- Đối với đập tràn không có trụ pin giữa (chỉ có một khoang):

ε = 1 − 0.2ξ y

Ho
b

Trong đó: ξy – Hệ số giảm xét đến hình dạng mép vào của trụ pin

Hình 2.1 Các dạng mép vào cửa trụ pin

(2-2)


18

- Đối với đập tràn có nhiều trụ pin chia thành nhiều khoang giống nhau:

ε = 1 − 0.2
Trong đó:

ξ y + (n − 1)ξ p H o
n
b

(2-3)

n – Số cửa khoang;
ξP – Hệ số giảm, xét đến hình dạng trụ pin.

Hình 2.2 Các dạng trụ pin

2.2.2.2. Trường hợp H0/b >1:
Dùng Công thức (2-2), nhưng phải lấy H0/b = 1.
2.2.3. Hệ số lưu lượng mk
Hệ số lưu lượng mk của đập vòm tràn nước có xét đến ảnh hưởng của tỷ
số BB/b > 1.2 được xác định theo công thức:

mk = σ k .m
Trong đó:

(2-4)

σk – Hệ số hiệu chỉnh được xác định phụ thuộc vào đại

lượng góc ở tâm θ và tỷ lệ H/R;
R – Bán kính cong tại đỉnh đập vòm;

m – Hệ số lưu lượng của đập tràn thẳng xác định theo
QPTL C-8-76 và Sổ tay Kỹ thuật thuỷ lợi.