“Nghiên cứu năng lực tháo và điều tiết lũ qua đập tràn zích zắc ”

Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1

LỜI TÁC GIẢ
Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình
trường Đại học thuỷ lợi, Tổng Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP,
cùng các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ
thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu năng lực tháo
và điều tiết lũ qua đập tràn zích zắc ” đã được hoàn thành.
Tác giả xin cảm ơn chân thành đến KS Đinh Sỹ Quát, người trực tiếp nghiên
cứu tính toán áp dụng hình thức tràn Piano trong công trình Văn Phong, cùng các cơ
quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công
bố cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện của lãnh đạo Tổng Công ty tư vấn xây dựng thủy
lợi Việt Nam – CTCP, Công ty tư vấn 11 cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên
cứu vừa qua.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Quốc,
người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Tác giả có được kết quả như hôm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các
thầy giáo, cũng như sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
trong những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể không tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các
thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn được hoàn thành tại phòng đào tạo đại học và sau đại học, Trường
Đại học Thủy lợi.
Hà Nội, Tháng 09 năm 2011
Tác giả

Hoàng Mạnh Dũng

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

2

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

MỞ ĐẦU

9

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN TRÊN THẾ GIỚI

11

1.1

Tổng quan về các loại đập tràn thực dụng

11

1.2

Tổng quan về đập tràn zích zắc

17

1.2.1

Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu truyền thống

18

1.2.2

Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu phím Piano

23

1.3

Kết luận chương 1

26

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NĂNG LỰC THÁO CỦA TRÀN
ZÍCH ZẮC

27

2.1

Năng lực tháo của ngưỡng tràn thực dụng

27

2.1.1

Ngưỡng tràn thực dụng tổng quát

27

2.1.2

Ngưỡng tràn Creager – Ofixerov

29

2.2

Ngưỡng tràn zích zắc

32

2.2.1

Đặc điểm cấu tạo và kích thước của tràn zích zắc

32

2.2.2

Các kết quả nghiên cứu về năng lực tháo của ngưỡng tràn zích zắc

34

2.2.3

Điều kiện ứng dụng

38

2.3

Ngưỡng tràn zích zắc kiểu phím piano (piano keys weir)

38

2.3.1

Mặt cắt điển hình và khả năng tháo của tràn phím đàn

38

2.3.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn phím đàn Piano

44

2.3.4

Điều kiện ứng dụng

50

2.4

Kết luận chương 2

51

Chương 3

LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO QUA
TRÀN ZÍCH ZẮC

53

3.1

Cơ sỏ lý thuyết của chương trình

53

3.1.1

Nguyên lý cơ bản điều tiết lũ bằng hồ chứa và cơ sở phân tích
dạng đường xả lũ

53

3.1.1.1

Nguyên lý cơ bản.

53

3.1.1.2

Cơ sở phân tích dạng đường xả lũ

54

3.1.2

Các dạng đường xả lũ khi tràn chính và tràn phụ cùng tham gia
tháo lũ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

55

Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

3

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

3.1.2.1

Công trình xả lũ chính là tràn tự do

3.1.2.2

Công trình xả lũ chính là tràn có cửa van điều tiết khống chế lưu

55

lượng
3.2

59

Các phương pháp điều tiết lũ bằng hồ chứa và lựa chọn phương
pháp xác định quy mô tràn xả lũ

63

3.2.1

Phương pháp thử dần

63

3.2.2

Phương pháp Pôtapốp

63

3.2.3.

Phương pháp Runge-Kutta bậc 3

65

3.2.4

Phương pháp Kôtrêin

65

3.3

Lựa chọn phương pháp tính điều tiết lũ và lập chương trình HMD
v1.0 xác định quy mô công trình tháo lũ

67

3.3.1

Lựa chọn phương pháp tính toán điều tiết lũ

67

3.3.2

Thuật toán và sơ đồ khối của chương trình

67

3.4

Kết luận chương 3

76

Chương 4

ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH HMD 1.0 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
CHO MỘT SỐ HỒ CHỨA CÓ THỂ ÁP DỤNG NGƯỠNG TRÀN
ZÍCH ZẮC

4.1

Giới thiệu về một vài công trình áp dụng

77
77

4.1.1

Công trình thủy lợi hồ chứa nước Ẳng Cang

78

4.1.2

Công trình thủy lợi hồ chứa nước Tân Giang

81

4.1.3

Công trình thủy điện Nậm Bú

83

4.2

Tính toán xác định quy mô tràn zích zắc cho các công trinh trên

87

4.2.1

Tính toán một số phương án công trình xả lũ cho hồ chứa nước
Ẳng Cang

4.2.2

87

Tính toán công trình xả lũ là tràn zích zắc cho hồ chứa nước Tân
Giang

91

4.2.3

Tính toán công trình xả lũ là tràn zích zắc cho hồ chứa Nậm Bú

95

4.3

Kết luận chương 4

99

Chương 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

100

5.1

Kết luận

100

5.2

Kiến nghị

102

Tài liệu tham khảo
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

4

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1-1:

Các đại lượng đặc trưng của đập tràn

11

Hình 1-2:

Mặt cắt của tràn thực dụng

12

Hình 1-3:

Mặt cắt của tràn đỉnh rộng

13

Hình 1-4:

Các hình dạng cửa tràn

13

Hình 1-5:

Các dạng tuyến đập

13

Hình 1-6:

Một số dạng đập gỗ

14

Hình 1-7:

Một số dạng đập đá tràn nước

14

Hình 1-8:

Đập dâng phân theo vật liệu làm đập

15

Hình 1-9:

Đập cao su

15

Hình 1-10: Một số loại đập trọng lực cải tiến

16

Hình 1-11: Sơ đồ đập vòm

16

Hình 1-12: Các dạng đập trụ chống chắn nước

16

Hình 1-12: Các dạng mặt cắt đập trụ chống cho tràn nước

16

Hình 1-14: Một số loại van trên mặt thường được sử dụng

17

Hình 1-15: Tràn mỏ vịt với nhiều răng tràn trên sông

17

Hình 1-16: Tràn mỏ vịt kết hợp cống điều tiết và phân chia nước trên kênh

17

Hình 1-17: Tràn zíc zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu)

18

Hình 1-18: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa

19

Hình 1-19: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt

19

Hình 1-20: Mô hình tràn Sông Móng (nhìn từ thượng lưu)

22

Hình 1-21: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa (nhìn từ thượng lưu)

22

Hình 1-22: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân

23

Hình 1-23: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ

24

Hình 1-24: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp

24

Hình 1-25: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam

24

Hình 1-26: Hai mô hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F.
Lempérière

25

Hình 1-27: Thi công tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt dưới console hạ lưu
Hình 2-1:

Một số dạng mặt cắt đập tràn

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

26
30

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

5

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 2-2:

Cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa

33

Hình 2-3:

Các dạng đỉnh tràn

34

Hình 2-4:

Đường cong hệ số lưu lượng với hình dạng đỉnh ngưỡng 3/4
đường tròn, mặt bằng ngưỡng tam giác

35

Hình 2-5:

Ảnh hưởng chảy ngập đến lưu lượng

37

Hình 2-6:

Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-A (L=W+8H; N=L/W=6)

39

Hình 2-7:

Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6)

41

Hình 2-8:

Đồ thị so sánh khả năng xả của đập tràn kiểu Creager và kiểu
PKA với H=4m

Hình 2-9:

42

Thay thế ngưỡng tràn kiểu Creager bằng ngưỡng tràn kiểu PKA
với H=4m-

43

Hình 2-10: Thí nghiệm dòng chảy qua tràn phím đàn

44

Hình 2-11: Các đặc trưng hình học của một đơn vị tràn phím đàn

45

Hình 2-12: Mặt bằng một phân đoạn tràn phím đàn

45

Hình 2-13: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ W/H

46

Hình 2-14: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ L/W

47

Hình 2-15: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ b/a

47

Hình 2-16: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ d/c

48

Hình 2-17: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào hình dạng cửa vào dưới công xôn

48

Hình 2-18: Vận hành của PKW với sự tắc nghẽn của vật nổi

49

Hình 2-19: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào sự có mặt của vật nổi

49

Hình 2-20: Các dạng mặt cắt thay thế

50

Hình 2-21: Mô hình thí nghiệm mặt cắt tràn loại PKB, ô ra có dạng bậc
thang áp dụng tại Thủy điện Dăk my2 - Quảng Nam

50

Hình 3-1:

Sơ đồ thiết lập phương trình điều tiết lũ

54

Hình 3-2:

Tổ hợp các hình thức kết cấu của tràn chính và tràn phụ

55

Hình 3-3:

Đường quá trình xả lũ khi tràn chính và tràn phụ đều không có
cửa

Hình 3-4:

56

Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm
gập nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 1)

Hình 3-5:

57

Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm
gập (Trường hợp 2)

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

57
Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

Hình 3-6:

6

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Đường quá trình xả khi tràn chính là tràn tự do và tràn phụ kiểu
bản lệch trục ngang (Trường hợp 1)

Hình 3-7:

58

Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu bản
lệch trục ngang (Trường hợp 2)

59

Hình 3-8:

Đường quá trình xả lũ khi tràn chính có cửa và tràn phụ tự do

59

Hình 3-9:

Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu

tấm gập nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 1)

60

Hình 3-10: Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu
tấm gập nhanh hoặc đập tự vỡ ( Trường hợp 2)

61

Hình 3-11: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu
bản lệch trục ngang (Trường hợp 1)

61

Hình 3-12: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu
bản lệch trục ngang (Trường hợp 2)

62

Hình 3-13: Biểu đồ phụ trợ biểu diễn quan hệ f1, f2 theo q

64

Hình 3-14: Đường quá trình lũ tam giác theo PP Kôtrêin

66

Hình 3-15: Sơ đồ khối của chương trình

69

Hình 4-1:

Đường đặc tính quan hệ Z~V hồ chứa Tân Giang

83

Hình 4-2:

Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=1%

87

Hình 4-3:

Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=0-2%

88

Hình 4-4:

Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng răng cưa)
với lũ thiết kế P=1%

Hình 4-5:

89

Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng răng cưa)
với lũ thiết kế P=0,2%

89

Hình 4-6:

Ngưỡng zích zắc cong

90

Hình 4-7:

Ngưỡng zích zắc thẳng

90

Hình 4-8:

Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng răng cưa)
với lũ thiết kế P=1%

Hình 4-9:

91

Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng răng cưa)
với lũ thiết kế P=1%

91

Hình 4-10: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mô hình lũ kiểm tra tần suất

Hình 4-11:

P=0-2%

92

Kích thước gầu tràn zích zắc áp dụng cho tràn Tân Giang

93

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

7

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 4-12: Mô hình tràn Tân Giang sau khi nâng cấp tạo phần tràn tự do
thành tràn zích zắc kiểu phím đàn piano loại A

94

Hình 4-13: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mô hình lũ kiểm tra tần suất
P=1%

94

Hình 4-14: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mô hình lũ kiểm tra tần suất
P=0,2%

95

Hình 4-15: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với
cống xả sâu qua mô hình lũ thiết kế tần suất P=1%

96

Hình 4-16: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với
cống xả sâu qua mô hình lũ thiết kế tần suất P=0,2%

96

Hình 4-17: Hình dạng một đơn nguyên tràn zích zắc kiểu piano loại B

97

Hình 4-18: Bố trí mô phỏng ngưỡng zích zắc kiểu piano loại B cho tràn Nậm
Bú

97

Hình 4-19: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu
với mô hình lũ thiết kế tần suất P=1%

98

Hình 4-20: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu
với mô hình lũ thiết kế tần suất P=0-2%

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

98

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

8

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1-1

Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế

20

giới
Bảng 2-1

Một số sơ đồ và công thức tính toán lưu lượng qua tràn

28

Bảng 2-2

Hệ số của đường cong mẫu

35

Bảng 2-3

So sánh đập tràn zích zắc kiểu A với đập tràn Crigiơ, đập thành
mỏng với cùng bề rộng tràn nước

Bảng 2-4

36

So sánh đập tràn zích zắc kiểu B với đập tràn Crigiơ, đập thành
mỏng với cùng bề rộng tràn nước

43

Bảng 4-1

Mô hình lũ hồ chứa nước Ẳng Cang

80

Bảng 4-2

Quan hệ Z ~ F ~ W hồ chứa nước Ẳng Cang

81

Bảng 4-3

Quan hệ Q = f(Z) hạ lưu hồ chứa nước Ẳng Cang

81

Bảng 4-4

Đường quá trình lũ hồ chứa nước Tân Giang

82

Bảng 4-5

Bảng quan hệ Z-F-V hồ Tân Giang

85

Bảng 4-6

Đường quá trình lũ hồ chứa nước Nậm Bú

86

Bảng 4-7

Bảng quan hệ Z-F-V hồ chứa Nậm Bú

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

9

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỞ ĐẦU
I- Tính cấp thiết của đề tài
Công trình tháo lũ một phần không thể thiếu được trong cụm công trình đầu
mối, nhằm xả nước lũ thừa của hồ chứa, đảm bảo an toàn cho đập chắn. Với vai trò
như vậy, công trình tháo lũ phải được chú ý đặc biệt trong thiết kế, thi công, quản lý và
vận hành.
Ở nước ta, đập tràn tháo lũ mặt (chảy tự do hoặc có cửa van điều tiết), thường
được thiết kế theo dạng ngưỡng đỉnh rộng, hoặc ngưỡng thực dụng kiểu CrigiơOfixerop. Đối với các kiểu ngưỡng này, khi cao trình đặt ngưỡng và kích thước cửa
tháo nước đã xác định, nếu muốn tăng năng lực tháo lũ thì cần phải tăng chiều cao cột
nước trên ngưỡng tràn. Điều này có nghĩa là tăng cột nước siêu cao, tức là tăng dung
tích trữ lũ, dẫn đến phải nâng cao cao trình đỉnh đập, làm tăng diện tích ngập lụt của
lòng hồ, vì thế công tác đền bù và tái định cư gặp nhiều khó khăn.
Chúng ta biết, theo quan hệ giữa cao trình mực nước trong hồ và thể tích hồ
chứa (V = f(Z)), ở phần trên cao của bụng hồ, cứ mỗi mét chiều cao cột nước thì thể
tích nước trong hồ sẽ lớn hơn rất nhiều so với phần bụng hồ ở dưới thấp. Như vậy, nếu
chúng ta tìm được kiểu đập tràn mới có năng lực tháo nước lũ lớn hơn nhiều so với các
kiểu truyền thống, thì ứng với việc giữ nguyên cao trình đỉnh đập không tràn (khi sử
dụng đập tràn kiểu truyền thống), chúng ta có thể nâng cao trình mực nước dâng bình

thường lên, và như vậy nâng cao được dung tích hữu ích. Đây là vấn đề có ý nghĩa đặc
biệt quan trọng, nó có thể làm thay đổi các quan điểm cũ, cho phép chúng ta lựa chọn
được phương án có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn trong thiết kế. Đối với các hồ
chứa đã xây dựng, nếu áp dụng một kiểu đập tràn mới có năng lực tháo nước lũ lớn
hơn nhiều so với các kiểu truyền thống, có thể cho phép cải tạo công trình tháo lũ để
nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa.
Đập tràn kiểu mới có ngưỡng zích zắc đã được áp dụng ở nhiều nước trên với tỷ
lệ 1/1000 đập lớn và làm giảm được dung tích siêu cao (Vsc) 100-109 m3 trên toàn thế
giới, đem lại hiệu quả tăng năng lực tháo nước lũ thừa của hồ chứa, nâng cao an toàn
cho đập chắn, nâng cao dung tích hữu ích, giảm diện tích ngập lụt và đền bù. Pháp,
Angêri, Trung Quốc là những nước khởi đầu, đã và đang tiếp tục nghiên cứu để áp
dụng loại đập tràn này. Ở Việt Nam, tràn zích zắc đã được nghiên cứu và ứng dụng

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

10

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

vào một số công trình như tràn sông Móng, đập dâng Văn Phong, tràn Nậm Bú, tràn
Tiên Thành v.v…
Tiếp cận với thành tựu nghiên cứu về đập tràn zichzắc trên thế giới (labyrinth
weir, hoặc key piano weir - gọi theo tiếng Anh) và trong nước, việc nghiên cứu ứng
dụng những thành tựu này trong thiết kế những công trình tháo nước đã, đang và sẽ
xây dựng là một vấn đề rất cần thiết. Sự phát triển của công nghệ tin học, đặc biệt là sự

ra đời của nhiều ngôn ngữ lập trình bậc cao cùng với nhiều phần mềm tính toán mạnh
giúp cho những kỹ sư có thêm nhiều công cụ, nhiều phương pháp giải quyết những bài
toán trong thiết kế với độ chính xác cao. Do vậy, việc nghiên cứu thiết lập một chương
trình tính toán khả năng tháo và điều tiết lũ qua tràn zích zắc xuất phát từ bài toán điều
tiết xác định quy mô công trình xả với hình thức tràn này là điều hết sức cần thiết.
Nội dung của luận văn thạc sỹ này nghiên cứu lập một chương trình tính toán
khả năng tháo và điều tiết lũ qua tràn zích zắc với mục đích cung cấp thêm một công
cụ cho các kỹ sư thiết kế công trình thuỷ lợi và mong muốn hình thức tràn zích zắc này
ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế.
II- Mục đích nghiên cứu
Thông qua việc sử dụng một ngôn ngữ lập trìnht lập chương trình tính toán thiết
kế tràn zích zắc cho một số hình thức tràn zích zắc thông dụng hiện nay- Trên cơ sở
các số liệu đầu vào, chương trình sẽ cung cấp cho người thiết kế các kết quả tính toán
về xác định quy mô tràn trong các trường hợp làm việc có và không có kết hợp với các
công trình tháo khác.
III- Cách tiếp cận, phương pháp và đối tượng nghiên cứu
1- Cách tiếp cận
Nghiên cứu thông qua các tài liệu về tràn zích zắc ở trong nước và nước ngoài.
Tìm hiểu qua một số các công trình tràn zích zắc đã và đang được áp dụng.
2- Phương pháp nghiên cứu
Dùng các lý thuyết về tính toán năng lực tháo với công trình tháo nước là tràn zích zắc
trên thế giới, kết hợp với các phương pháp tính toán điều tiết xác định quy mô tràn để
giải quyết vấn đề nghiên cứu đã đưa ra.
3- Đối tượng nghiên cứu
Ứng dụng vào một số công trình tràn trong nước đã được xây dựng hoặc sẽ xây
dựng trong tương lai.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

11

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN TRÊN THẾ GIỚI
1.1.

TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG:
Đập và hồ chứa có những đóng góp rất lớn tới môi trường và sự phát triển kinh tế

của khu vực. Trong đó công trình xả lũ nơi đầu mối hồ chứa đóng vai trò rất quan
trọng trong quá trình thực hiện dự án. Hầu hết quy mô các công trình xả lũ được
nghiên cứu lựa chọn sao cho thoả mãn các điều kiện:
- Xả lũ được thuận lợi, hạn chế đến mức thấp nhất các ảnh hưởng xấu đến chế độ
thủy lực của dòng chảy ở hạ lưu.
- Nâng cao vừa đủ đầu nước trước đập để có thể dẫn nước vào kênh đảm bảo tưới
tự chảy cho phần lớn diện tích đất canh tác của khu tưới.
- Diện tích ngập lụt ít nhất.
- Thi công thuận lợi, quản lý vận hành dễ dàng.
- Có khối lượng xây dựng và giá thành hợp lý.
- Phù hợp với cảnh quan môi trường.
Đập dâng tràn là biện pháp công trình để dâng cao mực nước trong sông suối
phục vụ tưới tự chảy cho khu vực nhỏ lân cận mà vốn đầu tư không cao, xây dựng
không phức tạp như biện pháp hồ đập.
B

0

H

b

Z

δ

hh

P

P1

Vo

0

Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng của đập tràn
Với: b:

Chiều rộng đập tràn: là chiều dài đoạn tràn nước.

P1:

Chiều cao của đập so với đáy kênh hoặc sông thượng lưu.

P:

Chiều cao của đập so với đáy hạ lưu.

H:

Cột nước tràn: là chiều cao mặt nước thượng lưu so với đỉnh đập.

δ:

Chiều dày đỉnh đập.

hh:

Chiều sâu cột nước hạ lưu.

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

hn:

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

12

Độ ngập hạ lưu: là chiều sâu từ mặt nước hạ lưu đến đỉnh đập (khi nước

hạ lưu cao hơn đỉnh đập), h n = h h - P

Người ta phân loại các dạng công trình xả lũ theo các tiêu chí sau:
1)

Phân loại theo hình dạng kích thước mặt cắt ngang tràn:
Theo cách phân loại này đập tràn có thể chia ra làm 3 loại sau đây:

a.

Đập tràn thành mỏng (hình 1-1).
Khi chiều dày của đỉnh đập δ < 0.67H, làn nước ngay sau khi tràn qua mép

thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh
đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu
lượng tràn.
b.

Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 1-2).
Khi chiều dày đỉnh đập ảnh hưởng đến làn nước tràn, nhưng không quá lớn, cụ

thể là:
0.67H < δ < (2÷3)H
Mặt cắt đập có thể là đa giác hoặc hình cong.
H

O = 90

O

a

§¸ x©y

a)

b)

c)

Hình 1-2: Mặt cắt của tràn thực dụng
a) Đập thực dụng hình cong; b) Đập thực dụng hình thang;
c) Đập tràn thực dụng có cửa van điều tiết lưu lượng
c. Đập tràn đỉnh rộng (hình 1-3).
Khi đỉnh đập nằm ngang (hoặc rất ít dốc) và có chiều dày tương đối lớn:
(2÷3)H < δ < (8÷10)H
Trên đỉnh đập hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đổi dần. Nhưng
nếu chiều dày đỉnh đập quá lớn δ > (8÷10)H, thì không thể coi là đập tràn nữa mà phải
coi như một đoạn kênh.

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

P

P1

H

13

Hình 1-3: Mặt cắt của tràn đỉnh rộng

H

H

H

H

2) Phân loại theo hình dạng cửa tràn:

a. Đập tràn cửa chữ nhật (1-4a)

c. Đập tràn cửa hình thang (1-4c)

b. Đập tràn cửa tam giác (1-4b)

d. Đập tràn cửa hình cong (1-4a)

Hình 1-4: Các hình dạng cửa tràn
3) Phân loại theo dạng tuyến đập trên mặt bằng:
a. Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng đường thẳng.
-

Đập tràn thẳng hoặc tràn chính diện (hình 1-5a)

-

Đập tràn xiên (hình 1-5b)

-

Đập tràn xiên (hình 1-5c)

b. Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng không phải là đường thẳng.
-

Đập tràn hình gãy khúc (hình 1-5d)

-

Đập tràn hình cong (hình 1-5e)

-

Đập tràn khép kín (thường là kiểu giếng đứng) (hình 1-5f)

b

b

b

Hình 1-5: Các dạng tuyến đập

4) Phân loại theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đối với dòng chảy:
a. Đập tràn không ngập, lúc đó Q và H đều không phụ thuộc vào h n .
b. Đập tràn chảy ngập: Khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập đến mức độ ảnh
hưởng đến hình dạng làn nước tràn và năng lực tháo nước của đập.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

14

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngoài ra đập tràn cửa chữ nhật còn phải căn cứ vào quan hệ giữa chiều dài tràn
nước của đập với chiều rộng lòng dẫn ở thượng lưu mà chia ra hai loại là: đập không
có co hẹp bên và đập có co hẹp bên.
5) Phân loại theo hình thức kết cấu, vật liệu làm đập:
Đối với đập dâng tràn thường được phân loại theo các hình thức sau:
a. Đập gỗ tràn nước: Theo kết cấu có các loại:
- Đập cọc gỗ (Hình 1-6a) : Dùng cọc gỗ kết hợp với vật liệu đất đá
- Đập tường chống: Bản chắn nước và các tường chống đều bằng gỗ.
- Đập cũi gỗ (Hình 1-6b): Dùng cũi gỗ trong đó chứa đất, cát, đá để tạo thành đập
Vật liệu gỗ tuy sẵn có nhưng loại đập này không nên khuyến khích phát triển nhất
là trong điều kiện diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp hiện nay.
1 :5

1 :3

1 :3

a)
O

=25-30

b)

Hình 1-6: Một số dạng đập gỗ
b. Đập đá tràn nước: Sử dụng vật liệu đá kết hợp với một phần vật liệu khác như
đất, bê tông. Do khối đá đổ thân đập có chuyển vị nên mặt tràn thường bị biến dạng
sau mùa lũ cần phải tu sửa lại.
- Đập trên nền đất (Hình 1-7a): có mặt tràn nước thoải
- Đập trên nền đá (Hình 1-7b): có mặt tràn dốc hơn, ở đỉnh và chân mái hạ lưu có
khối bê tông giữ ổn định, mặt tràn được xây bằng tấm bê tông hoặc đá xây.
16.82

a)

15.2

12.25
3.5

11.25

1:3

MNDBT

15.3

2.5

b)

Hình 1-7: Một số dạng đập đá tràn nước
c. Đập bằng rọ đá: (Hình 1-8c)
d. Đập BT (Hình 1-8a) , hỗn hợp BT, BTCT - vật liệu địa phương (Hình 1-8b):
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

15

§¸ x©y

b)

a)

c)

Hình 1-8: Đập dâng phân theo vật liệu làm đập

- Đập xen cốp: gồm bản mặt và các vách dọc ngang bằng đá xây phía trong chất
đầy bằng vật liệu tại chỗ như: đất, cát, sỏi, đá
- Đập đá xếp bọc bê tông: phần lõi là khối đá xếp.
e. Đập cao su:
Thân đập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí để tạo
thành vật chắn nước.Thành túi được gắn chặt với bản đáy bằng BTCT tiếp giáp với
nền. Khi tháo lũ thì xả hết nước hay không khí để túi xẹp xuống bản đáy và nước chảy
tràn tự do trên đó.

Hình 1-9: Đập cao su
6) Phân loại theo phương thức giữ ổn định:
Theo cách thức giữ ổn định có các loại đập sau: Đập trọng lực, đập vòm, đập trụ
chống.
-

Đập trọng lực giữ ổn định nhờ trọng lượng bản thân, đập có thể làm bằng bê

tông, bê tông cốt thép, đá xây, đá đổ, đá bọc bê tông. (hình 1-10)
-

Đập vòm có thể bằng đá xây nhưng là đập rất thấp, phần lớn làm bằng bê

tông, bê tông cốt thép. (hình 1-11)
Các mặt cắt nằm ngang đập là những vòng vòm, chân tựa vào hai bờ do vậy yêu
cầu về địa chất nơi xây dựng đập phải tốt thường là đá rắn chắc.
Ngoài địa chất phải tốt thì địa hình cũng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng xây dựng
đập. Lòng sông có mặt cắt chữ V là trường hợp địa hình lý tưởng nhất để xây dựng đập
vòm.

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

16

Hình 1-10: Một số loại đập trọng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1-11: Sơ đồ đập vòm

lực cải tiến
a) Đập trọng lực khe rỗng;
b) Đập trọng lực có lỗ khoét lớn
-

Đập trụ chống được tạo bởi các bản chắn nước nằm nghiêng và các trụ chống

để đỡ bản. Đập có các hình thức sau: đập chắn nước và đập tràn nước.

Hình 1-12: Các dạng đập trụ chống chắn nước
a) Đập bản phẳng; b) Đập liên vòm; c) Đập to đầu

Hình 1-13: Các dạng mặt cắt đập trụ chống cho tràn nước
7) Theo hình thức điều tiết lưu lượng có cửa van hay không cửa van:
Ưu điểm của cửa van: Tháo cùng một lưu lượng thì loại không có cửa van cần
một cột nước cao hơn. Muốn giảm thấp MN trong hồ cần phải tăng chiều rộng đường

tràn làm tăng khối lượng đập, giá thành công trình tăng lên; thêm nữa cửa van tạo khả
năng tháo bùn cát hay vật nổi một cách dễ dàng.
Tuy vậy, việc chế tạo, thi công và quản lý vận hành cửa van phức tạp. Do vậy,
cửa van thường chỉ áp dụng cho những công trình có mực nước, lưu lượng lớn và khu
vực ngập ở thượng lưu lớn.
Ở đập tràn thường sử dụng loại van trên mặt. Đặc điểm của loại này là khi đóng
đầu van nhô lên khỏi mặt nước.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi
a)

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

17
b)

c)

Hình 1-14: Một số loại van trên mặt thường được sử dụng
a) Phai; b) Van phẳng kéo lên; c) Van cung; d) Van trụ lăn
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRÀN ZÍCH ZẮC:
Trong hệ thống thủy lợi thủy điện ngày nay, đập tràn kiểu mới có ngưỡng zích
zắc đang được tiếp tục nghiên cứu, áp dụng ở nước ta và nhiều nước trên thế giới. hình
thức tràn này ra đời xuất phát từ yêu cầu tăng khả năng tháo nhưng vẫn phải giữ
nguyên bề rộng tháo nước như cũ đồng thời đơn giản trong quản lý vận hành công
trình. Khi mà các hình thức tràn tự do khác như tràn ngang hay tràn dọc đều không

thoả mãn yêu cầu trên thì hình thức đập zích zắc đang chứng minh được tính ưu việt
của nó. Khởi đầu từ những năm 60 của thập kỷ 17, hình thức đập này ban đầu được
hình thành dựa trên nguyên lý kéo dài ngưỡng tràn (chiều rộng tràn nước) để nâng cao
đầu nước và tăng khả tháo nước khi cần. Dựa trên nguyên lý này, người ta cải tạo
ngưỡng tràn truyền thống có phương vuông góc với phương dòng chảy thành một số
hình thức khác như tràn ngưỡng xiên so với phương dòng chảy, tràn ngưỡng hình chữ
Z, tràn ngưỡng cong v.v…..
Các hình thức công trình này ban đầu được ứng dụng rất hiệu quả vào một số công
trình điều tiết trên kênh trong các hệ thống thuỷ nông nội đồng phục vụ cho việc dâng
cao đầu nước tưới nhưng vẫn đảm bảo tháo lưu lượng thừa khi cần thiết

Hình 1- 15: Tràn mỏ vịt với nhiều răng tràn

Hình 1-16: Tràn mỏ vịt kết hợp cống điều

trên sông

tiết và phân chia nước trên kênh

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

18

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Qua một thời gian ứng dụng hình thức đập tràn mới này, người ta đã cải tiến và phát
triển thêm các hình thức tràn zích zắc khác áp dụng cho cả những công trình tháo lũ
trong đầu mối hệ thống thuỷ lợi nhằm làm giảm giá thành đầu tư xây dựng công trình,
giảm kinh phí vận hành quản lý và bảo dưỡng nhưng vẫn đảm bảo những mục tiêu mà
dự án cần đạt tới.
1.2.1 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu truyền thống:
1. Định nghĩa:
Tràn labyrinth là tràn tự do có mặt bằng hình gấp khúc (zích zắc) nhằm kéo dài
đường tràn nước dài hơn tràn thẳng có cùng khẩu độ.

Hình 1-17: Tràn zích zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu)
Lâu nay, đập tràn zích zắc truyền thống đã được áp dụng thành công tại rất nhiều
nơi trên thế giới. Tràn zích zắc đầu tiên được xây dựng ở Australia vào năm 1941, có
lưu lượng xả lớn nhất Q=1020m3/s, cột nước tràn H=1,36m,chiều cao ngưỡng tràn
P=2,13m, số nhịp n=11. Những nghiên cứu sâu về lý thuyết và mô hình có từ cuối
những năm 60, đầu những năm 70 của thế kỷ XX. Tràn zích zắc lớn nhất hiện nay là
đập Ute trên sông Canadian ở New Mexico có Q max =15.700m3/s, cột nước tràn
H=1,36m,chiều cao ngưỡng tràn P = 9,14m; n = 11 chu kỳ zích zắc, tổng chiều dài
đỉnh là W = 1024m trên đường tràn rộng 256m.
Ngưỡng tràn gồm những tường bê tông cốt thép thẳng đứng, tương đối mỏng,
giống đập tràn thành mỏng đặt trên sàn phẳng và bố trí dạng răng cưa hình thang hay
tam giác nên cho lưu lượng xả tràn lớn gấp đôi so với ngưỡng tràn thông thường kiểu
Creager.
Loại đập này có nhiều biến thái khác nhau, nhìn chung đều nhằm mục đích kéo
dài ngưỡng tràn giống như hình 1-18 .
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

19

b) Hình dạng bố trí ngưỡng tràn

a) Hình dạng 1 răng tràn

Hình 1-18: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa
2. Các dạng mặt bằng của tràn Labyrinth.
a)

b)

c)

d)

e)

f)

Hình 1-19: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt
- Loại hình tam giác (hình 1-6b): Có mặt bằng hình tam giác, loại này thường ít
được sử dụng vì tại vị trí góc tam giác hiệu quả không cao, trong khi đó lại kéo dài
phần đế móng tràn.
- Loại hình thang (hình 1-6a): Hầu hết tràn labyrinth có hình dạng mặt bằng kiểu
hình thang, thậm chí có tác giả còn định nghĩa “tràn labyrinth là tràn tự do có hình

dạng mặt bằng là một số hình thang xếp liền kề”. Kiểu hình thang khắc phục được
nhược điểm của kiểu tam giác, tại vị trí góc hình tam giác thì được cắt đi (cắt tại vị trí
nào xem phần sau), mục đích là cắt bỏ phần mà khả năng thoát không hiệu quả, đồng
thời còn làm giảm chiều rộng đế móng.
- Kiểu chữ nhật hay phím đàn piano (Hình 1-6c)
- Kiểu mỏ vịt (Hình 1-6d)
- Kiểu tràn xiên (Hình 1-6e)
- Kiểu tràn bên (Hình 1-6f)
3. Ứng dụng tràn labyrinth trên thế giới và ở Việt Nam:
Tràn labyrinth được xây dựng trên khắp thế giới, nước ứng dụng loại tràn này
nhiều nhất là Mỹ và Bồ Đào Nha. Tràn có lưu lượng thoát lớn nhất hiện nay là tràn Ute
thuộc Mỹ. Bảng 1-2 thống kê một số đập tràn labyrinth đã được xây dựng trên thế giới.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

20

Bảng 1-1. Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới.
Tên đập
Agua
Brance

Nước

Năm

Q

Ho

P

W

L

xd

m3/s

m

m

m

m

Poutugal

n

Tác giả cập
nhật

124

1.65

3.5

12.5

28.0

2 Quintel et al

13.2

37.5

1 Quintel et al

Alfaiates

Poutugal 1999

99

1.6

2.5

Alijo

Poutugal 1991

52

1.23

2.5

8.7 21.05

Arcosso

Poutugal 2001

85

1.25

2.5

13.3 16.68

Avon

Australia 1970

1420

2.16

3.0

13.5

26.5

10 Darvis

USA

5920

2.19

3.43

18.3

70.3

20 Mayer

400

2.00

3/2

18.0

31.0

4

62.5

20 Afshar

18.3

53.5

2 Babb

Bartletts
Ferry
Belia
Beni

1983

Zaire
Algeria

1944

1000

0.5

Boardman

USA

1978

387

1.77

2.76

Calde

Poutugal 2001

21

0.6

2.5

Carty

USA

1977

387

Forestport

USA

1988

76

1.02

USA

1982

25.5

Bahdel

Garland
Canal
Genma

Poutugal

Hartezza

Algeria

Hyrum

USA

Influente

Mozamb
ique

1 Quintel et al

2 Magallaes

1 Quintel et al

18.3

54.6

2 Afshar

2.94

6.10

21.9

2 Lux ( 1989 )

0.37

1.40

4.57

19.6

3

115

1.12

3.0

12.5

30.0

2 Quintel et al

350

1.9

3.5

9.7

28.6

3 Lux ( 1989 )

256

1.68

3.66

9.1

45.7

2 Lux ( 1989 )

1985

60

1.00

1.60

1983

1.8 2.8/4.3

7.4 28.19

1 Magallaes

Jutarnaiba

Brazil

1983

862

0.7

Keddera

Algeria

1985

250

2.46

3.5

Kizileapinr

Turkey

2270

4.6

4.0

Meteer

USA

1972

239

1.83

Navet

Trinidad

1974

481

1.68

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

4.15 24.76

Lux/Hinchli
f

3 Magalhaes

Afshar

8.9

26.3

2 Lux ( 1989 )

75.4 263.9

5 Yildiz

4.57

5.49

17.6

4 CH2M Hill

3.05

5.49

12.8

10 Phelps
Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

Ohau Canal

New
Zealand

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

21

1980

540

1.08

2.50

1980

3400

2.72

4.0

8.0 41.52

50

1.0

3.5

8.0 200.0

26.5

2.13

3.96

13.6

26.5

4 Magalhaes

83.8

411

9 Vermeyen

472

9 Tullis

Pacoti

Brazil

Pisao

Poutugal

Quincy

USA

Ristschard

USA

1555

2.74

3.05

Rollins

USA

1841

2.74

3.35

Saco

Brazil

1986

640

1.5

SDomings

Poutugal 1993

160

1.84

SamRaybur
n Lake

USA

Santa Justa

Poutugal

Sarioglan

Turkey

Sarno

Algeria

1973

1996

6.25

37.5

12 Walsh
15 Magalhaes
1 Quintel et al

45 248.5
3.0

7.5 22.53

6.1 195.1 526.7

16

USCOLD
ulletin

1.35

3.00

490.7

1.06

3.0

70 358.4

7 Yildiz

1952

360

1.5

6.0

27.9

8 Afshar

Teja

Poutugal 1995

61

1.05

2.0

12.0

36.0

1 Quintel et al

Ute

USA

5.79

9.14

18.3

73.7

Woronora

Australia 1941

1020

1.36

2.13 13.41 31.23

Flamingo

USA

1591

2.23

7.32

Tongue
River
Twin Lake

1990

1557
0

95.1

67.4

2 Magalhaes

285

1983

10.5

Quin et al

67.4

2 Lux

14 Lux
11 Afshar
4 LasVegas,nv

USA

USA

Decker, MT

1989

570

2.74

3.35

8.31 34.05

4

Buffalo,
WY

Ở Việt Nam, đập tràn labyrinth bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng ở
một số công trình như: Tràn xả lũ Sông Móng - Bình Thuận (hình 1-10), tràn xả lũ
Phước Hòa -Bình Phước (hình 1-11 tràn xả lũ Tuyền Lâm, Lâm Đồng)… Một số thông
số cơ bản của tràn như sau:

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

22

* Tràn xả lũ Sông Móng (Bình Thuận):
- Lưu lượng xả: Qtk = 224,44 m3/s
- Cột nước tràn max: H = 2,54 m
- Chiều cao ngưỡng tràn: 5,1 m
- Số răng: n = 2
- Chiều dày răng: t = 0,30 m
- Góc α = 12ο7’.
- Tổng chiều dài tràn: L= 53,20m

Hình 1-20: Mô hình tràn Sông Móng
(nhìn từ thượng lưu)
* Tràn xả lũ Phước Hòa (Bình
Phước):
- Tràn có cửa kết hợp tràn mỏ vịt.
- Lưu lượng xả:Q max = 8700 m3/s
- Cột nước tràn max: H mv =7.85m;
H cửa =18.25m.
- Tổng chiều dài tràn mỏ vịt: L= 190m
- Chiều dài tràn có cửa: L=40m

Hình 1-21: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa - Số răng tràn trên mỏ vịt: n=20
(nhìn từ thượng lưu)
* Nhận xét:
Ta thấy khả năng thoát của tràn labyrinth có thể gấp từ 2 đến 5 lần các tràn có
ngưỡng thẳng do vậy có thể tăng mức độ an toàn hồ chứa hoặc nâng cao khả năng tích
nước của hồ. Tuy vậy các điều kiện ràng buộc về các yếu tố thuỷ lực cũng rất khắt khe,
như là cột nước tràn thấp, dòng chảy sau tràn là dòng xiết, khả năng điều tiết hồ chứa
v.v… đến các yếu tố về mặt cấu tạo tràn như là giới hạn về tỷ số giữa chiều cao tràn
với cột nước trên tràn, giới hạn góc tường bên, chiều dài vùng xáo trộn v.v… là hết sức
phức tạp. Điều kiện ứng dụng thích hợp:
- Hình dạng ngưỡng tràn: Cần có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho
H/P<0,9, do vậy thay thế tràn cũ có chiều cao ngưỡng, như là: tràn thực dụng, hình
thang hoặc thành mỏng là thích hợp nhất.
- Bộ phận thân dốc: Cần phải tạo ra sao cho phía sau ngưỡng tràn là dòng xiết.

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

23

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Bộ phận tiêu năng sau tràn: đơn giản và có thể tăng tỷ lưu lên hoặc mở rộng
đuôi tràn .
- Địa hình: Đối với tràn labyrinth, khẩu diện tràn nếu bằng khẩu diện tràn cũ khả
năng tháo có thể lớn hơn từ 2 đến 5 lần tràn thẳng, do vậy không cần phải mở rộng mà
vẫn có khả năng tháo với lưu lượng lớn hơn. Như vậy thích hợp loại tràn khó mở rộng,
địa hình sườn dốc đứng chẳng hạn.
- Địa chất: Do cần phải có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho H/P<0,9, do
vậy nếu cần phải đào sâu ngưỡng tràn thì địa chất nền có thể đào sâu được. Đặc biệt bộ
phận tiêu năng, do đảm nhận tiêu năng với tỷ lưu lớn hơn trước (trường hợp không mở
rộng bộ phận sau tràn) thì nền phía sau tốt nhất là nền đá cứng chắc hoặc tiêu năng
bằng mũi phun.
Tràn labyrinth đạt hiệu quả cao hơn các loại tràn có ngưỡng thẳng khi các yếu tố như:
hình dạng tràn, địa hình, địa chất thuận lợi cho việc áp dụng như phân tích ở trên, khả
năng điều tiết của hồ kém hoặc coi như bằng không, bộ phận tiêu năng đơn giản, hoặc
không cần thiết (nền đá gốc chẳng hạn). Với khả năng tháo ưu thế, tràn labyrinth đã
làm giảm đáng kể chiều cao cột nước tràn, giảm thời gian ngập do lũ và giảm diện tích
ngập. Nhược điểm của kiểu ngưỡng này là muốn tăng lưu lượng thì phải tăng chiều cao
tường và cần diện tích rộng trên sàn phẳng, do đó khó bố trí trên đỉnh đập trọng lực.
1.2.2 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu phím Piano: (Piano Keys Weir)

a)Toàn cảnh thượng lưu công trình

b) Hạ lưu tràn xả lũ

Hình 1-22: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011


Trường Đại học Thủy lợi

24

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1-23: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ

Hình 1-24: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp

Hình 1-25: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam
Năm 1999, nhóm của giáo sư F. Lempérière (thuộc tổ chức Hydrocoop Cộng
hoà Pháp ) đã tiến hành các nghiên cứu và tìm ra kiểu đập tràn mới này với kiểu thiết
kế đầu tiên đã được thử nghiệm vào ở phòng thí nghiệm L.N.H.E của Điện lực Pháp và
vào năm 2002 ở trường đại học Roorke của Ấn Độ cùng với trường đại học Biskra của
Algeria.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011

Trường Đại học Thủy lợi

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

25

a) Mô hình nghiên cứu tràn phím đàn Piano
kiểu A

b) Mô hình nghiên cứu tràn phím đàn
Piano kiểu B

Hình 1-26: Hai mô hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F. Lempérière
Từ năm 2000, nhiều nghiên cứu và thí nghiệm mô hình về tràn theo kiểu
labyrinth có thể bố trí được trên đập trọng lực thông thường đã được thực hiện ở Pháp,
Algeri, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam và Thụy Sỹ. Một số kiểu đã được cố gắng tối
ưu về phương diện thủy lực cũng về phương diện kết cấu và thi công. Hơn 100 kiểu
dạng tràn đã được nghiên cứu và thí nghiệm, nhiều giải pháp có tính khả thi song các
kiểu thuận lợi nhất đã được xây dựng trên hai nguyên lý sau:
-

Các tường có dạng chữ nhật trên mặt bằng, tương tự như các phím đàn piano;

cũng vì vậy kiểu tràn này được đặt tên là tràn phím đàn piano, gọi tắt là tràn phím đàn,
từ tiếng Anh là Piano Keys Weirs, viết tắt là P.K. Weirs.
- Các tường theo phương thẳng góc với dòng chảy đều được bố trí theo mặt dốc
(nghiêng). Bố trí này tạo nên thuận lợi về phương diện thủy lực, nhất là trong trường
hợp lưu lượng xả lớn, đồng thời lại giảm được chiều rộng đáy của kết cấu, và do vậy,
có thể bố trí tràn phím đàn trên các đập tràn ngưỡng đỉnh rộng hay đập bêtông trọng
lực thông thường.

Về điều kiện thi công, tràn phím đàn có thể được xây dựng bằng bê tông cốt thép đúc
sẵn hoặc đổ tại chỗ. Trong trường hợp tường thấp, có thể chọn chiều dầy tường từ yêu
cầu sử dụng cốt thép. Trường hợp H < 2 m, có thể sử dụng tường thép có các đai tăng
cứng. Chi phí xây dựng theo một mét chiều rộng tràn thường tỉ lệ với H.
Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Khóa 2009-2011