“Nghiên cứu giải pháp nối tiếp tiêu năng sau bậc hạ thấp áp dụng cho tràn xả lũ Ngàn Trươi ”

LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng thời gian học tập và làm Luận văn với sự giúp đỡ tận tâm của
thầy giáo PGS.TS Lê Văn Nghị cùng các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thuỷ
Lợi, bạn bè đồng nghiệp cộng với sự nỗ lực cố gắng học tập, tìm tòi, nghiên cứu,
tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ tại
Phòng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển với đề tài:
“Nghiên cứu giải pháp nối tiếp tiêu năng sau bậc hạ thấp áp dụng cho tràn xả lũ
Ngàn Trươi ”
Tác giả xin gửi lời cảm ơn trân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi,
Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, khoa Công trình, các thầy cô đã tham gia
giảng dạy trong thời gian qua đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả có thể hoàn thành
khóa học và Luận văn của mình.
Đặc biệt tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS.
Lê Văn Nghị đã đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học
quý báu cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận văn.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp
những người đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu vừa qua.
Do hạn chế về thời gian, kiến thức lý luận còn chưa sâu, kinh nghiệm thực tế
còn ít nên Luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận
được các ý kiến đóng góp cũng như chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và bạn bè
đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin trân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2013
Tác giả Luận văn

Nguyễn Thị Minh Ngọc


BẢN CAM KẾT
Tôi là: Nguyễn Thị Minh Ngọc

Học viên lớp Cao học: 19C12
Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nối
tiếp tiêu năng sau bậc hạ thấp áp dụng cho tràn xả lũ Ngàn Trươi ” là công trình
nghiên cứu của bản thân tôi. Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ
nguồn khác đều được trích dẫn nguồn đầy đủ theo quy định. Nếu có gì sai trái tôi
xin hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định của nhà trường.
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2013
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Minh Ngọc


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI............................................................................1
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................................2
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................2
4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC .........................................................................2
5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN ....................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................4
1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP TRÀN Ở VIỆT NAM.........4
1.2. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG DỐC NƯỚC TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XẢ LŨ
TẠI VIỆT NAM ..........................................................................................................6
1.3. CÁC BIỆN PHÁP NỐI TIẾP TIÊU NĂNG SAU TRÀN ....................................7
1.3.1. Tiêu năng dòng chảy đáy ..................................................................................8
1.3.1.1. Bể tiêu năng....................................................................................................8
1.3.1.2. Tường tiêu năng .............................................................................................8
1.3.1.3. Bể tường kết hợp ............................................................................................9
1.3.2. Tiêu năng dòng chảy mặt ..................................................................................9
1.3.3. Tiêu năng phóng xa .........................................................................................10

1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG NHÁM GIA CƯỜNG TRÊN MẶT CÔNG
TRÌNH.......................................................................................................................11
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...................................................................................12
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NỐI TIẾP, TIÊU NĂNG ......................13
2.1. TÍNH TOÁN THỦY LỰC CÔNG TRÌNH NỐI TIẾP BẰNG DỐC NƯỚC .....13
2.1.1. Tính toán thủy lực dốc nước ...........................................................................13
2.1.1.1. Tính toán cửa vào .........................................................................................13
2.1.1.2. Tính toán thân dốc........................................................................................13
2.1.2. Tính độ sâu đầu dốc nước ...............................................................................14
2.1.2.1. Tính độ sâu đầu dốc nước theo phương trình Becnuli .................................14
2.1.2.2. Tính độ sâu đầu dốc nước theo 14TCN 81-90 .............................................15


2.1.2.3. Tính độ sâu đầu dốc nước theo công thức thực nghiệm ..............................15
2.1.3. Đường mặt nước trên dốc nước ......................................................................16
2.1.3.1. Phương pháp sai phân ..................................................................................16
2.1.3.2. Phương pháp tích phân gần đúng .................................................................17
2.2. TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY TRÊN DỐC CÓ ĐỘ NHÁM LỚN ......................18
2.2.1. Tính toán nhám gia cường theo E. A. Zamarin...............................................18
2.2.2. Tính toán nhám nhân tạo theo F. I. Pikalov ....................................................19
2.2.3. Tính toán nhám nhân tạo theo P. I. Goocđiencô .............................................22
2.3. TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH ...................................23
2.3.1. Lưu lượng tính toán tiêu năng .........................................................................23
2.3.2. Tính chiều sâu bể tiêu năng.............................................................................25
2.3.3. Tính chiều dài bể tiêu năng .............................................................................26
2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tiêu năng dòng đáy ở hạ lưu công trình .28
2.3.4.1. Ảnh hưởng của trị số Froude........................................................................28
2.3.4.2. Ảnh hưởng của cột nước hạ lưu ...................................................................28
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...................................................................................28
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH HÌNH THỨC NỐI TIẾP, TIÊU NĂNG Ở

HẠ LƯU CÔNG TRÌNH ..........................................................................................29
3.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH NGÀN TRƯƠI..............................................29
3.1.1. Vị trí ................................................................................................................29
3.1.2. Nhiệm vụ .........................................................................................................29
3.1.3. Tóm tắt quy mô công trình ..............................................................................30
3.2. TÍNH TOÁN NỐI TIẾP TIÊU NĂNG DÒNG CHẢY TRÊN DỐC TRƠN ......33
3.2.1. Xác định độ sâu mực nước tại đầu dốc nước ..................................................33
3.2.2. Xác định dạng đường mặt nước trên dốc nước ...............................................33
3.2.3. Tính toán dòng chảy trên dốc với độ nhám bé ................................................34
3.2.4. Tính toán xác định chiều sâu bể tiêu năng sau tràn ........................................34
3.3. TÍNH TOÁN NỐI TIẾP TIÊU NĂNG DÒNG CHẢY TRÊN DỐC CÓ ĐỘ
NHÁM LỚN..............................................................................................................37


3.3.1. Tính toán xác định đặc trưng thủy lực cuối dốc nước ....................................37
3.3.2. Tính chiều cao mố nhám .................................................................................38
3.3.3. Đường mặt nước trên dốc với độ nhám gia cường .........................................40
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: ..................................................................................40
CHƯƠNG 4. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH
THỦY LỰC TRÀN XẢ LŨ NGÀN TRƯƠI ...........................................................45
4.1. LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HÓA CÁC HIỆN TƯỢNG THỦY LỰC ...................45
4.1.1. Mô hình vật lý .................................................................................................45
4.1.2. Lý thuyết tương tự ...........................................................................................46
4.1.2.1. Tương tự hình học ........................................................................................46
4.1.2.2. Tương tự động học .......................................................................................46
4.1.2.3. Tương tự động lực học .................................................................................47
4.2. GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH THỦY LỰC TRÀN XẢ LŨ NGÀN TRƯƠI .......48
4.2.1. Loại mô hình ...................................................................................................48
4.2.2. Tiêu chuẩn tương tự và tỷ lệ mô hình .............................................................48
4.2.3. Phạm vi thí nghiệm mô hình tổng thể tràn ......................................................49

4.2.3.1. Chiều dài theo chiều dòng chảy cần xét trong mô hình ...............................49
4.2.3.2. Chiều cao cần mô hình hoá ..........................................................................50
4.2.3.3. Chiều rộng cần mô hình hóa ........................................................................50
4.2.4. Thiết bị đo đạc thí nghiệm trên mô hình .........................................................51
4.2.4.1. Đo kích thước công trình, địa hình ..............................................................51
4.2.4.2. Đo đường mặt nước......................................................................................53
4.2.4.3. Đo lưu tốc, mạch động lưu tốc dòng chảy ...................................................53
4.2.4.4. Đo lưu lượng ................................................................................................53
4.2.4.5. Đo áp suất trung bình, mạch động áp suất ...................................................53
4.2.5. Vị trí các mặt cắt đo đạc thí nghiệm ...............................................................54
4.2.6. Các phương án thí nghiệm trên mô hình .........................................................56
4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỚI PHƯƠNG ÁN DỐC NƯỚC GẮN NHÁM LIÊN
TỤC (PA1) ................................................................................................................58


4.3.1. Thí nghiệm xác định khả năng tháo ................................................................58
4.3.2. Tình hình thủy lực ...........................................................................................60
4.3.3. Đường mặt nước..............................................................................................62
4.3.4. Kết quả đo lưu tốc dòng chảy .........................................................................66
4.3.5. Xác định chiều cao sóng trên kênh xả hạ lưu .................................................67
4.3.6. Đánh giá hiệu quả tiêu năng ............................................................................68
4.4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM PHƯƠNG ÁN NHÁM SO LE .................................70
4.4.1. Khả năng tháo .................................................................................................70
4.4.2. Tình hình thủy lực ...........................................................................................72
4.4.3. Kết quả thí nghiệm đường mặt nước...............................................................73
4.4.4. Kết quả thí nghiệm lưu tốc dòng chảy ............................................................76
4.4.5. Xác định chiều cao sóng trên kênh xả hạ lưu .................................................78
4.4.6. Đánh giá hiệu quả tiêu năng ............................................................................79
4.5. SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC
...................................................................................................................................81

4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ...................................................................................82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................86


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Các hình thức tiêu năng ở hạ lưu công trình ............................................. 11
Hình 2.1 Các dạng dòng chảy trên dốc nước ........................................................... 14
Hình 2.2 Các dạng mố nhám gia cường trên dốc nước............................................ 21
Hình 2.3 Biểu đồ xác định Q tính toán tiêu năng..................................................... 24
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán bể tiêu năng ...................................................................... 25
Hình 2.5 Sơ đồ tính chiều dài bể tiêu năng .............................................................. 26
Hình 3.1 Cắt dọc, mặt bằng tràn, dốc nước gắn nhám PA1 ..................................... 32
Hình 4.1 Vị trí các mặt cắt đo đạc, thu thập số liệu thí nghiệm. .............................. 55
Hình 4.2 Nhám kiểu dầm so le bố trí trên toàn dốc nước ........................................ 57
Hình 4.3 Quan hệ Q-ZTL qua tràn 7 cửa PA1 ......................................................... 59
Hình 4.4 Quan hệ Q-m’ qua tràn 7 cửa – PA1 ......................................................... 59
Hình 4.5 Quan hệ Q-ZTL qua tràn 7 cửa – PA 2 ..................................................... 71
Hình 4.6 So sánh thí nghiệm Q xả qua tràn PA1 và PA2 ........................................ 71


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng thống kê đặc điểm một số đập tràn đã xây dựng ở Việt Nam ......... 4
Bảng 1.2 Đặc điểm một số dốc nước đã được xây dựng ở Việt Nam...................... 6
Bảng 2.1 Các giá trị C và αo đối với chảy trên dốc khi β = b/h1 ≥ 3 (theo P. I.
Goocđiencô) ............................................................................................................. 22
Bảng 3.1 Bảng thông số của công trình đầu mối phương án tràn 6B ...................... 31
Bảng 3.2 Bảng tính độ sâu đầu dốc nước................................................................. 33
Bảng 3.3 Bảng tính độ sâu dòng đều, độ sâu phân giới trên dốc nước .................... 33
Bảng 3.4 Kết quả tính chiều sâu bể tiêu năng sau dốc trơn ..................................... 34

Bảng 3.5 Bảng tính đường mặt nước trên dốc nước với độ nhám bé (trường hợp
Qxả = 3129m3/s, Bk = 100,8m) ............................................................................... 35
Bảng 3.6 Bảng tính đường mặt nước trên dốc nước với độ nhám bé (trường hợp
Qxả = 2464m3/s, Bk = 100,8m) ............................................................................... 36
Bảng 3.7 Bảng tính độ sâu và vận tốc dòng chảy cuối dốc khi sử dụng nhám gia
cường ........................................................................................................................ 38
Bảng 3.8 Bảng tính chiều cao mố nhám gia cường theo các tác giả........................ 38
Bảng 3.9 Bảng tính hệ số nhám gia cường với chiều cao mố nhám được lựa chọn 39
Bảng 3.10 Bảng tính đường mặt nước trên dốc nước khi gắn nhám liên tục, trường
hợp Qxả = 3129m3/s; ngc = 0,042 ........................................................................... 41
Bảng 3.11 Bảng tính đường mặt nước trên dốc nước khi gắn nhám liên tục, trường
hợp Qxả = 2464m3/s; ngc = 0,044 ........................................................................... 42
Bảng 3.12 Bảng tính đường mặt nước trên dốc nước khi gắn nhám so le trường hợp
Qxả = 3129m3/s; ngc = 0,048 .................................................................................. 43
Bảng 3.13 Bảng tính đường mặt nước trên dốc nước khi gắn nhám so le trường hợp
Qxả = 2464m3/s; ngc = 0,052 .................................................................................. 44
Bảng 4.1 Các thông số chính của mô hình tổng thể tràn ......................................... 49
Bảng 4.2 Vị trí các mặt cắt thí nghiệm .................................................................... 56


Bảng 4.3 Khả năng tháo qua tràn 7 cửa ứng với các cấp MNTL ............................ 58
Bảng 4.4 Bảng các thông số nước nhảy PA1 ........................................................... 62
Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm chiều sâu dòng chảy khu vực đầu mối tràn PA1 ...... 63
Độ sâu dòng chảy (m) ứng với các cấp MNTL (m) ................................................. 63
Bảng 4.6 Kết quả đo lưu tốc lớn nhất phạm vi đầu mối tràn PA1 ........................... 66
Bảng 4.7 Chiều cao sóng ở hai bờ kênh xả hạ lưu PA1 ........................................... 67
Bảng 4.8 Xác định hiệu quả tiêu năng qua công trình PA1 ..................................... 69
Bảng 4.9 Xác định hiệu quả tiêu năng qua dốc nước với mặt so sánh là cao trình đáy
kênh 30,0m PA1 ....................................................................................................... 69
Bảng 4.10 Xác định hiệu quả tiêu năng qua dốc nước tính với mặt so sánh là cao

trình cuối dốc 36.4m, PA1 ....................................................................................... 69
Bảng 4.11 Khả năng tháo qua tràn 7 cửa ứng với các cấp MNTL – PA2 ............... 70
Bảng 4.12 Các thông số nước nhảy tại bể tiêu năng PA2 ........................................ 73
Bảng 4.13 Kết quả thí nghiệm độ sâu dòng chảy PA2 ............................................ 75
Bảng 4.14 Kết quả đo lưu tốc lớn nhất phạm vi đầu mối tràn Vmax/Vmaxday (m/s)
.................................................................................................................................. 77
Bảng 4.15 Chiều cao sóng ở hai bờ kênh xả hạ lưu PA2 ......................................... 79
Bảng 4.16 Xác định hiệu quả tiêu năng qua công trình PA2 ................................... 80
Bảng 4.17 Xác định hiệu quả tiêu năng qua dốc nước PA2 .................................... 80
Bảng 4.18 So sánh kết quả tính toán và thí nghiệm đường mặt nước trên dốc các
phương án ................................................................................................................. 81
Bảng 4.19 So sánh kết quả tính toán và thí nghiệm vận tốc trung bình trên dốc nước
các phương án .......................................................................................................... 81
Bảng 4.20 So sánh kết hiệu quả tiêu tán năng lượng (%) trên dốc nước ................. 82


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việt Nam là một trong những nước có hệ thống sông ngòi dày đặc. Đây là
một tiềm năng lớn để xây dựng và phát triển các công trình thủy lợi, thủy điện phục
vụ cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, góp phần vào quá trình
phát triển xã hội, cải thiện đời sống nhân dân.
Ở nước ta đến nay có khoảng hơn 3600 hồ chứa nước các loại, mỗi công
trình đều có đường tràn xả lũ và hơn 4000 đập tràn lòng sông loại vừa và lớn. Hầu
hết sau mỗi công trình tràn như vậy đều có công trình nối tiếp tiêu năng. Trong hệ
thống công trình thuỷ lợi, công trình nối tiếp có một vị trí quan trọng và chiếm một
tỷ trọng tương đối lớn của giá thành công trình. Một trong những giải pháp công
trình nối tiếp nhằm giảm nhẹ kết cấu tiêu năng, giảm giá thành công trình là các

dạng nhám gia cường nhằm tiêu năng ngay trên mặt công trình.
Giải pháp nhám gia cường trên mặt công trình mang nhiều ưu điểm về kinh
tế và kỹ thuật với các bậc trên mặt tràn có tác dụng triệt giảm một phần lớn năng
lượng dòng chảy ngay trên tràn trước khi đổ xuống bể tiêu năng, cho phép giảm nhẹ
hẳn kết cấu công trình tiêu năng, đảm bảo an toàn cho đập cũng như hạ lưu công
trình, đã được áp dụng ở một số tràn như Sông Sào, Ngàn Trươi, Bái Thượng và cần
được nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng rộng rãi, phù hợp với các điều kiện của Việt
Nam.
Việc tính toán dựa trên các cơ sở lý thuyết về tính toán thuỷ lực đập tràn, dốc
nước và dòng tràn trên các mố nhám lớn. Tuy nhiên, với tính toán lý thuyết còn
nhiều sai số do vậy khi áp dụng các giải pháp này cần phải tiến hành thí nghiệm mô
hình vật lý. Do đó việc tính toán lý thuyết, kết hợp thí nghiệm mô hình trong những
điều kiện biên cụ thể của mỗi công trình sẽ rất hữu ích và phù hợp cho công trình.
Đề tài “Nghiên cứu giải pháp nối tiếp tiêu năng sau bậc hạ thấp áp dụng
cho tràn xả lũ Ngàn Trươi ” tiến hành tính toán lý thuyết lựa chọn giải pháp, phân
tích kết quả đo được từ thí nghiệm mô hình. So sánh, đối chứng với các kết quả tính


2
toán lý thuyết là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn đối với công trình tràn xả
lũ Ngàn Trươi nói riêng và các công trình có điều kiện tương tự nói chung. Do đó
nghiên cứu giải pháp nối tiếp tiêu năng sau bậc hạ thấp áp dụng cho tràn xả lũ Ngàn
Trươi là đề tài cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu giải pháp nối tiếp tiêu năng sau tràn xả lũ, áp dụng cụ thể cho
tràn xả lũ Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh.
- Đánh giá so sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm mô hình
để rút ra vấn đề cần lưu ý trong việc nghiên cứu xác định giải pháp nối tiếp tiêu
năng sau bậc hạ thấp.
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

* Phương pháp tiếp cận:
- Tập hợp các tài liệu và kết quả nghiên cứu đã có, sử dụng kết quả thí
nghiệm mô hình tràn vận hành Ngàn Trươi để so sánh, đối chứng và kiểm định với
kết quả tính toán lý thuyết.
- Luận văn kết hợp giữa nghiên cứu lý luận và nghiên cứu thực nghiệm để
đưa ra những so sánh, kết luận và đề xuất áp dụng cho công trình tràn xả lũ Ngàn
Trươi.
* Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu phân tích tổng hợp
4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
- Lựa chọn hình thức nhám gia cường trên dốc nước phù hợp để tiêu hao
năng lượng trên dốc nước, giảm nhỏ tối đa chiều sâu bể tiêu năng sau bậc thụt dốc
nước.
- Phân tích kết quả thí nghiệm mô hình thuỷ lực được thực hiện với nhiều


3
cấp lưu lượng khác nhau, đảm bảo đặc trưng của các trường hợp lưu lượng sẽ tháo
qua công trình.
- So sánh kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình các phương án bố trí nhám
gia cường khác nhau.
- Đề xuất các giải pháp nối tiếp tiêu năng sau bậc hạ thấp cho công trình, áp
dụng cho tràn xả lũ Ngàn Trươi.
5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương II: Lý thuyết tính toán nối tiếp, tiêu năng
Chương III: Tính toán xác định hình thức nối tiếp, tiêu năng ở hạ lưu công
trình

Chương IV: So sánh kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình thủy lực tràn
xả lũ Ngàn Trươi
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
2. Kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO


4
Chương 1.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP TRÀN Ở VIỆT NAM
Trong các hệ thống hồ chứa thì tràn xả lũ là một phần không thể thiếu chiếm
một tỷ trọng khá lớn trong tổng vốn đầu tư xây dựng công trình. Sự làm việc hiệu
quả của tràn xả lũ quyết định đến hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống. Vì vậy
việc tính toán, lựa chọn phương án tràn xả lũ và tiêu năng sau tràn có ý nghĩa rất
quan trọng. Việc lựa chọn hình thức, bố trí tràn xả lũ và tiêu năng sau tràn tùy thuộc
vào điều kiện địa hình, địa chất, giải pháp bố trí tổng thể công trình, điều kiện quản
lý vận hành..… Các công trình tháo đã và đang được xây dựng ở nước ta tương đối
phong phú về thể loại và đa dạng về hình thức kết cấu (Bảng 1-1).
Bảng 1.1 Bảng thống kê đặc điểm một số đập tràn đã xây dựng ở Việt Nam

TT

Công trình

Tỉnh

Lưu
lượng
(m3/s)

Chiều
cao
đập
(m)

Chiều
rộng
tràn
(m)

Số
khoang
tràn

48

12

Hình thức
tràn
(loại đập)

1

An Trạch

Đà Nẵng

1800

Đập tràn

2

Bái Thượng

Thanh Hóa

9700

17,0

220

3

Bàn Thạch

Thanh Hóa

36,72

4,2

13,2

6

Đập tràn

4

Bản Vẽ

Nghệ An

7847,2

135

10

6

Đập tràn

5

Bàu Nít

Đà Nẵng

750

24

3

Đập tràn

Đập dâng

Đập tràn thực
6

Cam Ranh

Khánh Hòa

720,25

23,2

24

3

dụng có cửa
van điều tiết

7

Cẩm Sơn

Hà Bắc

476

19,5

3

Đập tràn

8

Cần Đơn

Sông Bé

5287

50

5

Đập tràn

9

Cẩm Ly

Quảng Bình

265

9

1

Đập tràn

10

Đại Lải

Vĩnh Phú

366

32

4

11

Đồng Mô

Hà Tây

120

5,0

12,5

2

Đập tràn đỉnh
rộng
Đập tràn có
cửa van


5

TT

Công trình

Tỉnh

Lưu
lượng
(m3/s)

12

Sông Hinh

Phú Yên

6128

13

Hùng Sơn

Hòa Bình

296

14

Kẻ Cọc

Nghệ An

912

15

Minh Hòa

Thanh Hóa

1540

16

Lòng Sông

Bình Thuận

2093

17

Đập Nại

Hòa Bình

270

18

Năng Phai

Yên Bái

1430

19

Nhân Mục

Tuyên Quang

197

20

Ngòi Nhì

Yên Bái

21

PleiKrong

22

Chiều
cao
đập
(m)

2,7

Chiều
rộng
tràn
(m)

Số
khoang
tràn

72

6

Hình thức
tràn
(loại đập)
Đập tràn đỉnh

rộng
Đập dâng

40

Tràn thực

60

dụng
Đập tràn

10,5
48

6

Tràn xả lũ

45

Đập tràn

55

Đập dâng

6,0

42

Đập dâng

1291

8,0

65

Đập tràn

Gia Lai

7606

54,7

60

Sông Tiêm

Hà Tĩnh

2519

23

Sê San 4

Gia Lai

20090

49,0

120

24

Tân Quang

Hà Giang

1092

11,0

48,8

25

Thác Huống

Thái Nguyên

3000

6,7

92,6

26

Thác Nhông

Quảng Ninh

540

2,2

55

Đập tràn

27

Thạch Nham

Quảng Ngãi

16200

11,5

200

Đập dâng

28

Thông Gót

Cao Bằng

1530

5,5

200

Đập tràn

29

Thuận Ninh

Bình Định

590

28,7

24

30

Thượng Tuy

Hà Tĩnh

177

2,5

60

31

Vạn Hội

Bình Định

329

32

Ba Hạ

Phú Yên

33

Ngàn Trươi

Hà Tĩnh

3,0

9

26,5

8

Đập tràn
Đập dâng

5

3

Đập tràn

Đập dâng
Đập dâng

3
12

100,8

Đập tràn
Đập tràn

100

45,5
3129

6

7

Có cửa van
Đập đất đá
nhiều khối


6
1.2. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG DỐC NƯỚC TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XẢ
LŨ TẠI VIỆT NAM
Do điều kiện kinh tế, kỹ thuật ở Việt Nam hiện nay, việc sử dụng vật liệu địa
phương trong xây dựng công trình thủy lợi rất được coi trọng. Do vậy hầu hết các
công trình đập dâng nước của hồ chứa lớn đều là đập đất hoặc đá đổ. Khi bố trí
công trình, công trình xả lũ kiểu đường tràn dọc gồm đập tràn nối tiếp với dốc nước
được sử dụng rộng rãi. Đặc điểm một số dốc nước đã được xây dựng ở Việt Nam
được nêu trong Bảng 1-2.
Bảng 1.2 Đặc điểm một số dốc nước đã được xây dựng ở Việt Nam
Lưu lượng

1

An Mã

Quảng Bình

332

18,4

Chiều
rộng
dốc
(m)
18

2

Cà Giây

Bình Thuận

139

7,7

18

60

8

9,1

10,2

3

Cam Ranh

Khánh Hòa

539

19,8

27,2

60

15

13,5

12,6

4

Cầu Mới

Đồng Nai

352

14,1

25

107

10

13,0

16,0

5

Dầu Tiếng

Tây Ninh

2.81

39,0

72

60

5

12,5

6,3

6

Đồng Mô

Hà Tây

120

8,0

12

82

15

11,0

16,0

7

Đồng Tròn

Phú Yên

838

30,8

27,2

71

15

14,3

11,8

8

Eakao

Đăk Lăk

220

22,0

10

45

17,5

15,0

-

9

Mỹ Bình

Bình Định

342

19,0

18

68

10

17,1

26,9

Quảng Trị

7.3

26,7

135

25

25

-

-

TT

10

Công trình

Nam Thạch
Hãn

Tỉnh

Q
(m3/s)

q
(m3/sm)

7

V
cuối
dốc
(m/s)
11,6

Số
Froud

cuối
dốc
7,1

Chiều
dài (m)

Độ
dốc
(%)

64

11

Nhân Mục

Tuyên Quang

830

30,1

27,6

150

15

21,2

26,0

12

Núi Cốc I

Thái Nguyên

830

29,6

28

60

15

15,8

13,7

13

Núi Cốc II

Thái Nguyên

584

32,4

18

66

15

16,5

18,4

14

Phú Vinh

Quảng Bình

380

18,1

21

80,3

7

13,4

13,6

15

Sông Hinh

Phú Yên

6.285

70,2

89,5

64

15

14,3

15,1

16

Suối Hoa

Hòa Bình

1.02

25,5

40

100

12

10,3

-

17

Thuận Ninh

Bình Định

550

20,2

27,2

85

11,2

15,0

17,4

18

Tràng Vinh

Quảng Ninh

729

34,7

21

60

12,5

16,0

12,0


7
Lưu lượng
TT

Tỉnh

Công trình

Thừa Thiên

Chiều
rộng
dốc
(m)

Chiều
dài (m)

Độ
dốc
(%)

V
cuối
dốc
(m/s)

Số
Froud
cuối
dốc

Q
(m3/s)

q

(m /sm)

971

45,8

21,2

85

15

18,6

18,5

3

19

Truồi

20

Việt An

Đà Nẵng

543

14,3

38

128

20

16,3

24,5

21

Vệ Vừng

Nghệ An

159

18,8

8,5

47

15

14,5

19,0

22

Yaly

Gia Lai

1.0328

98,3

105

194

32

30,3

28,9

23

Yên Lập

Quảng Ninh

830

30,1

27,6

150

15

21,2

26,0

24

Sông Sào

Nghệ An

780

25

Ngàn Trươi

Hà Tĩnh

3129

100,8

140

7,1

Huế

1.3. CÁC BIỆN PHÁP NỐI TIẾP TIÊU NĂNG SAU TRÀN
Một trong những hạng mục quan trọng ở đầu mối công trình thuỷ lợi là công
trình tháo lũ. Dòng chảy qua công trình tháo lũ thường là dòng chảy xiết, có lưu tốc
cao, năng lượng dư thừa lớn. Năng lượng đó tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau:
một phần phá hoại lòng sông và hai bên bờ gây nên xói cục bộ sau đập, một phần
tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nước và không khí.
Khi chảy xuống hạ lưu nó có thể gây ra xói lở lòng dẫn nếu không được gia cố đầy
đủ dẫn đến làm mất ổn định công trình.
Có nhiều giải pháp tiêu năng để đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối
cũng như hạn chế xói lở hạ lưu công trình như sau:
+ Tiêu năng dòng chảy đáy (Hình 1.1 a,b)
+ Tiêu năng dòng chảy mặt (Hình 1.1 c,d)
+ Tiêu năng phóng xa (Hình 1.1 e)
Nguyên lý cơ bản của các hình thức tiêu năng trên là làm cho dòng chảy tiêu
hao năng lượng bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu dòng chảy bằng xáo trộn với
không khí, khuếch tán dòng chảy theo chiều đứng và để giảm lưu lượng đơn vị. Các
hình thức tiêu năng này có liên quan lẫn nhau, khi mực nước hạ lưu thay đổi các
hình thức này có thể chuyển đổi lẫn nhau [2], [10], [12].


8
1.3.1. Tiêu năng dòng chảy đáy
Tiêu năng dòng đáy là hình thức lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để
tiêu hao năng lượng thừa (Hình 1.1 a,b). Đây là hình thức thường được dùng nhất

trong xây dựng công trình thủy lợi tuy nhiên khu vực nước nhảy (sân sau) phải bảo
vệ tốt để tránh xói lở. Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng này là chiều sâu
nước hạ lưu lớn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai của nước nhảy hh > hc’’ để đảm bảo
nước nhảy ngập và tiêu năng tập trung. Trong tiêu năng dòng đáy, lưu tốc ở đáy rất
lớn, mạch động mãnh liệt, đạt giá trị lớn cả về tần số lẫn biên độ, có khả năng gây
xói lở. Thường xây thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mố, ngưỡng, dầm, tạo tường
phân dòng để khuếch tán dòng đều chảy ở hạ lưu, tăng ma sát giữa dòng chảy với
các thiết bị đó làm tăng hiệu quả tiêu hao năng lượng.
Hình thức tiêu năng này thường dùng với công trình có chênh lệch cột nước
thượng hạ lưu nhỏ và địa chất nền không tốt.
Kết cấu tiêu năng dòng đáy gồm có các hình thức sau:
1.3.1.1. Bể tiêu năng
Đây là biện pháp được áp dụng phổ biến ở các công trình tiêu năng dòng đáy
nhất là ở các công trình có địa chất nền mềm yếu, tầng đá gốc nằm sâu. Hình thức
này tạo ra chế độ chảy ngập khi qua ngưỡng bể nên chỉ cần tiêu năng một lần, tuy
nhiên nếu chiều sâu bể quá lớn thì việc thi công sẽ gặp khó khăn khi đó phương án
đào bể tiêu năng không kinh tế.
1.3.1.2. Tường tiêu năng
Nếu điều kiện kết cấu và thi công khi làm bể tiêu năng không thích hợp hoặc
điều kiện nền địa chất tốt việc thi công bể tiêu năng gặp khó khăn thì chúng ta làm
tường tiêu năng. Lúc này tường tiêu năng làm việc như một đập tràn thực dụng hoặc
thành mỏng vì thế khi thiết kế chúng ta phải kiểm tra trạng thái chảy sau tường. Nếu
sau tường có nước nhảy phóng xa hoặc tại chỗ ta phải tính toán tiêu năng cho tường
tức là phải làm thêm các tường ở phía sau. Trường hợp tường quá cao chúng ta phải
làm thêm các tường phía sau lúc này khối lượng công trình sẽ tăng lên vì thế sẽ
không kinh tế.


9
1.3.1.3. Bể tường kết hợp

Trong thực tế có nhiều trường hợp nếu làm bể têu năng chỉ bằng cách hạ thấp
đáy kênh hạ lưu hoặc chỉ xây tường tiêu năng thì không hợp lý. Trường hợp thứ
nhất nếu bể rất sâu đáy kênh hạ lưu phải hạ thấp quá nhiều, khối lượng đào quá lớn
và việc thi công khó khăn đồng thời phần chân đập sẽ phải có thêm khối bê tông lớn
làm tăng khối lượng công trình. Trường hợp thứ hai là tường quá cao sau tường có
nước nhảy phóng xa vì vậy ta phải làm thêm tường thứ hai, thứ ba…Trong điều
kiện như thế người ta thường kết hợp hai biện pháp trên tức là vừa ha thấp đáy kênh
làm bể đồng thời xây tường ở bên trên. Biện pháp này giúp ta không phải đào bể
quá sâu đồng thời cũng không phải xây tường quá cao. Thực tế đã chứng tỏ biện
pháp này trong nhiều trường hợp rất có lợi về mặt kinh tế và kỹ thuật.
1.3.2. Tiêu năng dòng chảy mặt
Dòng chảy của hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt (Hình 1.1 c,d).
Tiêu năng dòng mặt gắn liền với bậc thụt hoặc ngưỡng thấp là một khía cạnh
rộng lớn và phức tạp nhưng rất có ý nghĩa trong việc phát hiện ra các quy luật dòng
chảy sau công trình nhằm khai thác tối đa lợi ích của các dạng nước nhảy, ứng dụng
chúng trong việc tiêu hao năng lượng thừa, ổn định lòng dẫn.
Với dạng nối tiếp chảy mặt này khi chiều cao bậc, ngưỡng thay đổi, hình
dạng nước nhảy ở hạ lưu cũng thay đổi theo. Nếu chiều cao tương đối của bậc nhỏ
so với độ sâu dòng chảy ở hạ lưu thì dòng chảy qua đó vẫn có dạng chảy đáy ngược
lại thì sinh nước nhảy mặt.
Ưu điểm của hình thức tiêu năng này đạt hiệu quả tiêu năng không kém
nhiều so với hình thức tiêu năng đáy (có thể đạt 65%), nhưng kết cấu công trình
được rút ngắn (chiều dài sân sau ngắn hơn 1/2 ÷1/5 lần), đồng thời do lưu tốc ở đáy
nhỏ nên có thể giảm chiều dày sân sau, thậm chí trên nền đá cứng không cần làm
sân sau.
Điều kiện ứng dụng tiêu năng dòng mặt thường là chiều sâu mực nước hạ lưu
ổn định và lớn hơn độ sâu liên hiệp thứ hai (hh > hc’’); dùng với lưu lượng lớn nhưng


10

chênh lệch đầu nước thượng hạ lưu không lớn, bờ ở hạ lưu có khả năng ổn định,
chống xói tốt.
Nhược điểm của hình thức tiêu năng này là làm việc không ổn định khi mực
nước hạ lưu thay đổi lớn; ở hạ lưu có sóng làm ảnh hưởng không tốt tới chế độ làm
việc của nhà máy thủy điện, vận tải thủy, xói lở bờ sông và yêu cầu mực nước hạ
lưu phải sâu. Tiêu năng dòng mặt gây trở ngại cho thuyền bè đi lại ở hạ lưu, đe dọa
sự ổn định của bờ dễ sinh ra nước nhảy phóng xa, sân sau làm việc với chế độ thay
đổi liên tục.
1.3.3. Tiêu năng phóng xa
Tiêu năng phóng xa được lợi dụng mũi phun ở chân đập để dòng chảy có lưu
tốc lớn phóng xa khỏi chân đập (Hình 1.1 e).
Đây là hình thức tiêu năng lợi dụng ma sát với không khí để tiêu hao một
phần năng lượng, phần còn lại sẽ được tiêu tán bởi lớp nước đệm hạ lưu. Do lưu tốc
cao, ma sát lớn làm mức độ rối của dòng chảy tăng lên, không khí trộn vào dòng
nước càng nhiều. Dòng chảy càng khuếch tán lớn trong không khí và càng trộn lẫn
nhiều không khí thì năng lượng được tiêu hao càng lớn. Dòng chảy phóng xuống hạ
lưu gây nên xói lở, sau khi hố xói đạt được đến một độ sâu nhất định thì năng lượng
thừa của dòng chảy được hoàn toàn tiêu hao bằng ma sát nội bộ, do đó nếu mực
nước hạ lưu càng lớn và khả năng mở rộng của dòng phóng xa càng nhiều thì mức
độ xói lở của lòng sông càng giảm. Đồng thời do dòng chảy được phóng khỏi chân
đập tương đối xa nên dù có xói lở cục bộ đáy sông hạ lưu cũng ít ảnh hưởng nguy
hại đến an toàn đập.
Cấu tạo của hình thức tiêu năng phóng xa đơn giản, thường dùng với công
trình có cột nước cao và điều kiện địa chất tốt. Tuy nhiên nó cũng có một hạn chế:
hố xói do dòng phun tạo ra có thể hạ thấp mực nước hạ lưu làm ảnh hưởng đến nhu
cầu dùng nước, ở mũi phun có thể xảy ra khí thực, dòng phun tạo ra sương mù ảnh
hưởng đến giao thông và môi trường xung quanh.


11

Điều kiện để áp dụng được hình thức tiêu năng phóng xa là đỉnh mũi phun
phải cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu, chiều cao cột nước trước đập đủ lớn để
tạo ra dòng phun phóng xa để không ảnh hưởng đến bất lợi công trình, cột nước hạ
lưu cũng đủ lớn để chiều sâu hố xói không quá lớn. Thường dùng với công trình có
cột nước trung bình và lớn.

a. Tiêu năng dòng chảy đáy

b. Tiêu năng dòng chảy đáy mặt hỗn hợp

c. Tiêu năng bằng dòng mặt không ngập

d. Tiêu năng bằng dòng mặt ngập

e. Tiêu năng phóng xa
Hình 1.1 Các hình thức tiêu năng ở hạ lưu công trình
1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG NHÁM GIA CƯỜNG TRÊN MẶT
CÔNG TRÌNH
Nhằm tiêu hao năng lượng dòng chảy trên mặt công trình ở Việt Nam đã có
các công trình sử dụng nhám nhân tạo trên mặt tràn, hoặc dốc nước để tiêu hao năng
lượng dòng chảy.
Đập dâng Bái Thượng thuộc hệ thống thủy lợi sông Chu tỉnh Thanh Hóa, là
công trình ngăn sông Chu nhằm dâng cao đầu nước để lấy nước tưới cho hệ thống


12
thủy lợi sông Chu, năm 1996 được cải tạo nâng cấp. Trong giai đoạn đó đã sử dụng
giải pháp nhám nhân tạo dạng bậc hay mố nhám âm. Theo kết quả nghiên cứu và thí
nghiệm mô hình cho thấy với giải pháp mố nhám âm trên mặt đập và khi đó gọi là
đập bậc thì hiệu quả tiêu năng dòng chảy qua công trình tăng lên từ 6 - 12% [9].

Tràn xả lũ hồ chứa sông Sào được nghiên cứu thí nghiệm năm 1997, các nhà
thực nghiệm đã sử dụng chỉ 03 mố nhám nhân tạo dạng lượn tròn với chiều cao
30cm ở cuối dốc nhằm mục tiêu giảm vận tốc dòng chảy ở cuối dốc, tránh xâm thực
bề mặt dốc nước, và giải pháp này cũng đã làm tăng độ nhám, tăng chiều sâu dòng
chảy trên dốc nước, tăng khả năng tiêu hao năng lượng trên dốc nước, đã tạo cho
dòng chảy trong bể tiêu năng chuyển từ trạng thái nhảy phóng xa thành nhảy ngập
tại bể. Hiện tại hồ sông Sào đã đi vào vận hành và kết quả cho thấy tác dụng rất tốt
của 03 mố nhám gia cường trên dốc nước [3].
Ngoài ra trong những năm gần đây một số công trình cũng được sử dụng các
dạng nhám gia cường theo kiểu mố nhám âm để tiêu hao năng lượng như tràn
Đăkmil 4, tràn Ngàn Trươi ...
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Tràn xả lũ là hạng mục quan trong trong đầu mối hồ chứa, đảm bảo cho hồ
chứa làm việc an toàn. Trong các dạng nối tiếp tiêu năng sau tràn thì dốc nước là
một loại công trình được sử dụng nhiều hơn cả khi lựa chọn giải pháp nối tiếp.
Khi nền địa chất sau công trình là nền yếu thì việc lựa chọn giải pháp tiêu
năng bằng bể thông qua nước nhảy ngập là giải pháp thường được lựa chọn để tiêu
hao năng lượng thừa của dòng chảy và hạn chế xói lở hạ lưu.
Trong những điều kiện cụ thể thì ngoài các giải pháp tiêu năng qua nước
nhảy ngập trong bể tiêu năng thì giải pháp nhám gia cường cũng được sử dụng để
giảm bớt năng lượng dư tập trung ở cuối dốc, điều đó cũng làm giảm khối lượng
của bể tiêu năng. Trong nhiều trường hợp không cho phép đào sâu hơn bể tiêu năng
thì giải pháp sử dụng nhám gia cường là lựa chọn duy nhất để đảm bảo cho công
trình sinh nước nhảy ngập.


13

Chương 2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NỐI TIẾP, TIÊU NĂNG
2.1. TÍNH TOÁN THỦY LỰC CÔNG TRÌNH NỐI TIẾP BẰNG DỐC NƯỚC

2.1.1. Tính toán thủy lực dốc nước
Dốc nước trong thực tế là một đoạn kênh ngắn có độ dốc đáy lớn.
Dốc nước có thể chia ra thành các bộ phận sau: Cửa vào, thân dốc và phần tiêu
năng, sau đây trình bày lý thuyết tính toán thủy lực nối tiếp tiêu năng bằng dốc nước [1],
[2] , [5], [10], [12].
2.1.1.1. Tính toán cửa vào
Hình thức cửa vào có thể là đập tràn đỉnh rộng, đập tràn thực dụng hay đập
tràn khe hở. Cửa vào của dốc nước thường có một đoạn chuyển tiếp thu hẹp nối với
đầu dốc, đoạn chuyển tiếp này thường có độ dốc đáy rất bé hoặc đáy nằm ngang
(Hình 2.1a).
2.1.1.2. Tính toán thân dốc
Mặt cắt thân dốc có dạng hình chữ nhật hoặc hình thang, thân dốc có thể là
hình lăng trụ với chiều rộng đáy thay đổi. Độ dốc đáy tùy thuộc vào vật liệu của
thân dốc thường lấy khoảng từ 0,01 ÷ 0,02.
a) Đối với dốc nước hình lăng trụ
Dòng chảy trên dốc luôn luôn ở trạng thái chảy xiết, đường mặt nước là
đường nước hạ bII hoặc đường nước dâng cII. Dạng đường mặt nước phụ thuộc hoàn
toàn vào hình thức cửa vào.
* Cửa vào không có ngưỡng (Hình 2.1a): Khi đó hđ = hk đường mặt nước trong thân
dốc là đường nước hạ bII .
* Cửa vào có ngưỡng (Hình 2.1b): Khi đó hđ = hc
- Nếu hc > ho đường mặt nước trong thân dốc là đường nước hạ bII
- Nếu hc < ho đường mặt nước trong thân dốc là đường nước dâng cII
(ho là độ sâu chảy đều trên thân dốc)
* Cửa vào có van điều tiết (Hình 2.1c, d): Sau cửa van có đoạn chuyển tiếp đáy nằm
ngang nên hđ có thể lớn hơn hoặc bé hơn ho trên dốc.
- Nếu hđ > ho đường mặt nước trong thân dốc là đường nước hạ bII


14

- Nếu hđ < ho đường mặt nước trong thân dốc là đường nước dâng cII
Nếu đoạn chuyển tiếp lớn thì trong đoạn có nước nhảy, sau nước nhảy là
đường nước hạ bo và lúc này hđ = hk đường mặt nước trong thân dốc là đường nước
hạ bII

a. Cửa vào không có ngưỡng

b. Cửa vào có ngưỡng

c. Cửa vào có cửa van điều tiết

d. Cửa vào có cửa van điều tiết

Hình 2.1 Các dạng dòng chảy trên dốc nước hình lăng trụ
b) Đối với dốc nước hình lăng trụ (chiều rộng đáy thay đổi)
Để đảm bảo độ sâu dòng chảy trên thân dốc không đổi, người ta thường thu
hẹp chiều rộng đáy dốc, đường mặt nước lúc này là đường thẳng song song với đáy.
2.1.2. Tính độ sâu đầu dốc nước
Độ sâu đầu dốc nước được tính toán theo các cách sau:
2.1.2.1. Tính độ sâu đầu dốc nước theo phương trình Becnuli
Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt: Mặt cắt trước tràn và mặt cắt đầu
dốc nước A-A.
vA =

q
= 2 g (d A + H − h A cos θ )
hA

( 2-1)

15

trong đó:
+ dA: Chênh cao từ ngưỡng tràn đến điểm đầu dốc nước (điểm A)
+ H: Cột nước trên đập tràn (m)
+ θ: Góc hợp với phương ngang với dốc nước
+ hA: Cột nước tại điểm đầu dốc (điểm A)
+ vA: Vận tốc tại điểm đầu dốc nước
+ q: Lưu lượng đơn vị (m3/s.m)
2.1.2.2. Tính độ sâu đầu dốc nước theo 14TCN 81-90
Chiều sâu tại điểm đầu dốc nước (điểm A) được tính như sau:
hA =

q

( 2-2)

ϕ 2 g (E 0 − h A )

trong đó:
φ: Hệ số lưu tốc, lấy φ = 0.9- 1,0
q: Lưu lượng đơn vị
Eo: Cột nước năng lượng tổng tính đến điểm A, Eo = Zhồ -

∇A

hA: Cột nước tại điểm đầu dốc nước
Bằng phương pháp tính thử dần ta tìm được độ sâu hA điểm A tương ứng với
các cấp lưu lượng.

2.1.2.3. Tính độ sâu đầu dốc nước theo công thức thực nghiệm
Đường nước đổ được tính từ mặt cắt đầu dốc nước. Độ sâu dòng chảy ở đây
luôn nhỏ hơn độ sâu phân giới hk. Từ kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực một số
đập tràn có độ dốc dốc nước i ≥ 0.2, độ sâu điểm A được tính theo công thức:
hA =

k × hk
il

( 2-3)

Đường mặt nước trên dốc nước có độ dốc lớn đã được tính toán thí nghiệm
trên nhiều công trình ở Việt Nam trong đó có thủy điện Yaly. Theo kết quả thí
nghiệm mô hình thủy lực đập tràn Yaly [8] có: i = 35%; k = 0,63; l = 0.08.


16
2.1.3. Đường mặt nước trên dốc nước
Hiện nay đã có nhiều phương pháp tính toán đường mặt nước trên dốc nước. Ở
nước ta cho đến nay, khi thiết kế các đường tháo nói chung vẫn áp dụng các phương
pháp của thủy lực dòng một hướng, chủ yếu thiết kế theo các phương pháp sau [1], [4]:
2.1.3.1. Phương pháp sai phân
Phương pháp sai phân hay còn gọi là phương pháp cộng trực tiếp sử dụng
các phương trình cơ bản sau đây.
Phương trình cơ bản đường mặt nước trong dốc nước có dạng:
d∋
=i−J
dl

( 2-4)

Chuyển phương trình vi phân trên thành phương trình sai phân:
∆∋
=i−J
∆l

∆l =

hay

∆∋
i−J

( 2-5)

Trong đó:
+ J : Độ dốc thủy lực trung bình của đoạn ∆l
Q2
v2
J= 2 =
K
C2 R
h=

Với:

( 2-6)

hi +1 + hi
C + Ci

R + Ri
v +v
v = i +1 i C = i +1
R = i +1
2 ;
2 ;
2
2
;

+ ∆ ∋ : Chênh lệch năng lượng giữa hai mặt cắt i và i+1 có khoảng cách ∆l

αvi2+1  
αvi2 




∆ ∋ = ∋ i +1 - ∋ i =  hi +1 +
 -  hi + 2 g 
2
g

 


( 2-7)

Chia dốc nước thành nhiều đoạn ngắn ∆l, tại mỗi đoạn áp dụng biểu thức (25) rồi cộng lại sẽ có chiều dài dốc nước:
n

∆ ∋i
i =1 i − J i
n

l = ∑ ∆li = ∑
i =1

( 2-8)