Nghiên cứu giải pháp bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước_unprotected

LỜI CẢM ƠN
Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật xây dựng công trình thủy lợi,
hiện nay chúng ta đã và đang xây dựng nhiều công trình tháo nước với quy mô lớn.
Trong đó, dốc nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của công trình
tháo nước. Chính ở đây diễn ra rất nhiều vấn đề thủy lực của dòng chảy. Đặc biệt
khi dòng chảy có lưu tốc lớn sẽ gây ra những hệ quả bất lợi cho công trình như
mạch động, sóng xung kích, hàm khí, khí thực… làm ảnh hưởng đến sự an toàn
cũng như hiệu quả của công trình. Những năm gần đây, đã có nhiều sự cố hư hỏng
công trình do các nguyên nhân liên quan đến lưu tốc dòng chảy trên dốc nước gây
ra như đường tràn công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Phú Ninh….
Với những đặc điểm trên đây cho thấy việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật
chuyên môn để phòng ngừa sự cố do lưu tốc dòng chảy trên dốc gây ra là một công
việc rất quan trọng và thật sự cần thiết. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất
hiện nay đó là bố trí các mố nhám gia cường trên dốc nước nhằm giảm lưu tốc
dòng chảy, tăng khả năng tiêu năng và giảm khối lượng công trình tiêu năng phía
sau tràn. Do đó, tác giả lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU
GIẢI PHÁP BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN MỐ NHÁM GIA CƯỜNG TRÊN DỐC NƯỚC, ÁP
DỤNG CHO MỘT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN HỒ NẶM CẮT”.
Tác giả xin chân thành biết ơn sự hướng dẫn tận tâm và nhiệt tình của thầy
giáo GS.TS Nguyễn Chiến trong thời gian qua, cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại
học Thủy lợi Hà Nội, các cơ quan, đơn vị đã cung cấp các tài liệu và tạo điều kiện
thuận lợi giúp tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn người thân, gia đình, cơ quan tác giả đang
công tác đã tạo mọi điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Do thời gian cũng như kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên việc nghiên
cứu và thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự chỉ
bảo của các thầy cô giáo, sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học và các bạn
đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

BẢN CAM KẾT
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin,
tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận
văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước
đây.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đào Thị Hiền


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài. .........................................................................................1
2. Mục đích của đề tài .................................................................................................1
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................2
4. Kết quả đạt được. ....................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG TRÀN THÁO LŨ Ở HỒ CHỨA VÀ
VIỆC ỨNG DỤNG MỐ NHÁM GIA CƯỜNG. ........................................................3
1.1 Tổng quan về xây dựng đường tràn tháo lũ ở hồ chứa nước. ...............................3
1.1.1 Mục đích và yêu cầu của việc xây dựng đường tràn tháo lũ. .........................3
1.1.2. Các loại đường tràn hở bên bờ. .....................................................................4
1.1.2.1 Đường tràn dọc. .......................................................................................4
1.1.2.2 Đường tràn ngang. ...................................................................................8
1.1.3 Một số công trình tháo lũ điển hình ở Việt Nam. ...........................................9
1.2 Các vấn đề thủy lực của dòng chảy trên dốc nước có lưu tốc lớn. .....................13
1.2.1 Vấn đề sóng trong dốc nước. ........................................................................13
1.2.2 Vấn đề hàm khí trong dốc nước. ..................................................................14
1.2.3 Khí thực trên dốc nước. ................................................................................15
1.3 Về áp dụng hình thức mố nhám gia cường ở Việt Nam. ....................................16
1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu. .............................................................................19

1.5 Kết luận chương 1. ..............................................................................................20
CHƯƠNG 2: .............................................................................................................21
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN MỐ NHÁM GIA CƯỜNG
TRÊN DỐC NƯỚC. .................................................................................................21
2.1 Điều kiện áp dụng mố nhám gia cường trong thiết kế dốc nước. .......................21
2.2 Các hình thức mố nhám gia cường và khả năng áp dụng. ..................................21
2.3 Phương pháp tính toán thiết kế mố nhám gia cường. .........................................26
2.4 Nghiên cứu áp dụng mố nhám gia cường trong thiết kế dốc nước. ....................31
2.4.1 Mục đích làm mố nhám gia cường. ..............................................................31


2.4.2 Lựa chọn dạng mố nghiên cứu điển hình. ....................................................31
2.4.3 Tính toán kích thước mố cho mục đích tiêu năng. .......................................32
2.4.4 Kiểm tra khí thực khi có mố nhám gia cường. .............................................43
2.5 Kết luận chương 2. ..............................................................................................48
CHƯƠNG 3: .............................................................................................................50
ÁP DỤNG CHO MỘT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN HỒ ................50
NẶM CẮT. ...............................................................................................................50
3.1 Giới thiệu về công trình hồ Nặm Cắt. .................................................................50
3.2 Phương án thiết kế đường tràn hồ Nặm Cắt. .......................................................51
3.3 Tính toán thủy lực phương án dốc không có mố nhám. .....................................52
3.3.1 Đường mặt nước trên dốc ứng với các cấp lưu lượng. .................................52
3.3.2 Tính toán bể tiêu năng cuối dốc. ..................................................................53
3.4 Tính toán thủy lực phương án dốc có mố nhám. ................................................57
3.4.1 Bố trí mố nhám. ............................................................................................57
3.4.2 Tính toán kích thước mố nhám.....................................................................57
3.4.3 Kiểm tra khí thực mố nhám. .........................................................................61
3.4.4 Tính toán bể tiêu năng cuối dốc. ..................................................................62
3.5 Phân tích kết quả, lựa chọn phương án. ..............................................................64
3.6 Kết luận chương 3. ..............................................................................................67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................69
I. Các kết quả đạt được của luận văn. .......................................................................69
II. Những vấn đề tồn tại. ...........................................................................................70
III. Hướng tiếp tục nghiên cứu. .................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................72


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Đường tràn dọc....................................................................................................... 4
Hình 1.2 Kênh dẫn ở thượng lưu........................................................................................... 5
Hình 1.3 AB – Địa hình tự nhiên io; AC – Giới hạn độ dốc cho phép id. ............................. 6
Hình 1.4 Dốc nước. ............................................................................................................... 6
Hình 1.5 Mặt cắt ngang của dốc nước. ................................................................................. 7
Hình 1.6 Bậc nước. ............................................................................................................... 8
Hình 1.7 Đường tràn ngang................................................................................................... 9
Hình 1.8 Thủy điện Hòa Bình. ............................................................................................ 11
Hình 1.9 Đường tràn hồ chứa Cửa Đạt. .............................................................................. 11
Hình 1.10 Đường tràn hồ chứa thủy điện Tuyên Quang. .................................................... 12
Hình 1.11 Đường tràn hồ chứa thủy điện Yali. ................................................................... 12
Hình 1.12 Tuyến đập thủy điện Sơn La. ............................................................................. 13
Hình 1.13 Sóng trong dốc nước [7]..................................................................................... 14
Hình 1.14 Sự thay đổi cấu trúc dòng chảy theo chiều dài dốc nước [2]. ............................ 14
Hình 1.15 Khí thực trên bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [2]. ................................................. 15
Hình 1.16 Mố nhám gia cường được bố trí ở cuối dốc nước. ............................................. 16
Hình 1.17 Mố nhám hình chữ nhật trên dốc nước hồ chứa nước Yên Lập. ........................ 17
Hình 1.18 Mố nhám hình chữ nhật trên dốc nước hồ chứa nước Khe Chè, ....................... 17
Quảng Ninh. ......................................................................................................................... 17
Hình 1.19 Chi tiết nhám dương trên dốc nước hồ Khe Vải. ............................................... 18
Hình 1.20 Chi tiết nhám dương đặt so le trên dốc nước Ngàn Trươi.................................. 19
Hình 2.1 Mố nhám bằng các dầm hình chữ nhật đặt thẳng góc với dòng chảy. ................. 22

Hình 2.2 Mố nhám bằng các dầm hình tròn đặt thẳng góc với dòng chảy ......................... 22
Hình 2.3 Mố nhám bằng các dầm hình chữ nhật đặt so le nhau và thẳng góc với dòng chảy.
............................................................................................................................................. 23
Hình 2.4 Mố nhám quân cờ đặt ở đáy theo hình bàn cờ. .................................................... 23
Hình 2.5 Mố nhám chữ V ngược dòng. .............................................................................. 24
Hình 2.6 Mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng ..................................................... 24
Hình 2.7 Mố nhám chữ W, có hai mũi nhọn xuôi dòng. ..................................................... 25
Hình 2.8 Mố nhám răng cưa đặt xuôi dòng. ....................................................................... 25
Hình 2.9 Mố nhám răng cưa đặt ngược dòng...................................................................... 25


Hình 2.10 Mố nhám đặt ở hai bên thành bờ. ....................................................................... 26
Hình 2.11 Mố nhám đặt ở đáy và cả hai bên thành bờ........................................................ 26
Hình 2.12 Đường mặt nước trên dốc nước khi chưa bố trí mố nhám gia cường ứng với Q =
789m3/s. ............................................................................................................................... 37
Hình 2.13 Biểu đồ quan hệ giữa  và chiều cao mố ∆ ứng với từng kiểu mố tính theo công
thức của Aivazian mới. ........................................................................................................ 39
Hình 2.14 Quan hệ Vng = f(Rb,S) của vật liệu bê tông [2]. ................................................. 44
Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ 1  f ( y / );  2  f ( / );  /   f ( L / ) . [2] .................... 45
Hình 3.1 Quan hệ Q ~ Zh Hạ lưu tràn Nặm Cắt. ................................................................. 52
Hình 3.2 Bố trí mố nhám bằng các dầm chữ nhật so le nhau và thẳng góc với dòng chảy
với  = 0,5. ......................................................................................................................... 58
Hình 3.3 Bố trí mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng với  = 0,5. ...................... 58
Hình 3.4 Bố trí mố nhám bằng các dầm chữ nhật so le nhau và thẳng góc với dòng chảy
với  = 0,55. ....................................................................................................................... 59
Hình 3.5 Bố trí mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng với  = 0,55. .................... 60
Hình 3.6 Bố trí mố nhám bằng các dầm chữ nhật so le nhau và thẳng góc với dòng chảy
với  = 0,6. ......................................................................................................................... 60
Hình 3.7 Bố trí mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng với  = 0,6. ...................... 61
Hình 3.8 Mặt cắt dốc nước. ................................................................................................. 65

Hình 3.9 Mặt cắt bể tiêu năng cuối dốc nước. .................................................................... 66


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của một số tràn xả lũ có dốc nước ở Việt Nam. ..................... 10
Bảng 2.1 Bảng các trị số a, b, c, S trong công thức (2 – 5a) và (2 – 5b). ............................ 28
Bảng 2.2 Bảng trị số A trong công thức (2 – 6). ................................................................. 29
Bảng 2.3 Bảng trị số M, N trong công thức (2 – 7)............................................................. 29
Bảng 2.4 Bảng trị số r, s, t và r’, s’, t’ trong công thức (2 – 9) và (2 – 10). ........................ 31
Bảng 2.5 Đường mặt nước trên dốc nước khi chưa bố trí mố nhám gia cường ứng với Q =
789m3/s. ............................................................................................................................... 36
Bảng 2.6 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,45 cho 3 kiểu mố nghiên
cứu điển hình tính theo công thức của Aivazian mới. ......................................................... 38
Bảng 2.7 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5; 0,55 và  =0,6 cho 3
kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Aivazian mới. ............................... 38
Bảng 2.8 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,45 cho 3 kiểu mố nghiên
cứu điển hình tính theo công thức của Picalốp (2 – 5a)....................................................... 40
Bảng 2.9 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5; 0,55 và 0,6 cho 3 kiểu
mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Picalốp (2 – 5a)..................................... 40
Bảng 2.10 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5 cho 3 kiểu mố nghiên
cứu điển hình tính theo công thức của Picalốp (2 – 5b). ..................................................... 41
Bảng 2.11 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5 cho 3 kiểu mố nghiên
cứu điển hình tính theo công thức của Aivazian cũ (2-7). ................................................... 42
Bảng 2.12 Kiểm tra khả năng khí thực tại mặt cắt có Vcd = 9,68m/s; 10,87 và 11,84m/s
ứng với từng chiều cao mố nghiên cứu. ............................................................................... 47
Bảng 3.1 Độ sâu đầu dốc hc; độ sâu dòng đều ho; độ sâu phân giới hk ứng với các cấp lưu
lượng. ................................................................................................................................... 52
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả tính toán xác định quan hệ Qtn ~ ( h"c-hh) ....................... 54
Bảng 3.3 Kết quả tính toán chiều sâu bể tiêu năng ............................................................. 56
Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết quả tính toán xác định quan hệ Qtn ~ ( h"c-hh) khi bố trí mố

nhám gia cường với  = 0,5. .............................................................................................. 62
Bảng 3.5 Kết quả tính toán chiều sâu bể tiêu năng với  = 0,5. ........................................ 63
Bảng 3.6 Kết quả tính toán chiều sâu bể tiêu năng với  = 0,55 và  = 0,6. .................... 64


Bảng 3.7 Kết quả tính toán khối lượng bê tông mố nhám của Kiểu 3 và Kiểu 6 ứng với các
phương án  = 0,5; 0,55 và  = 0,6. .................................................................................. 65
Bảng 3.8 Kết quả tính toán khối lượng bê tông tràn của 4 phương án khi không bố trí mố
nhám và khi bố trí mố nhám với  = 0,5; 0,55 và  = 0,6. ................................................ 66


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong những năm gần đây, chúng ta xây dựng hàng ngàn công trình đầu mối
thủy lợi để phục vụ các mục đích dân sinh kinh tế, phát triển đất nước. Do mức độ
quan trọng và đặc thù của công trình thủy lợi, những yêu cầu về đảm bảo an toàn &
kinh tế trong việc tính toán thiết kế, thi công và quản lý khai thác đặt ra ngày càng
cao.
Dốc nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của công trình tháo
nước. Chính ở đây diễn ra rất nhiều vấn đề thủy lực của dòng chảy. Đặc biệt khi
dòng chảy có lưu tốc lớn sẽ gây ra những hệ quả bất lợi cho công trình như mạch
động, sóng xung kích, hàm khí, khí thực… làm ảnh hưởng đến sự an toàn cũng như
hiệu quả của công trình.
Trong khi đó, những năm gần đây, đã có nhiều sự cố hư hỏng công trình do
các nguyên nhân liên quan đến lưu tốc dòng chảy trên dốc nước gây nên như đường
tràn công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Phú Ninh…. Điều này đòi hỏi
trong tính toán thiết kế cũng như thi công xây dựng các công trình mới phải được đề
cập đầy đủ hơn đến vấn đề về dòng chảy trên dốc nước cũng như áp dụng các biện

pháp kỹ thuật chuyên môn để phòng ngừa sự cố. Một trong những giải pháp hiệu
quả nhất hiện nay đó là bố trí các mố nhám gia cường trên dốc nước nhằm giảm lưu
tốc dòng chảy, đề phòng khí thực, tăng khả năng tiêu năng và giảm khối lượng công
trình tiêu năng phía sau tràn.
Vì thế, đây là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao và nó liên quan trực
tiếp đến an toàn, kinh tế, hiệu quả của công trình.
2. Mục đích của đề tài.
- Nghiên cứu các hình thức mố nhám gia cường và khả năng áp dụng.
- Nghiên cứu giải pháp bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước.
- Nghiên cứu xác định quan hệ giữa chiều cao mố và mức độ tiêu hao năng
lượng trên dốc nước.
- Nghiên cứu vấn đề khí thực ở mố nhám gia cường.


2

- Áp dụng tính toán thiết kế mố nhám trên đường tràn hồ Nặm Cắt, tỉnh Bắc
Kạn.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
- Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Ứng dụng bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước.
- Phân tích kết quả đánh giá.
4. Kết quả đạt được.
- Giải pháp bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước.
- Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao mố và mức độ tiêu hao năng lượng trên
dốc.
- Sự ảnh hưởng của khí thực đến độ bền của mố nhám gia cường trên dốc
nước.
- Tính toán thiết kế mố nhám gia cường trên đường tràn hồ Nặm Cắt, tỉnh

Bắc Kạn.
- Kết luận, kiến nghị.


3

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG TRÀN THÁO LŨ Ở HỒ CHỨA VÀ VIỆC ỨNG
DỤNG MỐ NHÁM GIA CƯỜNG.
1.1 Tổng quan về xây dựng đường tràn tháo lũ ở hồ chứa nước.
1.1.1 Mục đích và yêu cầu của việc xây dựng đường tràn tháo lũ.
Hiện nay ở nước ta cũng như trên thế giới có rất nhiều hồ chứa nước đã và
đang được xây dựng. Nó có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế đất nước, là
công trình phục vụ đa mục tiêu, cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt,
phát điện và các ngành kinh tế khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái, điều
tiết lũ để giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản nhân dân vùng hạ
lưu.
Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nước, ngoài đập, công trình lấy
nước và một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn thì công trình tháo lũ
là một hạng mục không thể thiếu ở các đầu mối thủy lợi, nó có chức năng tháo nước
thừa trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối cũng như vùng hạ du.
Ở một số đầu mối thủy lợi, công trình tháo lũ còn được kết hợp để tháo nước
thường xuyên xuống hạ lưu, xả bùn cát, tháo cạn hồ chứa khi cần thiết, hay kết hợp
để tháo nước trong thời kỳ thi công công trình.
Trong các công trình đầu mối, có thể làm công trình ngăn nước và tháo nước
kết hợp, cũng có thể làm riêng công trình tháo bên bờ. Đối với đập bê tông trọng lực
và bê tông cốt thép, thường bố trí công trình tháo nước ngay trên thân đập. Đối với
các đập dùng vật liệu tại chỗ, đập bản chống thì công trình tháo lũ được tách riêng
gọi là đường tràn lũ bên bờ. Đường tràn lũ có thể có cửa van khống chế, cũng có thể
không có. Khi không có cửa van, cao trình ngưỡng tràn vừa bằng cao trình mực

nước dâng bình thường. Lúc mực nước hồ bắt đầu dâng lên và cao hơn ngưỡng tràn
thì nước trong hồ tự động chảy xuống hạ lưu. Khi đường tràn có cửa van khống chế,
cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước dâng bình thường. Lúc đó cần có dự báo
lũ, quan sát mực nước trong hồ chứa để xác định thời điểm mở cửa tràn và điều
chỉnh lưu lượng tháo.


4

Tùy vào đặc điểm làm việc, điều kiện địa hình, địa chất và thủy văn, các yêu
cầu về thi công, quản lý, khai thác ... mà ta có thể chọn được công trình tháo lũ
thích hợp, như công trình tháo lũ trên mặt: đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn
ngang … và công trình tháo lũ dưới sâu: đường hầm, cống ngầm.
Do có những ưu điểm cơ bản là làm việc an toàn, dễ thi công, thuận tiện cho
quản lý và sửa chữa khi cần thiết nên đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang
được áp dụng trong tuyệt đại đa số các hồ chứa đã xây dựng ở Việt Nam và xu thế
này sẽ được tiếp tục duy trì trong thời gian tới.
1.1.2. Các loại đường tràn hở bên bờ.
1.1.2.1 Đường tràn dọc.
Đường tràn dọc là loại đường tràn hở có hướng nước vào ngưỡng trùng với

105
11
1150
12
1 0
130 25

135
130

a)

125
120
115
110
105

hướng của đường tháo sau ngưỡng.

A

B

b)

A

B
C

C

c)

A

B

C

Hình 1.1 Đường tràn dọc.
a) mặt bằng tổng thể; b) mặt cắt dọc; c) mặt cắt ngang.
Thành phần của một đường tràn dọc gồm có: kênh dẫn vào, ngưỡng tràn,
kênh tháo và bộ phận nối tiếp hạ lưu.
+ Kênh dẫn vào: có nhiệm vụ hướng nước chảy thuận dòng vào ngưỡng tràn.
Tùy vị trí ngưỡng tràn, phía thượng lưu đường tràn, có kênh dẫn dài, ngắn, hoặc


5

không có kênh dẫn, nhưng cần có tường cánh hướng dòng. Đáy kênh có độ dốc i=0
hoặc i<0 theo chiều dòng chảy. Mặt cắt ngang kênh có thể là hình chữ nhật (nền đất,
có tường bên) hoặc hình thang (nền đá).

b)

a)

c)
3

3

3

2

2

1

1

2

4
1

Hình 1.2 Kênh dẫn ở thượng lưu.
1. Ngưỡng tràn; 2. Kênh dẫn; 3. Bờ kênh; 4. Tường hướng dòng.
+ Ngưỡng tràn: có thể là đập tràn đỉnh rộng hay thực dụng, trên đỉnh có
hoặc không có cửa van. Trên nền đất, thường ngưỡng thấp nên theo hình thức đỉnh
rộng. Trên nền đá để tăng thêm khả năng tháo nước và giảm chiều rộng đường tràn
có thể dùng đập tràn thực dụng.
Ngưỡng tràn nói chung là thẳng để cho dòng chảy vào được thuận lợi và
thẳng góc với ngưỡng. Cũng có trường hợp bố trí ngưỡng tràn thành đường cong,
thậm chí có lúc thành đường gãy để tăng thêm chiều dài tràn nước. Trường hợp này,
dòng chảy sau ngưỡng thường rối loạn nên người ta cũng ít dùng. Sau ngưỡng tràn
có thể bố trí thiết bị tiêu năng hoặc nối tiếp ngay với kênh tháo.
+ Kênh tháo: nối tiếp sau ngưỡng tràn để chuyển nước xuống hạ lưu. Kênh
tháo thường là dốc nước hoặc bậc nước.
- Dốc nước là kênh hở có độ dốc lớn, được xây dựng trên nền đất hoặc đá.
Khi thiết kế cần so sánh độ dốc id ứng với lưu tốc cho phép lớn nhất với độ dốc của
địa hình tự nhiên io


6

A

id

io

B

C

Hình 1.3 AB – Địa hình tự nhiên io; AC – Giới hạn độ dốc cho phép id.
id 

v2
C2R

Trong đó: v  – lưu tốc cho phép của vật liệu làm dốc nước;
C – hệ số Sêdi;
R – bán kính thủy lực mặt cắt của dốc nước.
Nếu io < id thì nên dùng độ dốc địa hình tự nhiên và đảm bảo cho lưu tốc trên
dốc không vượt quá lưu tốc cho phép. Thực tế có thể cho độ dốc dốc nước thay đổi
từ io đền id. Nếu càng dốc, khối lượng đào càng tăng nhưng chiều dài dốc nước
giảm, cần phải so sánh về kinh tế.
Nếu io > id thì không thể dùng độ dốc tự nhiên nếu không có biện pháp đặc
biệt. Lúc đó, tùy theo địa hình cụ thể mà có thể tăng độ nhám hoặc có thể làm hai
dốc nước nối tiếp có độ dốc khác nhau …
a)

b)

Hình 1.4 Dốc nước.

a) Mặt cắt dọc; b) Hình chiếu bằng


7

a)
3,0
0,0
12

b)
1

6,6

4,0
0,0

-2,25
5

c)

1
1

8,5

6,0

0 ,3

0,3

0,0

7,8

Hình 1.5 Mặt cắt ngang của dốc nước.
a,b) Trên nền đất; c) Trên nền đá (kích thước ghi theo m).
Trường hợp dốc nước được xây dựng trên nền đất hoặc đá xấu, đáy dốc phải
được gia cố bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây. Mặt cắt ngang thường là
hình thang có mái dốc 1:1 đến 1:1,5, cũng có khi là hình chữ nhật hai bờ là tường
trọng lực. Độ dày của đáy tùy tính chất của đất nền và lưu tốc dòng chảy mà xác
định.
Trường hợp dốc nước xây dựng trên nền đá, độ dốc đáy cho phép lớn hơn, có
thể tới 50% và có thể thay đổi thích ứng với điều kiện địa hình, địa chất để giảm
khối lượng đào. Mặt cắt là hình chữ nhật hoặc hình thang với mái rất dốc. Đáy dốc
có chiều dày 0,15÷0,6m.
Chiều rộng dốc nước có thể không đổi trong suốt cả chiều dài hoặc để tiết
kiệm khối lượng công trình thì ở đầu dốc nước có thể làm đoạn thu hẹp hoặc làm
dốc nước thu hẹp dần. Trong tất cả các trường hợp đều phải đảm bảo lưu lượng đơn
vị ở cuối dốc không được vượt quá lưu lượng đơn vị cho phép đối với mỗi loại nền.


8

- Bậc nước: Lúc địa hình rất dốc, kênh tháo dùng hình thức bậc nước nhiều
cấp có thể giảm được khối lượng đào đắp. Các bậc nước có tác dụng tiêu hao năng
lượng trong suốt chiều dài dòng chảy và bộ phận tiêu năng cuối kênh tháo sẽ đơn

giản hơn (hình 1.6).
2,08

1,15

2,22

1,60

1,50

1,24

2,09

3,90

2,09
4,45

1,43

3,90

4,45
4,45

2,90

2,60

1,74

3,54

1,7

4,45

Hình 1.6 Bậc nước.
Mặt cắt ngang của bậc nước là hình thang hoặc hình chữ nhật. Bậc bao gồm
nhiều cấp, khi thiết kế phải đảm bảo cho trong mỗi cấp đều có nước nhảy ngập ổn
định. Vì vậy cuối mỗi cấp cần có tường tiêu năng, chiều dài mỗi bậc không nên quá
20m.
1.1.2.2 Đường tràn ngang.
Trường hợp đầu mối công trình không có vị trí thích hợp để làm đường tràn
dọc, nhất là lúc địa hình dốc và hẹp thì nên dùng đường tràn ngang.
Đường tràn ngang cũng là đường tràn hở, có hướng nước vào ngưỡng gần
vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng. Thành phần của đường tràn
ngang gồm: kênh dẫn vào (có thể rất ngắn hoặc không có), ngưỡng, máng bên đặt
trực tiếp sau ngưỡng và đường tháo nối tiếp sau máng bên (hình 1.7).


9

4
3

II

5

I

I
6

2

II

7

1

II - II

I -I

1

1

7

Hình 1.7 Đường tràn ngang
1. Máng bên; 2. Kênh tháo; 3. Công trình nối tiếp; 4. Kênh dẫn; 5. Đập;
6. Cầu; 7. Ngưỡng tràn.
Do đổi hướng dòng chảy từ ngưỡng sang máng bên, dòng chảy trong máng
có chế độ thủy lực phức tạp (dòng biến lượng chảy xoắn ốc) nên khi tính toán thủy

lực đường tràn ngang, cần xác định đường mặt nước trong máng để kiểm tra trạng
thái chảy qua ngưỡng. Để đảm bảo an toàn, thường khống chế trạng thái chảy qua
ngưỡng là tự do.
Nguyên tắc thiết kế đường tháo nước của tràn ngang cũng như đường tràn
dọc.
1.1.3 Một số công trình tháo lũ điển hình ở Việt Nam.
Như chúng ta đã biết, các công trình tháo lũ ở nước ta được xây dựng với rất
nhiều hình thức khác nhau như: nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước, bậc nước hay
dốc nước và bậc nước kết hợp. Trong đó, công trình tràn kiểu dốc nước hiện đang
được sử dụng rộng rãi trên các hệ thống công trình thủy lợi ở nước ta, đặc biệt là
các đường tràn tháo lũ ở các hồ chứa nước vừa và nhỏ.


10

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của một số tràn xả lũ có dốc nước ở Việt Nam.
TT

Đặc trưng của dốc nước

Tên công

Qxả

trình

(m3/s)

B(m)

q(m3/s.m)

L(m)

i(%)

1

Cầu Mới

352

25

14,1

107

10

2

Dầu Tiếng

2810

72

39,0

60

5

3

An Mã

332

18

18,4

64

7

4

Vệ Vừng

159

8,5

18,7

48

15

5

Đồng Mô

120

12

10,0

82

15

6

Yên Lập

830

27,6

30,1

150

15

7

Cam Ranh

539

27,2

19,8

60

15

8

Sông Hinh

6285

89,5

70,2

64

15

9

Núi Cốc

584

18

32,4

66

15

10

Ialy

17570

105

137,8

194

10&50

11

Rào Quán

1668

24

69,5

185,9

5&35

12

Tuyên Quang

11986

70,5

170,0

112,5

13,8

13

Cửa Đạt

11487

67

171,4

220

20

14

Sơn La

38240

167

236

238,3

4,6

15

Tả Trạch

6147

58

106

80

8


11

Một số hình ảnh tràn xả lũ có dốc nước ở Việt Nam.

+ Địa điểm: Hòa Bình
+ Hình thức tiêu năng: Dốc
nước, mũi phun.
+ Thông số thủy lực:
Qxả = 37800 m3/s, BTràn = 60 m.

Hình 1.8 Thủy điện Hòa Bình.

+ Địa điểm: Thanh Hóa
+ Hình thức tiêu năng: Dốc
nước, mũi phun.
+ Thông số thủy lực: Qxả =
11487m3/s, BTràn = 67 m, HTràn
= 24,33 m, q = 171,4 m2/s.

Hình 1.9 Đường tràn hồ chứa Cửa Đạt.


12

+ Địa điểm: Tuyên Quang.
+ Hình thức tiêu năng: Dốc
nước, mũi phun.
+ Thông số thủy lực:
Qxả = 11986 m3/s, BTràn = 60 m,
HTràn = 15,84 m, q = 170 m2/s.

Hình 1.10 Đường tràn hồ chứa thủy điện Tuyên Quang.

+ Địa điểm: Gia Lai.
+ Hình thức tiêu năng: Dốc
nước, mũi phun.
+Thông số thủy lực:
Qxả=17570 m3/s, Btràn = 105m,
Htràn=18,8m, q=137,8 (m2/s).

Hình 1.11 Đường tràn hồ chứa thủy điện Yali.


13

+ Địa điểm: Sơn La.
+ Hình thức tiêu năng: dốc
nước, mũi phun.
+ Thông số thủy lực:
Qxả=38240m3/s, B

tràn=167m;

Htràn=28,76m, q=236 m2/s.

Hình 1.12 Tuyến đập thủy điện Sơn La.
1.2 Các vấn đề thủy lực của dòng chảy trên dốc nước có lưu tốc lớn.
Dòng chảy trong dốc là dòng chảy xiết. Sự thay đổi liên tục của mực nước và
lưu lượng hồ chứa trong quá trình điều tiết hồ, sự dao động của mực nước hạ lưu
đường tràn do dòng chảy trên sông ở hạ lưu biến đổi làm cho dòng chảy trên dốc
nước luôn luôn ở trạng thái không ổn định. Mặt khác, do dốc nước của đường tràn
có độ dốc lớn nên ngoài chuyển động không ổn định do chế độ thủy văn và quá
trình điều tiết hồ chứa gây ra, trên dốc nước còn sinh ra hiện tượng sau:
1.2.1 Vấn đề sóng trong dốc nước.
Do dòng chảy có độ xiết lớn có thể xảy ra hiện tượng sóng truyền từ trên
xuống dưới theo chu kỳ (hình 1.13). Chiều cao sóng khá lớn, vượt quá độ cao an
toàn bờ dốc, gây áp lực động lên bản đáy, ảnh hưởng đến sự làm việc của bể tiêu
năng. Nguyên nhân chủ yếu phát sinh sóng là tỷ lệ giữa chiều rộng dốc nước và
chiều sâu nước lớn, do độ dốc của dốc nước lớn, do ảnh hưởng của độ nhám đáy
dốc, lớp nước gần đáy hầu như bị giữ lại, còn lớp nước phía trên bị trượt đi với tốc
độ lớn. Hình dạng mặt cắt ngang của dốc là parabôn, hình tam giác hoặc đa giác có
tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu nước trong dốc là bé thì giảm được hiện tượng
sóng.


y

14

b)

c)

ho

Hình 1.13 Sóng trong dốc nước [7].
1.2.2 Vấn đề hàm khí trong dốc nước.
Khi dòng chảy có lưu tốc lớn, lớp không khí ở gần mặt nước bị hút vào nước,
các bọt khí đó pha trộn vào nước trên vùng mặt, chuyển động cùng với dòng chảy
làm cho chiều sâu nước trên dốc tăng so với tính toán khi không có hàm khí. Do đó
tường bên của dốc nước phải cao hơn.
Dòng chảy từ thượng lưu qua mặt tràn, dốc nước có thể phân thành các đoạn
như sau (hình 1.14)
E

v2/2g



1



h i.cosi
i



E





Hình 1.14 Sự thay đổi cấu trúc dòng chảy theo chiều dài dốc nước [2].
+ Đoạn đầu dài l1 có lõi dòng chảy không nhiễu và mặt thoáng không nhiễu.
Chiều dày lõi giảm dần theo chiều dòng chảy do sự phát triển của lớp biên rối phát
sinh ở đáy dốc nước.
+ Đoạn đầu tạo sóng chiều dài l2. Đặc trưng của đoạn này là trên mặt thoáng
hình thành các sóng dạng vảy, biên độ sóng tăng dần theo chiều dòng chảy.


15

+ Đoạn chuyển động không đều của dòng hàm khí, có chiều dài l3. Ở đầu của
đoạn này bắt đầu có hàm khí xâm nhập vào dòng chảy. Quá trình trộn khí gia tăng
theo chiều dòng chảy đến một giới hạn nhất định.
+ Đoạn chuyển động đều của dòng hàm khí với chiều dài l4. Trong đoạn này
mức độ hàm khí và cấu trúc của dòng chảy đạt ổn định, dòng chảy là đều.
Sự hàm khí của dòng chảy ở sát thành bên được bắt đầu sớm hơn so với ở
giữa lòng dẫn do các tường bên làm nhiễu mặt thoáng.
1.2.3 Khí thực trên dốc nước.
Do độ dốc của dốc nước lớn, khi tháo lũ, đoạn cuối dốc thường có lưu tốc
dòng chảy lớn. Trong khi đó, trên bề mặt dốc nước thường tồn tại các gồ ghề cục bộ
do các nguyên nhân khác nhau: do thi công, do chênh lệch lún giữa các đoạn dốc
sau một thời gian làm việc. Khi dòng chảy bao quanh các mố lồi, lõm cục bộ trên
dốc, thường phát sinh hiện tượng giảm áp, dẫn đến hình thành khí hóa và khí thực
làm tróc rỗ, hư hỏng bề mặt dốc nước (hình 1.15). Quá trình này tiếp diễn lâu dài sẽ
dẫn đến sự cố phá hỏng đường tràn.

Hình 1.15 Khí thực trên bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [2].

16

1.3 Về áp dụng hình thức mố nhám gia cường ở Việt Nam.
Nhám gia cường là một trong những giải pháp thiết kế hiệu quả được ứng
dụng nhiều cho công trình có dòng xiết.
Đối với dốc nước, trường hợp lưu tốc của dòng chảy trong dốc nước lớn hơn
lưu tốc cho phép của vật liệu làm dốc nước thì cần làm mố nhám gia cường để tăng
chiều sâu dòng chảy, giảm lưu tốc và làm nhiệm vụ tiêu hao năng lượng dòng chảy
dọc đường trên thân dốc, giảm năng lượng dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc nhằm
giảm tải cho bể tiêu năng.
Theo truyền thống, mố nhám gia cường thường được bố trí ở các vị trí công
trình có vận tốc dòng chảy lớn hơn vận tốc cho phép không xói của vật liệu xây
dựng để phòng khí thực, còn trên phương diện bố trí nhám gia cường nhằm tiêu hao
và tổn thất năng lượng dòng chảy chưa được chú ý nghiên cứu. Phạm vi bố trí nhám
thường là cuối dốc như ở tràn sông Sào tỉnh Nghệ An (hình 1.16)

Hình 1.16 Mố nhám gia cường được bố trí ở cuối dốc nước.
Một số công trình cũng tận dụng giải pháp tăng cường nhám để triệt tiêu dòng
xiên trên dốc nước (ở đầu dốc) như tràn Đá Hàn, Hà Tĩnh, đập Bái Thượng - Thanh
Hóa.


17

Một số công trình bố trí nhám gia cường trên toàn dốc nước như hồ chứa nước
Yên Lập tỉnh Quảng Ninh (hình 1.17), và hồ chứa nước Khe Chè (hình 1.18).

Hình 1.17 Mố nhám hình chữ nhật trên dốc nước hồ chứa nước Yên Lập.

Hình 1.18 Mố nhám hình chữ nhật trên dốc nước hồ chứa nước Khe Chè,

Quảng Ninh.
Ngoài các công trình đã được xây dựng thì mố nhám gia cường hiện nay
cũng rất được quan tâm và được xem xét nhiều trong các phương án thiết kế công
trình như: