Ứng dụng mô hình toán mô phỏng dòng chảy qua công trình trnà xa lũ hồ chứa nước nặm cắt tỉnh bắc cạn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH NHÃ

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY QUA
CÔNG TRÌNH TRÀN XẢ LŨ HỒ CHỨA NƢỚC NẶM CẮT –
TỈNH BẮC KẠN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH NHÃ

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY QUA
CÔNG TRÌNH TRÀN XẢ LŨ HỒ CHỨA NƢỚC NẶM CẮT –
TỈNH BẮC KẠN

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

Đà Nẵng – Năm 2017


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Nhã


ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY QUA CÔNG
TRÌNH TRÀN XẢ LŨ HỒ CHỨA NƢỚC NẶM CẮT – TỈNH BẮC KẠN
Học viên: Nguyễn Thanh Nhã Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình Thủy
Mã số: 60.58.02.02 Khóa: 2015-2017 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ tính toán,
việc ứng dụng các phần mềm để tính toán giải quyết các bài toán trong xây dựng là
một xu thế rất cần thiết. Nhất là các phần mềm có tính ứng dụng rộng rãi trong các
ngành kỹ thuật, có thể giải quyết đƣợc các bài toán phức tạp theo các phƣơng pháp
số nhƣ phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM), thể tích hữu hạn (FVM). Trong đề tài
này tác giả chọn mô hình tính toán thủy lực bằng Telemac-Mascaret với modul
Telemac-3D đƣợc giải theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng dòng chảy
qua các công trình thủy lợi; cụ thể là qua tràn xả lũ Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt – Tỉnh
Bắc Kạn. Đây là loại tràn có mặt cắt thực dụng, từ đó xuất dữ liệu thông số cơ bản
của một bài toán thủy lực nhƣ lƣu lƣợng qua tràn, vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất, đƣờng

mực nƣớc..vv.. và kết quả mô phỏng dƣới dạng 3D. Kết quả cho thấy mô hình
Telemac-3D đáp ứng đƣợc yêu cầu trong thực tế, kiểm tra đƣợc định tính và định
lƣợng đƣợc bài toán.
Phần mềm đƣợc tích hợp với các phần mềm khác nhƣ AutoCad, SketchUp Pro,
BlueKenue, Fuddaa-prepro rất thuận lợi trong quá trình giải quyết bài toán.
Từ khóa - Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt; mô hình hóa Telemac-3D; phƣơng pháp phần tử
hữu hạn; thể tích hữu hạn; đập tràn thực dụng.

APPLICATION OF SIMULATION MODEL FOLW THROUGH THE NAM
CAT RESERVOIR FLOOD DRAINAGE PROJECT – BAC KAN PROVINCE
Abstract - Nowadays, along with the rapid development of computational
mathematics, the application of software to solve many problems in hydraulic
structures is a very necessary trend. Specially, the software which can be applied
widely in engineering, can solve complex mathematical problems by finite element
method (FEM) or by finite volume method (FVM). In this topic, the author selects
the hydrodynamic modeling equation using Telemac-Mascaret with modul
Telemac-3D established by finite element methodor by finite volume method
(FVM) to simulate flow over hydraulic structures, namely through the Nam Cat
reservoir flooddrainage project – Bac Kan province. This type of spill has a
practical cross-section, which outputs basic data of a hydraulic problem such as
overflow, maximum velocity, minimum velocity, Water depth..etc.. and the results
are simulated in 3D. The results show that the Telemac-3D model meets the real
demand, qualitative and quantitative testing of the problem.
Software is integrated with other software such as Auto Cad, SketchUp Pro,
BlueKenue, Fuddaa-preprowhich is very convenient in process of solving problems.
Key words - The Nam Cat reservoir; Mathematical model Telemac-3D; By finite
element method (FEM); By finite volume method (FVM); practical weir.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................................... i
CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................................................... vi
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................................. ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 2
6. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................ 3
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY QUA TRÀN XẢ LŨ ............................... 4
1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƢỚC Ở VIỆT
NAM HIỆN NAY ............................................................................................................ 4
1.1.1. Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện ......................................... 4
1.1.2. Một số thông số chính về các công trình xả lũ ở nƣớc ta ...................................... 6
1.1.3. Nhận xét về tình hình xây dựng công trình thủy lợi ở nƣớc ta ........................... 10
1.2. VẤN ĐỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY QUA
CÔNG CÁC TRÌNH THỦY LỢI.................................................................................. 10
1.2.1. Đánh giá dòng chảy xiết qua dốc nƣớc (tràn xả lũ) ............................................ 10
1.2.2. Nghiên cứu chế độ nối tiếp dòng chảy từ thƣợng lƣu với hạ lƣu qua tràn xả lũ 11
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ......................................................................................................... 13
Chƣơng 2 – LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY QUA TRÀN XẢ LŨ CỦA
MÔ HÌNH TELEMAC-3D ...................................................................................................... 14
2.1. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU MÔ PHỎNG MÔ HÌNH .......................................... 14
2.1.1. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 14
2.1.2. Nội dung nghiên cứu. .......................................................................................... 14
2.2. TÀI LIỆU ĐƢỢC CUNG CẤP PHỤC VỤ MÔ HÌNH ......................................... 15

2.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................................. 15
2.2.2. Tài liệu thủy văn .................................................................................................. 17


iv
2.3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM .................................................................................... 19
2.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN MỀM TELEMAC-3D ............................................ 22
2.4.1. Mô hình động lực học .......................................................................................... 22
2.4.2. Dòng chảy qua tràn .............................................................................................. 26
2.4.3. Dòng chảy qua bể tiêu năng sau tràn ................................................................... 28
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................................... 30
Chƣơng 3 – ÁP DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TELEMAC-3D MÔ PHỎNG DÒNG
CHẢY QUA CÔNG TRÌNH TRÀN XẢ LŨ ....................................................................... 31
3.1. CÁC BƢỚC XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỦY
LỰC TRÀN XẢ LŨ VÀ BỂ TIÊU NĂNG TRÊN TELEMAC-3D............................. 31
3.1.1. Xây dựng mô hình Tràn 3D ................................................................................. 31
3.1.2. Tạo tập tin đầu vào Telemac-3D ......................................................................... 31
3.1.3. Kết quả tạo lƣới ................................................................................................... 31
3.1.4. Thiết lập điều kiện biên ....................................................................................... 32
3.1.5. Các thông số hình học thiết lập trong mô hình Telemac ..................................... 35
3.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY QUA TRÀN XẢ LŨ VÀ
BỂ TIÊU NĂNG SAU TRÀN ...................................................................................... 37
3.2.1.Khả năng xả .......................................................................................................... 37
3.2.3. Đƣờng mực nƣớc dọc tuyến công trình ............................................................... 44
3.2.4. Lƣu tốc dòng chảy ............................................................................................... 47
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ......................................................................................................... 50
Chƣơng 4 – KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VẬN HÀNH CỬA VAN ...................................... 51
4.1. TRƢỜNG HỢP MỞ CỬA HOÀN TOÀN 2 CỬA VAN ...................................... 51
4.1.1. Thí nghiệm khả năng xả ...................................................................................... 51
4.1.2. Đƣờng mực nƣớc dọc tuyến công trình ............................................................... 54

4.1.3. Lƣu tốc trung bình dòng chảy dọc tuyến công trình ........................................... 57
4.2. TRƢỜNG HỢP MỞ CỬA HOÀN TOÀN 1 CỬA VAN ...................................... 59
4.2.1. Thí nghiệm khả năng xả ...................................................................................... 59
4.2.2. Đƣờng mực nƣớc dọc tuyến công trình ............................................................... 62
4.2.3. Lƣu tốc dòng chảy ............................................................................................... 64
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ......................................................................................................... 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 66
1. Kết luận .......................................................................................................... 66


v
2. Kiến nghị ........................................................................................................ 67
3. Những vấn đề còn tồn tại ................................................................................. 67
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 68
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ........................................................... 71
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 72
PHẦN MỞ RỘNG LUẬN VĂN


vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU :
V
L
g
C
Regh
Δ
nn
Vđộng

V
v

h
Zs
U, V, W
T
p
patm
υ
Zf
ρ0
Δρ
t
x,y
z
Fx, Fy
Q
Tref
ρref
βi
d
Fr
H
ZTLTN
ZHLTN
QTN
qtran

Vận tốc

Kích thƣớc dài
Gia tốc trọng trƣờng
Hệ số Chezy
Hệ số Rây-nôn
Độ nhám tuyệt đối
Độ nhám bê tông
Lƣu tốc thủy động tức thời ở một vị trí nào đó
Lƣu tốc trung bình thủy trực tại vị trí cần xét
Mạch động vận tốc
Độ sâu
Độ cao bề mặt thoáng
Các thành phần vận tốc
Chất đánh dấu
Áp suất
Áp suất khí quyển
Hệ số khếch tán chất đánh dấu và vận tốc
Chiều sâu đáy
Mật độ chuẩn
Biến thiên mật độ
Thời gian
Các thành phần không gian theo chiều ngang
Thành phần không gian theo chiều dọc
Số hạng nguồn
Nguồn chất đánh dấu thêm vào hoặc mất đi
Nhiệt độ tham chiếu là 4°C
Mật độ tham chiếu nhiệt độ
Hệ số giãn nở
Độ sâu dòng chảy tại mặt cắt trƣớc nƣớc nhảy
Hệ số Froud
Độ sâu nƣớc

Cao trình mực nƣớc thƣợng lƣu thí nghiệm
Cao trình mực nƣớc hạ lƣu thí nghiệm
Lƣu lƣợng tính toán và lƣu lƣợng khống chế trong mô hình
Tỷ lƣu qua tràn


vii
Btràn
Ho
m'
Qxả
B
m

Chiều rộng khoang tràn
Cột nƣớc trên tràn có kể tới lƣu tốc tới gần
Hệ số lƣu lƣợng đã kể tới co hẹp
Lƣu lƣợng tháo qua đập tràn
Chiều rộng thoát nƣớc của tràn
Hệ số lƣu lƣợng

CÁC CHỮ VIẾT TẮT :
CTTL
LNHE
FEM
MNKT
MNTK

Công trình tháo lũ
Trung tâm quốc gia nghiên cứu Thủy lực của Điện Lực Pháp

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn
Mực nƣớc kiểm tra
Mực nƣớc thiết kế


viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

1.1

Một số công trình thuỷ điện có quy mô vừa và lớn ở Việt Nam

6

2.1

Nội dung nghiên cứu mô phỏng mô hình thực tế

15

2.2

Các thông số kỹ thuật chính của tràn xả lũ

15

3.1

Khả năng xả qua tràn phƣơng án thiết kế mô hình

37

So sánh kết quả lƣu lƣợng xả qua tràn trên mô hình thí nghiệm và
3.2

mô hình hóa Telemac-3D (QKT=789m3/s và QTK=720,5m3/s) (Mở

42

3 cửa van)
So sánh kết quả lƣu tốc max qua tràn xả lũ và bể tiêu năng trên
3.3

mô hình thí nghiệm và mô hình hóa Telemac-3D (QKT=789m3/s

49

3

và QTK=720,5m /s) (Mở 3 cửa van)
So sánh kết quả lƣu tốc max qua tràn xả lũ và bể tiêu năng trên
4.1

mô hình thí nghiệm và mô hình hóa Telemac-3D (QKT=789m3/s
và QTK=720,5m3/s) (Mở cửa van số 2 và số 3)

59


ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu
hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Phân bố các đập lớn ở các vùng trên thế giới vào cuối thế kỷ XX

4

1.2

Tốc độ xây dựng đập tại một số vùng đến cuối thế kỷ XX

5

1.3

Đập tràn thủy điện Yaly (Gia Lai – Việt Nam)

7

1.4

Đập tràn thủy điện Trị An

7

1.5

Đập tràn thủy điện Hòa Bình

8

1.6

Đập tràn hồ chứa nƣớc Cửa Đạt

8

1.7

Mô hình tổng thể hồ chứa nƣớc Nƣớc Trong

8

1.8

Tràn xả lũ hồ chứa nƣớc Ayun Hạ

9

1.9

Mô hình tổng công trình thủy điện Sơn La

9

1.10

Mô hình tổng thể hồ chứa nƣớc Tả Trạch

9

2.1

Quan hệ Q=f(H) Hạ lƣu tràn Nặm Cắt

17

2.2

Kích thƣớc thực tế tràn xả lũ Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt – Tỉnh Bắc
Kạn

18

2.3

Giao diện hệ thống phần mềm Telemac-Mascaret

21

2.4

Sơ đồ tính đƣờng mặt nƣớc và vận tốc dòng chảy qua tràn

27

2.5
2.6

Quan hệ giữa hệ số lƣu tốc trên mặt tràn với lƣu lƣợng đơn vị q
và khoảng cách l theo mặt đập kể từ đỉnh đập đến mặt cắt tính toán.
Quan hệ giữa hệ số lƣu tốc 0 tại mũi phun với lƣu lƣợng đơn vị q
và chiều dài S theo mặt đập kể từ đỉnh đập đến mũi phun.

27
28

2.7

Bể tiêu năng loại II(a) và loại III(b)

29

2.8

Bể tiêu năng loại IV(a) và loại SAF(b)

29

3.1

Hình ảnh 3D tràn xả lũ Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt – Tỉnh Bắc Kạn

31

3.2

Tạo lƣới cho phần Trụ pin tràn xả lũ

32


x

3.3

Tạo lƣới cho phần dốc nƣớc và bể tiêu năng

32

3.4

Tạo một tệp điều kiện ranh giới mới cho đối tƣợng Bottom.

33

3.5

Các loại nút điều kiện biên cho Telemac-3D

33

3.6
3.7

Chọn nút cuối của phân đoạn và nhấp chuột phải vào Add
Boundary Segment
Áp dụng một ranh giới mở với quy định Q vào đƣờng Boundary
thƣợng lƣu

34
34

3.8

Kết quả điều kiện biên áp dụng đối với đối tƣợng Bottom_bc

35

3.9

Số lƣợng nút và phần tử mô hình tính toán

36

3.10

Mô tả một lƣới ba chiều Telemac-3D

37

3.11

Quan hệ Q- tràn phƣơng án thiết kế

38

3.12

Quan hệ Q- ZTL và Q-m’ qua tràn phƣơng án thiết kế

38

3.13

Xuất kết quả tọa độ các vị trí điểm A-B-C tại ngƣỡng tràn

39

3.14

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị đầu cửa tràn QP=0,2%

40

3.15

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị dọc theo tràn QP=0,2%

40

3.16

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị đầu cửa tràn QP=1,0%

41

3.17

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị dọc theo tràn QP=1,0%

42

3.18

Nƣớc dềnh tại trụ pin thƣợng lƣu

43

3.19

Hai dòng phun từ đuôi trụ pin kéo dài

43

3.20

Tình hình thủy lực trong bể tiêu năng

44

3.21

Nƣớc nhảy trong bể tiêu năng

44

3.22

Đồ thị độ sâu nƣớc dọc theo tràn QP=0,2%

45

3.23

Đồ thị độ sâu nƣớc dọc theo tràn QP=1,0%

45

3.24

Tổn thất co hẹp bên tại các khoang tràn

46

xi

3.25

Mực nƣớc trên dốc nƣớc mở hoàn toàn 3 cửa van

46

3.26

Nƣớc nhảy trong bể tiêu năng mở hoàn toàn 3 cửa van

47

3.27

Đồ thị vận tốc dọc theo tràn ứng với QP=0,2%

48

3.28

Đồ thị vận tốc dọc theo tràn ứng với QP=1,0%

48

3.29

Đồ thị sai số lƣu tốc Vmax dọc theo tràn

49

4.1

Xuất kết quả tọa độ các vị trí điểm B và C tại ngƣỡng tràn

51

4.2

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị đầu cửa tràn QP=0,2%

52

4.3

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị dọc theo tràn QP=0,2%

52

4.4

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị đầu cửa tràn QP=1,0%

53

4.5

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị dọc theo tràn QP=1,0%

54

4.6

Đồ thị độ sâu nƣớc dọc theo tràn QP=0,2%

55

4.7

Đồ thị độ sâu nƣớc dọc theo tràn QP=1,0%

55

4.8

Tổn thất co hẹp bên tại các khoang tràn

56

4.9

Mực nƣớc trên dốc nƣớc trƣờng hợp mở cửa số 2 và 3

56

4.10

Nƣớc nhảy trong bể tiêu năng trƣờng hợp mở cửa số 2 và 3

57

4.11

Đồ thị vận tốc dọc theo tràn ứng với QP=0,2%

58

4.12

Đồ thị vận tốc dọc theo tràn ứng với QP=1,0%

58

4.13

Đồ thị sai số lƣu tốc Vmax dọc theo tràn

59

4.14

Xuất kết quả tọa độ vị trí điểm B tại ngƣỡng tràn

60

4.15

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị đầu cửa tràn QP=0,2%

60

4.16

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị dọc theo tràn QP=0,2%

61

4.17

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị đầu cửa tràn QP=1,0%

61


xii

4.18

Đồ thị lƣu lƣợng đơn vị dọc theo tràn QP=1,0%

61

4.19

Đồ thị độ sâu nƣớc dọc theo tràn QP=0,2%

62

4.20

Đồ thị độ sâu nƣớc dọc theo tràn QP=1,0%

63

4.21

Tổn thất co hẹp bên tại khoang tràn số 2

63

4.22

Mực nƣớc trên dốc nƣớc trƣờng hợp mở của số 2

64

4.23

Nƣớc nhảy trong bể tiêu năng trƣờng hợp mở cửa số 2

64

4.24

Đồ thị vận tốc dọc theo tràn ứng với QP=0,2%

65

4.25

Đồ thị vận tốc dọc theo tràn ứng với QP=1,0%

65


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nƣớc và dòng chảy của nó có những lợi ích to lớn, nhƣng cũng có những bất lợi.
Nhiệm vụ của các nhà khoa học thủy lợi là tận dụng những lợi ích và hạn chế những
bất lợi của nó. Nhiệm vụ đó đƣợc thực hiện bằng nhiều giải pháp, trong đó có việc xây
dựng các công trình thủy lợi khác nhau. Đó là các công trình dâng nƣớc, dẫn nƣớc, lấy
nƣớc, công trình bảo vệ, công trình giao thông…Bằng giải pháp kết cấu đặc thù của
mình các công trình thủy lợi tạo ra và đảm bảo đủ mực nƣớc hoặc lƣu lƣợng, đồng thời
tháo lũ, tháo lƣợng nƣớc thừa về phía hạ lƣu, dẫn nƣớc đáp ứng các yêu cầu hoặc ngăn
ngừa những ảnh hƣởng bất lợi từ phía hạ lƣu. Các công trình thủy lợi còn tạo ra giao
thông thủy, chênh lệch đầu nƣớc tập trung phục vụ cho phát điện.
Công trình hồ chứa nƣớc Nặm Cắt, tỉnh Bắc Kạn đƣợc xây dựng để tạo nguồn cấp
nƣớc, giảm lũ cho thị xã Bắc Kạn, cải thiện môi trƣờng.... nâng cao đời sống cho đồng
bào trong khu vực, phục vụ phát triển các ngành kinh tế, xã hội và an ninh quốc phòng
cho tỉnh Bắc Kạn.
Công trình tháo nƣớc là một trong những hạng mục quan trọng nhất của đầu mối
hồ chứa. Đặc thù của công trình tháo nƣớc là dòng chảy qua công trình ở trạng thái
xiết, có thể gây ra các hiện tƣợng thủy lực bất lợi nhƣ: hàm khí, khí thực, sóng xung
kích, xói lở hạ lƣu,...Vì vậy, tính toán thủy lực công trình tháo nƣớc vẫn phải giải
quyết các bài toán về khả năng tháo nƣớc, tƣơng tác giữa dòng chảy và công trình, nối
tiếp và tiêu năng hạ lƣu,…
Việc tính toán lý thuyết các thông số thuỷ lực: cửa vào tràn, dốc nƣớc, bể tiêu
năng,…và những tác động của dòng chảy lƣu tốc cao khi tràn làm việc rất khó đạt kết

quả đáp ứng thực tế. Chính vì vậy, việc xây dựng mô hình vật lý để đo đạc, kiểm tra
các thông số thủy lực của công trình tràn xả lũ là rất cần thiết.
Do đó, luận văn lựa chọn: “Ứng dụng mô hình toán mô phỏng dòng chảy qua
công trình tràn xả lũ Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt – Tỉnh Bắc Kạn” để nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Ứng dụng mô hình Telemac-3D để mô phỏng dòng chảy qua công trình tràn xả
lũ, tiêu năng đáy, nhằm xác định:
- Tính hợp lý của hình dạng, kích thƣớc các bộ phận công trình tràn xả lũ; xem
xét đánh giá các tồn tại, bất lợi về mặt thủy lực của việc bố trí các hạng mục và công
trình tràn xả lũ.
- Kiểm nghiệm; chính xác hoá các thông số thủy lực, nối tiếp cửa vào, cửa ra,
thƣợng lƣu; đánh giá chế độ dòng chảy, chế độ thủy lực nối tiếp thƣợng hạ lƣu, tiêu
năng dòng chảy hạ lƣu công trình.
+ Qua mô hình mô phỏng đánh giá, tồn tại, từ đó đề xuất kiến nghị sửa đổi lựa
chọn phƣơng án tối ƣu đảm bảo công trình xả lũ vận hành an toàn và hiệu quả.


2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu:
- Công trình tràn xả lũ hồ chứa nước Nặm Cắt: xác định khả năng xả lũ của tràn,
đƣờng mực nƣớc dọc tuyến công trình tràn xả lũ và bình đồ dòng chảy, chế độ thuỷ
lực.
- Xác định lƣu tốc trung bình, xác định mạch động lƣu tốc, áp suất trung bình và
áp suất mạch động của dòng chảy tại một số vị trí xung yếu.
- Tiêu năng hạ lƣu công trình, chế độ nối tiếp dòng chảy, đánh giá xói lở, bồi
lắng thƣợng, hạ lƣu công trình trên mô hình lòng cứng, đặc điểm dòng chảy trên dốc
nƣớc.
- Luận văn áp dụng mô hình Telemac-3D để tính toán các thông số thủy lực, dựa
vào mô hình vật lý để hiệu chỉnh các tham số mô hình, so sánh các phƣơng án tràn xả

lũ sao cho hợp hợp lý về thủy lực.
b. Phạm vi nghiên cứu:
- Áp dụng phần mềm Telemac-3D để mô phỏng dòng chảy qua tràn xả lũ và tiêu
năng sau tràn của công trình Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
a. Cách tiếp cận:
- Dựa vào các tài liệu lý thuyết và thực nghiệm về tính toán thủy lực tràn xả lũ.
- So sánh các phƣơng pháp tính thủy lực dốc nƣớc đã và đang áp dụng ở Việt
Nam cũng nhƣ trên thế giới.
- Tìm hiểu, sử dụng phần mềm Telemac-3D, hồ sơ thiết kế công trình thực tế Hồ
chứa nƣớc Nặm Cắt, các tài liệu có liên quan, từ những đề tài, dự án đã đƣợc nghiên
cứu trƣớc đây.
b. Phương pháp nghiên cứu:
- Phƣơng pháp phân tích tài liệu: Thu thập thông tin về các công trình thực tế,
nghiên cứu cơ sở lý thuyết các thông số thủy lực: cửa vào, trên tràn, dốc nƣớc, tại bể
tiêu năng…và những tác động của dòng chảy lƣu tốc cao khi tràn làm việc. Tính toán
áp dụng trên công trình thực tế.
- Phƣơng pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan.
- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình số.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu các thông số thuỷ lực tràn xả lũ nhƣ: đoạn nối tiếp cửa vào, cửa
ra, thƣợng lƣu; đánh giá chế độ dòng chảy, chế độ thủy lực nối tiếp thƣợng hạ lƣu, tiêu
năng dòng chảy hạ lƣu công trình bằng mô hình toán, có đối chiếu hiệu chỉnh tham số
bằng mô hình vật lý nhằm đảm bảo phƣơng án hợp lý về thủy lực, tuổi thọ và an toàn
cho công trình Hồ chứa nƣớc Nặm Cắt cũng nhƣ các công trình Thủy lợi – Thủy điện


3
tƣơng tự là rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
6. Cấu trúc của luận văn

Luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, gồm có 4 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về dòng chảy qua tràn xả lũ.
Chƣơng 2: Lý thuyết tính toán dòng chảy qua tràn xả lũ của mô hình Telemac-3D.
Chƣơng 3: Áp dụng mô hình toán Telemac-3D mô phỏng dòng chảy qua công
trình tràn xả lũ.
Chƣơng 4: Kết quả mô phỏng vận hành cửa van.


4
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ DÕNG CHẢY QUA TRÀN XẢ LŨ
1.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƢỚC Ở
VIỆT NAM HIỆN NAY
1.1.1. Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện
Công trình thủy lợi, thủy điện đã xuất hiện từ năm 3000 năm trƣớc công
nguyên và phát triển mạnh bắt đầu từ nửa sau thế kỷ XX. Từ trƣớc những năm 1980
phát triển mạnh ở các nƣớc Châu Âu và Bắc Mỹ, năm 1980 đến nay phát triển mạnh
ở Châu Á và nhất là ở Trung Quốc, đối với Việt Nam bắt đầu phát triển từ sau năm
1945 và phát triển mạnh từ sau những năm 1998. Theo thống kê năm 1998 của Uỷ
ban đập nƣớc Thế giới (World Commission on Dams – WCD) Hình 1.1 biểu thị số
lƣợng và phân bố các đập lớn tại các vùng trên thế giới [1].

Hình 1.1 Phân bố các đập lớn ở các vùng trên thế giới vào cuối thế kỷ XX
Thời gian xây dựng các đập dài, thƣờng từ 5 ÷ 10 năm và trung bình mỗi năm
trên thế giới có khoảng 160 đến 320 đập đƣợc xây dựng mới. Vào những năm 70,
việc xây dựng đập tăng lên nhanh chóng; trên thế giới nhiều lúc có đến 2 hay 3 đập
lớn đƣợc hoàn thành. Hình 1.2 biểu thị tốc phát triển xây dựng các đập tại một số
vùng trên thế giới đến cuối thế kỷ XX. Vào những năm 90 trung bình mỗi năm chi
phí khoảng 2 – 46 tỉ USD để xây dựng các đập lớn, mà 4/5 số đập ở các nƣớc đang
phát triển với kinh phí đầu tƣ 22 – 31 tỉ USD [1].

5

8 000

Asia
North America
Europe

Number of dams

7 000
6 000
5 000
4 000
3 000

Afica
South America
Austral - Asia

2 000
1 000
19
10
s
19
20
s
19

30
s
19
00
s
19
40
s
19
50
s
19
60
s
19
70
s
19
80
s
af
ter
19
90

be
fo
re

19

00

0

Time

Hình 1.2 Tốc độ xây dựng đập tại một số vùng đến cuối thế kỷ XX
Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nƣớc có nền kinh tế nông
nghiệp, tài nguyên nƣớc có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền vững của đất
nƣớc. Lịch sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn liền với sự hình
thành của hệ thống đê điều chống lũ hàng ngàn năm với hệ thông kênh rạch để mở
mang vùng đất mới, phát huy mặt lợi của nƣớc, hạn chế mặt hại để tồn tại và phát
triển. Cũng chính nhờ lợi thế đó, một nền văn minh lúa nƣớc đã hình thành từ nghìn
năm ở Đồng bằng sông Hồng và di cƣ vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm
trƣớc đây.
Tuy vậy, nhƣng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống đầu
mối thuỷ lợi ở nƣớc ta chậm hơn so với các nƣớc phát triển trên thế giới. Đến nay
cả nƣớc có khoảng trên 750 hồ chứa, đập cỡ vừa và lớn, trên 1000 hồ chứa, đập cỡ
nhỏ [2]. Các hệ thống thuỷ lợi của nƣớc ta có thể kể đến nhƣ hệ thống thuỷ lợi Đại
Lải, Cấm Sơn, Kẻ Gỗ, Yên Lập, Sông Mực, Dầu Tiếng, Thạch Nham hay các công
trình sử dụng tổng hợp nguồn nƣớc nhƣ Thuỷ điện Hoà Bình, Thác Bà, Đa Nhim,
Trị An, Yaly, Yazun Hạ, Vĩnh Sơn, Thác Mơ…
Ngày 20 tháng 5 năm 1998 “Luật tài nguyên nƣớc” của nƣớc ta đã đƣợc Quốc
hội khoá X kỳ họp thứ 3 thông qua, đã một lần nữa khẳng định rằng: “Do nhận
thức đƣợc vị trí quan trọng của công tác thuỷ lợi trong việc bảo vệ và phát triển đất
nƣớc nên Đảng và Chính phủ đã có những quyết định đúng đắn về chủ trƣơng, kế
hoạch, chính sách đầu tƣ thuỷ lợi, phát triển nguồn tài nguyên nƣớc, vạch ra những
bƣớc đi thích hợp cho từng giai đoạn” [2].
Từ đó đến nay, tốc độ xây dựng các hệ thống đầu mối thuỷ lợi, thuỷ điện
nƣớc ta phát triển khá mạnh. Các công trình tháo đã xây dựng ở nƣớc ta tƣơng đối

phong phú về thể loại và đa dạng về hình thức kết cấu. Theo hình thức phân loại


6
đập tràn là loại công trình kiểu hở và lƣu lƣợng tháo qua đập tràn khoảng 40÷100
m3/s/m. Khi có điều kiện sử dụng thì đập tràn là một loại công trình tháo lũ rẻ nhất.
Khoảng 50 ÷ 60 năm trƣớc đây, chỉ mới có đập tràn tháo lũ cao 50÷70m thì ngày
nay đã có đập tràn cao trên 130m.
1.1.2. Một số thông số chính về các công trình xả lũ ở nƣớc ta
Gắn liền với các hệ thống đầu mối thuỷ lợi nêu trên là các công trình tháo lũ
(CTTL) xả nƣớc mặt, làm nhiệm vụ tháo phần nƣớc lũ không thể chứa trong hồ, có
khi chúng còn đƣợc đặt ở dƣới sâu và đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay
toàn bộ hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa.
Có công trình tháo lũ hồ chứa mới làm việc đƣợc bình thƣờng và an toàn.
Vốn đầu tƣ để xây dựng CTTL phụ thuộc vào quy mô và điều kiện cụ thể của từng
công trình, nói chung nó chiếm một tỷ lệ khá lớn trong tổng vốn đầu tƣ xây dựng
hệ thống đầu mối, có khi tới (70 ÷ 80)%. Vì vậy mà chúng thƣờng xuyên đƣợc quan
tâm cân nhắc rất kỹ lƣỡng trong thiết kế, thi công các hệ thống đầu mối thuỷ lợi.
CTTL trên các hệ thống đấu mối thuỷ lợi rất đa dạng, Bảng 1-1 thống kê chi
tiết một số thông số chính của một số CTTL ở nƣớc ta; các hình từ Hình 1.3 đến
Hình 1.10 thể hiện một số hình ảnh về các CTTL trên các hệ thống đầu mối thuỷ lợi
nƣớc ta.
Bảng 1-1: Một số công trình thuỷ điện có quy mô vừa và lớn ở Việt Nam.
TT

Tên công
trình

Địa điểm

Hình thức tiêu năng

H tràn

Btràn

Qxả max

(m)

(m)

(m3/s)

90

37800

1

Hoà Bình

Hoà Bình

Dốc nƣớc, mũi phun

2

Sơn La

Sơn La

Dốc nƣớc, mũi phun

13

90

34.780

3

Cửa Đạt

Thanh Hóa

Dốc nƣớc, mũi phun

17

75

11600

5

Nƣớc Trong

Quảng Ngãi

Đập tràn – Bể tiêu năng

14

62.5

6728

6

Yali

Gia Lai

Dốc nƣớc, mũi phun

18,8

105

17400

7

Ayun Hạ

Gia Lai

Dốc nƣớc, mũi phun

10,92

23

1237

8

Đồng Nai 4

Đắc Nông,
Lâm Đồng

Dốc nƣớc, mũi phun

16

75

13300

9

Plêi Krông

Kon Tum

Dốc nƣớc, mũi phun

18

70

6050

10

Sê San 3

Kon Tum

Đập tràn, mũi phun

16,3

90

17536

11

Tuyên Quang

Tuyên Quang

Dốc nƣớc, mũi phun

15,84

60

12484

12

Bản Vẽ

Nghệ An

Đập tràn, mũi phun

11,5

60

10500

13

Huội Quảng

Lào Cai

Đập tràn, mũi phun

13,0

90

47700

14

Cần Đơn

Bình Phƣớc

12

50

6965

Đập tràn – Bể tiêu năng


7

TT

Tên công
trình

Địa điểm
Gia Lai, Kon

H tràn

Btràn

Qxả max

(m)

(m)

(m3/s)

Đập tràn – Bể tiêu năng

17,76

105

1800

Hình thức tiêu năng

15

Sê San 3A

16

Bình Điền

T. Thiên Huế

Đập tràn, mũi phun

12,96

50

4519

17

SRêPok 3

Đak Nông

Đập tràn, mũi phun

15,5

75

12320

18

NậmChiến

Sơn La

Đập tràn, mũi phun

5,63

80

2387

19

Sê San 4

Đập tràn, mũi phun

15,6

120

20090

20

Rào Quán

Quảng Trị

Dốc nƣớc, mũi phun

5,05

80

2890

21

Thác Mơ

Bình Phƣớc

Đập tràn – Bể tiêu năng

13,8

52

6100

22

Đại Ninh

Bình Thuận

Dốc nƣớc, mũi phun

18,6

52

5676

23

Đrây Hlinh

Đắc Lắc

Dốc nƣớc, mũi phun

3,6

480

7590

Tum

Gia Lai, Kon
Tum

Trên sông: Sê San
Năm hoàn thành: 2003
Hình thức tiêu năng: Mũi phun
Tràn xả lũ gồm: 6 cửa van cung
Lưu lượng xả lũ: 17.400m3/s
Công suất phát điện: 720MW

Hình 1.3 Đập tràn thủy điện Yaly (Gia Lai – Việt Nam)
Trên sông: Đồng Nai
Năm hoàn thành: 1989
Hình thức tiêu năng: Mũi phun
Tràn xả lũ gồm: 8 cửa van
Lưu lượng xả lũ: 18.450m3/s

Công suất phát điện: 400MW

Hình 1.4 Đập tràn thủy điện Trị An


8
Trên sông: Đà
Năm hoàn thành: 1988
Hình thức tiêu năng: Mũi phun
xoắn
Tràn xả lũ gồm: 6 cửa van (Trong
đó 12 cửa xả đáy)
Lưu lượng xả lũ: 35.400m3/s
Công suất phát điện: 19.200MW
Hình 1.5 Đập tràn thủy điện Hòa Bình

Trên sông: Chu
Năm hoàn thành:2010
Hình thức tiêu năng: Bể tiêu năng
Tràn xả lũ gồm: 5 cửa van cung
Lưu lượng xả lũ: 8.200m3/s
Công suất phát điện: 97MW

Hình 1.6 Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt
Trên sông: Nước Trong
Năm hoàn thành: 2010
Hình thức tiêu năng: Bể tiêu
năng
Tràn xả lũ gồm: 5 cửa van cung
Lưu lượng xả lũ: 6.728m3/s

Công suất phát điện: 16MW
Hình 1.7 Mô hình tổng thể hồ chứa nước Nước Trong


9

Trên sông: Ayun
Năm hoàn thành: 2002
Hình thức tiêu năng: Mũi phun
Tràn xả lũ gồm: 3 cửa van cung
Lưu lượng xả lũ: 1.237m3/s
Công suất phát điện: 2.700KW

Hình 1.8 Tràn xả lũ hồ chứa nước Ayun Hạ

Trên sông: Đà
Năm hoàn thành: 2012
Hình thức tiêu năng: Mũi phun
Tràn xả lũ gồm: 6 cửa van cung
Lưu lượng xả lũ: 34.780m3/s
Công suất phát điện: 2.400MW

Hình 1.9 Mô hình tổng công trình thủy điện Sơn La

Trên sông: Hương
Năm hoàn thành: 2011
Hình thức tiêu năng: Mũi phun
Tràn xả lũ gồm: 5 cửa van cung
Lưu lượng xả lũ: 6.147m3/s
Công suất phát điện: 19,5MW

Hình 1.10 Mô hình tổng thể hồ chứa nước Tả Trạch


10
1.1.3. Nhận xét về tình hình xây dựng công trình thủy lợi ở nƣớc ta
Ở nƣớc ta, nhiều công trình thủy lợi nhƣ Hòa Bình ở Hòa Bình, Cửa Đạt ở
Thanh Hóa, Tả Trạch ở Thừa Thiên Huế, Sơn La ở Sơn La, Yali ở Gia Lai… Hầu
hết đều sử dụng công trình tháo lũ dạng dốc nƣớc với quy mô lớn về kích thƣớc và
lƣu lƣợng tháo. Nhƣ hồ chứa Gò Miếu ở Thái Nguyên: nối tiếp sau ngƣỡng là dốc
nƣớc dài 125m; độ dốc 10%, mặt cắt ngang dốc hình thang với mái nghiêng m =
0,5; đoạn đầu dốc dài 25m là đoạn thu hẹp, tiếp đến là đoạn dốc nƣớc có bề rộng
không đổi b = 15m). Hay công trình hồ Yên Lịch II ở huyện Kim Bôi, Hòa Bình:
nối tiếp sau ngƣỡng tràn là dốc nƣớc dài 29m, trong đó đoạn thu hẹp dài 6,5m,
chiều rộng đoạn thu hẹp thay đổi dần từ 6m đến 4m độ dốc i = 6,5%. Sau đoạn thu
hẹp là dốc nƣớc có bề rộng không đổi dài 22m, độ dốc i = 7,71%. Hồ chứa nƣớc
Lộc Đại ở tỉnh Quảng Nam: Tràn xả lũ có hình thức tràn Ôphixêrôp chảy tự do có
kết hợp xả sâu, sau tràn là dốc nƣớc và bể tiêu năng đáy cuối dốc nƣớc. Đoạn dốc
nƣớc sau tràn có độ dốc i = 10% từ cao trình +71,40 xuống cao trình +49,40m, nối
tiếp đoạn chân đỉnh tràn đến dốc nƣớc là đoạn thu hẹp dần từ 32m về 20m, độ dốc
dọc i = 3% và chiều dài tổng cộng là 30m.
Có thể thấy rằng tính đa dạng về hình thức công trình ngày càng nhiều hơn,
cũng nhƣ quy mô ngày càng lớn hơn rất nhiều. Từ những đập chỉ cao vài chục mét
thì ngày nay đã có những đập cao đến vài trăm mét, tƣơng ứng với nó thì dung tích
hồ chứa, lƣu lƣợng xả qua các công trình tháo nƣớc cũng tăng lên rất nhiều. Với
những công trình tháo nƣớc có lƣu lƣợng xả lớn thì việc tính toán khi thiết kế cũng
nhƣ lựa chọn hình thức công trình phải đƣợc xem xét chi tiết, kỹ lƣỡng hơn để đảm
bảo sự an toàn cho cả hệ thống công trình đầu mối.
1.2. VẤN ĐỀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY
QUA CÔNG CÁC TRÌNH THỦY LỢI

1.2.1. Đánh giá dòng chảy xiết qua dốc nƣớc (tràn xả lũ)
Dòng chảy trong dốc nƣớc có thể ở trạng thái chảy êm hay chảy xiết. Trên các
đƣờng tràn, dốc nƣớc ở các công trình thủy lợi đầu mối thƣờng là dòng chảy xiết.
Các dạng công trình này thƣờng có đoạn thu hẹp nhằm chuyển tiếp dòng chảy sau
đập tràn đỉnh rộng hoặc mặt cắt thực dụng với đoạn dốc không thu hẹp ở phía sau.
Không nhƣ dòng chảy êm biến đổi dần, trong dòng chảy xiết có thể xuất hiện các
hiện tƣợng nhƣ: sóng lăn, trộn khí, hay khí thực. Thêm vào đó nếu số Froude của
dòng chảy lớn, sự xuất hiện của sóng đứng hay sự dao động của mặt nƣớc trên dốc
là vấn đề cần lƣu ý khi tính toán thủy lực hay thiết kế đƣờng tràn.
Đối với công trình tháo nƣớc nói chung cũng nhƣ đối với đập tràn cao nói
riêng thì dòng chảy qua đập có lƣu lƣợng và lƣu tốc thƣờng là rất lớn, nó tác động
đến quá trình làm việc của công trình tháo nƣớc.
+ Các dòng chảy lƣu tốc cao có những nét đặc thù là:


11
Có mức độ xáo trộn mãnh liệt, mạch động áp lực, lƣu tốc… có trị số lớn,
ảnh hƣởng trực tiếp tới ổn định và độ bền của công trình.
Quán tính của một đơn vị thể tích nƣớc rất lớn, trong khi trở lực của độ
nhớt không thể hiện rõ ràng.
Dòng chảy rất nhạy bén với đƣờng biên: các nhiễu động phát sinh tại một
điểm bất kỳ trong dòng chảy có thể đƣợc truyền đi và gây ảnh hƣởng trong một
phạm vi rất rộng xuôi theo chiều dòng chảy.
+ Khi xem xét xử lý các hiện tƣợng thủy lực đặc biệt trên các bộ phận của
công trình xả nƣớc có cột nƣớc cao (Z ≥10m) cần phải xét tới tác dụng của dòng
cao tốc lên các bộ phận này:
Đặc trƣng mạch động của tải trọng thủy động gây nên ứng suất mỏi trong
các kết cấu.
Khí thực và xâm thực khí thực.
Hàm khí và thoát khí làm thay đổi chiều sâu dòng chảy gây chấn động

hoặc nƣớc va trong đƣờng xả kín.
Sự hình thành và truyền sóng nhiễu trong lòng dẫn không áp.
Khả năng mài mòn thành lòng dẫn khi dòng chảy mang theo nhiều bùn cát
thô.
1.2.2. Nghiên cứu chế độ nối tiếp dòng chảy từ thƣợng lƣu với hạ lƣu qua
tràn xả lũ
Những vấn đề cơ bản trong tính toán thiết kế các công trình thuỷ lợi, thuỷ
điện hiện nay việc giải quyết tiêu năng ở hạ lƣu để tìm đƣợc biện pháp tiêu hao
năng lƣợng, điều chỉnh lại sự phân bố vận tốc và làm giảm mạch động để cho dòng
chảy trở về gần với trạng thái tự nhiên nhất, giảm chiều dài gia cố hạ lƣu, đảm bảo
kinh tế kỹ thuật.
a. Đặc điểm chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu công trình tháo
Đặc điểm nổi bật của công trình tháo nƣớc là khi dòng chảy từ thƣợng lƣu qua
công trình về hạ lƣu, nguồn năng lƣợng dƣ của dòng chảy khá lớn sẽ tạo ra chế độ
thủy lực nối tiếp phức tạp, ảnh hƣởng trực tiếp đến ổn định của công trình.
Đặc tính thủy lực cơ bản của dòng chảy qua công trình tháo là êm ở thƣợng
lƣu (Fr<1); chảy xiết trên đoạn chuyển tiếp (Fr>1) và dần trở lại trạng thái tự nhiên
sau khi chảy vào sông thiên nhiên là dòng chảy êm (Fr<1).
Động năng thừa của dòng chảy đổ từ thƣợng lƣu qua công trình xuống hạ lƣu
là rất lớn, nên cần thiết phải giải quyết tiêu năng trƣớc khi dòng chảy nối tiếp với hạ
lƣu. Nguyên tắc của các giải pháp nối tiếp tiêu năng là phải tìm đƣợc giải pháp tiêu
hao đƣợc năng lƣợng thừa của dòng chảy tới mức tối đa, điều chỉnh lại sự phân bố
vận tốc, làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên của nó