Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tiêu năng phụ cho công trình có hình thức tiêu năng đáy, ứng dụng cho tràn xả lũ hồi xuân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
U

NGUYỄN NHƯ VIÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ TIÊU NĂNG PHỤ
CHO CƠNG TRÌNH CĨ HÌNH THỨC TIÊU NĂNG ĐÁY,
ỨNG DỤNG CHO TRÀN XẢ LŨ HỒI XUÂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
U

NGUYỄN NHƯ VIÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ TIÊU NĂNG PHỤ
CHO CƠNG TRÌNH CĨ HÌNH THỨC TIÊU NĂNG ĐÁY,
ỨNG DỤNG CHO TRÀN XẢ LŨ HỒI XN

Chun ngành : Xây dựng Cơng trình thủy
Mã số
: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Văn Nghị

Hà Nội - 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: Nguyễn Như Viên
Giới tính : Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 02/05/1977
Nơi sinh : Hà Nam
Quê quán: Nhật Tân - Kim Bảng - Hà Nam Dân tộc : Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập, nghiên cứu:
Kỹ sư thi công - Công ty cổ phần Licogi 16.6
Chỗ ở hiện nay hoặc địa chỉ liên lạc: 75/98, Nguyễn Trãi – Vị Hoàng – TP Nam Định
Điện thoại cơ quan: 043.8526276
Fax: 043.5639047
Email: Di động: 0979 786 477
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Trung học phổ thông
Thời gian từ: 09/1993 đến 06/1996
Nơi học (trường, thành phố): Trường THPT Duy Tiên B – Hà Nam
Ngành học:

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian từ: 09/1998 đến 06/2003
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Thủy Lợi -Hà Nội
Ngành học: Máy xây dựng
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế cửa van phẳng dưới sâu
Ngày và nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2003, tại Đại học Thủy lợi - Hà
Nội
Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đăng Cường
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian từ: 04/2011 đến 12/2014
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Thủy lợi - Hà Nội
Ngành học: Xây dựng cơng trình thủy
Tên luận văn: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tiêu năng phụ cho công trình có hình thức
tiêu năng đáy, ứng dụng cho tràn xả lũ Hồi Xuân.
Ngày và nơi bảo vệ: 03/2013 tại, Đại học Thủy lợi - Hà Nội
Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Nghị
4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng anh Chuẩn B1 Chân Âu
5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày cấp và nơi
cấp: Khơng
III. Q TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:


Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

07/2003-nay

Công ty cổ phần Licogi 16.6

Kỹ sư thi công

VI. KHEN THƯỞNG VÀ KỶ LUẬT TRONG Q TRÌNH HỌC CAO HỌC:
Khơng
V. CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ:
Khơng
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC

(Ký tên, đóng dấu)

Ngày 28 tháng 02 năm 2013
Người khai ký tên

Nguyễn Như Viên


DANH MỤC BẢN VẼ
Bảng vẽ số 01: Mặt bằng bố trí các điểm đo lưu tốc và đường mặt nước phương án
1…………………………………………………………………………………….54
Bảng vẽ số 02: Cắt dọc đường mặt nước khi xả qua tràn xả lũ phương án 1 ứng với
Q = 12368 (m3/s) và Q = 12368 (m3/s) …………………………………….……...54
P

P

P

P

Bảng vẽ số 03: Cắt dọc đường mặt nước khi xả qua tràn xả lũ phương án 1 ứng với
Q = 7592 (m3/s) và Q = 5983 (m3/s) ……………………………………….……...54
P

P

P

P

Bảng vẽ số 04: Cắt dọc đường mặt nước khi xả qua �ộ dao động sóng khi xả các con lũ lớn đạt tới 4.5m, nên cảnh
báo sẽ tồn tại hiện tượng đá lăn và sạt mái sau này.
4.5. So sánh hiệu quả tiêu năng của hai phương án thí nghiệm.
Qua kết quả thí nghiệm 02 phương án như đã trình bày ở trên cho thấy phương
án 2 có hiệu quả hơn phương án 1 về mặt thủy lực. Với tác dụng của mố tiêu năng
đã làm tăng hiệu quả tiêu năng ở hạ lưu cơng trình ghi nhận ở các mặt;
Hiệu quả tiêu năng tăng khoảng 1%, một con số không đáng kể trong thủy lực
cơng trình;
Chiều cao sóng ở hạ lưu cơng trình giảm rõ rệt với tất cả các cấp lưu lượng, từ 2
đến 3 m, làm giảm đáng kể khả năng sạt lở hai bờ;
Do tác động của các mố tiêu năng mà vận tốc dòng chảy ở hạ lưu cơng trình sau
bể tiêu năng cũng giảm đáng kể với cấp lưu lượng thiết kế tại mặt cắt cuối bể tiêu


79

năng vận tốc trung bình mặt cắt giảm 1,5m/s từ 3,89m/s xuống 2,45m/s, các mặt cắt
sau đó vận tốc trung bình dịng chảy giảm tối thiểu 0,5m/s.

Dưới tác động của các mố tiêu năng tình hình thủy lực hạ lưu tràn Hồi Xuân
trong phương án 2 đã được cải thiện một cách rõ rệt, vận tốc đáy giảm đến 3m/s hạn
chế khả năng xói lở cục bộ ở hạ lưu cơng trình. Về sóng ven bờ giảm đến 2m, làm
hạn chế sạt lở bờ sông. Qua kiểm tra các giá trị vận tốc cho phép khơng xói và ổn
định của các tấm lát mái ven bờ cho thấy lịng sơng ổn định.
Do vậy, qua kết quả nghiên cứu phương án 2 đã được ứng dụng vào thực tế thiết
kế thi cơng cơng trình thủy điện Hồi Xn.


80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Đánh giá kết quả nghiên cứu.
a) Trên phương pháp phục vụ sản xuất:
Luận văn đã tập hợp được những kiến thức về tính tốn thủy lực cơng trình
nối tiếp tiêu năng bằng dịng đáy, trong đó chủ yếu phân tích, đánh giá những yếu tố
ảnh hưởng đến dòng chảy ở hạ lưu và tập hợp những phương pháp tính tốn đang
dùng trong giảng dạy cũng như trong sản xuất.
Đã thu thập một số cơng trình có nối tiếp tiêu năng bằng dịng đáy ở trong
nước, các cơng trình đã thi cơng trước đây để rút ra bài học kinh nghiệm cho bản
thân.
Phân tích lý thuyết cùng thí nghiệm trên mơ hình để đề xuất phương án nối
tiếp và tiêu năng hạ lưu cho tràn xả lũ Hồi Xuân. Theo phương án chọn đã bố trí hai
hàng mố tiêu năng ở trong bể tiêu năng nhằm tăng cường mức độ tiêu hao năng
lượng chuyển phần lớn động năng thành thế năng tạo vận tốc dòng chảy nhỏ ở phía
hạ lưu cơng trình và giảm sóng trên bề mặt dòng chảy ở hạ lưu.
b) Trên phương diện nghiên cứu:
Bằng những số liệu thí nghiệm, bước đầu đã tập trung nghiên cứu phân tích
để tìm ra quy luật ảnh hưởng của mố trên sân tiêu năng đến dòng chảy hạ lưu trong
trường hợp tiêu năng dịng đáy có độ ngập lớn.

Kết quả nghiên cứu của luận văn cũng khẳng định được mức độ ảnh hưởng
của các mố tiêu năng đến dòng chảy ở hạ lưu trong trường hợp có nước nhảy với độ
ngập lớn tuy tỷ lệ tiêu hao năng lượng tăng khơng đáng kể nhưng có tác dụng
chuyển hóa động năng thành thể năng, giảm nhỏ vận tốc dịng chảy ở sau nước nhảy
và giảm sóng hai bờ.
2. Tồn tại và hạn chế.
Trong luận văn này mới chỉ nghiên cứu đoạn cơng trình nối tiếp bằng dịng
chảy đáy của một tràn xả lũ cụ thể, trong đó có xem xét đến ảnh hưởng của một loại
mố cụ thể ở bể tiêu năng.


81

Do điều kiện thời gian không cho phép nên phạm vi nghiên cứu của luận văn
chưa xét đến các kích thước mố khác nhau, điều kiện chênh lệch mực nước thượng
hạ lưu khac nhau để đi đến một kết quả khái quát hơn.
Trong thí nghiệm cũng chỉ nghiên cứu một cơng trình cụ thể là tràn xả lũ Hồi
Xn với nối tiếp và tiêu năng hạ lưu bằng dòng đáy và sau khi thiết lập được seri
thí nghiệm đã bỏ qua nhiều yếu tố khơng xét đến để tính tốn những phần sau.
3. Kiến nghị.
Giải quyết tiêu năng cho công trình tháo nói riêng và cơng trình thủy lợi nói
chung là một vấn đề rất phức tạp, nhất là đối với cơng trình có lưu lượng đơn vị lớn,
cột nước cao. Bài tốn chỉ có thể được giải quyết một cách triệt để khi chúng ta làm
tốt đồng thời công việc xử lý nối tiếp dòng chảy thượng hạ lưu và cơng việc tiêu
năng, phịng chống xói lở ở hạ lưu cơng trình. Tuy nhiên, với mỗi dạng cơng trình
nối tiếp thì dịng chảy qua cơng trình lại có các đặc điểm khác nhau. Mặt khác,
tương ứng với từng điều kiện địa hình, địa chất, v.v...thì lại địi hỏi những yêu cầu
kết cấu khác nhau và sẽ tác động trở lại đến dịng chảy qua cơng trình. Do đó, vấn
đề tiêu năng, phịng chống xói lở lại càng trở nên phức tạp và rất cần phải được cân
nhắc để có những giải pháp cơng trình thích hợp.

Các cơng trình tháo nước được xây dựng khá phổ biến ở nước ta, việc nghiên
cứu nối tiếp và tiêu năng hạ lưu còn gặp nhiều khó khăn và là vấn đề cần thiết của
thực tế thiết kế. Để giải quyết được những vấn đề này cần phải: Tiến hành tổng kết
kĩ thuật về các cơng trình tháo nối tiếp tiêu năng bằng dịng đáy đã xây dựng ở trong
nước, tiến hành đo đạc các yếu tố về thủy văn, thủy lực, đo về hiện trạng xói lở,… ở
một số cơng trình đặc trưng để rút ra các chỉ tiêu thiết kế, quy trình vận hành cho
hợp lý. Đồng thời cần nghiên cứu tìm ra phương pháp tính tốn thủy lực tiêu năng
hạ lưu cho cơng trình có bố trí ngưỡng tiêu năng một cách hợp lý để áp dụng trong
thực tế nhằm hạ giá thành xây dựng cơng trình.
4. Những vấn đề nghiên cứu tiếp.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thủy lực, kết cấu cơng trình tới sự an
tồn của cơng trình có lưu lượng đơn vị lớn, chênh lệch mực nước thượng lưu lớn


82

nhất và đặc biệt quan tâm đến vấn đề xói lở ở hạ lưu, trong đó cần nghiên cứu đầy
đủ các trường hợp mà cơng trình phải làm việc tương ứng với các loại đất nền khác
nhau qua đó tìm được giải pháp cơng trình phù hợp.
Nghiên cứu mơ hình tốn thích hợp để xác định được các đặc trưng cơ bản
của dịng chảy qua cơng trình làm cơ sở cho việc xác định kết cấu cơng trình hợp lý
nhất là kết cấu tiêu năng ở hạ lưu cơng trình. Sau đó, kết hợp giữa nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm để có những kết quả định lượng mang tính tổng qt của bài
tốn tiêu năng phịng xói ở hạ lưu cơng trình thủy lợi, thủy điện có lưu lượng đơn vị
lớn, cột nước cao.


83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt
1. Hoàng Tư An - Thủy lực cơng trình. Bài giảng cho cao học và nghiên cứu sinh
Đại học Thủy lợi – Hà Nội, 1999.
2. Báo cáo kết quả thí nghiệm mơ hình thủy lực cơng trình thủy điện Hối Xn –
Phịng Thí nghiệm trọng điểm Quốc Gia về động lực học sông biển
3. Bộ môn thủy công - Trường Đại học Thủy lợi – Giáo trình thủy cơng tập I và tập
II – NXB Nơng nghiệp – Hà Nội, 1998.
4. Bộ môn thủy lực - Trường Đại học Thủy lợi – Giáo trình thủy lực tập I và tập II
– Hà Nội, 1978
5. Nguyễn Cảnh Cầm – Thủy lực dịng chảy hở, NXB Nơng nghiệp – Hà Nội, 1998.
6. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Văn Đặng, Ngơ Trí Viềng – Cơng trình tháo lũ trong
đầu mối hệ thống thủy lợi. NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội, 1977.
7. Phan Sỹ Kỳ - Sự cố một số cơng trình thủy lợi ở Việt Nam và các biện pháp
phịng tránh – NXB Nơng nghiệp – Hà Nội, 2000.
8. Nguyễn Văn Mạo – Tính tốn thủy lực cơng trình tháo nước – Giáo trình dùng
cho cao chọc ngành cơng trình, các lớp chun đề sau đại học và các cán bộ nghiên
cứu tham khảo – Đại học Thủy lợi – Hà Nội, 2001.
9. Nguyễn Phương Mậu – Một số vấn đề về thiết kế cơng trình tháo nước – Bài
giảng cao học và nghiên cứu sinh ngành cơng trình thủy lợi – Đại học Thủy lợi – Hà
Nội, 1998.
10. Lưu Như Phú – Tính đường mặt nước cơng trình tràn có độ dốc đáy lớn – Tuyển
tập cơng trình hội nghị cơ học thủy tồn quốc lần thứ tư – Hội cơ học Việt Nam,
1995.
11. Phạm Ngọc Q – Một số vấn đề về tính tốn thủy lợi nối tiếp hạ lưu và xói sau
cơng trình thủy lợi – Bài giảng cao học và nghiên cứu sinh ngành cơng trình thủy
lợi – Đại học Thủy lợi – Hà nội, 2003.


84

12. Phạm Ngọc Quý – Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu cơng trình tháo nước – Nhà xuất
bản xây dựng – Hà Nội, 2003.
13. Phạm Ngọc Quý – Mô hình tốn và mơ hình vật lý cơng trình thủy lợi – Phần
Mơ hình thủy lực cơng trình – Bài giảng cao học và nghiên cứu sinh ngành cơng
trình thủy lợi – Đại học Thủy lợi – Hà Nội, 1998.
14. Quy phạm tính tốn thủy lực đập tràn QP-TL.C-8-76 – Vụ kỹ thuật – Bộ Thủy
lợi, Hà Nội 1977.
15. Sổ tay kỹ thuật thủy lợi. NXB Nông nghiệp – Hà Nội, 1979. P.G. Kixelep và
một số tác giả - Sổ tay tính tốn thủy lực (bản dịch tiếng việt). NXB “MIR”
Matxcơva.
16. Trần Quốc Thưởng – Tình hình thủy lực đập Thác Huống sau khi sửa chữa đầu
mối – Tuyển tập kết quả khoa học và công nghệ 1994-1999 - Viện Khoa học Thủy
lợi, 1999.
17. Trần Quốc Thưởng – Nghiên cứu và tính tốn thủy lực bậc nước thấp với
ngưỡng phân tán – Tạp chí thủy lợi số 337 – Hà Nội tháng 12/2000.
18. Hàn Quốc Trinh – Tuyển tập kết quả đề tài “Tiêu năng và phịng chống xói cho
cống vùng triều”. Năm 1994 - 2001.
19. Tuyển tập kết quả khoa học và công nghệ 1994-1999 – Viện khoa học Thủy lợi.
Nhà xuất bản Nông nghiệp – Hà Nội, 1999.
Tiếng Anh
20. D.C.J.D. Hoyal, J.V. Depinto, J.F Atkinson & S.W. Taylor – Tubulent flow in
smooth wall open channel – Journal of Hydraulic Research – Vol 33/1995.
International Associatian for Hydraulic Research. Delf – The Netherlands.
21. D. Husain, A.A. Alhamina & Addel-Azim M.Negm – Length and Depth of
hydraulic jump slopping channels-Journal of Hydraulic Research-Vol 32/1994.
22. G.I. Sukhomel – Những vấn đề thủy lực trên kênh hở và cơng trình. Kiev, 1969.


85

23. Ir.A.Verworey – Mathermatical for Hydraulic Engineers and Hydrologits.
International Institute for Infrastructural, Hydraulic and Environmental Engineering.
Delt – The Netherlands.

24. P. Boreiu – Physical Models. International Institute for Infrastructural,
Hydraulic and Enviromental Engineering. Delft – The Netherlands.
25. R.I. Nokes & G.O. Hughes – Turbulent mixing in uniform channels of irregular
channels – Journal of Hydraulic Research – Vol 32/1994.
26. Willi H. Hager, Markus Schwarlt, Oscal Jimener & M. Hhanif Chandhry –
Super critical flow near an abrupt wall deflection – Journal of Hydraulic Research –
Vol 32/1994.
27. Willi H.Hager – Hy Draulisc Jump and Stilling Basin – Kuwer Acadenmic
Publisher – Dordrecht/Boston/London.


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy cơ giáo trong Trường đại học
Thủy Lợi, Phịng đào tạo Đại học và sau Đại học, Trung tâm nghiên cứu Thủy lực
- Phịng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển đã giúp đỡ
tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS
Lê Văn Nghị đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác
giả trong suốt q trình hồn thành luận văn này.
Xin cảm ơn các anh chị em nhóm nghiên cứu thí nghiệm mơ hình thuỷ lực
đập tràn Hồi Xn đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn
thành của luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân
trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt q trình học tập và hồn thành
luận văn này.
Trong khn khổ luận văn thạc sĩ, do trình độ và điều kiện thời gian có hạn

nên luận văn khơng thể tránh khỏi những tồn tại, khiếm khuyết, tác giả rất mong
nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô, các anh chị và bạn bè đồng
nghiệp.
Hà Nội, ngày 26 tháng 02 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Như Viên


BẢN CAM KẾT
Họ và tên học viên:

Nguyễn Như Viên

Chuyên ngành:

Xây dựng cơng trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tiêu năng phụ cho
cơng trình có hình thức tiêu năng đáy, ứng dụng cho tràn xả lũ Hồi Xuân”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tơi hồn tồn là do tơi làm. Những
kết quả nghiên cứu, tính tốn là trung thực, khơng sao chép từ bất kỳ nguồn thông
tin nào khác. Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình
thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường.
Hà Nội, ngày 26 tháng 02 năm 2013
Học viên cao học

Nguyễn Như Viên