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 tràn xả lũ phương án 1 ứng với
Q = 3816 (m3/s) …………………………………………………………….……...54
P

P

Bảng vẽ số 05: Cắt dọc lưu tốc khi xả qua tràn xả lũ phương án 1 ứng với Q =
12368 (m3/s) và Q = 12368 (m3/s) …………...…………………………….……...59
P

P

P

P

Bảng vẽ số 06: Cắt dọc lưu tốc khi xả qua tràn xả lũ phương án 1 ứng với Q = 7592
(m3/s) và Q = 5983 (m3/s) ………………………………………………….……...59

P

P

P

P

Bảng vẽ số 07: Cắt dọc lưu tốc khi xả qua tràn xả lũ phương án 1 ứng với Q = 3816
(m3/s) ……………………………………………………………………….……...59
P

P

Bảng vẽ số 08: Mặt bằng bố trí các điểm đo lưu tốc và đường mặt nước phương án
2…………………………………………………………………………………….65
Bảng vẽ số 09: Cắt dọc đường mặt nước khi xả qua tràn xả lũ phương án 2 ứng với
Q = 12368 (m3/s) và Q = 12368 (m3/s) …………………………………….……...65
P

P

P

P

Bảng vẽ số 10: Cắt dọc đường mặt nước khi xả qua tràn xả lũ phương án 2 ứng với
Q = 7592 (m3/s) và Q = 5983 (m3/s) ……………………………………….……...65
P

P

P

P

Bảng vẽ số 11: Cắt dọc đường mặt nước khi xả qua tràn xả lũ phương án 2 ứng với
Q = 3816 (m3/s) …………………………………………………………….……...65
P

P

Bảng vẽ số 12: Cắt dọc lưu tốc khi xả qua tràn xả lũ phương án 2 ứng với Q =
12368 (m3/s) và Q = 12368 (m3/s) …………...…………………………….……...70
P

P

P

P

Bảng vẽ số 13: Cắt dọc lưu tốc khi xả qua tràn xả lũ phương án 2 ứng với Q = 7592
(m3/s) và Q = 5983 (m3/s) ………………………………………………….……...70
P

P

P

P

Bảng vẽ số 14: Cắt dọc lưu tốc khi xả qua tràn xả lũ phương án 2 ứng với Q = 3816
(m3/s) ……………………………………………………………………….……...70
P

P


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Lớp CH13C1 - Chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………….……………………1
T
8
2

T
8
2

I. Tính cấp thiết của đề tài. ..........................................................................................1
T
8
2

T

8
2

II. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu. .........................................................................2
T
8
2

T
8
2

III. Nội dung nghiên cứu. ............................................................................................3
T
8
2

T
8
2

IV. Phạm vi nghiên cứu...............................................................................................3
T
8
2

T
8
2

V. Phương pháp nghiên cứu. .......................................................................................3
T
8
2

T
8
2

VI. Kết cấu của luận văn: ............................................................................................4
T
8
2

T
8
2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỐI TIẾP TIÊU NĂNG DỊNG CHẢY SAU
TU
8
2

CƠNG TRÌNH THÁO NƯỚC……………………………………………………...5
T
8
2
U

1.1. Đặc điểm chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu cơng trình thóa nước..............5

T
8
2

T
8
2

1.1.1. Khái qt chung: ...............................................................................................5
T
8
2

T
8
2

1.1.2. Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài: .........................................................6
T
8
2

T
8
2

1.1.3. Mội số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam: ...........................................................8
T
8
2

T
8
2

1.2. Một số vấn đề về cơng trình tháo nước và tiêu năng hạ lưu. ...............................9
T
8
2

T
8
2

1.2.1. Tình hình xây dựng đập tại Việt Nam: .............................................................9
T
8
2

T
8
2

1.2.2. Các loại đập tràn: ............................................................................................11
T
8
2

T
8

2

1.2.3. Đặc điểm dòng chảy ở hạ lưu đập tràn: ..........................................................12
T
8
2

T
8
2

1.2.4. Tiêu năng hạ lưu đập tràn: ..............................................................................13
T
8
2

T
8
2

1.2.4.1. Tiêu năng bằng dòng đáy: ............................................................................14
T
8
2

T
8
2

1.2.4.2. Tiêu năng bằng dòng mặt: ............................................................................15

T
8
2

T
8
2

1.2.4.3. Tiêu năng bằng dịng phóng xa (tiêu năng phóng xa): .................................16
T
8
2

T
8
2

1.3. Các phương pháp tính tốn tiêu năng cho cơng trình tháo nước. ......................17
T
8
2

T
8
2

1.3.1. Phương pháp lý luận: ......................................................................................17
T
8
2

T
8
2

1.3.2. Phương pháp thực hiện mơ hình: ....................................................................18
T
8
2

T
8
2

1.3.3. Phương pháp nghiên cứu trên nguyên hình: ...................................................19
T
8
2

T
8
2

1.4. Một số giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu cơng trình tháo nước..........................19
T
8
2

T
8

2

1.4.1. Xác định lưu lượng tính tốn tiêu năng: .........................................................19
T
8
2

T
8
2


1.4.2. Xác định hình thức nối tiếp chảy đáy: ............................................................20
T
8
2

T
8
2

1.4.3. Các biện pháp tiêu năng trong chế độ chảy đáy:.............................................22
T
8
2

T
8
2

1.4.3.1. Tính bể tiêu năng:.........................................................................................22
T
8
2

T
8
2

1.4.3.2. Tính tường tiêu năng: ...................................................................................23
T
8
2

T
8
2

1.4.3.3. Tính bể tường kết hợp: .................................................................................23
T
8
2

T
8
2

1.4.3.4. Tính chiều dài bể tiêu năng: .........................................................................25
T
8

2

T
8
2

1.4.3.5. Tính sân sau: ................................................................................................26
T
8
2

T
8
2

1.4.3.6. Các thiết bị tiêu năng phụ: ...........................................................................27
T
8
2

T
8
2

1.5. Các đánh giá nhận xét chung. ............................................................................27
T
8
2

T

8
2

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU………….….29
T
8
2

T
8
2

2.1. Đặc điểm thủy lực của dòng chảy đáy sau đập tràn. ..........................................29
T
8
2

T
8
2

2.1.1. Đặc điểm của dòng chảy đáy: .........................................................................29
T
8
2

T
8
2

2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của tiêu năng dòng đáy ở hạ lưu đập tràn:
T
8
2

T
8
2

...................................................................................................................................30
2.2. Ý nghĩa của việc áp dụng ngưỡng tiêu năng trên sân sau để giảm năng lượng
T
8
2

dịng chảy ở hạ lưu cơng trình. ..................................................................................31
T
8
2

2.3. Mơ hình vật lý và lý thuyết tương tự. ................................................................35
T
8
2

T
8
2

2.4. Lý thuyết tương tự để thiết lập mơ hình nghiên cứu. .........................................36

T
8
2

T
8
2

2.4.1. Tương tự hình học: ..........................................................................................36
T
8
2

T
8
2

2.4.2. Tương tự động học: .........................................................................................36
T
8
2

T
8
2

2.4.3. Tương tự động lực học: ...................................................................................37
T
8
2

T
8
2

2.5. Thiết lập sêry thí nghiệm....................................................................................38
T
8
2

T
8
2

2.5.1. Mục đích của việc thiết lập sêry thí nghiệm: ..................................................38
T
8
2

T
8
2

2.5.2. Thiết lập phương trình nghiên cứu thí nghiệm. ..............................................38
T
8
2

T
8

2

CHƯƠNG 3. MƠ HÌNH HỐ CƠNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN HỒI XUÂN VÀ
THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THÍ NGHIỆM……………………………………………….43
T
8
2

T
8
2

3.1. Sơ lược về quy mơ cơng trình thủy điện Hồi Xn. ..........................................43
T
8
2

T
8
2

3.1.1. Quy mơ cơng trình: .........................................................................................43
T
8
2

T
8
2

3.1.2. Các thơng số và chỉ tiêu chính của cơng trình trong TKKT: ..........................44
T
8
2

T
8
2

3.2. Cơng tác mơ hình hóa thí nghiệm. .....................................................................46
T
8
2

T
8
2

3.2.1. Chọn loại mơ hình: ..........................................................................................46
T
8
2

T
8
2

3.2.2. Chọn tỷ lệ mơ hình: .........................................................................................46
T

8
2

T
8
2

3.2.3. Kiểm tra điều kiện làm việc tự động của mơ hình : ........................................47
T
8
2

T
8
2

3.2.4. Tỷ lệ các đại lượng tương ứng giữa mơ hình và ngun hình: .......................47
T
8
2

T
8
2

3.2.5. Phạm vi bố trí mơ hình: ...................................................................................48
T
8
2

T
8
2

3.2.6. Vật liệu làm mơ hình: ......................................................................................49
T
8
2

T
8
2

3.3. Các thiết bị đo đạc và thu thập số liệu. ..............................................................49
T
8
2

T
8
2

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TIÊU
NĂNG PHỤ CHO TRÀN XẢ LŨ HỒI XN…………………………………...51
T
8
2

T
8

2

4.1. Các phương án nghiên cứu thí nghiệm trên mơ hình. ........................................51
T
8
2

T
8
2

4.2. Các phương án cấp lưu lượng thí nghiệm trên mơ hình. ...................................53
T
8
2

T
8
2

4.3. Thí nghiệm phương án 1. ...................................................................................54
T
8
2

T
8
2

4.3.1. Thí nghiệm xác định đường mặt nước phương án 1: ......................................54

T
8
2

T
8
2

4.3.2. Thí nghiệm chế độ thủy lực ở hạ lưu tràn phương án 1: .................................58
T
8
2

T
8
2

4.3.3. Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dịng chảy phương án 1: ..................59
T
8
2

T
8
2

4.3.4. Thí nghiệm xác định mạch động lưu tốc phương án 1: ..................................62
T
8
2

T
8
2

4.3.5. Tính tốn hiệu quả tiêu năng qua cơng trình phương án 1: ............................63
T
8
2

T
8
2

4.3.6. Đánh giá xói lở hạ lưu phương án 1:...............................................................64
T
8
2

T
8
2

4.4. Thí nghiệm phương án 2. ...................................................................................65
T
8
2

T
8

2

4.4.1. Thí nghiệm xác định đường mặt nước phương án 2: ......................................65
T
8
2

T
8
2

4.4.2. Thí nghiệm chế độ thủy lực ở hạ lưu tràn phương án 2: .................................67
T
8
2

T
8
2

4.4.3. Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dịng chảy phương án 2: ..................70
T
8
2

T
8
2

4.4.4. Tính tốn hiệu quả tiêu năng qua cơng trình phương án 2: ............................74

T
8
2

T
8
2

4.4.5. Áp suất dòng chảy - đánh giá xâm thực mố tiêu năng phương án 2: ..............76
T
8
2

T
8
2

4.4.6. Đánh giá xói lở hạ lưu phương án 2:...............................................................77
T
8
2

T
8
2


4.5. So sánh hiệu quả tiêu năng của hai phương án thí nghiệm. ...............................78
T
8

2

T
8
2

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………..80
T
8
2

T
8
2

1. Đánh giá kết quả nghiên cứu. ................................................................................80
T
8
2

T
8
2

2. Tồn tại và hạn chế. ................................................................................................80
T
8
2

T

8
2

3. Kiến nghị. ..............................................................................................................81
T
8
2

T
8
2

4. Những vấn đề nghiên cứu tiếp. .............................................................................81
T
8
2

T
8
2

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….……83
T
8
2

T
8
2

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các loại đập tràn theo hình dạng mặt cắt đập .....................................11
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 1.2: Các hình thức tiêu năng ở hạ lưu cơng trình .......................................14
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 1.3: Sơ đồ xác định hình thức nối tiếp chảy đáy ........................................20
TU
8
2

T
8
2

U

Hình 1. 4: Các dạng nối tiếp chảy đáy ................................................................21
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 1.5: Sơ đồ tính bể ........................................................................................23
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 1.6: Sơ đồ tính tường ..................................................................................23
TU
8
2

T
8
2

U

Hình 1.7. Sơ đồ chung tính bể, tường kết hợp ....................................................24
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 1.8: Sơ đồ chung tính bể, tường kết hợp - trạng thái phân giới..................25
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 1.9: Sơ đồ tính chiều dài bể tiêu năng ........................................................25
TU
8
2

T
8
2

U

Hình 2.1: Nối tiếp chảy đáy khi hạ lưu là dịng chảy êm ....................................29
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 2.2: Nối tiếp chảy đáy khi hạ lưu là dòng chảy xiết ...................................30
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 2.3: Hình thức các thiết bị tiêu năng...........................................................31
TU
8
2

T
8
2

U

Hình 2.4: Sơ đồ tình hình dịng chảy khi có ngưỡng tiêu năng trên sân sau .......33
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 4.1: Cắt dọc tràn xả lũ Hồi Xn phương án thí nghiệm 1 ........................51
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 4.2: Cắt dọc tràn xả lũ Hồi Xuân phương án thí nghiệm 2 ........................52
TU
8
2

T
8
2

U

Hình 4.3: Kích thước, hình dạng mố tiêu năng ...................................................52
TU
8
2

T
8
2
U

Hình 4.4: Sơ đồ mặt bằng bố trí mố tiêu năng. ..................................................53
TU
8
2

T
8
2
U


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đặc điểm một số đập tràn đã xây dựng ở nước ta ......................................9
TU
8
2

T

8
2
U

Bảng 3.1. Thông số cơ bản của cơng trình thủy điện Hồi Xn ...............................44
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm đo đường mặt nước trung bình trên các mặt cắt
TU
8
2

phương án 1, với các cấp lưu lượng ..........................................................................55
T
8
2
U

Bảng 4.2. Xác định mực nước đầu đập tràn tại các khoang cửa phương án 1 ..........56
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.3. Xác định độ sâu dòng chảy trên đỉnh các khoang phương án 1 ...............57
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.4. Xác định chiều cao sóng ở hai bờ ứng với các Q xả lũ phương án 1 .......57
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.5. Tổng hợp vận tốc (m/s) trung bình trên các mặt cắt phương án 1, với các
TU
8
2

cấp lưu lượng.............................................................................................................60
T
8
2
U

Bảng 4.6. Tổng hợp vận tốc đáy (m/s) lớn nhất trên các mặt cắt phương án 1, với
TU
8
2

các cấp lưu lượng ......................................................................................................61
T
8
2
U

Bảng 4.7. Xác định hiệu quả tiêu năng phương án 1 ................................................64
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.8. Kết quả thí nghiệm đo đường mặt nước trung bình trên các mặt cắt
TU
8

2

phương án 2, với các cấp lưu lượng ..........................................................................66
T
8
2
U

Bảng 4.9. Xác định mực nước tại khe van cửa vào phương án 2 .............................68
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.10. Xác định độ cao sóng hai bờ phương án 2, hs (m) .................................70
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.11. Tổng hợp vận tốc (m/s) trung bình trên các mặt cắt phương án 2, với các
TU

8
2

cấp lưu lượng.............................................................................................................71
T
8
2
U

Bảng 4.13. Giá trị mạch động lưu tốc ứng với các lưu lượng xả lũ, σv (m/s) ..........74
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.14. Xác định các yếu tố nước nhảy trên mơ hình tổng thể ..........................75
TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.15. Xác định hiệu quả tiêu năng phương án 2 ..............................................76

TU
8
2

T
8
2
U

Bảng 4.16. Kết quả đo áp suất trung bình tại khu vực bể tiêu năng phương án 2 ....77
TU
8
2

T
8
2
U


1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài.
Cơng trình tháo nước là bộ phận quan trọng trong đầu mối các cơng trình
thủy lợi. Loại cơng trình này rất phong phú về thể loại và đa dạng về hình thức kết
cấu. Nghiên cứu các yếu tố về cơng trình, tình hình làm việc của bản thân cơng trình,
sự ảnh hưởng qua lại của các yếu tố cơng trình và dịng chảy tới sự làm việc của
cơng trình cịn gắn liền với an tồn khu vực hạ du.
Trong các cơng trình tháo nước được xây dựng ở Việt Nam, đập tràn chiếm

một tỷ lệ khá lớn và khi có điều kiện sử dụng thì đây là một loại cơng trình tháo với
chi phí rẻ nhất. Khi dịng chảy đổ từ thượng lưu về hạ lưu động năng thừa của dòng
chảy là rất lớn và nó có thể gây xói lở và làm mất ổn định của cơng trình, do đó rất
cần thiết phải có biện pháp tiêu năng trước khi dịng chảy nối tiếp với hạ lưu. Nối
tiếp tiêu năng sau công trình có nhiều hình thức khác nhau, trong đó dạng nối tiếp
chảy đáy với hình thức tiêu năng đáy được sử dụng rộng rãi và chiếm một tỷ lệ lớn
trong xây dựng cơng trình thủy lợi. Nghiên cứu chế độ thủy lực nối tiếp thượng, hạ
lưu để nắm rõ tình hình làm việc của bản thân cơng trình, hạn chế tối đa ảnh hưởng
của dịng chảy và chọn hình thức kết cấu cũng như giải pháp tiêu năng hợp lý là vấn
đề khoa học có ý nghĩa thực tiễn cao và rất quan trọng. Do đó, trong thiết kế cơng
trình thủy lợi, giải quyết tốt vấn đề về nối tiếp tiêu năng sau cơng trình là một trong
những vấn đề phải được quan tâm hàng đầu.
Vấn đề tính tốn nối tiếp và tiêu năng của cơng trình tháo nước rất phức tạp
vì nó liên quan đến ảnh hưởng của chế độ dịng chảy từ thượng lưu như: dịng xiết,
hàm khí, mạch động áp suất và mạch động lưu tốc lớn… Mặt khác, về mặt hình
thức và kết cấu cơng trình lại phụ thuộc rất nhiều đến các yếu tố như: điều kiện địa
hình, địa chất cơng trình; độ chênh mực nước thượng hạ lưu; đặc điểm kết cấu cơng
trình; lưu lượng tháo qua cơng trình… Chính vì vậy, để hồn thiện phương án thiết
kế, người ta thường thông qua nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình thủy lực để tạo
ra được chế độ nối tiếp thượng hạ lưu và tìm được giải pháp tiêu năng hợp lý nhằm
tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm sốt q trình diễn biến dịng chảy qua cơng


2

trình cũng như thiết lập quy trình vận hành tối ưu cho việc quản lý, sử dụng cơng
trình.
Kinh phí đề xây dựng cơng trình tháo nước thường chiếm một tỷ lệ đáng kể
từ 20÷50% tổng vốn đầu tư. Khi đó, việc tìm kiếm giải pháp cơng trình hợp lý để
thỏa mãn các nhiệm vụ đã đề ra và giảm giá thành đảm bảo cho cơng trình làm việc

an tồn là có ý nghĩa kinh tế rất lớn.
Một vấn đề nữa cũng cần phải đề cập tới là từng cơng trình lại có đặc điểm
làm việc, điều kiện địa hình, dịng chảy riêng nên phải có biện pháp thích hợp tương
ứng.
Tóm lại, nghiên cứu chế độ nối tiếp và tiêu năng hạ lưu cơng trình tháo nước
là vấn đề rất quan trọng, việc nghiên cứu giải quyết tiêu năng cho dòng chảy qua
cơng trình là rất cần thiết và có ý nghĩa về mặt khoa học cũng như thực tiễn trong
công tác thiết kế, xây dựng cơng trình.
Với các lý do kể trên tác giả đã chọn đề tài: “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” nhằm tìm ra được thiết bị tiêu năng hợp lý cho một cơng trình cụ thể
là cơng trình thủy điện Hồi Xn nằm trên dịng sơng Mã thuộc địa phận huyện
Quang Hóa tỉnh Thanh Hóa, cách thành phố Thanh Hóa khoảng 140 km về hướng
Tây Bắc. Từ kết quả nghiên cứu cơng trình cụ thể này có thể rút ra những kết luận
chung cho những cơng trình có điều kiện và hình thức tương tự.
II. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.
Mục tiêu:
Tìm hiểu và nắm bắt được các đặc điểm cơ bản của nối tiếp và tiêu năng sau
đập tràn.
Đánh giá được sự ảnh hưởng của thiết bị tiêu năng tới dịng chảy ở hạ lưu
thơng qua cơng trình cụ thể là tràn xả lũ Hồi Xn để lựa chọn được thiết bị tiêu
năng hợp lý.
Bước đầu khái quát những kết quả nghiên cứu nhằm rút ra những kết luận
chung để có thể áp dụng cho những cơng trình có hình thức và điều kiện tương tự.


3

Nhiệm vụ:
Lựa chọn phương án nghiên cứu thực nghiệm.

Thí nghiệm theo các phương án lựa chọn.
Tổng hợp, phân tích các giải pháp đã được thí nghiệm, đưa ra được hình thức
thiết bị tiêu năng hợp lý cho cơng trình, góp phần giảm nhẹ kết cấu bộ phận tiêu
năng và phòng chống xói lở ở hạ lưu.
III. Nội dung nghiên cứu.
Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tính tốn tiêu năng sau chảy đáy ở hạ lưu
các đập tràn;
Nghiên cứu trên mơ hình thủy lực cơng trình cụ thể là tràn xả lũ Hồi Xuân để
tìm ra ảnh hưởng của thiết bị tiêu năng tới dịng chảy ở hạ lưu.
Thơng qua thí nghiệm chọn được thiết bị tiêu năng phụ hợp lý cho cơng trình
nhằm tăng cường khả năng tiêu hao năng lượng dư của dòng chảy qua tràn.
IV. Phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu cho cơng trình cụ thể là tràn xả lũ Hồi Xuân mà ở đây ta chủ yếu
là đi sâu vào hai nội dung sau:
Nghiên cứu ứng dụng thiết bị ở bể tiêu năng để tăng cường khả năng tiêu hao
năng lượng của nước nhảy làm, giảm vận tốc đáy và sóng ở hạ lưu cơng trình nhằm
giảm xói lở ở hạ lưu cơng trình.
Thơng qua nghiên cứu trên mơ hình đưa ra được thiết bị tiêu năng hợp lý cho
cơng trình.
V. Phương pháp nghiên cứu.
Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn kết hợp giữa lý luận và thực
nghiệm để đi đến những luận cứ khoa học và các đề xuất áp dụng. Phương pháp
nghiên cứu là:
Phương pháp nghiên cứu lý luận là tổng hợp và phân tích các kết quả nghiên
cứu của các nhà khoa học có liên quan đến đề tài đã được cơng bố, phân tích lý
thuyết vấn đề nghiên cứu, khái quát hóa các kết quả nghiên cứu.


4

Phương pháp nghiên cứu trong khuôn khổ luận văn này là thí nghiệm mơ
hình thủy lực cho tràn xả lũ Hồi Xuân.
VI. Kết cấu của luận văn:
Bố cục của luận văn như sau:
Mở đầu: Tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, nội dung
nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu.
Chương 1: Tổng quan về nối tiếp tiêu năng dịng chảy sau cơng trình tháo nước.
Chương 2: Phân tích lý thuyết vấn đề nghiên cứu.
Chương 3: Mơ hình hóa cơng trình thủy điện Hồi Xuân và thiết bị đo đạc TN.
Chương 4: Nghiên cứu thí nghiệm lựa chọn giải pháp tiêu năng phụ cho tràn xả lũ
Hồi Xuân.
Kết luận và kiến nghị.
Các tài liệu tham khảo.


5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỐI TIẾP TIÊU NĂNG DÒNG CHẢY
SAU CƠNG TRÌNH THÁO NƯỚC
1.1. Đặc điểm chế độ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu cơng trình thóa nước.
1.1.1. Khái qt chung:
Đặc điểm nổi bật của cơng trình tháo nước là khi dịng chảy từ thượng lưu
qua cơng trình về hạ lưu, nguồn năng lượng của dòng chảy khá lớn sẽ tạo ra chế độ
thủy lực nối tiếp phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của công trình.
Đặc tính thủy lực cơ bản của dịng chảy qua cơng trình tháo là êm ở thượng
lưu (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.
Động năng thừa của dịng chảy đổ từ thượng lưu qua cơng trình xuống hạ lưu
là rất lớn, nên cần thiết phải giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy nối tiếp với hạ
lưu. Nguyên tắc của các giải pháp nối tiếp tiêu năng là phải tìm được giải pháp tiêu

hao được năng lượng 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
trên một đoạn ngắn nhất nhằm giảm khối lượng gia cố nhưng vẫn bảo vệ được cho
cơng trình đầu mối, cho hai bờ, lòng dẫn hạ lưu và phải đảm bảo sự ổn định trong
những điều kiện thủy lực tương ứng với các cấp lưu lượng xả qua cơng trình.
Một trong những nhiệm vụ chính của thiết kế nối tiếp thượng hạ lưu là chọn
hình thức kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng trên cơ sở tính
tốn và nghiên cứu mơ hình thủy lực của cơng trình nối tiếp tiêu năng. Giải quyết
đúng đắn nhiệm vụ này là vấn đề rất phức tạp vì nó liên quan đến ảnh hưởng của
chế độ dòng chảy từ thượng lưu lan truyền xuống và ảnh hưởng đến hạ lưu bao gồm
các vấn đề: dòng xiết, hàm khí, mạch động áp suất và mạch động lưu tốc lớn. Đặc
điểm của những chế độ nối tiếp và điều kiện phát sinh, tương tác giữa dịng chảy
với cơng trình lại phụ thuộc rất nhiều đến các yếu tố như: Điều kiện địa hình, địa
chất tuyến cơng trình; độ chênh mực nước thượng hạ lưu; đặc điểm kết cấu cơng
trình; trị số và sự phân bố lưu lượng đơn vị qua cơng trình…


6

1.1.2. Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài:
Bài tốn về nối tiếp và tiêu năng dịng chảy qua cơng trình đã được các nhà
khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm nghiên cứu, đưa ra các lời giải trên
các lĩnh vực và các khía cạnh rất khác nhau.
* Các vấn đề nối tiếp chảy đáy ở hạ lưu theo phương pháp lý thuyết có thể kể
đến Bidone năm 1880, Belanger năm 1928 và gần đây là N. Ragiaratman với cơng
thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới;
* Theo phương pháp thực nghiệm, dựa trên phương trình năng lượng và
động lượng có nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm để tìm ra các hệ thức tính tốn
nước nhảy và từ đó tính dạng nối tiếp giữa dòng xả và dòng chảy hạ lưu:
- Tréc tou xốp sử dụng hệ thức nước nhảy của Bélanger và phương trình

năng lượng để xác định độ sâu co hẹp tại chân đập và độ sâu liên hiệp của nó;
- Giáo sư A-grốt-skin đã lập các phương trình tính tốn nước nhảy theo dạng
khơng thứ ngun;
- Ngồi ra có thể kể đến các tác giả như: Aivadian, Pavơlốpxki,
V.I.Avrinnhary, V.A.Saomian cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề nước nhảy;
- Nghiên cứu về nhảy ngập trong bài toán phẳng có: T Bunsu, An
Rakhơmanơp, N. Ragiatman…
- Đối với những trường hợp nhảy khơng gian thì khi mở rộng đột ngột có
nhiều nhà nghiên cứu như: Picalơp, Abơranơp đã đưa ra sơ đồ nước nhảy hoàn
chỉnh dạng đối xứng. Các nhà khoa học như Linhxepxki, Guncô, Serenkop, B.T.
Emxep… đã chứng minh có nước nhảy xiên và đã tìm ra được hình dạng cũng như
phân bố vận tốc của dịng xiên mở rộng. Cũng cịn có thể kể đến các nghiên cứu nối
tiếp dòng xiết và dòng êm ở hạ lưu cơng trình với điều kiện biên mở rộng của tác
giả như: Q.F Vaxiliep, M.F. Clatnhep;
- Khi nhảy ngập trong điều kiện khơng gian với lịng dẫn mở rộng dần trong
khu vực nối tiếp đã có nhiều tác giả như Ra-Khơ-ma-nốp, T.D. Prơ-vơ-rơ-va.
* Trong trường hợp bậc thấp có đập thụt nối tiếp: có các kết quả nghiên cứu
của Forter và Krinde, Moore và Morgan, Ventechow Yames và Sharp.


7

* Các vấn đề về nối tiếp chảy mặt ở hạ lưu cơng trình có thể kể đến:
- Các nghiên cứu của A.A Xabanhep xuất phát từ quan điểm cho rằng áp suất
ở bậc tuân theo quy luật thủy tĩnh để đi đến các hệ thức tính tốn thủy lực ở sau bậc;
- Ngồi ra, có thể kể đến các nghiên cứu của M.F. Scolatnhep, M.A.
Makhlop về trạng thái nối tiếp chảy mặt;
* Các vấn đề nối tiếp chảy mặt dạng dịng phun tự do ở hạ lưu cơng trình
thực chất là việc tính tốn chiều sâu hố xói với các nghiên cứu của T.E.
Mirtxkhulava đối với nền đất không dính và của T.Kh. Akhơ-me-đốp với nền đá rắn,

các nghiên cứu của B.M. Sicvasvili.
* Các nghiên cứu về thủy lực và biện pháp cơng trình trong đoạn chuyển tiếp
cịn có thể kể đến các tác giả như:
- Về tiêu năng trong bể, các ảnh hưởng liên quan đến mực nước hạ lưu,
ngưỡng, bể tiêu năng đầu hố xói đã được chỉ ra trong các nghiên cứu của: Tréc tou
xốp, Smetana, Bas Kirova, UghinTrut, P. Novak…
- Về xói hạ lưu có các tác giả như Ter-Arakelian, Chalumina, Vưxgo…
- Cu min đã nghiên cứu rất kỹ sự phân bố lưu tốc trong vùng chuyển tiếp liên
qua hệ số đặc trưng α;
- Vấn đề mạch động trong và sau nước nhảy đã được chỉ ra trong các nghiên
cứu của Lê Vi;
- Về vấn đề xói: Grund đã tìm ra những cấu trúc đặc biệt bên trong nước
nhảy liên quan đến bài tốn xói bằng cách khái quát trường lưu tốc bằng 3 miền
tương hỗ lẫn nhau;
- Liên quan đến chiều sâu hố xói ổn định đã có các tác giả như Vưxgo,
Schoklitsh, Vernonese, Jaeger, Pratresev, Eggenberger, Smolianinov.
- Về hố xói sau bể tiêu năng thì có các nghiên cứu của Vưxgo, Novak trong
đó có chỉ ra các yếu tố có liên quan đến sự phân bố lưu tốc liên qua hệ số α 1 và các
R

R

vị trí tương ứng của ngưỡng, mố tiêu năng…
-Về chiều dài xói ổn định có các nghiên cứu của Danamzin, Patrasev,
Yuricki theo quan điểm chiều dài hố xói liên quan tới độ sâu lớn nhất của hố xói;


8

- Levi, Vuxgo … lại xác định chiều dài xói phụ thuộc vào các yếu tố dịng

chảy và cơng trình như: dịng chảy, đất nền, dạng cơng trình…
1.1.3. Mội số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam:
Ở Việt Nam, trong mấy thập kỉ gần đây, vấn đề nghiên cứu nối tiếp và giải
quyết vấn đề tiêu năng chống xói ở hạ lưu các cơng trình thủy lợi nói chung đã thu
hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý cơng
trình thủy lợi. Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu tại Viện khoa học Thủy lợi như:
của tác giả: Trương Đình Dụ, Lưu Như Phú, Hàn Quốc Trinh, Nguyễn Ân Niên,
Trần Như Hối, Tăng Đức Thắng , Trần Quốc Thưởng, Lê Văn Nghị…; Trường Đại
học Thủy lợi có các tác giả: Hồng Tư An, Nguyễn Văn Mạo, Phạm Ngọc Quý và
nhiều nhà chuyên mơn khác.
Một số tác giả Việt Nam đã có cùng hướng nghiên cứu với các tác giả trên
thế giới để có những kết luận riêng của mình nhưng cũng có các tác giả đi theo
những hướng nghiên cứu riêng phù hợp với tình hình thực tiễn ở Việt Nam. Có thể
tóm lược một số kết quả nghiên cứu sau:
- Các nghiên cứu của giáo sư Hoàng Tư An sử dụng và phát triển lý thuyết
dịng tia rối sử dụng tích phân Karman để tính tốn các đặc trưng cở bản của các
dạng nước nhảy khác nhau trong các điều kiện biên cụ thể;
- Các nghiên cứu của Nguyễn Văn Đăng dùng lý thuyết lớp biên để thành lập
phương trình về nước nhảy ổn định và đặc trưng phân bố lưu tốc trong nước nhảy;
- Nghiên cứu của Lê Bá Sơn về các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ
lưu cơng trình;
- Nghiên cứu của Võ Xn Minh về ảnh hưởng liên quan của mực nước hạ
lưu, ngưỡng, bể tiêu năng đầu hố xói;
- Nghiên cứu của Võ Xn Minh, Hồng Văn Q về góc mở rộng β và một
số biện pháp phân bố đều lưu lượng và từ đó tìm biện pháp cơng trình hợp lý để giải
quyết bài tốn tiêu năng khi có nhảy ngập trong điều kiện khơng gian với lịng dẫn
mở rộng dần;


9

- Các nghiên cứu của Hoàng Tư An, Phạm Ngọc Quý, Lê Văn Nghị và một
số người khác về xói và ổn định ở hạ lưu cơng trình tháo nước.
- Nghiên cứu của Lưu Như Phú cống ở hạ lưu mở dần với bậc thấp có đập
thụt;
- Nghiên cứu của Hàn Quốc Trinh về tiêu năng; phịng xói cống vùng triều.
1.2. Một số vấn đề về cơng trình tháo nước và tiêu năng hạ lưu.
1.2.1. Tình hình xây dựng đập tại Việt Nam:
Trong đầu mối cơng trình thủy lợi, cơng trình tháo là một bộ phận quan trọng,
nó có thể dùng để tháo phần lũ thừa trong thời gian hồ đầy đến mực nước tính tốn
hoặc kết hợp với tháo vật nổi về hạ lưu, có thể dùng tháo hồn toàn hoặc một phần
hồ chứa để sửa chữa hoặc nạo vét và cấp nước cho hạ lưu cơng trình.
Các cơng trình tháo đã xây dựng ở nước ta tương đối phong phú về thể loại
và đa dạng về hình thức kết cấu. Theo hình thức phân loại đập tràn là loại cơng trình
kiểu hở và lưu lượng tháo qua đập tràn khoảng 40÷100 m3/s/m. Khi có điều kiện sử
P

P

dụng thì đập tràn là một loại cơng trình tháo lũ rẻ nhất
Khoảng 50 ÷ 60 năm trước đây, chỉ mới có đập tràn tháo lũ cao 50÷70m thì
ngày nay đã có đập tràn cao trên 130m.
Bảng 1.1. Đặc điểm một số đập tràn đã xây dựng ở nước ta
Lưu lượng
TT

Cơng trình

Tỉnh

Q
(m3/s)

q
(m /s.m)

P

P

3
P

P

Chiều
cao đập
(m)

Chiều
rộng tràn
(m)

Số
khoang
tràn

Loại đập

1

An Trạch

Đà Nẵng

1800

37,5

2

Bái Thượng

Thanh Hóa

9700

44,1

17,0

220

3

Bàn Thạch

Thanh Hóa

36,72

2,8

4,2

13,2

6 Đập tràn

4

Bản Vẽ

Nghệ An

7847,2

130,8

135

10

6 Đập tràn

5

Bàu Nít

Đà Nẵng

750

31,3

24

3 Đập tràn

6

Cam Ranh

Khánh Hịa

720,25

30,1

23,2

24

3 Đập tràn

7

Cẩm Sơn

Hà Bắc

476

24,4

5,0

19,5

3 Đập tràn

8

Cần Đơn

Sơng Bé

5287

105,7

50

5 Đập tràn

9

Cẩm Ly

Quảng Bình

265

29,4

9

1 Đập tràn

10

Đại Lải

Vĩnh Phú

366

11,4

32

4 Đập tràn

48

12,5

12 Đập tràn
Đập dâng

10

Lưu lượng
TT

Cơng trình

Tỉnh

Q
(m3/s)
P

P

q
(m /s.m)
3
P

P

Chiều
cao đập
(m)

Chiều
rộng tràn
(m)

Số
khoang
tràn

Loại đập
đỉnh rộng

11

Đồng Mơ

Hà Tây

120

7,5

12

Sơng Hinh

Phú n

6128

85,9

13

Hùng Sơn

Hịa Bình

296

7,4

14

Kẻ Cọc

Nghệ An

912

15,2

15

Minh Hịa

Thanh Hóa

1540

16

Lịng Sơng

Bình Thuận

2093

433,6

17

Đập Nại

Hịa Bình

270

6,0

18

Năng Phai

n Bái

1430

26,0

19

Nhân Mục

Tun
Quang

197

4,7

20

Ngịi Nhì

n Bái

1291

21

PleiKrong

Gia Lai

22

Sơng Tiêm

23

2 Đập tràn
72
2,7

6

Đập tràn
đỉnh rộng

40

Đập dâng

60

Tràn thực
dụng
Đập tràn

10,5
48

6 Tràn xả lũ

45

Đập tràn

55

Đập dâng

6,0

42

Đập dâng

19,9

8,0

65

Đập tràn

7606

126,8

54,7

60

6 Đập tràn

Hà Tĩnh

2519

25,2

100

Đập tràn

Sê San 4

Gia Lai

20090

167,4

49,0

120

8 Đập tràn

24

Tân Quang

Hà Giang

1092

22,4

11,0

48,8

25

Thác Huống

Thái
Nguyên

3000

32,4

6,7

92,6

5 Đập tràn

26

Thác Nhông

Quảng
Ninh

540

9,8

2,2

55

Đập tràn

27

Thạch
Nham

Quảng Ngãi

16200

81,0

11,5

200

Đập dâng

28

Thơng Gót

Cao Bằng

1530

15,3

5,5

200

Đập tràn

29

Thuận Ninh

Bình Định

590

24,6

28,7

24

3 Đập dâng

30

Thượng
Tuy

Hà Tĩnh

177

3,0

2,5

60

Đập dâng

31

Vạn Hội

Bình Định

329

36,6

3,0

9

Đập dâng

3

Đập tràn

thực dụng


11

1.2.2. Các loại đập tràn:
Về kết cấu đập tràn rất khác nhau, đập tràn có thể phân loại theo các tiêu chuẩn sau:
Phân loại theo chiều dày đỉnh đập và hình dạng mặt cắt ngang của đập tràn. Theo
cách này, đập tràn có thể phân làm 3 loại sau đây (hình 1.1).
H

a. Đập tràn thành mỏng

b. Đập tràn thực dụng khơng chân khơng
H
P1

c. Đập tràn thực dụng có chân khơng

P

d. đập tràn đỉnh rộng

Hình 1.1: Các loại đập tràn theo hình dạng mặt cắt đập
- Đập tràn thành mỏng (hình 1.1a) khi chiều dày của đỉnh đập δ<0.67H, làn
nước ngay sau khi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập,
khơng chạm vào tồn bộ mặt đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dài của đập không
ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn.
- Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 1.1b, 1.1c) khi 0.67H< δ< (2÷3)H,
chiều dài đập đã ảnh hưởng đến làn nước nhưng không quá lớn, với loại này mặt cắt

đập có thể là hình đa giác hoặc hình cong và có hai loại: có chân khơng và khơng
chân khơng.
-Đối với đập tràn thực dụng khơng chân khơng (hình 1.1b), dòng chảy trên
đập sẽ êm, áp suất dọc mặt đập ln dương. Với đập thực dụng có mặt cắt chân
khơng (hình 1.1c), ở đỉnh đập có áp lực chân khơng, lúc chân khơng lớn có thể sinh
ra hiện tượng khí thực, tuy nhiên chân khơng trên đỉnh đập có tác dụng hút, làm


12

tăng lưu lượng. Do đó để rút ngắn được chiều rộng đập và đảm bảo an tồn người ta
khơng cho phép trị số chân không quá lớn, thường H ck < (6 ÷ 6.5)m cột nước.
R

R

- Đập tràn đỉnh rộng (hình 1.1d) khi đỉnh đập nằm ngang (hoặc rất dốc) và có
chiều dày tương đối lớn (2 ÷3)H < δ < (8 ÷10)H, trên đỉnh đập hình thành một đoạn
dịng chảy có tính chất thay đổi dần. Nếu δ >(8 ÷10)H lúc đó coi dịng chảy trên
đỉnh đập như một đoạn kênh.
+ Phân loại đập theo hình dạng cửa tràn gồm có:
- Đập tràn cửa chữ nhật;
- Đập tràn của hình tam giác;
- Đập tràn cửa hình thang;
- Đập tràn cửa hình cong.
+Theo hình dạng tuyến đập tràn trên mặt bằng:
- Đập thẳng;
- Đập cong, thường là hình cung;
- Đập kiểu giếng, có đường tràn nước là một hình cong kín, thường là trịn…
+ Theo hướng của đập so với hướng dịng chảy chính:

- Đập thẳng góc với dịng chảy;
- Đập đặt xiên;
- Đập bên đặt một bên bờ song song với dịng chính.
1.2.3. Đặc điểm dịng chảy ở hạ lưu đập tràn:
Dòng chảy từ thượng lưu qua đập tràn nối tiếp với dịng chảy ở hạ lưu cơng
trình bằng các hình thức khác nhau: nối tiếp chảy đáy, nối tiếp chảy mặt, nối tiếp
phóng xa.
Đặc điểm của dịng chảy ở hạ lưu đập tràn đó là:
- Có lưu tốc lớn lại phân bố rất không đều trên mặt cắt ngang.
- Mực nước hạ lưu thay đổi.
- Mạch động áp lực và mạch động áp suất dòng chảy xảy ra với mức độ cao.
Thường sau một đoạn dài nhất định lưu tốc trở về trạng thái phân bố bình thường,


13

nhưng mạch động áp lực phải sau một đoạn dài hơn nhiều mới trở về trạng thái bình
thường.
- Có nhiều khả năng xuất hiện dòng chảy ngoằn nghèo, dòng xiên, nước nhảy
sóng …
Từ những đặc điểm đó mà ở hạ lưu cơng trình thường xảy ra các hiện tượng
như xói cục bộ, mài mịn, xâm thực, xói lở bờ… ảnh hưởng đến an tồn cơng trình
và các cơng trình ven bờ.
Từ sự phân tích trên ta thấy việc giải quyết vấn đề tiêu năng ở hạ lưu là một
trong những cơng việc quan trọng của tính tốn thiết kế đập tràn.
1.2.4. Tiêu năng hạ lưu đập tràn:
Dòng chảy sau khi qua cơng trình tràn xuống hạ lưu có năng lượng thừa rất
lớn. Năng lượng thừa đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau, một phần năng
lượng này phá hoại lịng sơng và hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập, một phần
tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác bị tiêu hao do ma sát giữa nước và

khơng khí. Khi sức cản nội bộ dịng chảy càng lớn thì tiêu hao năng lượng do xói lở
càng nhỏ và ngược lại. Vì vậy người ta thường dùng biện pháp tiêu hao năng lượng
bằng ma sát nội bộ dịng chảy để giảm khả năng xói lở lịng sơng hoặc dùng hình
thức phóng xa làm cho nước hỗn hợp và ma sát với khơng khí có tác dụng tiêu hao
năng lượng và giảm xói lở. Để đạt được mục đích đó, thường dùng các hình thức
tiêu năng sau (hình 1.2).
- Tiêu năng bằng dịng đáy (hình 1.2a, 1.2b);
- Tiêu năng bằng dịng mặt khơng ngập (hình 1.2c);
- Tiêu năng bằng dịng mặt ngập (hình 1.2d);
- Tiêu năng bằng dịng phun xa (hình 1.2e).
Ngun lý cơ bảng của các hình thức tiêu năng trên là làm cho dịng chảy
tiêu hao năng lượng bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu dịng chảy bằng xáo trộn
với khơng khí, khuyếch tán dòng chảy theo phương thẳng đứng và phương ngang và
để giảm lưu lượng đơn vị. Các hình thức tiêu năng đó có liên quan lẫn nhau. Khi
mực nước hạ lưu thay đổi, các hình thức đó có thể chuyển hóa lẫn nhau.