(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp tiêu năng hợp lý cho tràn xả lũ Bản Mòng Tỉnh Sơn La

1

L IC M

N

Lu n v n th c s k thu t chun ngành cơng trình th y l i v i đ tài
“Nghiên c u gi i pháp tiêu n ng h p lý cho tràn x l B n Mịng – t nh
S n La” đ

c hồn thành v i s c g ng n l c c a b n thân cùng v i s

giúp đ nhi t tình c a Phịng đào t o đ i h c & sau đ i h c, khoa Công trình,
các th y cơ giáo tr

ng

i h c Th y l i. Ban lãnh đ o Trung tâm Nghiên

c u Th y l c và các phòng ban khác c a Phịng thí nghi m tr ng đi m Qu c
gia v đ ng l c h c Sông bi n – Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam đã t o
đi u ki n và đ ng viên giúp đ v m i m t. Tác gi xin chân thành c m n
các c quan đ n v và cá nhân nói trên.
c bi t tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo h
TS. Nguy n Ng c Nam đã tr c ti p h

ng d n

ng d n ch b o t n tình trong su t quá

trình th c hi n lu n v n.

Tác gi xin chân thành c m n Trung tâm Nghiên c u Th y l c – Phịng
thí nghi m tr ng đi m Qu c gia v đ ng l c h c Sông bi n (n i tác gi làm
vi c) đã đ ng viên, t o m i đi u ki n thu n l i trong q trình h c t p, cơng
tác và hoàn thành ph n nghiên c u th c nghi m c a lu n v n.
Sau cùng tôi xin c m n nh ng ng

i thân, gia đình, b n bè và đ ng

nghi p đã giúp đ c v đ ng viên, khích l tơi trong q trình làm lu n v n.
Trong khuôn kh lu n v n th c s , do đi u ki n lu n v n có h n nên
khơng th tránh kh i nh ng khi m khuy t, r t mong đ

c s giúp đ chân

thành c a các th y cô giáo, các anh ch và b n bè đ ng nghi p.
Xin chân thành c m n !
Hà n i, ngày 10 tháng 03 n m 2015

TÁC GI


2

B N CAM OAN
H và tên h c viên:

Nguy n Thanh Kh i

L p cao h c:

21C11

Chuyên ngành:

Xây d ng cơng trình th y

Tên đ tài lu n v n: “Nghiên c u gi i pháp tiêu n ng h p lý cho tràn x l
B n Mòng – T nh S n La”.
Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n c a tơi hồn tồn là do tơi làm. Nh ng
k t qu nghiên c u, tính tốn là trung th c, khơng sao chép t b t k ngu n thông
tin nào khác. N u vi ph m tơi xin hồn tồn ch u trách nhi m và ch u b t k hình
th c k lu t nào c a Khoa và Nhà tr

ng.
Hà N i, ngày 10 tháng 3 n m 2015
H c viên cao h c

Nguy n Thanh Kh i


3

M CL C
M
U .............................................................................................. 8
I. TÍNH C P THI T C A
TÀI: ............................................................ 8
II. M C ÍCH NGHIÊN C U .................................................................... 9
III.
I T NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U:....................................... 9

IV. CÁCH TI P C N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U .................... 9
V. K T QU D KI N
T
C ....................................................... 10
CH
NG 1: T NG QUAN V TRÀN X L ............................ 11
1.1. T NG QUAN V TÌNH HÌNH XÂY D NG
P TRÀN TRONG
CƠNG TRÌNH TH Y L I, TH Y I N VI T NAM VÀ TRÊN
TH GI I. ........................................................................................... 11
1.1.1. T ng quan tình hình xây d ng đ p tràn trên th gi i ............... 11
1.1.2. T ng quan tình hình xây d ng đ p tràn Vi t Nam ................ 12
1.2. T NG QUAN V TRÀN X L CĨ HÌNH TH C TIÊU N NG
PHĨNG XA D NG M I PHUN LIÊN T C, M I PHUN KHÔNG
LIÊN T C VÀ CÁC K T QU NGHIÊN C U .............................. 14
1.2.1. T ng quan v tràn x l có hình th c tiêu n ng phóng xa d ng
m i phun liên t c, m i phun không liên t c ............................................ 14
1.2.2. K t qu nghiên c u trên th gi i:.............................................. 16
1.2.3. K t qu nghiên c u trong n c:................................................ 30
1.3. TH NG KÊ M T S CƠNG TRÌNH TRÀN X L CĨ HÌNH
TH C TIÊU N NG PHĨNG XA D NG M I PHUN KHÔNG
LIÊN T C VI T NAM VÀ TRÊN TH GI I.............................. 31
1.4. K T LU N CH NG ...................................................................... 34
CH
NG 2: C S LÝ LU N V TIÊU N NG B NG DÒNG
PHUN XA CHO
P TRÀN X L ................................................. 35
2.1. C S LÝ LU N TÍNH TỐN TH Y L C DÒNG PHUN XA ... 35
2.1.1 S đ tính tốn ........................................................................... 35
2.1.2 Tính tốn c t n c trên tràn ....................................................... 35

2.1.3 Xác đ nh đ ng m t n c và l u t c trên tràn .......................... 36
2.1.4 Tính tốn tiêu n ng .................................................................... 39
2.2. TÍNH TỐN L A CH N CÁC THƠNG S C A M I PHUN
LIÊN T C ........................................................................................... 40
2.2.1. Chi u dài dòng phun ................................................................. 40
2.2.2.
ng m t n c và l u t c trên thân tràn ................................ 41
2.2.3.
sâu c a h xói ...................................................................... 41


4

2.3. TÍNH TỐN L A CH N CÁC THƠNG S C A M I PHUN
KHÔNG LIÊN T C ........................................................................... 41
2.3.1. Các d ng m i phun không liên t c ........................................... 41
2.3.2. M t s các hình th c m i h t đã đ c ng d ng...................... 44
2.3.3. Thông s c b n c a các d ng m i phun không liên t c .......... 47
2.4. K T LU N CH NG ...................................................................... 49
CH
NG 3: NGHIÊN C U TH C NGHI M MƠ HÌNH
TH Y L C TRÀN B N MÒNG – S N LA ..................................... 50
3.1. KHÁI QT V MƠ HÌNH THÍ NGHI M TH Y L C................. 50
3.1.1. Lý thuy t t ng t ..................................................................... 50
3.1.2. Các tiêu chu n t ng t ............................................................ 52
3.2. THI T K MƠ HÌNH
P TRÀN X L B N MỊNG ................ 52
3.2.1. Thi t k mơ hình ....................................................................... 53
3.2.2. Xây d ng mơ hình..................................................................... 55
3.3. GI I THI U PH NG PHÁP THÍ NGHI M VÀ CÁC TR NG

H P THÍ NGHI M TRÀN X L B N MỊNG ............................ 60
3.3.1. Gi i thi u ph ng pháp thí nghi m .......................................... 60
3.3.2. Các tr ng h p thí nghi m ....................................................... 60
3.4. K T QU THÍ NGHI M V CÁC D NG HÌNH TH C TIÊU
N NG PHĨNG XA V I M I PHUN LIÊN T C VÀ M I PHUN
KHÔNG LIÊN T C ........................................................................... 61
3.4.1. K t qu thí nghi m v các d ng hình th c tiêu n ng phóng xa
v i m i phun liên t c ............................................................................... 61
3.4.2. K t qu thí nghi m v các d ng hình th c tiêu n ng phóng xa
v i m i phun khơng liên t c .................................................................... 64
3.5. K T LU N CH
NG........................................................................ 72
CH
NG 4: ÁNH GIÁ K T QU THÍ NGHI M................... 73
4.1
TV N
CHUNG ....................................................................... 73
4.2 SO SÁNH K T QU ........................................................................... 73
4.2.1 K t qu tính tốn ........................................................................ 73
4.2.2 So sánh k t qu tính tốn và th c nghi m ................................. 76
4.3. PHÂN TÍCH, NH N XÉT CÁC K T QU ...................................... 80
4.4. K T LU N CH
NG........................................................................ 82
K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................... 83
1. NH NG K T QU
T
C .......................................................... 83
2. NH NG ÓNG GÓP............................................................................. 84
3. T N T I ................................................................................................. 84

5

4. H

NG NGHIÊN C U TI P THEO ................................................... 85
TÀI LI U THAM KH O ................................................................ 86
PH L C ........................................................................................... 88
DANH M C CÁC HÌNH V

Hình 2-1: S đ tính tốn th y l c dịng phun xa .......................................... 35
Hình 2-2: S đ tính tốn tiêu n ng ............................................................... 39
Hình 2-3: M t s hình th c m i h t .............................................................. 43
Hình 2-4:

p vịm L u Khê ......................................................................... 46

Hình 2-5: Các thông s c a m i phun không liên t c.................................... 49
Hình 3-1: V trí các m t c t và th y tr c đo .................................................. 59
Hình 3-2: B trí 3 m nguyên

v trí sát mép m i cu i phun liên t c .......... 64

Hình 3-3: B trí 3 m nguyên

v trí cách mép cu i m i phun liên t c 1.5m

......................................................................................................................... 65
Hình3- 4: B trí 2 m nguyên và 2 m bán ph n

v trí cách mép cu i m i

phun liên t c 1.5m ........................................................................................... 65
Hình 3-5: K t qu thí nghi m 3 ph

ng án v i Q = 614 (m3/s) ................... 71

DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 1-1: Tính chi u dài dịng phun .............................................................. 18
B ng 1.2: Tính tốn chi u sâu xói .................................................................. 25
B ng 1-3: Th ng kê m t s đ p có quy mô l n trên th gi i........................ 32
B ng 1- 4: Th ng kê m t s cơng trình x n

c có quy mơ l n

B ng 3-1: K t qu thí nghi m v v n t c dịng ch y ph

Vi t Nam 33

ng án m i phun

liên t c ............................................................................................................. 61
B ng 3-2: K t qu thí nghi m v chi u dài phun xa c a ph

ng án m i phun

liên t c ............................................................................................................. 63
B ng 3-3: K t qu thí nghi m v góc t i c a lu ng phun xa c a ph

ng án

m i phun liên t c ............................................................................................. 63


6

B ng 3-4: K t qu thí nghi m v di n tích ph lịng sơng c a ph

ng án m i

phun liên t c .................................................................................................... 63
B ng 3-5: K t qu thí nghi m v v n t c dịng ch y 3 ph

ng án m i phun

khơng liên t c. ................................................................................................. 66
B ng 3-6: K t qu thí nghi m v tình hình th y l c

h l u c a 3 ph

ng án

m i phun không liên t c.................................................................................. 67
B ng 3-7: K t qu thí nghi m v chi u dài phun xa c a 3 ph

ng án m i

phun không liên t c. ........................................................................................ 68
B ng 3-8: K t qu thí nghi m v góc t i c a lu ng phun xa c a 3 ph

ng án

m i phun không liên t c.................................................................................. 69
B ng 3-9: K t qu thí nghi m v di n tích ph lịng sơng c a 3 ph

ng án

m i phun không liên t c.................................................................................. 69
B ng 3-10: K t qu thí nghi m xói l n nh t c a 3 ph

ng án ...................... 71

B ng 4-1: K t qu tính tốn c t n

c trên tràn H o ........................................ 73

B ng 4-2: K t qu tính tốn c t n

c trên tràn H 1 ........................................ 73

B ng 4-3: K t qu tính l u t c và c t n

c trên tràn t i m t c t 2-2 ............. 74

B ng 4-4: K t qu tính l u t c và c t n

c t i m t c t 3-3 ........................... 74

B ng 4-5: K t qu tính l u t c và c t n

c trên tràn t i m t c t C-C ........... 74

B ng 4-6: K t qu tính l u t c và c t n

c trên tràn t i m t c t 4-4 ............. 74

B ng 4-7: K t qu tính tốn chi u dài phóng xa ............................................ 75
B ng 4-8: K t qu tính tốn góc đ vào m t n

c h l u c a tia dịng ......... 75

B ng 4-9: K t qu tính tốn chi u sâu h xói ................................................ 75
B ng 4-10: K t qu tính kho ng cách t m i phóng đ n ch xói sâu nh t.... 75
B ng 4-11: K t qu tính chi u d c h xói B x ................................................ 76
B ng 4-12: B ng so sánh l u t c Q= 718 (m3/s)............................................ 76
B ng 4-13: B ng so sánh l u t c Q= 614 (m3/s)............................................ 76
B ng 4-14: B ng so sánh l u t c Q= 227 (m3/s)............................................ 77


7

B ng 4-15: B ng so sánh tiêu hao n ng l

ng ............................................... 78

B ng 4-16: B ng so sánh chi u dài dòng phun .............................................. 78
B ng 4-17: B ng so sánh chi u sâu xói.......................................................... 79
B ng 4-18: B ng k t qu thí nghi m v di n tích ph lịng sơng .................. 79
B ng 4-19: B ng so sánh v di n tích ph lịng sơng .................................... 79

8

M
I. TÍNH C P THI T C A

U

TÀI:

Tràn x l trong cơng trình th y l i, th y đi n th
n

c cao dòng ch y qua thân tràn th

cao và n ng l

ng có t l u l n, c t

ng là dòng ch y r i, l u t c dòng ch y

ng dòng ch y l n v.v. Do v y, tiêu n ng là m t trong nh ng

nhi m v quan tr ng hàng đ u cho đ p tràn.
Thơng th

ng có các hình th c tiêu n ng sau đ p tràn là: tiêu n ng dòng

m t, tiêu n ng dòng đáy, tiêu n ng dòng phun xa.
cao và n n đ a ch t h l u t

ng đ i t t, th

dịng phun xa. Hình th c tiêu n ng này đ
h t là d ng m i phun liên t c.

i v i các đ p có c t n

c

ng áp d ng hình th c tiêu n ng
c dùng khá ph bi n nh ng h u

u đi m c a lo i m i phun không liên t c là

t o ra dòng ch y khuy ch tán theo h

ng d c khá l n khi n dòng phun bay

vào không gian va ch m v i nhau tiêu hao thêm m t ph n n ng l

ng, đ ng

th i t o ra tr n khí t t h n, di n tích dịng phun r i xu ng h xói ph r ng
h n nên gi m b t n ng l

ng r i c a dịng phun làm gi m đ sâu xói h l u

và gi m nh sóng cho hai b h l u d n đ n nên xói l lịng sơng h l u gi m
rõ r t.

t ng c

ng tiêu hao n ng l

ng th a đ xu ng lòng sơng, gi m kh

n ng xói c ng nh tác đ ng đ n hai bên b h l u cơng trình h n n a m t s
cơng trình đã áp d ng d ng m i phun không liên t c. Tuy nhiên công tác thi t
k c n ph i gi i quy t bài toán k thu t quan tr ng là l a ch n hình th c m
phun (hình d ng m , chi u r ng m , góc h t m phun, mái bên m phun,
kho ng cách gi a các m ...), v trí đ t m phun, s l
v y th

ng m phun .v.v.. Do

ng thơng qua thí nghi m mơ hình đ ch n k t c u m i phun h p lý.

Vì v y : “Nghiên c u gi i pháp tiêu n ng h p lý cho tràn x l B n
Mòng – t nh S n La” là r t c n thi t và có ý ngh a v m t khoa h c c ng nh


9

th c ti n trong thi t k , xây d ng cơng trình.
II. M C ÍCH NGHIÊN C U
T ng quan các nghiên c u v tiêu n ng dòng phun xa cho tràn x l .
ánh giá u, nh

c đi m gi i pháp tiêu n ng phóng xa truy n th ng

b ng m i phun liên t c khi áp d ng cho cơng trình c th là tràn x l B n
Mòng, t nh S n La.
D a vào k t qu thí nghi m c a cơng trình c th đ p tràn x l B n
Mòng – t nh S n La đ đ xu t gi i pháp tiêu n ng n ng phóng xa v i m i
phun khơng liên t c có hình th c k t c u h p lý.
III.

IT
it
it

NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U:
ng nghiên c u
ng nghiên c u trong lu n v n là nghiên c u ch n gi i pháp tiêu

n ng h p lý cho tràn x l B n Mịng b ng hình th c m i phun khơng liên
t c.
N i dung nghiên c u
Trong lu n v n tác gi nghiên c u các thông s c a m i phun không liên
t c: Chi u dài phun xa, v n t c dòng ch y, kh n ng tiêu hao n ng l

ng,

chi u sâu h xói.
Ph m vi nghiên c u
Trong ph m vi lu n v n tác gi ch t p trung nghiên c u d ng m i phun
không liên t c v i m phun hình thang áp d ng cho cơng trình h ch a n
B n Mịng – t nh S n La.
IV. CÁCH TI P C N VÀ PH
Cách ti p c n

NG PHÁP NGHIÊN C U

c


10

Ti p c n t ng h p: ti p c n theo tính tốn lý thuy t và tài li u thí nghi m
mơ hình th y l c đ p tràn.
Ti p c n k th a: các kinh nghi m và ph
l trong các nghiên c u tr
Ph

c đây đ

ng pháp tiêu n ng cho tràn x

c tham kh o trong lu n v n.

ng pháp nghiên c u

− Thu th p, phân tích, t ng h p các tài li u liên quan đ n thi t k đ p
tràn x l , các tài li u liên quan đ n gi i pháp tiêu n ng.
− Nghiên c u lý thuy t: T ng quan và phân tích các k t qu nghiên c u
v các d ng m i phun, tính tốn theo các công th c xác đ nh chi u sâu và v n
t c dòng ch y trên m i phun.
− Nghiên c u th c nghi m m i phun liên t c và không liên t c:
+ Ki m tra các k t qu tính tốn;
+ Nghiên c u ki m tra v l u t c, tình hình th y l c

h l u, chi u dài

dòng phun xa, chi u sâu xói.
+ Nghiên c u hình d ng, b trí m i phun khơng liên t c đ t i u hi u
qu tiêu n ng.
V. K T QU D

KI N

T

C

- T ng h p các tài li u nghiên c u có liên quan đ n tiêu n ng cho tràn x
l .
- Phân tích đánh giá các gi i pháp tiêu n ng cho tràn x l B n Mòng –
t nh S n La.
-

xu t hình th c k t c u tiêu n ng phóng xa v i m i phun khơng liên

t c áp d ng cho tràn x l B n Mòng, t nh S n La.


11

CH

NG 1: T NG QUAN V TRÀN X L

1.1. T NG QUAN V

TÌNH HÌNH XÂY D NG

CƠNG TRÌNH TH Y L I, TH Y

I N

P TRÀN TRONG

VI T NAM VÀ TRÊN TH

GI I.
1.1.1. T ng quan tình hình xây d ng đ p tràn trên th gi i
Theo th ng kê c a h i đ p cao th gi i (ICOLD), tính đ n n m 2000,
trên th gi i đã có kho ng 45.000 đ p l n phân b

140 n

c. N m n

hàng đ u v xây d ng đ p trên th gi i bao g m Trung Qu c, M ,
Tây Ban Nha và Nh t B n. S l

ng đ p trong các n

c

n

,

c này chi m kho ng

80% t ng s các đ p l n trên th gi i. Ch riêng Trung Qu c đã xây
d ng kho ng 22.000 đ p l n trong th k 20 và t p trung vào kho ng th i
gian sau n m 1949 (tr
n

c n m 1949 Trung Qu c ch có 22 đ p l n), các

c khác là M kho ng 6.575,

n đ 4.291, Nh t B n 2.675 và Tây Ban

Nha kho ng 1.196.
Hi n nay đ p bê tông tr ng l c chi m kho ng 12% trong t ng s các lo i
đ p đã đ

c xây d ng trên th gi i. V i đ p cao trên 100m, đ p bê tông tr ng

l c chi m kho ng 30%.
Trung Qu c hi n nay đang đ ng đ u th gi i v s l
xây d ng. Trong quá kh , đ p đã đ
Qu c, t i t nh Thi m Tây, ng

ng đ p đ

c xây d ng t th i xa x a

c

Trung

i ta đã cho xây d ng h th ng th y l i

Zhibo (n m 453 tr.CN) và Dujiangyan (n m 219 tr.CN) v i đ p dâng
b ng đá xây cao 3,8m r t n i ti ng.
n đ u th k XX, nh ng đ p bê tông đ

c xây d ng

B c cùng v i nh ng đ p dâng b ng đá xây đ c p n

vùng

ông

c sinh ho t và m t s


12

đ pđ tđ l yn

ct

i. Cho đ n n m 1949 m i ch có 22 đ p l n đ

c xây

d ng.
Theo th ng kê đ n n m 1999 đã có 17.526 đ p cao trong kho ng 1530m, 4.578 đ p cao trên 30m, 32 đ p cao trên 100m. Do s đ p cao ngày
càng nhi u nên v t li u bê tông tr nên ph bi n.
sơng D

p Tam Hi p trên

ng T có th tích g n 28 tri u m3 bê tơng, t o h ch a có dung

tích 39,3 t m3 n

c, tràn x l 124.300 m3/s và nhà máy th y đi n có

cơng su t 18,2 GW l n nh t th gi i
u th k XXI, hàng lo t đ p l n đ

c tri n khai nh : đ p vòm

Xiluodu cao 273m, và đ p tr ng l c Xiangjiaba cao 191m trên sông Jinshai,
đ p vòm cong theo 2 ph

ng Jinping 1 cao 305m trên sông Yalong, đ p

CFR Hongjadu cao 178m trên sông Wu, đ p vịm Xiaowan
trên sơng Lanciang (cịn g i là sông Lan Th

ng

th

ng ngu n sông

Mêkông), đ p RCC Longtan cao 216m trên Hongshui, đ p vòm Laxiwa
cao 250m trên sơng Hồng Hà,... là nh ng đ p l n vào lo i k l c trên th
gi i.
Hình th c n i ti p tiêu n ng c a tràn x l ki u dòng phun
Qu c 85%, còn l i 15% đ u dùng tiêu n ng đáy.

các n

Trung

c khác 75%

dùng ki u dòng phun còn l i 25% dùng ki u tiêu n ng đáy ho c m t
1.1.2. T ng quan tình hình xây d ng đ p tràn

Vi t Nam

Cơng trình x l là m t b ph n quan tr ng không th thi u đ
đ u m i thu l i - thu đi n c a h ch a n
th a trong mùa l , x l u l

c trong

c. Nó có nhi m v x l u l

ng c n dùng cho các nhu c u

ng

h l u và x c n

h ch a khi c n thi t hay đ k t h p x bùn cát đáy nh m nâng cao tu i th
c a h ch a, x n

c khi thi cơng,… Các nhi m v đó có th do m t hay

nhi u lo i cơng trình x cùng th c hi n, nh ng nói chung cơng trình x n

c


13

luôn là thành ph n quan tr ng đ m b o an tồn cho tồn b cơng trình đ u
m i c ng nh đ i v i h du.
Tu theo đ c đi m đ a hình, đ a ch t c a khu v c tuy n cơng trình, b trí
t ng th cơng trình đ u m i và nhi m v c a cơng trình x n
theo nhi u hình th c khác nhau, nh cơng trình x n
tràn ngang, tháo n
d

n

c trên m t: tràn d c,

c ki u xi phông, ki u gi ng,… và cơng trình tháo n

i sâu: c ng ng m, đ

chi m đa s

c, có th b trí
c

ng h m. Trong đó, hình th c cơng trình x m t

c ta.

Trong nh ng n m g n đây, đ c bi t t n m 2002,

n

c ta đang tri n

khai thi t k và xây d ng nhi u cơng trình thu l i, thu đi n, trong đó nhi u
cơng trình có h ch a và cơng trình x l có quy mơ l n. Có th nêu ra m t s
d án nh thu đi n Sê San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rào Quán (Qu ng
Tr ), Plêikrông, Sê San 3A, Sê San 4, A V

ng, Buôn K

p,

Sêrêpôk, Buôn Tua Sa, B n V , Sông Ba H , An Khê-Ka N c,

i Ninh,

ng Nai 3,

ng Nai 4, Sông Tranh 2, B n Chát, Hu i Qu ng, S n La, C a

t, B c

Hà,… ây là nh ng cơng trình có quy mơ h ch a có dung tích t hàng tri u
cho đ n hàng t m3 n

c. Kh n ng tháo c a cơng trình x n

c c ng t hàng

ngàn cho đ n vài ch c ngàn m3/s. Có th nói trong kho ng 5÷6 n m tr l i
đây, t c đ xây d ng các đ p cao, h ch a l n phát tri n nhanh. Chúng ta đã
nhanh chóng áp d ng thành cơng nh ng cơng ngh thi t k , thi công tiên ti n
c a th gi i đ xây d ng các cơng trình đ u m i

Vi t Nam nh đ p đá đ

b n m t bê tông (CFRD), đ p bê tông đ m l n (RCC), đ p bê tông truy n
th ng (CVC) kh i l n c p ph i liên t c. Trong s đó có nh ng đ p đã đ
đ a vào v n hành an toàn, v đ p đá đ b n m t có đ p h ch a n

c

c thu

l i-thu đi n Qu ng Tr , thu đi n Tuyên Quang; v đ p CVC có đ p Sê San
3, Sê San 3A; V đ p RCC có đ p Plêikrơng. Tr

c đó, chúng ta c ng đã xây

d ng m t s đ p, h ch a l n nh Hồ Bình, Thác Bà, Tr An, Thác M , Ialy,


14

Sông Hinh, V nh S n, D u Ti ng, A Yun H , Phú Ninh,… Phù h p v i đi u
ki n đ a hình, đ a ch t, thu v n c a t ng cơng trình mà đã thi t k nhi u
d ng cơng trình tháo l khác nhau trong t ng th b trí cơng trình, bao g m c
tràn x m t sơng (Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Plêikrông, A V

ng, B n

Chát, Hu i Qu ng, …), x m t k t h p v i x sâu (Hồ Bình, S n La, Tun
Quang), đ

ng tràn d c (Ialy, Sông Hinh, Hàm Thu n- a Mi, Tuyên Quang,

Rào Qn,

i Ninh,…).

1.2. T NG QUAN V

TRÀN X

L

CĨ HÌNH TH C TIÊU N NG

PHÓNG XA D NG M I PHUN LIÊN T C, M I PHUN KHÔNG LIÊN
T C VÀ CÁC K T QU NGHIÊN C U
1.2.1. T ng quan v tràn x l có hình th c tiêu n ng phóng xa d ng m i
phun liên t c, m i phun khơng liên t c
V hình th c tiêu n ng sau cơng trình tháo n
n ng đ

n ib c an
ch l ut

c đi m tiêu n ng b ng dòng đáy là l i d ng s c c n

c nh y. Có th áp d ng ki u b , hay t

pháp tiêu n ng đáy th
AL

ng đ

ng + b k t h p. Bi n

c áp d ng cho các cơng tình v a và nh , m c

ng đ i l n, đ a ch t n n cơng trình th

i,…). Lo i hình này đ m b o tiêu tán h t n ng l

kh i l

ng có 3 d ng tiêu

c áp d ng:

- Tiêu n ng đáy:

n

c, th

ng là đá y u (Tr An,
ng d nh ng đòi h i

ng xây l p khá l n, giá thành cao, đ c bi t đ i v i các cơng trình có

quy mơ l n.
- Tiêu n ng m t: Dòng ch y hình th c tiêu n ng này

tr ng thái ch y

m t, ch sau khi m r ng hoàn toàn m i đ t đ n đáy. Nhìn chung, v i ch đ
ch y m t

h l u t o thành sóng gi m d n làm xói l

vùng này. Th

ng

đ ng n ng th a phân tán trên m t chi u dài l n h n so v i ch đ ch y đáy.


15

Ch đ ch y m t có th áp d ng trong tr

ng h p n n đá, khi không c n gia

c h l u hay gi m chi u dài gia c , m c n

c h l u cao và thay đ i ít.

- Tiêu n ng b ng dịng phun xa: Tiêu n ng phóng xa đ
phun

chân đ p ho c cu i d c n

kh i chân đ p.

c đ dịng ch y có l u t c l n phóng xa

ây là hình th c tiêu n ng đ

trong các cơng trình x có c t n

c l i d ng m i

c dùng khá ph bi n, đ c bi t

c cao. Tiêu n ng dòng phun xa đ

c chia

làm hai lo i c b n theo đ c đi m k t c u m i phun:
+ M i phun liên t c: đ c đi m dòng phun là 1 dòng ch y khơng có s va
đ p v i nhau trong q trình bay trong khơng khí, dịng đ xu ng h l u do
n ng l

ng tiêu hao ít nên gây ra v n t c và sóng l n

h l u. M t khác,

dòng phun là dòng ch y t p trung ít tr n khí nên trong tr

ng h p c t n

c

cao, t l u l n s làm cho chi u sâu xói l n.
+ M i phun không liên t c là lo i m i phun t o nên các dòng phun va
đ p vào nhau trong q trình bay trong khơng khí, dòng đ c t p trung đ
phân tán thành nhi u dòng r i xu ng m t n
đ

c tiêu hao nhi u nên v n t c và sóng

xói và kh i l

ng gia c

c h l u. N ng l

c

ng dòng ch y

h l u nh , do đó gi m chi u sâu

h l u.

i v i hình th c tiêu n ng b ng dịng phun

chân đ p đã đ

c thi t k

m t lo t các cơng trình có đ p bê tơng (CVC và RCC) nh Sê San 3,
Plêikrông, Sê San 3A, A V
3,
đ

ng, B n V , B n Chát, Hu i Qu ng,

ng Nai 4,… Hình th c tiêu n ng b ng m i phun cu i d c n
c áp d ng cho m t lo t các cơng trình x c t nu c cao, l u l

Ialy, Hàm Thu n- a Mi, Tuyên Quang, S n La, C a

ng Nai

c c ng

ng l n nh :

t…Theo b ng 1.4 ta

th y :
- Tiêu n ng dòng phun xa chi m 70%, trong đó m i phun cu i d c n
chi m 44%.
- Tiêu n ng dòng đáy chi m 30%.

c


16

1.2.2. K t qu nghiên c u trên th gi i:
1.2.2.1. Chi u dài dòng phun
Nhân t quan tr ng nh t và nh h

ng l n nh t đ n h th ng cơng trình

là chi u dài c a dịng phun xa vì chi u dài c a nó ph i đ m b o đ khơng làm
nh h

ng đ n ho t đ ng c a các cơng trình khác và đ m b o an tồn ho t

đ ng c a tồn h th ng, khơng gây xói l và m t n đ nh chính vì v y mà
trong q trình tính tốn l a ch n các thông s th y l c c a m i phun làm sao
chi u dài dòng phun là h p lý nh t.

Khi dòng ch y

m i phun, dòng ch y men theo đ

ng biên, ma sát

đ

ng biên làm m c đ r i c a dòng ch y t ng lên, khơng khí tr n vào dòng

n

c càng nhi u, n ng l

l

ng n a. Dòng ch y sau khi nh n chìm vào trong m t n

tr

c, dịng chính đ

ng dịng ch y đ

c tiêu hao thêm m t ph n n ng

c cu n thành hai cu n n

c phía sau và phía

c. Trong vùng cu n đ

c

hình thành dịng r i mãnh li t, các dòng này va đ p và xáo tr n l n nhau, ma
sát t

ng đ i v i nhau t đ y tiêu hao đi m t n ng l

càng sâu kh n ng m r ng c a l
c al

ng n

in

ng đáng k .

mn

c

c càng nhi u thì kh n ng tiêu hao

c càng l n. N u h xói đ t đ n m t m c đ sâu nh t đ nh thì

m i có hi u qu tiêu n ng. Khi lịng sơng r n ch c cơng trình ít b rung đ ng.
Xác đ nh chi u dài dòng phun b ng cách coi dịng phun có d ng Parabol.
C n c vào cơng th c lý lu n tính đ

c kho ng cách theo ph

ng ngang c a

dịng phun L=f(ϕ,θ,v,z), trong tính tốn có sai khác v i th c t ngun nhân
là:
- Trong tính tốn các giá tr θ, v, ϕ ch là các giá tr g n đúng
- Trong các công th c đ u ch a đ c p đ n bán kính R c a đo n cong
ng

c.


17

- Trong tính tốn ch a đ c p đ n kho ng cách t đi m th p nh t c a
đo n cong t i đ nh m i phun.
- Ch a xét đ n m c đ m r ng, hi n t

ng tr n khí, s c c n c a khơng

khí…
- Khi dịng phun nh n chìm vào trong m c n

c thì tình hình di n bi n

r t ph c t p, hi n nay ch a có v n đ nào đ c p đ n v n đ này.
D

i đây gi i thi u cơng th c tính chi u dài phun xa. Chi u dài phun xa

thông th
vào l p n

ng d a vào lý thuy t chuy n đ ng ném xiên. N u nh l

in

c đi

c đ m v n chuy n đ ng theo qu đ o Parabol đi thì kho ng cách

n m ngang t cu i m i phun đ n đi m xói sâu nh t L đ

y+T
L = ϕ12 Z c sin 2θ 1 + 1 + 2

ϕ1 sin 2 θZ c


c di n t là:






(1-1)

Trong đó:

θ - góc h t c a m i phun (°)
Z c - đ chênh cao t m t n

c th

ng l u đ n đ nh m i phun (m)

T - chi u sâu xói l n nh t (m)
Th c t ch ng minh giá tr tính chi u dài dịng phun theo lý thuy t so v i
giá tr th c đo có m t s sai khác nh t đ nh.
h p th c t

các n

cho vi c tính tốn càng phù

c nhi u tác gi b t tay t ph

ng pháp th c nghi m d a

trên c s lý thuy t và kinh nghi m, đ a ra m t s cơng th c tính tốn theo
kinh nghi m.
Trong quy ph m c a ta dùng công th c c a Liên Xơ c
LP =

Trong đó:

ϕ v 2 sin β cos β + v cos β v 2 sin 2 β + 2g (p + h )
g

(1-2)


18

β - góc h t c a m i phun
v - l u t c t i m i phun
h - đ sâu trên m i phun
p - chênh l ch t m i phun đ n m t n

c h l u.

Trung Qu c c ng có nhi u đ n v và cá nhân nghiên c u đ xu t cơng
th c th c nghi m tính chi u dài phun xa, nh : Vi n nghiên c u Th y l i Tây
B c, Vi n nghiên c u Khoa h c Th y l i t nh An Huy…
M t s công th c th c nghi m đ

c th ng kê trong b ng .

B ng 1-1: Tính chi u dài dịng phun
TT

Tác gi

Vi n
1

thi t k
Tr

ng
Sa

Bi u th c tính tốn L
Z

 0,935 + 0,024θ − c
Z
L=

0,007 + 0,25



Ghi chú



Z c




ph m vi ng d ng:

Khoa
2

h c
Th y l i

Tây B c

2. Khi 10≥ Rθ ≥5

c th

ng l u đ n cu i

m i h t (m)
c t th

ng l u

dòng phun (bao g m c t
n

c v ti n g n)

θ - góc m i h t (rad)

0,04 Rθ + 0,1
0,026 Rθ + 0,065

n

c tính t m t

đ n đi m tính chi u dài

1. Khi 5≥ Rθ ≥1

L min = q 2 / 3

Zc - đ u n

Z-c tn

Z
0,5≤ c ≤0,90
Z

15°≤ θ ≤45°

Vi n

θ - góc m i h t (°)

Z
Pf

Fr4 / 5

Fr2

v 2c
-giá tr F r 2
=
gh c

m i h t.
h' c = η

0,886 q
2gZ'

cu i


19

TT

Tác gi

Bi u th c tính tốn L
L min = q 2 / 3

0,07Rθ − 0,2
Z'
0,05Rθ − 0,1 +
Pf

Fr3 / 4

3.Khi 15≥ Rθ ≥10
L min = q 2 / 3

Ghi chú
h c = h' cos θ - đ

sâu dòng

ch y vng góc v i m i
h t (m)
η=

1
1 − 0,015 Rθ

0,093Rθ − 0,6
F2/3
Z' r
0,06 Rθ − 0,4 +
Pf

L min - kho ng cách mép

Ghi chú:

trong c a l

P f - cao đ c a đ p tràn (m)
q- l u l

ng đ n v (m3/s.m)

h- c t n

c trên đ nh tràn (m)

in

c (m)

R - bán kính cong c a m i
h t (m)
Z’- chênh cao t đ nh đ p
đ n đ nh m i h t (m)
T- chi u sâu xói l n nh t
t c là t m t n

ch l u

đ n đáy c a h xói (m)
Ch
3

ng

Z- chênh l ch m c n
L = 6 sin θ Z ( P + T )

Phúc

th

ng và h l u (m)

P- chênh l ch đ

Ngh a

m i h t đ n m t n

cao t
c h

l u (m)
θ - góc m i h t (°)

4

E.A.Elev
a

L = 1,9 Z c sin 2θ

θ - góc m i h t (°)
Z c - chênh l ch đ cao t

c


20

TT

Tác gi

Bi u th c tính tốn L

Ghi chú
đ nh m i h t đ n m t

Toroki

n

c th

ng l u (m)

k - h s hi u ch nh
p - chênh l ch đ cao t
L=k

v 2c sin θ cos θ + v c cos v 2c sin θ + 2gp m i phun đ n m t n
g

l u (m)

k = L th c đo/L lý thuy t

Vi n
Khoa
h c
5

Th y l i

ch

g - gia t c tr ng tr

1. Khi dịng 2 pha thì k = 0,92

(m/s2)

2. Khi dòng phun khu ch tán

Z- chênh l ch m c n

c a ra máng tháo n
 gZp 

k = 1,05
 q 



khi

An Huy

c

0,105

3. Khi dòng phun là máng treo:

khi

c

ng h l u (m)

v c - v n t c trung bình
cu i m i h t (m/s)

gZp
≥ 1 thì k >1
q

 gZp 

k = 0,78
 q 



th

ng

0, 075

gZp
≥ 1,3 thì k >1
q
gZp
≤ 1,3 thì k ≤ 1

q

Hc - c t n

c trên m i h t

(m)
θ - góc h t (°)
Ph m vi ng d ng cho 3
tr

ng h p bên:

1.

v 2c
= 9,15 − 27,2
gh c

2.

v 2c
= 12∼58
gh c

3.

v 2c
= 13∼47
gh c

21

1.2.2.2. Góc nghiêng θ
Trong tính tốn góc nghiêng θ chính là góc nghiêng c a m i phóng.
Hi n nay đã có nhi u nghiên c u nh m chính xác v n đ này nh ng v n ch a
đ tđ

c đ chính xác đ

ng d ng, l a ch n góc θ có nh h

dài phóng xa L r t l n. Theo đ

ng Parabol tìm đ

θ max = cot ag 1 +

P
T

ng đ n chi u

c góc θ nh sau:
(1-3)

Trong đó:
P- là chi u cao t đ nh m i phun đ n m c n
T- là chi u sâu l p n

c h l u (m)

c tác d ng vào đo n m i phun (m)

Khi P= 0 thì θ max = 450 có kho ng cách phóng xa nh t và tác d ng c a
dòng ch y xu ng h l u c ng m nh m nh t. Tuy nhiên trong th c t bao gi
c ng có P>0 t

ng ng v i θ<450 .

Trong th c t th

ng dùng góc θ<450. Khi m i phun đ t

cong thân đ p trên cao nên dùng θ=150- 250 . Các tr

v trí đo n

ng h p khác góc θ=250-

300. Các m i phun có b c cao th p khác nhau, b c cao θ=300- 350, b c th p
θ=350- 400 thì lúc này c ly phóng l n nh t. Khi b trí m i phun

trên cao

g n v i đ nh đ p tràn thì góc phóng nên ch n nh đ tránh rung đ ng.
1.2.2.3. V n t c bình quân c a dòng ch y t i m i phun.
T c đ bình qn c a dịng ch y t i m i phun đ

c xác đ nh theo công

th c:
v = ϕ 2 gh

Các nhân t

nh h

(1-4)

ng đ n v ch y u là: chi u cao c t n

đ n m i, các t n hao c a dòng ch y

c a vào, c a ra, theo đ

c tác d ng
ng biên công


22

trình. Tồn b các t n th t này đ

c ph n nh qua h s l u t c ϕ. Trong th c

t tính tốn khó có th phân tích lý lu n đ xác đ nh giá tr ϕ. Ch có th thơng
qua mơ hình ho c tài li u quan sát nguyên hình các nhân t ch y u, tìm ra
cơng th c kinh nghi m. Hi n nay t n t i nhi u công th c đ tính ϕ c a nhi u

tác gi cho k t qu tính tốn khác nhau.
- Cơng th c c a S th y l i ông B c Trung Qu c:

ϕ = 1−

0,0077
( q / S ' )1,15

(1-5)

2/3

Trong đó S’≈( Z’)2+(B’)2 chi u dài dịng ch y trên m t đ p. Z’ là kho ng
cách t đ nh đ p đ n đ n đ nh m i phun. B’ là kho ng cách trên m t ph

ng

ngang t đ nh đ p đ n đ nh b c nh y.
- Công th c c a Tr n Xuân
 q2 / 3 
ϕ = 

H



Trong đó: q là l u l

nh:

0, 2

(1-6)

ng đ n v

H là chi u cao c t n

đ nh tràn (m3/s/m)
c (m) tính t th

ng l u đ n đi m th p

nh t c a đo n cong.
- Công th c c a Vi n th y l i Nam Kinh:

ϕ = 0,83

h0
+ 0,65
Z'

Trong đó: h 0 là c t n

(1-7)

c tràn; Z’ là kho ng cách t đ nh đ p đ n đ n

đ nh m i phun.
- Theo công th c c a Liên Xô c :

23

ϕ = 1 − 0,015

S '−h0
h0

(1-8)

Trong đó: S’≈( Z’)2+(B’)2 chi u dài dòng ch y trên m t đ p. Z’ là kho ng
cách t đ nh đ p đ n đ n đ nh m i phun. B’ là kho ng cách trên m t ph
ngang t đ nh đ p đ n đ nh b c nh y; h 0 là c t n
T các công th c tính tốn ϕ
h

ng

c tràn.

trên ta th y r ng h s l u t c ch u nh

ng c a hai y u t c b n đó là l u l

ng qua tràn q và chi u dài c a dịng

ch y S’.
1.2.2.4. Bán kính cong c a đo n cong ng

c

Trong th c t ta th y r ng đ dài và bán kính cong c a đo n cong ng
có nh h

c

ng l n đ n hi u qu làm vi c c a m i phun. Khi chi u dài và bán

kính cong c a đo n cong thích h p thì góc phóng g n v i góc ti p tuy n c a
đo n cong.
ã có nhi u nghiên c u nh m xác đ nh góc phóng θ h p lý, khi các giá
tr khác khơng thay đ i, R t ng thì chi u dài phóng xa c ng t ng. Khi R đã
v

t quá m t tr s gi i h n thì chi u phóng xa c ng gi m nh .
Khi R không bi n đ i, q t ng chi u dài phóng xa c ng t ng, khi q t ng

đ n m t tr s nh t đ nh thì chi u dài phóng xa c ng gi m.
Theo kinh nghi m thi t k hi n nay,

M đ i v i bán kính

các b c cao

ch n R= 10, đ i v i b c th p:
R=8b

(1-9)

Trong đó b là chênh l ch gi a cao đ đi m th p nh t c a đo n cong và
đ nh m i phóng.
Trung Qu c khi thi t k dùng công th c:


24

R=(6÷8)h
Trong đó h là đ sâu dịng n
1.2.2.5.

(1-10)
c

đi m th p nh t c a đo n cong.

sâu c a h xói

ã có r t nhi u nghiên c u v đ sâu c a h xói sau dịng phun nh ng
nhìn chung h u h t các ph

ng pháp là đ u b t ngu n t m t đi u ki n c th ,

đ a vào các đi u ki n nghiên c u trong phịng thí nghi m ho c lý thuy t cân
b ng th ngun đ a ra đ

c cơng th c tính đ sâu h xói (cơng th c ch

ch a các tham s ch y u còn l i là các h s ).
Các công th c đ u c n c vào lý thuy t khuy ch tán c a dòng tia ng p,

k t h p lý thuy t c h c đá và thơng qua thí nghi m c ng nh các s li u
quan tr c

cơng trình th c t xây d ng đ

c các công th c tính tốn. Ph n

l n các cơng th c có d ng chung:
T= KqmHn

(1-11)

Trong đó: T là chi u sâu h xói tính t m c n
q là l u l

c h l u (m)

ng đ n v (m3/s/m)

H là chênh l ch m c n

c th

ng h l u (m)

K là h s ph n nh tình hình đ a ch t n n g i là h s h xói.
Nhi u tác gi đã thành cơng trong vi c nghiên c u tìm ra các s m m,n
và h s K, d

i đây nêu m t s công th c.

25

B ng 1.2: Tính tốn chi u sâu xói
Tác gi

TT

Cơng th c

Ghi chú
tS - c t n

c h xói (m),

k r - h s ch ng xói c a đá
lịng sông,

q 3 / 4 h 1c / 8
tS = kω
kr

1

T Th

ng

kω =

Thi n
Ng

k P - h s góc vào c a dòng

k P ϕ1c / 6
σ

phun,

1/ 9

ng liên t c k ω =1,20

σ - đ t n r ng c a dòng phun
m cn

c vào,

h c - t ng c t n
ch y trên ng

c c a dòng
ng m i phóng

(m),
q-l ul

ng đ n v (m3/s.m),

R - tr s bình quân c

ng đ

khí nén c a đá (tr ng thái bão
hoà), đ n v (T/m3) hay
9,81Kpu,
Z - chênh l ch m c n
Tr
2

ng Phúc
Ngh a

 q

Z
T = 100 

2
2
 CR ϕ Z sin θ + p 

1/ 3

th

c

ng l u đ n m i h t (m),

ϕ - h s l u t c t n th t trên
m t đ p tràn,
θ - góc m i h t,
p - chênh l ch đã cao t đ nh
m ih tđ nm tn

ch l u

(m),
C - h s dính k t c a đá vùng