(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu khả năng khí thực và giái pháp phòng khí thực trên đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn thủy điện XEKAMAN 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ

PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN XN HỊA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC VÀ GIẢI PHÁP
PHỊNG KHÍ THỰC TRÊN ĐẬP TRÀN CAO, ÁP DỤNG
CHO ĐẬP TRÀN THỦY ĐIỆN XEKAMAN 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ


Hà Nội - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ

PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN XUÂN HÒA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC VÀ GIẢI PHÁP
PHỊNG KHÍ THỰC TRÊN ĐẬP TRÀN CAO, ÁP DỤNG
CHO ĐẬP TRÀN THỦY ĐIỆN XEKAMAN 1

Chun ngành: Xây dựng cơng trình
thủy Mã số: 60-58-02-02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌCGS.TS. NGUYỄN CHIẾN


HÀ NỘI, NĂM 2015


`

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc
sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu
khả năng khí thực và giải pháp phịng khí thực trên đập tràn cao, áp dụng
cho đập tràn thủy điện Xekaman 1”. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
tới thầy giáo GS.TS. Nguyễn Chiến đã dành nhiều thời gian và tâm huyết
hướng dẫn nghiên cứu và giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tác giả
xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa Cơng
trình cùng các thầy giáo, cơ giáo đã tham gia giảng dạy và tận tình giúp đỡ,
truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học
của trường Đại học thủy lợi, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty cổ phần Điện Việt
Lào, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong thời
gian học tập và thực hiện luận văn này.
Do cịn hạn chế về trình độ chun mơn, cũng như thời gian có hạn, nên
trong q trình thực hiện luận văn, tác giả khơng tránh khỏi những sai sót. Tác
giả mong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cơ giáo và sự góp ý
của các bạn bè đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2015
Tác giả luận văn

Trần Xuân Hòa


`

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác
giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không
sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham
khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham
khảo đúng quy định.
Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2015
Tác giả luận văn

Trần Xuân Hòa


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CÁC ĐẬP TRÀN CAO VÀ VẤN ĐỀ
KHÍ THỰC TRÊN MẶT TRÀN................................................................................3

1.1.

Tình hình xây dựng đập bê tơng trọng lực và đập tràn cao ở Việt Nam3

1.1.1. Tình hình xây dựng các cơng trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới........3
1.1.2. Một số thơng số chính về các cơng trình thủy lợi hiện có........................4
1.2.

Điều kiện làm việc của đập tràn cao........................................................8

1.2.1. Tác dụng của khí thực...............................................................................8
1.2.2. Ảnh hưởng của hàm khí và thốt khí đến sự làm việc của đập tràn.......13
1.2.3. Ảnh hưởng của sóng...............................................................................14
1.2.4. Sự mài mịn bề mặt.................................................................................14
1.2.5. Sự phá hoại do tác dụng của tải trọng động............................................15
1.3. Các nghiên cứu về khí thực trên mặt tràn............................................ 16
1.3.1. Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn của thế giới.......................16
1.3.2. Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn ở Việt Nam.......................17
1.3.3. Một số hình ảnh về bố trí thiết bị tiếp khí trên cơng trình tràn tháo lũ.18
1.4.

Phạm vi nghiên cứu của luận văn..........................................................21

1.5.

Kết luận Chương I................................................................................. 21

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN ĐẬP
TRÀN.........................................................................................................................22

2.1.

Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu..........................................................22

2.1.1. Nhiệm vụ nghiên cứu..............................................................................22
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu................................................................................ 22
2.2.

Phương pháp kiểm tra khí hóa và khí thực trên mặt tràn...................22

2.2.1. Kiểm tra khí hóa..................................................................................... 23


2.2.2. Kiểm tra khí thực [1].............................................................................. 32
2.3.

Tính tốn cụ thể cho các trường hợp.....................................................33

2.3.1. Sơ đồ chung............................................................................................ 33
2.3.2. Tính tốn cho trường hợp 1 (Hmt = 80m, htk = 12m, Rb =30MPa)..........38
2.3.3. Tính tốn cho các trường hợp khác........................................................ 45
2.4.

Phân tích kết quả tính tốn....................................................................63

2.4.1. Phân tích khả năng khí hóa.....................................................................63
2.4.2. Phân tích khả năng khí thực....................................................................64
2.5.

Kết luận Chương 2................................................................................. 66

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO ĐẬP TRÀN THỦY ĐIỆN XEKAMAN 1...................67

3.1.

Giới thiệu cơng trình..............................................................................67

3.1.1. Vị trí cơng trình.......................................................................................67

3.1.2. Nhiệm vụ, quy mơ cơng trình.................................................................67
3.2.

Các thơng số tính tốn khí thực đập tràn [6]........................................71

3.3.

Kiểm tra khí hóa và khí thực mặt tràn.................................................73

3.3.1. Kiểm tra khí hóa..................................................................................... 73
3.3.2. Kiểm tra khí thực....................................................................................79
3.4.

Nghiên cứu giải pháp phịng khí thực cho đập tràn thủy điện
Xekaman 1............................................................................................81

3.4.1. Đề xuất giải pháp.................................................................................... 81
3.4.2. Bố trí các bộ phận tiếp khí trên mặt tràn.................................................82
3.4.3. Tính tốn BPTK theo [9]........................................................................ 83
3.5.

Kết luận Chương 3................................................................................. 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................93
PHỤ LỤC 1 – Kết quả tính toán vẽ đường mặt nước trên tràn ứng với các
trường hợp nghiên cứu......................................................................................94


PHỤ LỤC 2 – Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí

thực...................................................................................................................111
PHỤ LỤC 3 – Bản vẽ mặt cắt ngang đập tràn ứng với các trường hợp tính
tốn...................................................................................................................128
PHỤ LỤC 4–Kết quảtính tốn kiểm tra khí hóa, khí thựcđập tràn thủyđiện
Xekaman 1........................................................................................................135


`

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cơng trình đầu mối Hồ chứa nước Định Bình.........................................6
Hình 1.2: Đập tràn và Đập dâng hồ chứa nước Cửa Đạt........................................6
Hình 1.3: Đập tràn và Đập dâng Cơng trình thủy điện Đồng Nai 4........................7
Hình 1.4: Cơng trình thủy điện Sơn La nhìn từ hạ lưu............................................7
Hình 1.5: Khí thực trên mặt tràn đập Bratxcaia (Nga) [1]....................................9
Hình 1.6: Xâm thực mũi phun cuối bể ở đập tràn Thác Bà...................................10
Hình 1.7: Hiện tượng khí thực xâm thực bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [1]...........12
Hình 1.8: Bố trí hệ thống ống dẫn khí trên trụ pin đập tràn..................................19
Hình 1.9: Bố trí TBTK trên đập tràn.....................................................................19
Hình 1.10: Bộ phận tiếp khí trên đập tràn.............................................................20
Hình 1.11: Quan sát trộn khí trên bề mặt dốc tràn khi có TBTK..........................20
Hình 2.1: Sự hình thành đuốc khí [9]...................................................................23
Hình

2.2:

Xác định

h

d

....................................................................................................26
Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ ξ1 = f (y/∆); ξ2 = f(δ/∆); δ/∆ = f (L/∆) [1]..................31
Hình 2.4: Sơ đồ xây dựng mặt cắt đập tràn..........................................................34
Hình 2.5: Mặt cắt đập tràn...................................................................................35
Hình 2.6: Sơ đồ mặt cắt đập tràn..........................................................................37
Hình

2.7:

Biểu đồ

quan

hệ

K=f(Z

m

,

htk) ứng

với

H

mt

=40m

hệ

K=f(Z

m

,

htk) ứng

với

H

mt

=60m

hệ

K=f(Z

m

,

htk) ứng

với

H

mt

=80m

hệ

K=f(Z

m

,

htk) ứng

với

........................................46
Hình

2.8:

Biểu đồ

quan

........................................47
Hình

2.9:

Biểu đồ

quan

........................................48
Hình

2.10:

Biểu đồ

....................................49

quan

H

mt

=100m


Hình

2.11:

Biểu đồ

quan hệ

V

ĐT

=f(htk,

Hmt) ứng

với

Z

m

=2mm

quan hệ

V

ĐT

=f(htk,

Hmt) ứng

với

Z

m

=3mm

quan hệ

V

ĐT

=f(htk,

Hmt) ứng

với

Z

m

=4mm

ĐT

=f(htk,

Hmt) ứng

với

Z

m

=5mm

ĐT

=f(htk,

Hmt) ứng

với

Z

m

=6mm

ĐT

=f(htk,

Hmt) ứng

với

Z

m

=7mm

.................................50
Hình

2.12: Biểu đồ

.................................51
Hình

2.13: Biểu đồ

.................................52
Hình 2.14: Biểu đồ

quan hệ

V

.................................53
Hình

2.15: Biểu đồ

quan hệ

V

.................................54
Hình

2.16: Biểuđồ

quan hệV

.................................55
Hình 2.17: Biểu đồ quan hệ

VĐT = f(Zm, htk, Vng) ứng với H

mt=40m

..........................57
Hình

2.18:

Biểu đồ

quan

hệ

VĐT

=

f(Zm,

htk,

Vng) ứng

với

hệ

VĐT

=

f(Zm,

htk,

Vng) ứng

với

hệ

VĐT

=

f(Zm,

htk,

Vng) ứng

với

Hmt=60m..................................59
Hình

2.19:

Biểu đồ

quan

Hmt=80m........................61
Hình

2.20:

Biểu đồ

quan

Hmt=100m......................63
Hình 3.1: Mặt cắt đập tràn thủy điện Xekaman 1 [6]...........................................73

Hình 3.2. Bố trí mũi hắt tại BPTK.......................................................................84
Hình 3.3: Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí (BPTK)................................................87
Hình 3.4: Bố trí bộ phận tiếp khí trên đập tràn thủy điện Xekaman 1...................89


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng thống kê một số cơng trình có cột áp cao ở Việt Nam [10]...........4
Bảng 2.1: Quan hệ giữa cột nước áp lực khí trời và cao độ [1]...........................26
Bảng 2.2: Trị số của cột nước áp lực phân giới [1]..............................................26
Bảng 2.3: Các dạng mấu gồ ghề đặc trưng và trị số K pg tương ứng
...........................28
Bảng 2.4: Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt của một số vật liệu chính....29
Bảng 2.5: Các Seri tính toán...............................................................................36
Bảng 2.6: Tọađộ đường cong mặt tràn Ophixerop.............................................38
Bảng 2.7: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn H mt = 80m, htk=12m
.......................42


Bảng

2.8:

Quan

hệ

K=f(Zm,

htk) ứng

với

H

mt

=40m

htk) ứng

với

H

mt

=60m

K=f(Zm,

htk) ứng

với

H

mt

=80m

K=f(Zm,

htk) ứng

với

H

VĐT=f(htk,Hmt) ứng

với

Z

m

=2mm

=f(htk,Hmt) ứng

với

Z

m

=3mm

VĐT=f(htk,Hmt) ứng

với

Z

m

=4mm

VĐT=f(htk,Hmt) ứng

với

Z

m

=5mm

VĐT=f(htk,Hmt) ứng

với

Z

m

=6mm

VĐT=f(htk,Hmt) ứng

với

Z

m

=7mm

.....................................................46
Bảng

2.9:

Quan

hệ

K=f(Zm,

.....................................................47
Bảng

2.10:

Quan

hệ

...................................................48
Bảng

2.11:

Quan

hệ

mt

=100m

.................................................49
Bảng

2.12:

Quan

hệ

...............................................50
Bảng

2.13:

Quan

hệV

ĐT

...............................................51
Bảng

2.14:

Quan

hệ

...............................................52
Bảng

2.15:

Quan

hệ

...............................................53
Bảng

2.16:

Quan

hệ

...............................................54
Bảng

2.17:

Quan

hệ

...............................................55
Bảng

2.18:

Quan

hệ

VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng

với

H

mt

=40m

VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng

với

H

mt

=60m

VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng

với

H

mt

=80m

..........................................56
Bảng

2.19:

Quan

hệ

..........................................58
Bảng

2.20:

Quan

hệ

..........................................60


Bảng

2.21:

Quan

hệ

VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng

với

H

mt

=100m

........................................62
Bảng 3.1: Thơng số chính cơng trình thủy điện Xekaman 1 [6]...........................68
Bảng 3.2: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn thủy điện Xekaman 1................76
Bảng 3.3: Kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa với Zm =6mm.................................77
Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa với các trị số Zm.............78

Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí thực mặt tràn Xekaman 1 (Bê
tơng

M30,

Vng=

14,17m/s)

............................................................................................80
Bảng 3.6: Thơng số tính tốn bộ phận tiếp khí....................................................83
Bảng 3.7: Bảng kết quảtính tốn bộ phận tiếp khí..............................................88
Phụ lục 1.1: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=8m, Hmt=40m
.......................95
Phụ lục 1.2: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=10m, Hmt=40m
.....................96
Phụ lục 1.3: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=12m, Hmt=40m
.....................97
Phụ lục 1.4: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=14m, Hmt=40m
.....................98
Phụ lục 1.5: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=8m, Hmt=60m
.......................99
Phụ lục 1.6: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=10m, Hmt=60m
...................100
Phụ lục 1.7: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=12m, Hmt=60m
...................101
Phụ lục 1.8: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=14m, Hmt=60m
...................102

Phụ

lục 1.9: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=8m, Hmt=80m

.....................103
Phụ lục 1.10: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=10m, Hmt=80m
.................104
Phụ lục 1.11: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=12m, Hmt=80m
.................105
Phụ lục 1.12: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=14m, Hmt=80m
.................106
Phụ lục 1.13: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn h tk=8m, Hmt=100m
.................107
Phụ lục 1.14: Kết quảvẽ đường mặt nước trên tràn h tk=10m, Hmt=100m
...............108
Phụ lục 1.15: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=12m, Hmt=100m
...............109
Phụ lục 1.16: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=14m, Hmt=100m
...............110
Phụ lục 2.1: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A
ứng với Hmt=40m...............................................................................................112
Phụ lục 2.2: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A
ứng với Hmt=60m...............................................................................................114
Phụ lục 2.3: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A
ứng với Hmt=80m...............................................................................................116
Phụ lục 2.4: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A
ứng với Hmt=100m.............................................................................................118
Phụ lục 2.5: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T
ứng với Hmt=40m..............................................................................................120

`

Phụ lục 2.6: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T
ứng với Hmt=60m..............................................................................................122
Phụ lục 2.7: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T
ứng với Hmt=80m..............................................................................................124
Phụ lục 2.8: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T
ứng với Hmt=100m.............................................................................................126
Phụ lục 4.1: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=2mm.............136
Phụ lục 4.2: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=3mm.............137
Phụ lục 4.3: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=4mm.............138
Phụ lục 4.4: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=5mm.............139
Phụ lục 4.5: Tổng hợp kết quảtính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=6mm.............140
Phụ lục 4.6: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=7mm.............141
Phụ lục 4.7: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=8mm.............142
Phụ lục 4.8: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=9mm.............143
Phụ lục 4.9: Tổng hợp kết quả tính tốn kiểm tra khí hóa khi Zm=10mm...........144


1
6
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thực tế xây dựng các cơng trình thủy lợi, thủy điện hiện nay có
rất nhiều hồ chứa vừa và lớn. Các đập tràn tháo nước trong cơng trình đầu
mối của các hồ chứa vừa là lớn là các đập tràn cao được xây dựng bằng bê
tông cốt thép.
Đối với bề mặt đập tràn, khí hóa có thể xuất hiện ở dạng tổng thể hoặc
cục bộ. Theo điều kiện an toàn, đập tràn cao thường áp dụng loại mặt tràn

không chân không (dạng WES hoặc Criger-Ofixerov). Do đó dạng khí hóa
tổng thể trên mặt tràn khơng xẩy ra. Trong q trình thi cơng hoặc khai thác
đập tràn cao có thểhình thành các gồ ghề cục bộ. Hình dạng mấu gồ ghề cục
bộ rất phong phú và mang nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Vì vậy với các đập tràn
cao hiện tượng khí hóa, khí thực trên mặt tràn xuất hiện chủ yếu do các gồ
ghề cục bộ.
Khi dịng chảy có lưu tốc lớn đi qua các vị trí có gồ ghề cục bộ, các
dịng tia sẽ khơng cịn bám sát thành rắn, tạo nên chân khơng ở phía sau các
mấu này. Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân giới thì sẽ hình
thành khí hóa và có thể dẫn đến khí thực phá hoại trên bề mặt của đập tràn. Vì
vậy, nghiên cứu khả năng khí thực và giải pháp phịng khí thực trên đập tràn
cao có tính khoa học và thực tiễn, để giải quyết cấp thiết một vấn đề xây dựng
đập tràn nói riêng cũng như các cơng trình tháo nước nói chung.
2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu khả năng khí thực và giải pháp phịng khí thực trên đập
tràn cao.
- Giải pháp cơng trình đề phịng khí thực.


17

- Tính tốn áp dụng cho đập tràn cơng trình thủy điện Xekaman 1.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a. Cách tiếp cận
- Từ thực tế: Các trường hợp đập tràn khi vận hành đã có xẩy ra khí thực.
- Tiếp cận từ các điều kiện kỹ thuật: Cơng trình phải đảm bảo điều
kiện bền, ổn định.
b. Phương pháp nghiên cứu
- Kế thừa các nghiên cứu trước đó đã có.
- Thu thập tài liệu từ cơng trình thực tế.

- Phân tích khả năng xẩy ra khí hóa và khí thực trên mặt đập tràn.
- Ứng dụng cho cơng trình thực tế.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CÁC ĐẬP TRÀN CAO VÀ
VẤN ĐỀ KHÍ THỰC TRÊN MẶT TRÀN
1.1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực và đập tràn cao ở
Việt Nam.
1.1.1. Tình hình xây dựng các cơng trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới
Từ xa xưa con người đã biết đắp đập trữ nước, chủ yếu dùng cho sinh
hoạt và nơng nghiệp. Dấu tích các đập ít nhất từ3.000 năm trước cơng
ngun đã tìm thấy ở Jordan, Ai Cập và vùng Trung Đông. Nhưng từ nửa sau
của thế kỷ XX, xây dựng đập mới trở thành một trào lưu mạnh mẽ do nhu cầu
phát triển công nghiệp, thủy điện và phòng chống lũ. Theo thống kê năm 1998
của Uỷ ban đập nước thế giới (World Commission on Dams – WCD), nhân
loại đã xây dựng được 47.655 đập cỡ lớn ở 140 nước trên thế giới. Năm nước
có nhiều đập nhất là Trung Quốc có 22.000 đập, Mỹ 6.575 đập, Ấn Độ 4.291
đập, Nhật Bản 2.675 đập và Tây Ban Nha là 1.196 đập. Theo khu vực đứng
đầu là châu Á với 31.340 đập, tiếp theo là Tây Âu 4.277 đập, Châu Phi 1.299
đập, Đông Âu 1203 đập, Nam Mỹ 979 đập, Bắc và Trung Mỹ 801 đập.
Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nước có nền kinh tế
nơng nghiệp, tài ngun nước có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền
vững của đất nước. Lịch sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn
liền với sự hình thành của hệ thống đêđiều chống lũ hàng ngàn năm với hệ
thống kênh rạch để mở mang vùng đất mới, phát huy mặt lợi của nước, hạn
chế mặt hại để tồn tại và phát triển. Cũng chính nhờ lợi thế đó, một nền văn
minh lúa nước đã hình thành từ nghìn năm ở Đồng bằng sông Hồng và di cư
vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm trước đây.
Tuy vậy, nhưng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống
đầu mối thủy lợi ở nước ta chậm hơn so với các nước phát triển trên thế giới.

Từ khi nước Việt Nam dân chủ cộng hòa ra đời nhất là sau khi hịa bình lập
lại, thủy lợi nước ta mới thật sự trở thành một ngành thuộc kết cấu hạ tầng
kinh tế - xã hội được ưu tiên đầu tư. Đến nay cả nước có khoảng 10.000 hồ
chứa lớn nhỏ trong đó có khoảng 500 hồ chứa có đập lớn đứng hàng thứ 16
trong số các nước có nhiều đập cao trên thế giới. Trong số các đập có chiều
cao nhỏ hơn 60m thì đập vật liệu địa phương chiếm tới hơn 80%, cịn đối với
đập có chiều cao lớn hơn 60m thì đập bê tơng nói chung và đập bê tơng trọng
lực nói riêng lại chiếm một tỷ lệ đáng kể. Đầu mối các cơng trình Bản Chát,
Bản Vẽ, Hủa Na, Trung Sơn, Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Sơn La, Lai
Châu, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Tân Giang, Lịng Sơng, Định Bình, Nước
Trong… có các đập bê tơng trọng lực lớn và đập tràn cao với khối lượng tới
hàng triệu m3, chiều cao đập đến hàng trăm mét.
1.1.2. Một số thông số chính về các cơng trình thủy lợi hiện có
Gắn liền với các hệ thống đầu mối thủy lợi nêu trên là các cơng trình
tháo lũ, làm nhiệm vụ tháo phần nước lũ khơng thể chứa trong hồ, có khi
chúng cịn được đặt ở dưới sâu và đảm nhận việc tháo cạn một phần hay toàn
bộ hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa.
Cơng trình tháo lũ trên các hệ thống đầu mối thủy lợi rất đa dạng. Dưới
đây là bảng thống kê các cơng trình có đập trọng lực và đập tràn cao ở Việt
Nam.
Bảng 1.1: Bảng thống kê một số cơng trình có cột áp cao ở Việt Nam [10]
Tên cơng trình
Hồ Định Bình
Hồ Cửa Đạt
Hồ Nước Trong

Năm
xây

dựng
20032006
20042009
2006-

Loại
đập

Chiều
cao
Hmax

D

50

C

118,5

D

72

Hình thức tràn
Đập tràn+ mũi
phun
Dốc nước +
Tiêu năng đáy
Đập tràn + bể

Qxả
max
(m3/s)

Dung
tích
tồn bộ
(106m3)

Dung
tích
hữu ích
(106m3)

11.594

1.364,8

1070,8


Tên cơng trình

Năm
xây
dựng

Loại
đập

Chiều
cao
Hmax

Hình thức tràn

Qxả
max
(m3/s)

Tràn BT 6 cửa
xả mặt và 12
cửa xả đáy

35.400

Dung
tích
tồn bộ
(106m3)

Dung
tích
hữu ích
(106m3)

9.450

5.600

2010 tiêu năng
Thủy điện Hịa
Bình
Thủy điện Ialy
TĐ Hàm thuận
TĐ Đami

19791994
19932001
19962001
19972001
20032007

TĐ Đại Ninh
TĐ Plei-krong
TĐ AVương
TĐ Quảng Trị
TĐ Tuyên
Quang
TĐ Đồng Nai 3
TĐ Đồng Nai 4

20042008
20042008
20032007
20022007
20052009
20052010

B
B

Sông Ba Hạ

Ghi chú:

54

D
D

72

C

70

C

92,2

D

108

D

128

D

13.733

779

Dốc nước + mũi
phun

80 Tràn bên tự do

B

Sêsan 4

Bản Vẽ

93,5

B

E

20062010
20052009
20052010

69 Tràn có cửa

B

Sêsan 3

Sơn La

128

D

138,1

D

137

A

50

-A: Đập đất

Có cửa/ Dốc
nước + mũi
phun
Đập tràn+ mũi
phun
có cửa + Dốc
nước
Có cửa +Dốc
nước + mũi

phun
Đập tràn + dốc
nước+ mũi phun
có cửa + Mũi
phun
có cửa + Mũi
phun
Đập tràn+ mũi
phun
Đập tràn+ mũi
phun
Tràn mặt + xả
đáy + mũi phun
Đập tràn+ mũi
phun
Đập tràn+ mũi
phun

7.900

343,5

10.400
10.000

1.800
349,7

- B: Đập đá đổ có lõi chống thấm

- C: Đập đá đổ bê tông bản mặt - D: Bê tông đầm lăn
- E: Bê tông thường

9.260

266,5


Hình 1.1: Cơng trình đầu mối Hồ chứa nước Định Bình

Hình 1.2: Đập tràn và Đập dâng hồ chứa nước Cửa Đạt


Hình 1.3: Đập tràn và Đập dâng Cơng trình thủy điện Đồng Nai 4

Hình 1.4: Cơng trình thủy điện Sơn La nhìn từ hạ lưu


1.2. Điều kiện làm việc của đập tràn cao.
Đối với cơng trình tháo nước nói chung cũng như đối với đập tràn cao
nói riêng thì dịng chảy qua đập có lưu lượng và lưu tốc lớn, nó tác động đến
quá trình làm việc của cơng trình tháo nước.
Các dịng chảy cao tốc có những nét đặc thù sau:
- Có mức độ xáo trộn mãnh liệt, mạch động áp lực, lưu tốc... có trị
số lớn, ảnh hưởng trực tiếp tới ổn định và độ bền cơng trình.
- Qn tính của đơn vị thể tích nước rất lớn, trong khi trở lực của độ
nhớt khơng thể hiện rõ ràng.
- Dịng chảy rất nhậy bén với đường biên: Các nhiễu động phát
sinh tại một điểm bất kỳ trong dịng chảy có thể được truyền đi
và gây ảnh hưởng trong một phạm vi rất rộng xi theo chiều dịng

chảy.
Khi xem xét xử lý các hiện tượng thủy lực đặt biệt trên đập tràn có cột
nước cao cần phải xét tới tác dụng của dòng cao tốc tác dụng lên tràn
- Đặc trưng mạch động của tải trọng thủy động gây nên ứng suất
mỏi trong kết cấu.
- Khí thực và xâm thực khí thực trên bề mặt đập tràn.
- Hàm khí và thốt khí làm thay đổi chiều sâu dòng chảy gây chấn
động hoặc nước va trong đường xả kín.
- Sự hình thành và truyền sóng nhiễu trong lịng dẫn khơng áp.
- Khả năng mài mòn thành lòng dẫn khi dòng chảy mang theo nhiều
bùn cát thơ.
1.2.1. Tác dụng của khí thực


Khi dịng chảy có lưu tốc lớn trên đập tràn đi qua các vị trí có gồ ghề
cục bộ, các dịng tia sẽ khơng cịn bám sát thành rắn, tạo nên chân khơng ở
phía sau các mấu này. Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân
giới thì sẽ xuất hiện hàng loạt bong bóng chứa hơi nước, khi đó hình thành
khí hóa. Các bong bóng chứa hơi nước sẽ được dịng chảy cuốn theo đến vùng
có áp suất cao hơn, chúng bị ép mạnh từ mọi phía và bị tiêu hủy. Nếu sự tiêu
hủy này xảy ra dồn dập ở gần bề mặt tràn sẽ tạo ra một xung lực lớn và lập lại
nhiều lần làm cho bê tông mặt tràn bị mỏi, dẫn đến bong rời, khi đó hiện
tượng khí thực hình thành trên bề mặt tràn. Khí thực thường phá hoại bề mặt
tràn trong một phạm vi nhất định gọi là hố xâm thực.
Dưới đây là một vài trường hợp về xâm thực khí thực trên các cơng
trình tháo trên thế giới và Việt Nam trong thời gian gần đây:
- Đập tràn Bratxcaia (Nga):
Nguyên nhân gây xâm thực mặt tràn là các bậc lồi để lại sau khi dỡ cốt
pha và không được bạt đi kịp thời, các khe thi công không được lấp nhét kĩ và
các gồ ghề khác. Trên mặt của một khoang tràn làm việc liên tục 11 ngày đêm

đã hình thành một hố sâu 1,2m, thể tích gần 12m3, ở các khoang khác, các hố
sâu từ 0,2m đến 0,4m.

Hình 1.5: Khí thực trên mặt tràn đập Bratxcaia (Nga) [1]


- Đập tràn Thác Bà:
Đập tràn Thác Bà bắt đầu xây dựng vào năm 1971, mặt tràn dạng
Ophixerop, tràn gồm 3 khoang x 10m có cửa van, khoang giữa có mũi phóng,
hai khoang bên theo sơ đồ tiêu năng đáy, sân tiêu năng dài 28,6m, ở cuối có
bố trí 7 mố tiêu năng, giữa các mố là mũi phun thấp hình nêm. Năm 1990 tràn
xả lưu lượng Q = 1.300m3/s qua 3 khoang khi mực nước hạ lưu ở cao trình
27,65m (sân sau ở cao trình 20m). Nghiên cứu điều kiện làm việc của đập tràn
cho thấy với lưu lượng này thì chiều dài sân khơng đủ để tạo nước chảy ngập
trong bể ứng với mực nước hạ lưu là 27,65m, dòng chảy trên bề mặt vẫn là
dòng chảy xiết, với vận tốc tại đáy bể là 22,8 – 25m/s, do đó tại các mũi phun
sẽ sinh tách dịng tạo chân khơng dẫn đến khí thực. Kết quả là mặt sân tiêu
năng giáp với các mố 5, 6 bị bong tróc bê tơng từ 10 ÷ 20cm, trơ cốt thép
dọc, cốt thép ngang bị đứt, các thành đứng của các mũi phun thấp hầu hết
dưới chân bị bóc rỗ sâu 5 ÷ 10cm (hình 1.1). Đây là hậu quả của xâm thực
khí thực do bề mặt có gồ ghề cục bộ và đường viền của các mũi phun thấp
có cấu tạo chưa hợp lý [1].

Hình 1.6: Xâm thực mũi phun cuối bể ở đập tràn Thác Bà