Nghiên cứu ảnh hưởng của đập dâng văn phong tới dòng chảy lũ ở hạ lưu đập định bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
-----------------------

La thÞ qnh

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẬP DÂNG VĂN
PHONG TỚI DÒNG CHẢY LŨ Ở HẠ LƯU ĐẬP
ĐỊNH BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
-----------------------

La thÞ qnh

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẬP DÂNG VĂN
PHONG TỚI DÒNG CHẢY LŨ Ở HẠ LƯU ĐẬP
ĐỊNH BÌNH

Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy
Mã Số

: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Hồ Việt Hùng

HÀ NỘI, 2010


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
T
2
3

T
2
3

DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................4
T
2
3

T
2
3

DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................5
T
2
3

T
2
3

PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................7
T
2
3

T
2
3

1. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn ...........................................................................7
T
2
3

T
2
3

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

T
2
3

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

T
2
3

4. Bố cục của luận văn ............................................................................................9
T
2
3

T
2
3

CHƯƠNG 1 ..............................................................................................................10
T

2
3

T
2
3

VAI TRÒ CỦA ĐẬP DÂNG TRÀN TRONG VIỆC LẤY NƯỚC VÀ ẢNH
T
2
3

HƯỞNG CỦA NĨ TRONG VIỆC THỐT LŨ ......................................10
T
2
3

1.1. Đập dâng phục vụ lấy nước và đảm bảo thoát lũ ..........................................10
T
2
3

T
2
3

1.1.1. Ưu nhược điểm của hồ chứa ...................................................................10
T
2
3

T
2
3

1.1.2. Ưu nhược điểm của đập dâng .................................................................10
T
2
3

T
2
3

1.1.3. Kết hợp sử dụng hệ thống hồ chứa và đập dâng để khắc phục nhược
T
2
3

điểm của mỗi loại ..............................................................................................11
T
2
3

1.2. Giới thiệu chung về đập tràn ngưỡng kiểu phím piano .................................15
T
2
3

T

2
3

1.2.1. Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu phím Piano: (Piano Keys Weir) .....................15
T
2
3

T
2
3

1.2.2. Đặc điểm làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến tràn Piano ..................17
T
2
3

T
2
3

1.2.3. Điều kiện thi công tràn Piano ..................................................................18
T
2
3

T
2
3

1.2.4. Điều kiện ứng dụng tràn Piano................................................................18
T
2
3

T
2
3

CHƯƠNG 2 ..............................................................................................................19
T
2
3

T
2
3

KIỂM TRA KHẢ NĂNG XẢ CỦA ĐẬP DÂNG VĂN PHONG CĨ TRÀN
T
2
3

NGƯỠNG PHÍM PIANO ..........................................................................19
T
2
3

2.1. Các kết quả nghiên cứu về khả năng tháo của tràn phím đàn PIANO. .........19
T

2
3

T
2
3

2.1.1. Nghiên cứu của nhóm F.Lemperiere .......................................................19
T
2
3

T
2
3

2.1.2. Nghiên cứu của nhóm tác giả Trương Chí Hiền và Huỳnh Hùng [6] .....28
T
2
3

T
2
3

2.2. Xác định khả năng tháo của đập dâng tràn Văn Phong. ................................33
T
2
3

T
2
3

________________________________________________________________________


2

2.2.1. Các phương án thiết kế............................................................................33
T
2
3

T
2
3

2.2.2. Lựa chọn loại phím đàn và xác định kích thước tràn ..............................35
T
2
3

T
2
3

2.2.3. Tính tốn thủy lực ...................................................................................35
T
2

3

T
2
3

CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................40
T
2
3

T
2
3

MƠ HÌNH THUỶ LỰC HỆ THỐNG SƠNG KƠN KHI CHƯA CĨ CƠNG TRÌNH
T
2
3

ĐỊNH BÌNH - VĂN PHONG ....................................................................40
T
2
3

3.1. Cơ sở lý thuyết tính tốn thủy lực dịng chảy hở ...........................................40
T
2
3

T
2
3

3.1.1. Phương trình liên tục ...............................................................................40
T
2
3

T
2
3

3.1.2. Phương trình động lượng ........................................................................41
T
2
3

T
2
3

3.2. Các mơ hình tốn - Thuỷ lực tính tốn hệ thống sơng ..................................44
T
2
3

T
2
3

3.2.1. Một số mơ hình thường ứng dụng ...........................................................44
T
2
3

T
2
3

3.2.2. Mơ hình Hec-Ras ....................................................................................48
T
2
3

T
2
3

3.3. Đặc điểm của hệ thống sông Kôn ..................................................................54
T
2
3

T
2
3

3.3.1. Đặc điểm địa hình khí tượng thuỷ văn hệ thống sơng Kơn - Hà thanh ..54
T

2
3

T
2
3

3.3.2. Đặc điểm lũ trên sông Kôn và kế hoạch chống lũ ..................................57
T
2
3

T
2
3

3.3.3. Tài liệu khí tượng thuỷ văn .....................................................................60
T
2
3

T
2
3

3.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy lực hệ thống sơng Kơn khi chưa có
T
2
3

hồ chứa Định Bình ................................................................................................61
T
2
3

3.4.1. Sơ đồ thủy lực hệ thống sơng. .................................................................61
T
2
3

T
2
3

3.4.2. Biên và nhập lưu .....................................................................................63
T
2
3

T
2
3

3.4.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình trong điều kiện chưa có hồ Định Bình .
T
2
3

.............................................................................................................64

T
2
3

CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................73
T
2
3

T
2
3

TÍNH TỐN LŨ TRÊN HỆ THỐNG SƠNG KƠN KHI CĨ HỒ CHỨA ĐỊNH
T
2
3

BÌNH ..........................................................................................................73
T
2
3

4.1. Nhiệm vụ cấp nước của đập dâng Văn Phong ...............................................73
T
2
3

T
2

3

4.2. Tính tốn truyền lũ trên sơng Kơn khi có hồ Định Bình và chưa có đập dâng
T
2
3

Văn Phong.............................................................................................................75
T
2
3

4.2.1. Các điều kiện biên của mơ hình ..............................................................75
T
2
3

T
2
3

________________________________________________________________________


3

4.2.2. Kết quả tính tốn ứng với tần suất thiết kế P=0,5% ...............................76
T
2
3

T
2
3

4.2.3. Kết quả tính tốn ứng với tần suất thiết kế P=10% ................................77
T
2
3

T
2
3

4.3. Ảnh hưởng của đập dâng Văn Phong đến khu vực Định Bình - Văn
T
2
3

Phong

.............................................................................................................79

T
2
3

4.3.1. Kết quả tính tốn ứng với tần suất thiết kế P=0,5% ...............................80
T
2

3

T
2
3

4.3.2. Kết quả tính tốn ứng với tần suất thiết kế P=10% ................................82
T
2
3

T
2
3

CHƯƠNG 5 ..............................................................................................................89
T
2
3

T
2
3

KẾT LUẬN ...............................................................................................................89
T
2
3

T

2
3

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................91
T
2
3

T
2
3

________________________________________________________________________


4

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thơng số chính của các phương án ..........................................................34
T
2
3

T
2
3

Bảng 2.2. Tóm tắt cơng thức tính tốn khả năng tháo của đập Ofixerop và đập phím
T
2

3

đàn ..............................................................................................................36
T
2
3

Bảng 2.3. Quan hệ lưu lượng và mức nước ở hạ lưu tuyến đập ...............................38
T
2
3

T
2
3

Bảng 2.4. Tràn phím đàn kết hợp với tràn có cửa gồm 10 khoang, mỗi khoang 15m
T
2
3

T
2
3

....................................................................................................................39
Bảng 3.1. Phân phối dịng chảy trong năm trung bình nhiều năm trạm Bình Tường T
2
3

s. Kơn .........................................................................................................56
T
2
3

Bảng 3.2. Lưu lượng đỉnh năm tại trạm Cây Muồng (m3/s) .....................................58
T
2
3

P

P

T
2
3

Bảng 3.3. Lưu lượng thực đo tại trạm Cây Muồng. ..................................................59
T
2
3

T
2
3

Bảng 3.4 - Thống kê mực nước điều tra và tính tốn tại một số vị trí trên hệ thống
T
2

3

sơng Kơn - Hà thanh năm 1999 .................................................................69
T
2
3

Bảng 4.1. So sánh mực nước trên sông Kôn ứng với tần suất P=0,5% ....................83
T
2
3

T
2
3

Bảng 4.2. So sánh mực nước trên sông Kôn đoạn thượng lưu đập dâng Văn Phong
T
2
3

ứng với tần suất P=10% .............................................................................84
T
2
3

Bảng 4.3. So sánh mực nước trên sông vùng hạ lưu đập dâng Văn Phong ứng với
T
2
3

tần suất P=10% ..........................................................................................85
T
2
3

________________________________________________________________________


5

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đập tràn phím Piano Ghrib ở Algeria .......................................................16
T
2
3

T
2
3

Hình 1.2. Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp ........................................................16
T
2
3

T
2
3

Hình 1.3. Thí nghiệm dịng chảy qua tràn phím đàn.................................................17
T
2
3

T
2
3

Hình 1.4 Thi cơng tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt dưới console hạ lưu ..................18
T
2
3

T
2
3

Hình 2.1. Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-A (L=W+8H; N=L/W=6) ..........................20
T
2
3

T
2
3

Hình 2.2. Mặt bằng, cắt ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6) .........................20
T
2

3

T
2
3

Hình 2.3. Các đặc trưng hình học của một đơn vị tràn phím đàn .............................21
T
2
3

T
2
3

Hình 2.4. Mặt bằng mợt phân đoạn tràn phím đàn ...................................................21
T
2
3

T
2
3

Hình 2.5. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ W/H ...........................................23
T
2
3

T

2
3

Hình 2.6. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ L/W ...........................................23
T
2
3

T
2
3

Hình 2.7. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ b/a ..............................................24
T
2
3

T
2
3

Hình 2.8. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ d/c ..............................................25
T
2
3

T
2
3

Hình 2.9. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vàohình dạng cửa vào dưới cơng xơn ...........25
T
2
3

T
2
3

Hình 2.10. Vận hành của PKW với sự tắc nghẽn của vật nổi ...................................26
T
2
3

T
2
3

Hình 2.11. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào sự có mặt của vật nổi ...........................26
T
2
3

T
2
3

Hình 2.12. Các dạng mặt cắt thay thế .......................................................................27
T
2

3

T
2
3

Hình 2.13. Mô hình thí nghiệm mặt cắt tràn loại PKB , ô ra có dạng bậc thang áp
T
2
3

dụng tại Thủy điện Dăk my2 - Quảng Nam...............................................27
T
2
3

Hình 2.14. Tràn PK-A ...............................................................................................28
T
2
3

T
2
3

Hình 2.15. Mặt bằng tràn PK-B ................................................................................28
T
2
3

T
2
3

Hình 2.16. Tràn PK-C ...............................................................................................29
T
2
3

T
2
3

Hình 2.17. Q=f(H) .....................................................................................................31
T
2
3

T
2
3

Hình 2.18. q=f(H) ......................................................................................................31
T
2
3

T
2
3

Hình 2.19. Hệ sớ ngập σn của tràn PK-A .................................................................32
T
2
3

T
2
3

Hình 2.20. Hệ sớ ngập σ n của tràn PK-B ..................................................................32
T
2
3

R

R

T
2
3

Hình 2.21. Hệ sớ ngập σ n của tràn PK-C ..................................................................32
T
2
3

R

R

T
2
3

Hình 2.22. Quan hệ (Q~Z TL ) phương án tính tốn ...................................................39
T
2
3

R

R

T
2
3

Hình 3.1. Bản đồ lưu vực sơng Kơn - Hà Thanh ......................................................54
T
2
3

T
2
3

Hình 3.2. Sơ đồ tính tốn thuỷ lực hệ thống sơng Kơn - Hà Thanh .........................62
T

2
3

T
2
3

________________________________________________________________________


6

Hình 3.3. Đường quá trình mực nước và lưu lượng tại trạm Thạch Hịa (Tân An) từ
T
2
3

30/11/1999 đến 08/12/1999. ......................................................................66
T
2
3

Hình 3.3a. Đường quá trình mực nước và lưu lượng tại trạm Bình Tường (Cây
T
2
3

Muồng) từ 30/11/1999 đến 08/12/1999. ....................................................66
T
2

3

Hình 3.4. Đường quá trình mực nước và lưu lượng tại trạm Diêu Trì trên sơng Hà
T
2
3

Thanh từ 30/11/1999 đến 8/12/1999. .........................................................67
T
2
3

Hình 3.5. So sánh mực nước đỉnh lũ trên sông Kôn và Gị Chàm với vết lũ điều tra
T
2
3

năm 1999. ...................................................................................................67
T
2
3

Hình 3.6 So sánh mực nước đỉnh lũ trên sông Kôn và Đập Đá với vết lũ điều tra
T
2
3

năm 1999. ...................................................................................................68
T
2

3

Hình 3.7. So sánh mực nước đỉnh lũ trên sông Kôn và sơng Sây với vết lũ điều tra
T
2
3

năm 1999. ...................................................................................................68
T
2
3

Hình 3.8. Quá trình mực nước và Lưu lượng tại trạm Thạch Hồ (Tân An) từ
T
2
3

12/11/2000-16/11/2000 ..............................................................................71
T
2
3

Hình 3.8a. Q trình mực nước và Lưu lượng tại trạm Bình Tường(Cây Muồng) từ
T
2
3

12/11/2000-16/11/2000 ..............................................................................71
T
2

3

Hình 3.9. Mực nước trên sơng Cơn và sơng Sây trong trận lũ năm 2000 vào lúc
T
2
3

1h00 ngày 15/11.........................................................................................72
T
2
3

Hình 4.1. Mô tả đường mực nước và đường lưu lượng tại mặt cắt 1.22 sơng Cơn ..76
T
2
3

T
2
3

Hình 4.2. Đường mực nước trên sông Kôn và sông Sây với tần suất 0.5% .............77
T
2
3

T
2
3

Hình 4.3: Mơ tả đường MNTL và đường lưu lượng tại mặt cắt 1.22 sơng Cơn .......78
T
2
3

T
2
3

Hình 4.4 Đường q trình mực nước và lưu lượng tại trạm Thạch Hồ (Tân An) khi
T
2
3

có hồ Định Bình với lũ chính vụ tần suất 10%. ........................................78
T
2
3

Hình 4.5. Đường mực nước trên sơng Kơn và sơng Sây với tần suất 10% ..............79
T
2
3

T
2
3

Hình 4.6: Mô tả đường MNTL, MNHL và đường lưu lượng tại đập Văn Phong ....80
T

2
3

T
2
3

Hình 4.7. Đường mực nước trên sơng Kơn và sơng Sây với tần suất 0.5% .............81
T
2
3

T
2
3

Hình 4.8: Mô tả đường mực nước, đường lưu lượng tại ngay trước đập Văn Phong
T
2
3

....................................................................................................................81
Hình 4.9 Đường quá trình mực nước và lưu lượng tại trạm Thạch Hồ (Tân An) khi
T
2
3

có hệ thống Định Bình- Văn Phong với lũ tần suất 10%. .........................82
T
2

3

Hình 4.10. Đường mực nước trên sơng Kơn và sông Sây với tần suất 10% ............82
T
2
3

T
2
3

________________________________________________________________________

T
2
3


7

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Từ xa xưa, con người đã biết dùng vật liệu tại chỗ như đất đá, cành cây, gỗ để
chặn dòng chảy trên các sông suối để nâng cao mực nước, lấy nước vào các kênh
đất tự nhiên và nhân tạo để phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Đập dâng là loại hình
cơng trình thuỷ lợi thứ 2 được nhân loại phát minh sau kênh mương. Ngày nay, với
sự phát triển như vũ bão của khoa học-kỹ thuật, các cơng trình thuỷ lợi cũng được
chú trọng và có bước đột phá lớn về hình thức, vật liệu và thời gian thi công. Trên
thế giới hàng loạt đập được xây dựng để phục vụ tưới và phát điện. Ví dụ như: Đập
Tumwater Canyon (Mỹ), đập Irwell Ramsbottom, Bury ở Anh, đập Mildura xây

dựng trên sông Murray ở Mỹ...
Trên thế giới, vấn đề xây dựng đập dâng được quan tâm từ rất sớm ở Hy lạp
La Mã cổ đại, Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ...Các nghiên cứu đi sâu vào các khía cạnh
về phương pháp tính tốn thấm, ứng suất, ổn định trong thiết kế, vật liệu, hình thức ,
mặt cắt, hình thức tiêu năng, xử lý nền, phương pháp thi công…
Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng và phát triển toàn diện lý thuyết cũng
như thực nghiệm, tổng kết thành tiêu chuẩn thiết kế đập dâng tràn. Tuy nhiên với 1
địa hình, địa chất cụ thể của 1 lưu vực muốn tăng khả năng tháo của tràn để tránh
gây ngập lụt của phía thượng lưu đập dâng tràn là vấn đề đang được quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng.
Trong kế hoạch sử dụng bền vững tài nguyên nước, việc xây dựng các cơng
trình đầu mối nhằm sử dụng tổng hợp nguồn nước và phịng chống thiên tai đóng
một vai trị rất quan trọng. Bên cạnh đó việc xây dựng các đập dâng tràn phía hạ lưu
của hồ chứa để nâng cao đầu nước cung cấp nước cho các khu tưới cao phía hạ lưu
cũng là một nhu cầu cần thiết.
Nghiên cứu ảnh hưởng của đập dâng Văn Phong đến dòng chảy lũ ở hạ
lưu đập Định Bình là mục tiêu của luận văn và từ kết quả nghiên cứu đó đề xuất
phương án quy hoạch phòng tránh lũ cho nhân dân vùng hạ lưu đập Định Bình. Từ
đây sẽ có hướng khắc phục tồn tại và nâng cao hiệu quả của công trình.

________________________________________________________________________


8

Hiện nay có nhiều cơng cụ tính tốn khoa học và tiên tiến nhằm nghiên cứu
hoặc đánh giá ảnh hưởng của đập dâng tràn đến dịng chảy lũ phía hạ lưu hồ chứa,
nhất là việc ứng dụng các mơ hình tốn - thuỷ lực đã đóng góp nhiều kết quả tin cậy
cho việc thiết kế, xây dựng các cơng trình phòng chống lũ và dự báo lũ nhằm giảm
nhẹ thiên tai do lũ lụt gây ra.

Nhằm phần nào đáp ứng vai trò to lớn trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của
đập dâng Văn Phong đến dòng chảy lũ ở hạ lưu đập Định Bình” sẽ góp phần củng
cố và hồn thiện một phương pháp tính tốn thuỷ lực hệ thống sông để giải quyết
những vấn đề thực tế cấp bách. Vì vậy đề tài khơng những có ý nghĩa thực tiễn đối
với vùng hạ du sơng Kơn tỉnh Bình Định mà cịn có giá trị ứng dụng cho các nghiên
cứu phòng chống lũ của các hồ chứa khác ở nước ta.

2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu các giải pháp cơng trình nhằm mục đích sử dụng kết hợp giữa hồ
chứa và đập dâng tràn để từ đó có cơ sở áp dụng mơ hình này cho những vùng có
điạ hình tương tự từ đó sử dụng tổng hợp được nguồn nước do hồ chứa điều tiết mà
không gây ngập lụt phía thượng lưu dập dâng tràn.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của các mơ hình tốn - thuỷ lực phục vụ tính tốn
dịng chảy hở.
Ứng dụng mơ hình tốn - thuỷ lực tính dịng chảy lũ cho hệ thống sơng Kơn Hà Thanh khi có hồ chứa Định Bình và khi kết hợp đập dâng Văn Phong và hồ
Định Bình.

3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Khảo sát thực địa, đo đạc, thu thập các tài
liệu về mạng lưới sơng ngịi, hệ thống thủy lợi, các cơng trình đầu mối… trong khu
vực nghiên cứu.
Phương pháp thống kê: Phân tích các tài liệu khí tượng, thủy văn, hải văn,
điều kiện tự nhiên, địa hình, dân sinh, kinh tế… trong khu vực nghiên cứu.
Phương pháp ứng dụng mô hình tốn trong nghiên cứu và tính tốn.

________________________________________________________________________


9

Phương pháp chuyên gia: Tranh thủ sự góp ý của các nhà khoa học có trình độ
chun mơn cao và nhiều kinh nghiệm thực tế trong quá trình thực hiện đề tài.
Phương pháp kế thừa: Áp dụng có chọn lọc các nghiên cứu và sản phẩm khoa
học công nghệ hiện có trên thế giới và trong nước.

4. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn gồm các phần sau:
Phần mở đầu
Chương 1:

Vai trò của đập dâng tràn trong việc lấy nước và ảnh hưởng của nó
trong việc thốt lũ.

Chương 2:

Kiểm tra khả năng xả của đập dâng Văn Phong có tràn ngưỡng
phím Piano

Chương 3:

Tính tốn thủy lực hệ thống sơng Kơn khi chưa có cơng trình Định
Bình-Văn Phong

Chương 4:

Tính tốn lũ trên hệ thống sơng Kơn khi có đập dâng Văn Phong.

Kết luận kiến nghị.

________________________________________________________________________

10

CHƯƠNG 1
VAI TRÒ CỦA ĐẬP DÂNG TRÀN TRONG VIỆC LẤY NƯỚC VÀ
ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ TRONG VIỆC THỐT LŨ
1.1. Đập dâng phục vụ lấy nước và đảm bảo thoát lũ
1.1.1. Ưu nhược điểm của hồ chứa
Các hoạt động dân sinh kinh tế của của con người có những địi hỏi khác nhau
về nước, gọi chung là yêu cầu về nước. Ở Việt Nam chia làm 2 mùa rõ rệt, mùa
mưa và mùa khơ. Về mùa mưa thì lượng nước thừa nhiều, gây ngập úng, có khi gây
lũ lụt đe dọa đến tài sản và tính mạng của nhân dân. Về mùa khơ lại hạn hán, khơng
có đủ nước cung cấp cho nhân dân sinh hoạt và những hoạt động khác. Các trạng
thái tự nhiên của dịng chảy sơng ngịi khơng đáp ứng được các yêu cầu về nước, và
con người đã tìm ra các biện pháp làm thay đổi trạng thái tự nhiên của nó cho phù
hợp với yêu cầu mà họ cần có. Một trong những biện pháp đó là tạo ra các hồ chứa
nhằm khống chế sự thay đổi tự nhiên của dòng chảy. Hồ chứa là biện pháp quan
trọng nhất trong hệ thống các cơng trình điều tiết, nó có khả năng làm thay đổi sâu
sắc về nguồn nước theo thời gian và không gian. Như vậy, một hồ chứa được mô tả
như một hệ thống mà sự trao đổi nước của nó với các hệ thống khác trong mối quan
hệ giữa lượng nước vào, lượng nước ra và dung tích chứa. Vậy hồ chứa ra đời đã
cải thiện tồn bộ dân sinh kinh tế, tích nước mùa lũ để dành đến mùa kiệt xả ra cung
cấp cho nhân dân, tránh được lũ cho nhân dân, và hoạt động theo sự vận hành của
con người. Tuy nhiên với những vùng cao phía hạ lưu hồ chứa, dưới sự điều tiết của
hồ chứa vẫn không thể tự lấy nước để dùng cho dân sinh. Nên phải dùng những
biện pháp lấy nước như dùng bơm nước áp lực cao, đập dâng tràn, rồi dùng hệ
thống kênh mương dẫn nước...
1.1.2. Ưu nhược điểm của đập dâng
Đập dâng tràn là 1 hạng mục trong hệ thống đầu mối cơng trình, chắn ngang

sơng vừa có tác dụng chắn nước vừa cho nước tràn qua để khai thác dòng chảy tự
nhiên (lưu lượng cơ bản) và khơng có tác dụng điều tiết.
Đập dâng tràn được xây dựng khi:

________________________________________________________________________


11

- Có nhu cầu nâng cao mực nước
- Lưu lượng nước dùng nhỏ hơn lưu lượng nước đến tự nhiên hàng tháng
- Khi địa hình khơng cho phép xây dựng hồ chứa do không tạo được bụng hồ
Đập dâng tràn là biện pháp cơng trình để nâng cao mực nước trong sông suối
phục vụ tưới tự chảy cho khu vực nhỏ lân cận mà vốn đầu tư không cao, xây dựng
không phức tạp như biện pháp hồ đập.
Hầu hết quy mơ các cơng trình đập dâng được nghiên cứu lựa chọn sao cho
thoả mãn các điều kiện về việc sử dụng tổng hợp nguồn nước như sau:
- Xả lũ được thuận lợi, hạn chế đến mức thấp nhất các ảnh hưởng xấu đến chế
độ thủy lực của dòng chảy ở hạ lưu.
- Nâng cao vừa đủ đầu nước trước đập để có thể dẫn nước vào kênh đảm bảo
tưới tự chảy cho phần lớn diện tích đất canh tác của khu tưới.
- Diện tích ngập lụt ít nhất.
- Thi cơng thuận lợi, quản lý vận hành dễ dàng.
- Có khối lượng xây dựng và giá thành hợp lý.
- Phù hợp với cảnh quan môi trường.
Trong thời gian gần đây, yêu cầu về hạn chế ngập lụt ở thượng lưu của các đập
dâng trở nên cấp thiết do yêu cầu canh tác của người dân, qui mơ của các cơng trình
đê bao… Bên cạnh đó, việc xây dựng một đập dâng qua các con sơng lớn cịn cần
phù hợp với cảnh quan, thân thiện với môi trường và quản lý vận hành dễ dàng
cũng là những yêu cầu quan trọng cho người thiết kế.

1.1.3. Kết hợp sử dụng hệ thống hồ chứa và đập dâng để khắc phục nhược
điểm của mỗi loại
Sau khi có hồ chứa Định Bình cùng với sự điều tiết của hồ, thì khu vực Hà
Thanh, Văn Phong… là những khu nơng nghiệp chính của vùng này lại khơng thể
tưới tự chảy, vì vậy u cầu đặt ra là phải chặn dòng để dâng đầu nước đảm bảo cho
khu này có thể tưới tự chảy. Nhưng đồng thời với việc dâng đầu nước thì đập dâng
này khơng được làm ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ của hồ Định Bình khi có lũ
về. Vì vậy cần nghiên cứu 1 loại đập dâng tràn có khả năng tăng mực nước nhưng

________________________________________________________________________


12

cũng có đường tràn thật lớn đảm bảo thốt kịp nước khi lũ về.Để giải quyết được
bài toán đa mục tiêu đó, vấn đề quan trong nhất là đảm bảo được khả năng thốt lũ
của tràn, tơn trọng trạng thái tự nhiên của lịng sơng tại vị trí đập dâng, hạn chế tối
đa các ảnh hưởng xấu đến dòng chảy trong mùa mưa lũ.
Các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống thủy lợi bằng việc nâng cao
mực nước kết hợp mở rộng khả năng tháo là vấn đề đang được nghiên cứu nhiều
trên thế giới và trong nước.
Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng và phát triển toàn diện lý thuyết cũng
như thực nghiệm, tổng kết thành tiêu chuẩn thiết kế đập dâng. Tuy nhiên, sự phát
triển của khoa học kỹ thuật dẫn đến sự thay thế các tiêu chuẩn cũ bằng tiêu chuẩn
mới cao hơn hay trước sự biến đổi khí hậu tồn cầu làm lũ đến vượt thiết kế do đó
cần tiếp tục nghiên cứu và thiết kế các dạng dập dâng tràn có khả năng tháo nước
cao.
Một số giải pháp đã được ứng dụng là:
Mở rộng khẩu diện tràn: Nhằm tăng khả năng tháo mà không tăng tỷ lưu, giải
pháp này khắc phục được nhược điểm của tăng cột nước tràn, không ảnh hưởng đến

kết cấu các bộ phận sau ngưỡng tràn. Tuy nhiên cần căn cứ vào điều kiện địa chất,
địa hình tuyến tràn có cho phép mở rộng hay khơng.
Thay tràn khơng có cửa van bằng tràn có cửa van: Khi cần tăng khả năng an
toàn về tháo trong điều kiện địa hình hẹp, địa chất tốt có thể hạ thấp cao trình
ngưỡng tràn và lắp thêm cửa van. Giải pháp này có ưu điểm là khả năng tháo lớn,
tính chủ động cao, không làm tăng ngập lụt, khả năng vượt tải lớn, khả năng đảm
bảo an toàn cao. Đây là giải pháp tổng hợp tăng khả năng tháo do nhiều yêu cầu và
lý do khác nhau. Tuy vậy, giải pháp có nhược điểm là hình thức kết cấu phức tạp
hơn, kỹ thuật thi cơng khó hơn, vận hành sử dụng địi hỏi tính khoa học hơn, tính
chính xác cao hơn, chi phí đầu tư, chi phí quản lý cao, có khả năng xảy ra sự cố kẹt
van.
Làm tràn sự cố: Tràn sự cố đã được nghiên cứu và xây dựng ở Việt Nam để
tăng khả năng tháo nước, tăng dung tích hữu ích ở các hồ chứa và nâng cao mực

________________________________________________________________________


13

nước ở các đập dâng mà không ảnh hưởng đến khả năng tháo. Mỗi loại đã bước đầu
đưa ra nguyên lý hoạt động, hình thức kết cấu, ưu nhược điểm và điều kiện sử dụng.
Đó là các loại sau: Tràn sự cố kiểu tràn tự do, kiểu nổ mìn gây vỡ, kiểu tự vỡ, kiểu
có cửa van. Ở Trung Quốc, sau lũ tháng 8 năm 1975, người ta đã đưa ra khái niệm
lũ bảo vệ đập, và thiết kế, xây dựng bổ sung tràn sự cố cho các hồ chứa đã có hoặc
trong xây dựng mới. Hình thức, loại tràn sự cố hay dùng ở Trung Quốc là tràn tự
do, tràn sự cố kiểu đập đất tự vỡ, tràn sự cố kiểu nổ mìn gây vỡ. Nói chung, tràn sự
cố đều dùng hình thức kết cấu đơn giản, chiều cao từ 2-5 mét và với chiều dài lớn
để giảm vận tốc và lưu lượng đơn vị và vấn đề tiêu năng không nặng nề. Cùng với
việc nghiên cứu về tràn chính, người ta cịn nghiên cứu kết hợp tràn sự cố tháo kết
hợp với tràn chính để giảm giá thành cơng trình tràn xã lũ. Ở tỉnh Liêu Ninh (Trung

Quốc) làm tràn sự cố kiểu nước tràn qua đỉnh đập gây vỡ, kết hợp tràn chính xả lũ
đã giảm 40%-60% chi phí cơng trình xả lũ. Ở Australia so sánh 5 đập có dùng tràn
sự cố (kết hợp với tràn chính) cho thấy vốn đầu tư giảm 20%-30% so với chỉ dùng
tràn chính.
Tuy nhiên, giải pháp tràn sự cố chỉ phù hợp với những hồ chứa lớn hay với
những đập dâng lớn, cịn với những đập dâng tràn quy mơ nhỏ xây dựng trên sông,
suối khi áp dụng cần cân nhắc đến hiệu ích kinh tế.
Thay đổi hình thức ngưỡng tràn tăng khả năng tháo: Ở Mỹ, Mexico, Pháp,
Australia, Bồ Đào Nha, Algeria người ta đã có những nghiên cứu lý thuyết và mơ
hình thủy lực về hình thức kết cấu, khả năng tháo của tràn zích zắc và đã áp dụng
xây dựng các loại: Phím đàn Piano, mỏ vịt, ngưỡng xiên…để tăng chiều dài ngưỡng
tràn lên nhiều lần (mặc dù chiều rộng đường tràn thẳng khơng đổi).
Tràn zích zắc đầu tiên được xây dựng ở Australia vào năm 1941, có lưu lượng
xả lớn nhất Q=1020m3/s, cột nước tràn H=1,36m, chiều cao ngưỡng tràn P=2,13m,
số nhịp n=11. Những nghiên cứu sâu về lý thuyết và mơ hình có từ cuối những năm
60, đầu những năm 70 của thế kỷ XX. Tràn zích zắc lớn nhất hiện nay là đập Ute
trên sơng Canadian ở New Mexico có lưu lượng xả lớn nhất Q=15.700m3/s, cột

________________________________________________________________________


14

nước tràn H=1,36m, chiều cao ngưỡng tràn P=9,14m; n=11 chu kỳ zích zắc, tổng
chiều dài đỉnh là W=1024m trên đường tràn rộng 256m.
Trong những năm gần đây, tình hình diễn biến khí hậu trên thế giới nói chung
và ở Việt Nam nói riêng đều rất phức tạp và có xu hướng ngày càng bất lợi. Mùa
mưa thì lượng mưa tập trung lớn, cường suất mưa cao, lớp thảm phủ thực vật ngày
càng bị suy kiệt dẫn đến lũ tập trung nhanh, mùa khơ thì nắng hạn gay gắt lượng
dịng chảy kiệt ngày càng ít, nhiều sơng suối về cuối mùa khơ khơng thể tạo ra dịng

chảy mặt. Mặt khác nhu cầu dùng nước ngày càng tăng, nhu cầu dùng nước thay đổi
làm quá tải năng lực thiết kế của đập dâng và hồ chứa đã xây dựng.
Hiện nay ở nước ta những đập tự tràn lịng sơng thường có dạng đập tràn thực
dụng Creager hoặc Creager-Ophixerop.Để tăng khả năng thoát lũ cho đập tràn
người ta thường dùng cửa van để hạ thấp cao trình ngưỡng tràn (tăng chiều cao lớp
nước tràn) để chủ động điều tiết lưu lượng. Tuy nhiên với những cơng trình đập
dâng lớn, việc bố trí nhiều khoang tràn có cửa sẽ gây khó khăn cho việc vận hành, ít
an tồn (do kẹt cửa van), và giá trị xây lắp lớn.
Trong bài toán xác định khả năng tháo của tràn tự do khi đã khống chế mực
nước thượng lưu thì yếu tố quan trọng nhất là chiều rộng tràn. Tuy nhiên, khơng
phải cơng trình nào cũng đáp ứng được điều đó, một số cơng trình mặt bằng tràn do
các u cầu về địa hình, giao thơng, dân cư… khơng thể mở rộng. Do đó gần đây
một số cơng trình đang được thiết kế đã đặt vấn đề nghiên cứu tăng cường khả năng
thoát lũ bằng việc áp dụng hình thức đường tràn ziczắc như tràn Labyrinth, tràn
ngưỡng phím Piano.
Hình thức tràn có ngưỡng kiểu phím đàn Piano trong cơng trình đập dâng là một
ứng dụng rất mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Cơng trình đập dâng Văn Phong tỉnh Bình
Định đang được Tổng cơng ty ty vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP (HEC1)
thiết kế là cơng trình đầu tiên áp dụng hình thức này nhằm giải quyết triệt để bài toán
ngập lụt thượng lưu hồ. Tuy nhiên khả năng tháo của tràn Piano sẽ bị ảnh hưởng rất
lớn bởi mực nước hạ lưu, đặc biệt trong điều kiện chảy ngập.

________________________________________________________________________


15

Hằng năm, ở nước ta vẫn xảy ra những trận lũ lụt ngồi tầm kiểm sốt của con
người và bên cạnh đó vẫn tồn tại những vùng thiếu nước cho sản xuất và sinh
hoạt… Việc này ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống nhân dân và sự phát triển kinh

tế, xã hội. Làm thế nào để dung hòa hai yếu tố này, đó là vấn đề lớn của ngành thủy
lợi với việc xây dựng các hồ chứa và đập dâng. Hệ thống thuỷ lợi Định Bình - Văn
Phong là một hệ thống điển hình, kết hợp giữa phịng lũ và các nhiệm vụ cấp nước
tưới cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phát triển du lịch, cải tạo môi trường,
nuôi trồng thủy hải sản, phát triển giao thông… Để đảm bảo đập dâng Văn Phong
không gây ngập lụt khi hồ Định Bình xả lũ, đập dâng này đã được thiết kế theo
dạng tràn có ngưỡng phím piano. Tuy nhiên, hình thức tràn có ngưỡng kiểu phím
đàn Piano trong cơng trình đập dâng Văn Phong là một ứng dụng rất mới ở Việt Nam
nhằm giải quyết triệt để vấn đề ngập lụt thuợng lưu hồ. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh
hưởng của đập dâng Văn Phong tới mục tiêu phòng chống lũ của hồ Định Bình
khơng chỉ có ý nghĩa rất quan trọng với vùng hạ lưu đập Định bình mà cịn tới tồn
bộ hạ du sơng Kơn tỉnh Bình Định. Nghiên cứu này cịn có giá trị trong việc ứng
dụng mơ hình thuỷ lợi hồ chứa - đập dâng cho các khu vực có địa hình tương tự.
Tóm lại, việc tăng khả năng thoát lũ, giảm tối đa ngập lụt thượng lưu với cơng trình
đập dâng là một vấn đề bức xúc hiện nay. Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của
đập dâng văn phong đến khả năng thoát lũ của hồ chứa Định Bình là định hướng nội
dung của luận văn này.

1.2. Giới thiệu chung về đập tràn ngưỡng kiểu phím piano
1.2.1. Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu phím Piano: (Piano Keys Weir)
Nhóm nghiên cứu của ông F. Lempérière (Hydrocoop- France) tìm ra kiểu đập
tràn phím đàn này với kiểu thiết kế đầu tiên

được thử nghiệm vào năm

1999 ở

phòng thí nghiệm L .N.H.E của Điện lực Pháp và và o năm 2002 ở trường đại học
Roorke của Ấn Độ cùng với trường đại học Biskra của Algeria.
Từ năm 2000, nhiều nghiên cứu và thí nghiệm mơ hình về tràn theo kiểu

labyrinth có thể bố trí được trên đập trọng lực thông thường đã được thực hiện ở
Pháp, Algeri, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam và Thụy Sỹ. Một số kiểu đã được cố

________________________________________________________________________


16

gắng tối ưu về phương diện thủy lực cũng như về phương diện kết cấu và thi công.
Hơn 100 kiểu dạng tràn đã được nghiên cứu và thí nghiệm, nhiều giải pháp có tính
khả thi. Các kiểu thuận lợi nhất đã được xây dựng dựa trên hai nguyên lý sau:
- Các tường có dạng chữ nhật trên mặt bằng, tương tự như các phím đàn
piano; cũng vì vậy kiểu tràn này được đặt tên là tràn phím đàn piano, gọi tắt là tràn
phím đàn, từ tiếng Anh là Piano Keys Weirs, viết tắt là P.K. Weirs.
- Các tường theo phương thẳng góc với dịng chảy đều được bố trí theo mặt
dốc (nghiêng). Bố trí này tạo nên thuận lợi về phương diện thủy lực, nhất là trong
trường hợp lưu lượng xả lớn, đồng thời lại giảm được chiều rộng đáy của kết cấu do
vậy có thể bố trí tràn phím đàn trên các đập tràn hay đập trọng lực thông thường.

Hình 1.1. Đập tràn phím Piano Ghrib ở Algeria

Hình 1.2. Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp

________________________________________________________________________


17

1.2.2. Đặc điểm làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến tràn Piano
Đặc điểm làm việc:

Kiểu dòng chảy trên tràn phím đàn là hồn tồn khác với kiểu dịng chảy trên
đập tràn Labyrinth. Nó được đặc trưng bởi hai lớp nước tràn:
- Lớp thứ nhất dưới dạng tia đáy chảy theo mặt đáy nghiêng của ơ thốt.
- Lớp thứ hai là dưới dạng dòng chảy qua tràn thành mỏng, chiều dày lớp nước
tràn tùy thuộc vào chiều cao cột nước trên tràn. Lớp này chảy trên mặt rất thuận lợi
cho việc đưa khơng khí vào dưới lớp nước tràn do sự có mặt của cơng xơn hạ lưu.
- Sự giao thoa của dịng chảy tại các góc ngưỡng tràn cũng làm ảnh hưởng đến
khả năng tháo của tràn phím đàn.

Hình 1.3. Thí nghiệm dịng chảy qua tràn phím đàn

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn phím đàn piano:
Ngưỡng tràn được xây dựng trên hai nguyên lý: Các tường có dạng chữ nhật
trên mặt bằng, tương tự như các phím đàn piano; các tường theo phương thẳng góc
với dịng chảy đều được bố trí theo mặt dốc (nghiêng). Bố trí này tạo nên thuận lợi
về phương diện thủy lực, nhất là trong trường hợp lưu lượng xả lớn, đồng thời lại
giảm được chiều rộng đáy của kết cấu.
Do đặc điểm cấu tạo như vậy nên khả năng tháo của tràn phím đàn chủ yếu
phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều dài, độ sâu, chiều rộng và hình dáng của các phím và
đặc biệt là sự phụ thuộc vào tỷ số N bằng tổng chiều dài tường tràn chia chiều rộng

________________________________________________________________________


18

tràn chính diện. Bên cạnh đó còn có ảnh hưởng của tác động va đập của dòng nước
khi chảy qua tràn ; hình dạng của ngưỡng cũng cũng làm cho phân bố lưu tốc và lưu
lượng đơn vị trên ngưỡng tràn khơng đờng đều.
1.2.3. Điều kiện thi cơng tràn Piano

Có thể xây dựng tràn phím đàn bằng bê tơng cốt thép đúc sẵn hoặc đổ tại chỗ.
Trong trường hợp tường thấp, có thể chọn chiều dầy tường từ yêu cầu sử dụng cốt
thép. Trường hợp H < 2 m, có thể sử dụng tường thép có các đai tăng cứng. Chi phí
xây dựng theo một mét chiều rộng tràn thường tỉ lệ với H.
Khơng nên bố trí kết cấu gia cường hay các thanh giằng tại các tường ở ô vào
và ơ ra vì chúng có thể làm các vật nổi mắc lại.
Có thể đưa khí vào bên dưới
phần console hạ lưu để tránh bị rung
động bằng các ống dẫn khí giản đơn.
Do xảy ra cuốn khí mạnh nên
dịng chảy ra khỏi tràn phím đàn được
tiêu năng nhiều hơn và xói ở hạ lưu
giảm đáng kể, nhất là với các lưu
lượng xả từ trung bình trở xuống.
Hình 1.4 Thi cơng tràn phím đàn- ống dẫn
khí đặt dưới console hạ lưu

1.2.4. Điều kiện ứng dụng tràn Piano
Trong trường hợp xây mới, tràn phím đàn có thể giảm được ba lần chiều dài
tràn hoặc giảm được hai lần chiều cao cột nước tràn so với tràn mặt cắt Creager.
Có thể áp dụng tràn phím đàn ở các tràn mặt chảy tự do đã xây dựng để tăng
độ an toàn hoặc tăng dung tích chứa với chi phí xây dựng thấp.
Có thể xây dựng tràn phím đàn làm tràn khẩn cấp kết hợp với tràn đã có hoặc
với tràn có cửa xây mới thơng qua sử dụng phần dung tích trên mức nước dâng bình
thường (MNDBT) để xả một phần những con lũ đặc biệt lớn. Ví dụ, với chiều cao
trên MNDBT là 4m có thể xả thêm được 40 đến 50 m3/s/m.
P

P

________________________________________________________________________


19

CHƯƠNG 2
KIỂM TRA KHẢ NĂNG XẢ CỦA ĐẬP DÂNG VĂN PHONG CĨ
TRÀN NGƯỠNG PHÍM PIANO
2.1. Các kết quả nghiên cứu về khả năng tháo của tràn phím đàn PIANO.
2.1.1. Nghiên cứu của nhóm F.Lemperiere
Có nhiều nước trên thế giới, đã ứng dụng thành cơng hình thức tràn ngưỡng
phím Piano cho các cơng trình thiết kế mới và cơng trình nâng cấp năng lực làm
việc của hồ chứa. Các tràn phím đàn khác nhau đã được Điện Lực Pháp (Electricité
de France) thiết kế và xây dựng. Các tràn phím đàn lớn đang được thiết kế và thi
công ở châu Á và châu Phi.
Ở Việt Nam, đập tràn phím đàn bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng.
Cơng trình đầu tiên ứng dụng hình thức tràn này là Cơng trình đập dâng Văn Phong
- Bình Định đang được HEC1 thiết kế. Tràn phím đàn áp dụng ở cơng trình Văn
Phong được đánh giá là đập phím đàn lớn nhất trên thế giới hiện nay, với chiều dài
tràn nước theo phương vuông góc hướng dịng chảy là 301.75m và tổng chiều dài
tràn nước là 1728m. Đặc biệt tràn làm việc trong chế độ chảy ngập. Tiếp theo Văn
Phong, hiện nay cơng trình Thủy điện Đăk my 2 - Quảng Nam đang được thiết kế
áp dụng đập tràn phím đàn kiểu B với chế độ chảy tự do.
Ngưỡng tràn được xây dựng trên hai nguyên lý: Các tường có dạng chữ nhật
trên mặt bằng, tương tự như các phím đàn piano; các tường theo phương thẳng góc
với dịng chảy đều được bố trí theo mặt dốc (nghiêng). Bố trí này tạo nên thuận lợi
về phương diện thủy lực, nhất là trong trường hợp lưu lượng xả lớn, đồng thời lại
giảm được chiều rộng đáy của kết cấu.
Do đặc điểm cấu tạo như vậy nên khả năng tháo của tràn phím đàn chủ yếu
phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều dài, độ sâu, chiều rộng và hình dáng của các phím và

đặc biệt là sự phụ thuộc vào tỷ số N bằng tổng chiều dài tường tràn chia chiều rộng
tràn chính diện. Bên cạnh đó còn có ảnh hưởng của tác động va đập của dòng nước
khi chảy qua tràn; hình dạng của ngưỡng cũng cũng làm cho phân bố lưu tốc và lưu
lượng đơn vị trên ngưỡng tràn không đồng đều.

________________________________________________________________________


20

Nhóm của ông F. Lempérière đã nghiên cứu 2 dạng tràn phím đàn:
- Loại A (PKA): máng tràn (thường đối xng) ca 2 phia thng va ha lu.
Ô đón nước

A

e=8/11H

B

H

a=4H

b=2H

H

1.2e

A

W=2.2e=1.6H

B
Ô thoát nước

A-A

B-B
a=4H

-

H

0.5H

H

0.5H

0.5H
0.25H

1.25H

a=4H

H

b=2H

b=2H

Hỡnh 2.1. Mt bng, ct ngang tran PK-A (L=W+8H; N=L/W=6)
Ô đón nước

A

e

B

b=1.5H

a=3H

e=0.6H

A

W=2e=1.2H

B

a=3H

H

1.5H
b=1.5H

b=1.5H

B-B

a=3H
0.75H

A-A

H

b=1.5H

Ô thoát nước

b=1.5H

Hỡnh 2.2. Mt bng, ct ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6)
+ Tỷ lưu của đập phím đàn loại A là:

q = 4h H m3/s/m
P

P

(2-1)

________________________________________________________________________


21

Trong đó: h - cột nước, H - chiều cao lớn nhất của tường, tính bằng m.
+ Tỷ số giữa chiều dài phím đàn/chiều dài tràn N=6
+ Phần công xôn thượng và hạ lưu có cùng độ dốc 2/1 (H/V). Chiều rộng của
phím vào (Inlet) bằng 1.2 lần chiều rộng phím ra (outlet).
+ Chiều rộng đáy phím đàn “b” bằng 1/2 chiều rộng đỉnh “a” . Chiều cao lớn
nhất của tường “H” bằng a/4.
- Loại B (PKB): máng tràn chỉ ở phía thượng lưu nhưng dài hơn.
+ Tỷ lưu của đập phím đàn loại B là:

q = 4.5h H m3/s/m
P

(2-2)

P

+ Tỷ số giữa chiều dài phím đàn/chiều dài tràn N=6
+ Phần công xôn thượng và hạ lưu có cùng độ dốc 2/1 (H/V). Chiều rộng của
phím vào (inlet) bằng chiều rộng phím ra (outlet).
+ Chiều rộng đáy phím đàn “b” bằng 1/2 chiều rộng đỉnh “a” . Chiều cao lớn
nhất của tường “H” bằng a/3.
- Đặc điểm cấu tạo : Máng tràn được làm bằng BTCT , mái được tạo nghiêng
với đợ dớc 2:1 ÷ 3:2 như hình 1-3, hình 1-4. Tuyến ngưỡng tràn dạng răng cưa chữ
nhật. Tỷ số N =L/W nên được chọn vào khoảng 4 ÷ 6. Khi dùng PKA , ô đón nước
có bề rộng lớn hơn ơ thoát nước khoảng 20%.

Các đặc trưng hình học của tràn phím đàn được thể hiện ở hình 2.3và hỡnh 2.4.

B

c

Ô đón nước

a/2

b

a
Ô thoát nước

W

Hỡnh 2.3. Cac c trng hình học của mợt

Hình 2.4. Mặt bằng mợt phân đoạn

đơn vị tràn phím đàn

tràn phím đàn

________________________________________________________________________


22

Trong đó:
H:

Chiều cao tối đa của tràn phím đàn.

B:

Chiều dài đỉnh tràn.

a:

Chiều rộng ơ đón nước.

b:

Chiều rộng ơ thốt nước.

c:

Chiều dài nhô ra của công xôn thượng lưu.

d:

Chiều dài nhô ra của công xôn hạ lưu.

W: Chiều rộng một đơn vị tràn.
L:

Chiều dài tràn nước một đơn vị tràn.

Để kiểm tra được mức độ ảnh hưởng của các thông số trên, từ năm 2002 nhóm
tác giả Ouamane và Lempérière đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm chi tiết trên các
dạng đã lưạ chọn để tối ưu hóa năng lực xả của tràn phím đàn.
Khả năng tháo của một đập tràn không thẳng được biểu thị qua hệ số lưu
lượng được rút ra từ phương trình tổng qt có cơng thức như sau:

Cw =
Với: Q:
h:

Q
W 2g h 3 / 2

(2-3)

Lưu lượng qua tràn (m3/s)
Chiều cao lớp nước tràn (m)

W: Chiều rộng của tràn (m)
Công thức (2-3) ta thấy hệ số lưu lượng được xác định theo các cặp giá trị số
đo Q và h. Các thơng số cịn lại trong phương trình là hằng số cho mỗi kiểu thiết kế.
Vì vậy, cần phân tích kỹ ảnh hưởng của các thơng số hình học tràn để lựa chọn mặt
cắt thiết kế hợp lý.
Tỷ lệ thẳng đứng W/H.
- Phản ánh hiệu quả của sự thay đổi chiều cao đối với một chiều rộng tràn cố
định.
- Phản ánh ảnh hưởng của chiều rộng tràn với một chiều cao cố định.
Đồ thị hình 2.5 cho thấy sự phụ thuộc của hệ số lưu lượng và tỷ số W/H. Khi
tăng chiều cao tràn lên 25%, khả năng tháo của tràn tăng lên 6%.

________________________________________________________________________


23

2,0
1,8

L/W=4, W/H=1,11

1,6

L/W=4, W/H=1,33

1,4

L/W=4, W/H=1,67

Cw

1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00

0,40

0,80

1,20

1,60

h*/H

Hình 2.5. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ W/H
Chiều dài tương đối L/W.
Tỷ số này ảnh hưởng đáng kể đến dòng chảy. Khi tăng tỷ số L/W lên 2 lần thì
hệ số lưu lượng tăng lên 50% với những cột nước tương đối h*/H<0,4. Tuy nhiên,
P

P

hiệu quả giảm đáng kể đối với cột nước tương đối h*/H>0,6. Như vậy, đối với
P

P

những giá trị lớn của L/W và h*/H hiệu quả về khả năng tháo khơng cao, khơng
P

P

kinh tế.
3,5
L/W=4.0, W/H=1.1

3,0
L/W=6.0, W/H=0.8
2,5

L/W=7.0, W/H=0.8

2,0
Cw

L/W=8.5, W/H=0.8

1,5
1,0
0,5
0,0
0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

h*/H

Hình 2.6. Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ L/W
Ảnh hưởng của chiều rộng các khoang tràn a, b.

________________________________________________________________________